KR20060127885A

KR20060127885A - 산란광 신호를 측정하기 위한 방법 및 상기 방법을구현하는 산란광 검출기

Info

Publication number: KR20060127885A
Application number: KR1020067014502A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 지멘스
Original assignee: 와그너 알람-운드 시케룽시스템 지엠비에이치
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-12-13
Also published as: CA2550054A1; CA2550054C; WO2005071390A1; PT1709428E; RU2006127166A; KR100955994B1; US20070139649A1; AU2004314376B2; ATE374363T1; DK1709428T3; CN1898551A; DE502004005099D1; US7440100B2; ES2291967T3; HK1094249A1; PL1709428T3; RU2351918C2; EP1709428B1; DE102004004098B3; AU2004314376A1

Abstract

본 발명은 운반 매체에 존재하는 미세 입자가 검출되면 산란광 수신기에서 생성되는 산란광 신호를 측정하기 위한 방법에 관한 것이다. 교정 단계와, 드리프트 보상 단계와, 온도 보상 단계와, 감도 조정 단계와, 필터 알고리즘 단계 중 선택적으로, 또는 임의의 순서로 상기 산란광 신호는 거칠 수 있다. 덧붙이자면 본 발명은 전술한 방법을 수행하기 위한 산란광 검출기에 관한 것이며, 상기 산란광 검출기는 하나의 하우징과, 상기 하우징의 입구 및 출구와, 그 사이로 상기 하우징을 통과하여 흐름 경로 상으로 흐르는 운반 매체와, 상기 흐름 경로 상에 놓여진 산란광 센터로 광을 발사하는 광 소스와, 상기 산란광 센터 내에 존재하는 입자로 인하여 산란되는 광의 부분에 대한 산란광 수신기와, 상기 산란광 신호를 증폭하기 위한 적분 증폭기로서 설정된 산란광 신호 증폭기를 포함한다.

Description

산란광 신호를 측정하기 위한 방법 및 상기 방법을 구현하는 산란광 검출기{METHOD FOR EVALUATING A SCATTERED LIGHT SIGNAL AND A SCATTERED LIGHT DETECTOR FOR REALIZING THE METHOD}

본 발명은 운송 매체에서 미세 파티클을 검출할 때, 산란광 수신기에 의해 생성되는 산란광을 측정하는 방법에 관한 것이다.

덧붙이자면 본 발명은 앞서 언급한 방법을 수행하는 산란광 검출기에 관한 것이며, 상기 산란광 검출기는 하우징과, 상기 하우징의 입구 및 출구를 포함하며, 상기 입구 및 출구 사이에서 운반 매체가 상기 하우징을 통해, 흐름 경로(flow path) 상으로 흐를 수 있다. 상기 산란광 검출기는 광을 상기 흐름 경로 상에 위치하는 산란광 센터로 발사하는 광원을 포함한다.

이러한 산란광 신호를 측정하기 위한 방법 및 장치가 특히 화재 경보 시스템을 위한 산란광 검출기에서 알려져 있고 사용된다. 고체 물질, 또는 액체 입자를 검출하는 기능을 수행하며, 이때 운반 매체는 모니터링될 방안 공기, 또는 모니터링될 장치의 장치-냉각 공기를 대표하는 입자로 구성된다. 바람직한 화재 경보 시스템의 경우에 있어서, 상기 대표 공기는 환기구에 의해 흡입되고, 상기 산란광 검출기의 입구로 유입된다. 모니터링되는 장치, 가령 EDP 기구, 또는 장치를 측정하 고 제어하고 정규화하는 다른 유사한 전자 장치의 경우에 있어, 장치를 냉각시키는 공기의 내부 흐름을 사용하여, 운반 매체로서 장치-냉각 공기의 대표 입자 양을 상기 산란광 검출기의 입구로 유입시킬 수 있도록 하는 것이 원칙이다. 이러한 경우에 있어서, 흡수를 위한 환기구가 필요 없게 된다.

특정 종류의 산란광 검출기는 다음의 기능을 하는 것이 통상적이다. 운반 매체가 상기 산란광 센터를 통해, 흐름 경로를 따라 상기 산란광 검출기의 하우징을 통과하여 흐르는 동안, 상기 광 소스의 광은 상기 산란광 센터를 가로지르며, 그에 따라 상기 운반 매체가 상기 광을 통과하여 흐르고, 상기 운반 매체 내의 입자 상에서는 산란되지 않고, 차광장치로 흡수된다. 이는 표준적이고, 주요한 동작 단계이다. 최초 단계에서 화재를 처음 감지했을 때, 상기 광 소스로부터의 광선이 입자, 가령 연기 입자, 또는 연기 연무제에 닿으면, 광을 산란시키듯이, 상기 입자는 상기 광을 본래 방향에서 편향시킨다. 그 후 고-감광성 수신기, 이른바 산란광 수신기에 의해, 상기 산란광이 수신되고, 그 강도가 측정 회로를 이용하여 측정된다. 특정 광 강도 임계치를 넘어서면 경보가 발효된다.

이러한 광학 시스템이 정확하게, 그리고 고감도로 작동되기 위하여, 적절히 신호 처리가 이뤄지도록 다양한 환경에 대한 정확한 적응 및 설계 특수 특징부가 요구된다. 산란광 수신기의 설치 지점을 기반으로 검출기의 감도가 변화되는 것이 수반될 것이다. 예를 들어, 검출기 감도는, 사무실에서보다, 컴퓨터 칩이 제조되는 무균실에 대하여 더 높게 설정될 필요가 있다. 왜냐하면, 미세 먼지 입자, 또는 제조자의 주변 공기에 포함되는 입자에 대하여도 경보가 발효될 필요가 있기 때문이 다.

검출기의 광 소스에 의해 방사되는 광의 강도가 온도와의 상관관계를 나타내기 때문에, 상기 검출기에 온도 모니터링을 설정할 필요가 있다. 이론적으로, 상기 광 소스의 광 출력을 증가시키기 위해, 가령, 동작 전류를 증가시킴으로써 온도를 상승시키는 것이 요구된다. 그러나 높은 에너지 비용은 고려하지 않더라도, 이는 특히 레이저 다이오드의 경우에 있어서 불균형한 동작 수명의 단축을 초래한다. LED의 최대 동작 전류에 도달하지 않았을 지라도, 최대 상한 전류에서의 동작은 수명을 막대하게 단축 시킨다. 일반적으로, 고-감도 광학 산란광 검출기를 설정하는 것은 정확하고, 특화된 신호 프로세싱을 필요로 한다.

이러한 특징들은 종래 기술에서 알려져 있는데, 공개 특허 EP 0 733 894 B1이 있으며, 이는 공기, 가령 연기, 또는 먼지에서 미세 입자를 검출하기 위한 광전자 센서의 온도를 조정하는 것에 관한 것이다. 상기 검출기는 광 소스 및 광 수신 수단을 포함하며, 상기 광 소스로부터 방사된 광 내에 존재하는 미세 입자의 존재에 의해 야기되는 산란광을 검출하게 되면 센서 출력이 생성된다. 상기 검출기는 기준 온도 값을 기반으로 상기 광 소스로부터 발산되는 광의 양을 제어하는 제어 수단을 가진다. 그 후 상기 광 소스가 펄스-스위칭된다. 온도가 특정 임계치를 넘어갈 경우, 상기 제어 수단은 개별 광 펄스 간의 간격을 변경시킨다. 이는 광 소스의 강력한 냉각을 가능케 한다. 이러한 제어 루프는 경보 신호가 발효되는 가장 높은 임계치를 넘을 때까지 계속된다. 왜냐하면 상기 검출기의 오작동, 또는 화재로 인한 대기 온도 상승에 따른 검출기의 온도 상승을 원인으로 할 수 있기 때문이다.

그러나 이러한 장치의 단점은 각각의 광 펄스 간의 거리를 증가시킨다는 것이며, 이는 검출기의 데드 에어리어(dead area)를 증대시킨다. 이러한 장치는 온도와 광 소스의 광 출력 간의 상관도에 관한 문제를 해결하는 반면에, 검출기 감도가 변화함에 따라, 검출기를 측정하고, 주어진 사항에 따르는 수신된 산란광 신호를 측정하는 것에 반응하지 못한다.

종래의 산란광 검출기를 측정하는 것은 참조 신호를 이용하여 행하여진다. 화재 경보 시스템을 적정하게 설계, 또는 실험하기 위하여, 연기 연무질을 생성하는 과정을 이용하여 연기 테스트를 행하는 것이 알려져 있으며, 이때 테스트 샘플은 가열됨으로써, 열 분해된다. 이러한 테스트에 의해, 검출기가 전자 시스템, 또는 방 내부 어디에 배열되어야 하는지가 결정된다. 가능한 실제 상황과 같은 테스트를 행하기 위한, 연기 연무질을 생성하기 위한 방법이 사용되며, 상기 연기에 대하여 기준 값이 생성되어 상기 연기 검출기를 테스트하고 측정할 수 있다.

독일 특허 DE 4 329 847 C1은 화재 경보 시스템을 적정하게 설계하거나, 테스트, 또는 실험하도록 연기 연무질을 생성하기 위한 방법을 서술하고 있으며, 그뿐 아니라 상기 방법을 수행하는 열분해 장치도 서술하고 있다. 전기 케이블, 또는 그 밖의 다른 유사한 물체에 대한 테스트 샘플이 지정 시간 간격 동안, 일정한, 또는 실질적으로 일정한 온도에서 유지된다. 상기 장치 및 이에 연계된 방법이 이른바 열분해 단계에서 동작하며, 이때, 낮은 전력과 눈에 보이지 않는 연기 연무질이 방출된다. 최근의 화재 경보 시스템의 검출 범위는 이러한 불을 발생시키는 처음 단계 내에 존재한다. 정확성을 검출하기 위한 요구조건에 따라, 서로 다른 것들 간 에서 산란광 검출기를 이러한 기준 신호로 조정하는 것이 가능하여야 한다.

전술한 사항들을 바탕으로, 본 발명은 산란광 신호를 더 효율적으로, 그리고 더 유연하게, 그리고 더 정확하게 측정하기 위한 방법을 제공한다. 덧붙이자면, 본 발명은 전술한 방법을 수행하는 산란광 검출기를 제공하며, 종래의 산란광 검출기에 비교하여, 상기 검출기의 기능 모드는 더 정확하며, 더 유연성 있고, 에러에 대하여 더 안정감 있으며, 비용을 덜 소비한다.

청구항 제 1 항에 따르는 방법 및 청구항 제 12 항에 따르는 장치에 의해, 이는 구축된다. 특히, 운반 매체에서 미세한 입자가 검출될 때 산란광 수신기에 의해 생성되는 산란광 신호를 측정하기 위한 방법에 의해 해결될 수 있으며, 이에 따라 산란광 신호는 교정 단계, 드리프트 보상 단계, 온도 보상 단계, 감도 조정 단계, 필터 알고리즘 단계의 연속적인 주기를 선택적으로, 또는 임의로 수행한다.

또한 산란광 검출기에 의해서도 달성될 수 있으며, 상기 산란광 검출기는 하우징과, 상기 하우징의 입구와 출구와, 상기 하우징을 통과하여 흐름 경로 상에서 흐르는 운반 매체와, 상기 흐름 경로 내에 놓여 있는 산란광 센터 방향으로 광을 발사하는 광 소스와, 상기 산란광 센터 내에 존재하는 입자에 닿아 산란되는 광의 부분에 대한 산란광 수신기와, 산란광 신호를 증폭하기 위한, 적분 증폭기로서 설정된 산란광 증폭기를 포함한다.

본 발명의 핵심 태양은 다양한 교정 단계 및 보상 단계를 거치는 주기에 의하여, 산란광 신호의 정확한 조정이 가능해 진다는 것이다. 이러한 방식으로, 상기 산란광 신호 검출의 요구 조건과, 정확도와, 환경 변수를 극복함에 따라, 정확하고, 에러 없는 산란광 검출이 가능해지기 위하여, 산란광 검출기를 적응시키는 것이 가능하다.

전술된 각각의 개별 단계에서, 다음의 조정이 수행된다.

교정 단계에서, 상기 산란광 검출기는 기준 신호를 이용하여 교정된다. 다른 요인들 가운데서, 표준 동작에서, 운반 매체가 서로 다른 “오염 기준 레벨”을 제시할 수 있기 때문에 이러한 조정은 각각의 환경 조건을 고려한다.

드리프트 보상 단계에서, 전술한 교정이 더 긴 시간 주기 동안, 즉, 일반적으로 2 ~ 3일 동안 행해진다. 추정 챔버 값을 구하기 위해, 챔버 값의 평균을 내는 것으로써, 어떠한 연기, 또는 연기 연무질도 존재하지 않을 때, 상기 챔버 값은 상기 산란광 검출기에 의해 수신될 산란광 신호이다. 따라서 감도 조정이 상기 평균 값을 고려하여 이뤄지기 때문에 상기 산란광 검출기의 정확도가 개선된다.

온도 보상 단계에서, 상기 산란광 검출기가 온도/방사 광 출력 관계에 종속적으로 적응된다. 광 소스에 의해 방사되는 실제 광 출력은 온도가 증가함에 따라 감소하며, 그 역도 가능하다.

감도 조정 단계에서, 상기 산란광 검출기는 애플리케이션의 검출기 영역에 따라 요구되는 필수 레벨의 감도로 조정될 수 있다.

필터 알고리즘 단계에서, 특수 필터 알고리즘에 종속되는 산란광 신호의 분석이 이뤄져, 신뢰할 수 있고, 정확한 경보 출력이 보장된다.

서로 다른 적응 및 교정 단계를 조합하는 것에 따라 정확도가 극대화되고, 응용 가능성이 높으며, 추가로 기능이 정확한 검출 방법이 도출된다. 물론, 비용을 절약하기 위해, 명확하게 필요한 것은 아닌 동일한 하나 이상의 적응 단계는 생략되는 것이 고려될 것이다.

산란광 신호 증폭기로서 산란광 신호 검출기가 적분 증폭기를 포함하는 산란광 신호를 측정하는 방법에 있어서, 교정 단계 동안, 상기 산란광 신호가 기준 인디케이터의 기준 신호에 대응하도록 적분 증폭기의 적분 시간이 설정되어, 최초에 특정되는 방법을 이용한 바람직한 개선이 이뤄진다. 상기 적분 시간을 변경함으로써, 매우 경제적이고, 기준 신호로 쉽게 자동 적응되는 산란광 검출기가 가능해진다. 서로 다른 것들 가운데, 방사 광 에너지를 변경시키기 위하여 광 소스의 구동 전류를 조정함으로써 이러한 적응이 행해지는 것이 가능하다. 그러나 광 소스의 동작 수명에 대한 비용을 발생시키고, 전력 증가분을 필요로 한다. 본 발명에 따르는 방법을 이용하여, 광 소스의 구동 전류는 일정하게 유지된다.

본 발명에 따라 여러 다른 방법이 사용되어, 산란광 검출기의 감도를 변경시킬 수 있다. 광 소스 구동 전류의 펄스 폭이 변경될 것이다. 상기 펄스 폭은 광 펄스의 길이를 참조한다. 상기 펄스 폭을 감소시킴에 따라 상기 산란광 검출기의 감도가 감소하고, 펄스 폭을 증가시킴에 따라, 감도가 상등한다. 또 다른 가능성은 산란광 증폭기로서 기능하도록 제공된 임의의 적분 증폭기의 적분 시간을 변경시키는 것이다. 덧붙이자면 이러한 방법을 이용하여, 적분 증폭기의 적분 시간을 증가시킴에 따라, 더 높은 감도가 야기되고, 적분 시간을 감소시킴에 따라, 더 낮은 감도를 갖는 산란광 검출기가 도출된다. 산란광 검출기의 감도를 변경시키는 방법은 경제적이면서, 유해 물질로부터 보호해주며, 산란광 검출기가 간단한 방식으로 적응될 수 있도록 해준다. 물론, 상기 적분 시간뿐 아니라 펄스 폭을 연속적으로 증가하여 변경시키는 것이 가능하다. 본원에서의 증가란, 예를 들어, 감도의 백분율에 대한 고정된 증가분을 일컫는다. 예를 들면, 상기 산란광 검출기는 25% 감도와, 50% 감도와, 75% 감도와, 100% 감도에서 동작한다. 상기 감도 단계를 설정하는 것이 스위칭 수단, 가령 DIL 스위치를 이용하여 이뤄지는 것이 바람직하다. 또한 통신 인터페이스, 예를 들면 PC 또는 네트워크를 이용하여 감도를 조정할 수 있다. 그 후, 이로써 전체 화대 경보 시스템에서 단 하나의 제어 센터를 이용하는 산란광 검출기의 조정이 이뤄진다.

적분 시간, 또는 펄스 폭의 계속적이고 증가하는 조정이 이뤄지는 것은 시스템의 경계 조건을 모니터링하는 기능이다. 예를 들어 무균실에서 요구되는 특히 효율적이고, 반응성이 뛰어난 모니터링을 보증하기 위해, 매우 미세한 감도 조정을 필요로 하는 공기 중의 매우 작은 입자의 존재에도 불구하고 산란광 검출기는 검출 신호를 생성해야 한다. 종래의 스위치, 또는 PC나 네트워크 같은 통신 인터페이스에 덧붙이자면, 감도 조정이 무선으로 이뤄질 수 있다.

온도와 광 소스의 발산 간의 관계는 앞서 설명되었다. 온도 보상 단계에서, 우반 매체의 흐름 경로 내에 배치되는 온도 센서가 산란광 신호의 온도 보상을 위해 사용된다. 상기 운반 매체의 온도와 주변 환경이 연속적으로, 또는 불연속적으로 판단되어, 산란광 검출기로 광을 발산하는 상기 광 소스를 적응시킬 수 있음을 의미한다. 따라서 흐름 경로 내의 상기 운반 매체의 온도 상승이 판단된 경우, 광 소스의 직접 조정이 이뤄져, 일정한 광 발산을 보증할 수 있다. 이러한 온도 보상은 산란광 수신기에 연계되어 있는 광 소스의 구동 전류의 펄스 폭을 변경시킴으로써 이뤄지는 것이 바람직하다. 온도 센서에 의해 검출되는 상기 운반 매체의 온도가 상승하면, 상기 광 소스의 구동 전류의 펄스 폭이 감소하며, 결과적으로 상기 광 소스를 덜 가열하게 되며, 따라서 운반 매체 역시 덜 가열되게 된다. 온도의 하강이 판단되어질 경우, 상기 광 소스의 구동 전류의 펄스 폭은 증가할 수 있으며, 이는 온도의 상승을 유발한다. 모든 경우에서, 상기 광 소스의 구동 전류가 일정하게 유지되는 것은 아니다.

지정 임계 값, 특히 경보 임계 값과 비교하기 전에, 산란광 신호를 상기 신호의 피크에 따라 서로 다르게 필터링하는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 가짜 값은 식별되고, 제거되어, 실제 경보 값, 즉, 전술한 지정 임계 값만 존재하게 되어 경보 출력 신호를 발생시킬 것이기 때문에, 잘못된 경보가 방지될 수 있다. 산란광 신호가 임계 값, 특히 경보 임계 값을 넘어서는 만큼의 시간이 고려된다. 고정 시간 간격을 만족시키면, 그 후 경보 신호가 발생될 것이다. 바람직한 신호-대-노이즈 비를 갖는 산란광 검출기 장치에서, 공기 오염 물질, 즉 모니터링될 공기 흐름의 작은 먼지 입자에 의한 짧고 빠른 입력 신호의 편향은 경보 값으로 인식되지 못하기 때문에, 입력 신호의 피크가 지정 임계 값을 넘어서자마자 입력 신호의 로우-패스 필터링(low-pass filtering)이 발생한다.

검출 알고리즘을 개선시키고, 산란광 검출기를 이용할 때 잘못된 경보를 더 적게 발생시키는 것을 획득하기 위한 추가적인 가능성이 추정 챔버 값을 생성하는 것이다. 상기 추정 챔버 값은 더 긴 시간 주기 동안에 걸친 산란광 검출기의 챔버 값으로부터의 평균이고, 이는 드리프트 보상 단계 동안 수행된다. 상기 챔버 값은 어떠한 연기도 산란광 검출기의 산란광 센터 내에 존재하지 않을 때 야기되는 산란광 신호이다. 따라서 상기 산란광 신호가 검출기 자신의 반사 표면뿐 아니라, 공기 중의 오염물질로 인하여 형성되는 것이 바람직하다. 며칠(바람직하게는 2 ~ 3일)에 걸쳐 드리프트 보상 단계에서 상기 챔버 값의 평균을 냄에 따라, 매우 정확한 장치 교정이 이뤄진다. 이러한 평균 내어진 추정 챔버 값이 상기 산란광 신호의 동작 조건에서 감산될 수 있다. 공기 오염물질, 또는 주변 환경적 조건, 또는 검출기 자체 반사로 인한 에러가 없는 산란광 신호만 남게 된다.

전술한 처리 단계를 수행하기 위하여, 산란광 검출기가 제공되며, 이때 상기 산란광 검출기는 하우징과, 상기 하우징의 입구와 출구와, 상기 하우징을 통해 프름 경로 상으로 흐르는 운반 매체와, 상기 흐름 경로에 놓여진 산란광 센터로 광을 발사하는 광 소스와, 상기 산란광 센터 내에 존재하는 입자에 의해 산란되는 광의 부분에 대한 산란광 수신기와, 상기 산란광 신호를 증폭시키는 적분 증폭기로서 설정되는 산란광 신호 증폭기를 포함한다. 상기 산란광 신호를 증폭시키는 것은 산란광 신호의 작은 변화조차 검출할 수 있는 이점을 가지며, 이에 따라 산란광 신호 증폭기를 적분 증폭기로서 설정함으로써 어떠한 부가적인 장치를 요구하지 않고 상기 산랑 광 검출을 적응시킬 수 있다. 온도 보상의 측면에서, 관찰 주기, 즉 적분 시간을 연장시킴으로써, 상기 적분 증폭기는, 산란광 검출기의 온도 상승에 따른 광 소스의 감쇠하는 광 출력을 보상해줄 수 있다. 이러한 접근법은 저렴할 뿐 아니라, 광 소스의 수명을 연장시켜준다. 왜냐하면 방사된 광 출력이 증가된 구동 전류에 의해 생성될 필요가 없기 때문이다. 결과적으로, 산란광 검출기에서 산란광 증폭기로서의 적분 증폭기의 사용은 에너지 효율적으로 동작하는 장치를 이뤄낸다.

상기 산란광 수신기의 감도를 조정하기 위하여, 상기 산란광 검출기에 스위칭 수단이 제공되는 것이 바람직하다. 장치를 스위칭하는 것을 가능하면 간편하게 하기 위하여, 상기 스위칭 수단은 예를 들어 DIL 스위치일 수 있다.

그러나 상기 스위칭 수단을 저 비용의 점퍼-연결(jumper connection)로서 설정하는 것도 가능하다. 사용자 친숙도와 모니터링 가능성을 증대시키기 위해, 통신 인터페이스, 특히 PC나 네트워크가 제공되는 것이 가능하다. 이는 다수의 산란광 검출기들에 대한 중앙 모니터링을 가능케 해준다. 그렇게 할 경우, 이러한 통신 경로는 무선이나, 유선일 수 있다. 따라서 상기 산란광 수신기의 감도를 변경시키기 위한 스위치 입력을 제공하는 것이 가능하다.

온도 센서를 운반 매체의 흐름 경로에 배치함에 따라, 전술한 온도 보상이 가능해진다. 운반 매체의 흐름 경로에 유량계를 배치함에 따라, 상기 흐름 검출기가 추가로 모니터링될 수 있다. 그 후, 예를 들어, 강력한 흐름 변동이 검출되면, 검출기나 환기구의 오작동을 제시하는 신호를 발생하는 것이 가능하다. 공기 흐름 센서와 온도 센서를 열전기 구성 요소로서 설정함에 따라, 높은 정확도의 센서를 갖는 산란광 검출기를 제공함에 관한 경제적이고 최적화된 가능성이 제시된다.

도 1은 산란광 검출기의 첫 번째 실시예를 도식한 단면도이다.

도 2는 도 1의 실시예로부터 A-A 라인을 따르는 산란광 검출기의 부분을 도식한 평면도이다.

도 3은 산란광 검출기의 부분에 대한 두 번째 실시예이다.

도 4는 산란광 검출기의 부분에 대한 세 번째 실시예이다.

도 5는 산란광 검출기의 입력/출력 신호 그래프이다.

도 6은 온도에 관련된 광 소스의 구동 전류에 대한 펄스 폭의 변화를 도식한 도면이다.

*부호 설명*

1 검출기

2 입력 신호

3 입구

4 출력 신호

5 출구

6 환기구 하우징

7 흐름 경로

8 공기 흐름

9 광 소스

10 하우징

11 산란광 센터

13 산란광 수신기

14 중앙 축

17 산란광 신호 증폭기

18 중앙 축

19 스위칭 수단

20 광 콘(light cone)

21 스위칭 수단

22 수신기 콘(receiver cone)

23 온도 센서

25 공기 흐름 센서

26 스크린

28 스크린

30 차광 장치

32 차광 장치

40 회로 보드

50 펄스 위상(pulse phase)

52 레스트 위상(rest phase)

58 흐름 경로의 중앙 라인

산란광 검출기(1)의 3가지 실시예가 다음에서 설명되며, 이에 따라 바람직한 화재 경보 시스템의 구성요소로서 사용될 수 있다. 청구 범위에서 서술되는 운반 매체는 공기이다. 바람직한 화재 경보 시스템에서는, 종래의 것과 마찬가지로, 상기 공기가 환기구를 통해 흡입된다. 산란광 검출기(1)의 하우징(10) 상에 직접 환기구가 배치되는 것이 가능하나, 산란광 검출기(1)의 외부에 환기구 도관이 위치하는 것도 가능하다. 청구 범위에서 제시되는 방법 및 장치가 다음의 3가지 실시예를 사용하여 구현될 수 있다.

도 1은 산란광 검출기의 단면도를 도식하고 있다. 상기 검출기는 하우징(10)과, 그에 연결되는 회로 보드(40)를 포함한다. 하우징(10)은 하나의 입구(3)와 하나의 출구(5)를 포함한다. 환기구를 포함하는 환기구 하우징(6)이 입구(3)에 고정되어 있으며, 상기 환기구는 검출기(1)를 통과하여 흐름 경로(7)를 따라 흐르는 공기의 흐름을 제공한다. 본 경우에 있어서, 산란광 검출기(1)를 통과하는 입구(3)로부터 출구(5)로의 공기의 흐름(8)이 생성된다. 또한 환기구 하우징(6)에 배치된 상기 환기구가 공기를 흡입하여, 상기 산란광 검출기(1)에서 반대 방향으로 흐르는 공기의 흐름(8')이 생성되는 것이 당연하다. 외부 광이 들어오는 것을 방지하기 위해, 산란 광 검출기(1)는 차광 장치(30;32)를 양 측부 상에 배치한다. 산란 광 검출기(1)는 광 콘(20)을 흐름 경로(7) 상에 놓여 있는 산란광 센터로 발사하는 광 소스(9)를 추가로 포함한다. 검출기(1)는 광 다이오드의 형태로 수신기(13)를 추가로 배치한다. 추가로 광 소스(9)에 의해 방사되는 광이 산란광 수신기(13)를 직접 닿는 것을 방지하는 스크린(26)이 광 다이오드(9)와 산란광 수신기(13) 사이에서 제공된다.

도 2는 도 1에 도식된 횡단 라인 A-A에 대응하는 단면도를 도식한 도면이다. 산란광 검출기(1)를 통해 입구(3)에서부터 출구(5)로 흐르는 공기가 산란광 센터(11)를 통과한다. 공기의 흐름(8)에 존재하는 임의의 미세 입자가 광 소스(9)(본 경우에서는 LED)에서 방사된 광을 산란광 수신기(13) 상으로 반사시키며, 그 후 지정 임계치를 넘으면 검출 신호를 발생시킨다. 공기 흐름 센서(25) 및 온도 센서(23)가 산란광 검출기(1)의 흐름 경로(7)에 추가적으로 제공된다. 공기 흐름 센서(25)는 산란광 검출기(1)를 통해 일부 다른 특정 공기 흐름(8)이 흐르는지를 감지한다. 공기 흐름이 변동하는 경우에 있어서, 예를 들어, 대응하는 경보 신호를 생성하는 것이 가능하다. 온도 센서(23)가 흐름 경로(7)를 따라 산란광 검출기(1)를 통과하는 공기 흐름(8)에서의 온도를 모니터링하여, 예를 들어, 온도 보상을 할 수 있다. 온도 보상은 도 6을 참조하여 더 설명된다.

도 3 및 도 4는 각각 산란광 검출기를 도식한 평면도이다. 이 두 가지 실시예가 두 번째, 세 번째 실시예이다. 각각 산란광 검출기의 광 소스(9)와 수신기(13)를 도식하며, 이에 따라 광 소스(9)의 광 콘(20)과 산란광 수신기(13)의 수신기 콘(22)이 교차하며, 흐름 경로(7)의 중앙 라인(58) 상의 특정 부분을 덮는다. 흐름 경로(7)를 유도하는 흐름 채널이 상기 산란광 센터(11)의 앞쪽과 상기 산란광 센터(1)의 뒤쪽 모두에서 굴곡을 나타낸다. 상기 차광 장치(30, 32)가 형성되어, 첫 번째 실시예에서와 마찬가지로, 외부로부터의 주변광의 침입을 방지한다. 도 3의 두 번째 실시예는 광 소스(9)로부터 방사된 광이 산란광 수신기(13)로 직접 반 사되는 것을 방지하는 스크린(26, 28)을 추가로 나타낸다. 온도 센서(23)와 공기 흐름 센서(25)가 흐름 경로(7)의 중앙 라인(58) 상에 배치되어, 검출 관련 측정 및 모니터링되는 데이터를 수집할 수 있다.

전술한 실시예와 마찬가지로, 도 4에서 도식된 산란광 검출기의 세 번째 실시예가 차광 장치(30, 32)를 배치한다. 특정 세그먼트, 즉 흐름 경로(7)의 두 개의 굴곡(30, 32)에 대하여, 흐름 경로(7)의 중앙 라인(58)에 평행으로, 또는 중앙 라인(58)을 따라 흐르도록, 광 소스(9)와 수신기(13) 각각의 중앙 축(18, 19)이 할당된다. 덧붙이자면 본 실시예에서, 스크린(26, 28)이 제공되어, 잘못된 값의 검출을 방지할 수 있다. 마찬가지로, 공기 흐름 센서(25)와 온도 센서(23)가 입구(3)에 인접하게 형성된 흐름 채널 내에 다시 배열된다. 따라서 산란광 센터(11)에 도달하기 전에, 산란광 검출기(1)를 통과하여 흐르는 공기 흐름(8)의 온도 및 유량이 체크된다.

전술한 바와 같이, 산란광 검출기(1)에서 사용되는 처리 단계가 청구범위에서 서술된다. 산란광 수신기(13)에서 수신된 산란광 신호가 측정 단계와, 드리프트 보상 단계와, 온도 보상 단계와, 감도 조정 단계와, 필터 알고리즘 단계를 임의의 순서로 거친다. 상기 측정 단계와 드리프트 보상 단계는 산란광 수신기를 상기 흐름 검출기를 통과하여 흐르는 서로 다른 운반 매체에 적응시키는 단계이며, 이에 따라 각각 사용 장소에서의 측정은 공기 흐름(8)이 표준 조건 하에서 주어졌다고 가정에서 실시된다. 무균실에서 사용되는 산란광 검출기에서보다, 사무실에서 사용되는 산란광 검출기가 더 다양한 공기 흐름(8)을 측정함은 명백하다. 측정 단계, 또는 드리프트 보상 단계에서 이러한 것들이 고려된다. 상기 두 단계들 간의 차이점은, 드리프트 보상 단계에서는, 산란광 센터(11)에서 경보를 발효하는 어떠한 연기, 또는 외부 물질도 검출되지 않을 경우, 이른바 챔버 값(chamber value)이 더 긴 시간 주기, 보통 2 ~ 3일에 걸쳐 평균이 내어진다는 것이다. 이렇게 추정된 챔버 값이 검출된 산란광 신호로부터 차감되어, 산란광 검출기(1)를 측정한다. 공기 흐름(8)의 온도를 조정하는 것은 온도 센서(23)로부터 수신된 온도 신호에 뒤따라 발생하는 것이 가능하다. 처음에 명시했던 바와 같이, 온도가 상승함에 따라 광 소스(9)로부터 방사되는 광 출력이 축소한다는 사실이 고려된다. 온도와 무관하게 산란광 검출기(1)의 검출된 출력을 수신하기 위해, 그에 대응하는 조정이 온도 보상 단계에서 수행된다. 덧붙이자면 상기 산란광 수신기(13)에 의해 서로 다른 실시예에서 검출된 산란광 신호가 필터 알고리즘 단계에서 서로 다르게 필터링된다. 잘못된 신호의 어떠한 가능성도 제거하기 위하여, 상기 산란광 신호를 상기 신호의 피크를 기반으로 하여 필터링하는 것이 바람직하며, 이는 경보 신호를 발효하는 지정 임계치에 이를 비교하기 전에 이뤄지는 것이 바람직하다.

공기 흐름(8)을 정확하고 미세하게 모니터링하기 위한 3가지 산란광 검출기가 모두 가능하며, 다양하고 서로 다른 실시예는 산란광 수신기(13)에 의해 검출되는 산란광 신호를 증폭하기 위하여 산란광 증폭기를 배치하며, 이는 예를 들어, 적분 증폭기의 형태로 되어 있다. 예를 들어 상기 적분 증폭기에 의해, 가령, 적분 시간을 수정함으로써, 산란광 수신기(1)의 감도가 변경된다. 선택된 적분 시간이 커지면 커질수록, 산란광 검출기(1)의 감도는 더 높아진다. 이러한 변화는 연속 증 가의 형태일 수 있다.

도 5는 신호 입력/출력 그래프를 도식한다. 입력 신호(2)는 필터링되지 않는 신호에 대응하며, 이는 산란 광 검출기(1)에서 산란광 수신기(13)에 의해 검출될 수 있다. 이와 대조적으로 출력 신호(4)는 특수 필터 알고리즘에 의해 수정된 신호에 대응한다. 본원에서는 입력 신호(2)에 4개의 피크 값 A, B, C, D가 존재하며, 이에 따라, 긴 시간 주기에 걸쳐 피크 값 C는 경보, 또는 검출 신호가 발효되는 임계 값 “1”을 넘어선다. 이와 대조적으로, 이른바 가짜 값 A, B, D는 필터링 알고리즘에 의해 보호되어, 경보 신호를 이끌어내지 않는다. 잘못된 값 B와 D가 또한 임계치 “1”을 넘고 있지만, 이는 충분히 길게 유지되지 않으며, 따라서 내부 필터에 의해 경보 값으로서 인식되지 않고, 따라서 보호된다. 따라서 조정된 필터의 세부 사항이 주위 환경에, 그리고 그 밖의 다른 유사 상태에 최적으로 적용되는 산란광 검출기를 생성할 수 있다.

도 6은 도 1 ~ 3의 3가지 흐름 검출기에서 온도를 보상하기 위한 실현 예를 도식한다. 광 소스(9)의 펄스 동작의 다이어그램이 I11. 6.1에서 첫 번째로 나타난다. 표준 작동에서, 3 밀리세컨드의 펄스 폭을 갖는 펄스 위상(50)을 나타내고, 그에 이어지는 1 세컨드의 레스트 위상(52)을 나타낸다. 레스트 위상(52)에서, 광 소스(9)는 냉각되는 반면에, 펄스 위상(50)에서는 가열되어, 표준 조건하에서, 공기 흐름 채널에서의 일정한 온도 프로파일이 기대될 수 있다. 그러나 공기 흐름 센서(25)가 온도 상승을 판단할 경우, I11. 6.2와 6.3으로 도식된 바와 같이, 펄스 위상(50)의 펄스 폭을 서서히 감소시켜, 광 소스(9)를 위한 더 낮아진 최종 온도를 야기시킬 수 있다. 광 소스(9)에 대한 구동 전류의 펄스 폭을 변경시키는 것에 대응하는 광 방사의 펄스 폭을 변경시키는 것은 감도를 떨어뜨리며, 이는 후에 감도 조정 단계, 또는 교정 단계에서 보상될 수 있다.

Claims

운반 매체 내에 존재하는 미세 입자를 검출할 시, 산란광 수신기에 의해 생성되는 산란광 신호를 측정하기 위한 방법에 있어서, 상기 산란광 신호는

환경적 조건을 극복하기 위한 교정 및 적응을 행하는 교정 단계(calibration step),

24 시간 이상의 시간 주기에 걸쳐, 환경적 조건을 극복하기 위한 교정 및 적응을 행하는 드리프트 보상 단계(drift compensation step),

광 소스의 방사된 광 출력에 따라 온도 보상을 행하는 온도 보상 단계(temperature compensation step),

요청되는 감도로의 적응을 행하는 감도 조정 단계(sensitivity adjusting step),

특수 필터 알고리즘에 종속되는 산란광 신호의 측정을 행하는 필터 알고리즘 단계(filter algorithm step)로서, 이때 지정 임계 값과의 비교 이전에, 상기 산란광 신호는 자신의 피크에 따라 서로 다르게 필터링되는 필터 알고리즘 단계(filter algorithm step)

중 하나 이상의 단계를 거치는 것을 특징으로 하는 산란광 신호를 측정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서, 산란광 증폭기로서 적분 증폭기를 제공하며,

상기 산란광 신호가 기준 인디케이터의 기준 신호에 대응하도록, 상기 적분 증폭기의 적분 시간은 상기 교정 단계에서 설정되는 것을 특징으로 하는 산란광 신호를 측정하기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 산란광 수신기(13)의 감도는, 상기 감도 조정 단계에서 상기 산란 광 수신기(13)에 연계되어 있는 광 소스(9)의 구동 전류의 펄스 폭을 변경시킴으로써, 변경됨을 특징으로 하는 산란광 신호를 측정하기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산란광 수신기의 감도는, 상기 감도 조정 단계에서 산란 광 신호 증폭기 기능을 하는 적분 증폭기의 적분 시간을 변경시킴으로써, 변경됨을 특징으로 하는 산란광 신호를 측정하기 위한 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 적분 시간을 변경시키는 것은 연속 증가하여 행해짐을 특징으로 하는 산란광 신호를 측정하기 위한 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 펄스 폭을 변경시키는 것은 연속 증가하여 행해짐을 특징으로 하는 산란광 신호를 측정하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 보상 단계에서, 상기 운반 매체의 흐름 경로(7) 내에 배치된 온도 센서(23)가 산란광 신호의 온도 보상을 위해 사용됨을 특징으로 하는 산란광 신호를 측정하기 위한 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 온도 보상은 상기 산란광 수신기(13)에 연계되는 광 소스(9)의 구동 전류의 펄스 폭을 변경시킴으로써 행해짐을 특징으로 하는 산란광 신호를 측정하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산란광 신호는 자신의 피크가 지정 임계치를 넘을 때, 로우-패스 필터링됨을 특징으로 하는 산란광 신호를 측정하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 드리프트 보상 단계에서, 더 긴 시간 주기에 걸쳐 챔버 값(chamber value)의 평균이 내어짐으로써, 추정 챔버 값을 생성하는 것을 특징으로 하는 산란광 신호를 측정하기 위한 방법.
청구항 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따르는 방법을 수행하는 산란광 검출기에 있어서, 상기 산란광 검출기는

하우징(1),

상기 하우징(1)의 입구(3)와 출구(5)로서, 상기 입구(3)와 출구(5) 사이에서 운반 매체가 상기 하우징(1)을 통과하여, 흐름 경로(7) 상으로 흐르는 바의 상기 입구(3)와 출구(5),

상기 흐름 경로(7) 상에 놓여 있는 산란광 센터(11)로 광을 발사하는 광 소스(9),

상기 산란광 센터(11)에 존재하는 입자에 의해 산란되는 광의 부분을 위한 산란광 수신기(13),

산란광 신호를 증폭하는 산란광 신호 증폭기(17)로서, 이때 적분 증폭기로서 설정되는 바의 상기 산란광 신호 증폭기(17)

를 포함하며,

상기 산란광 신호가 자신의 피크를 기반으로 필터링되기 위해, 상기 필터 알고리즘 단계가 제공되는 것을 특징으로 하는 산란광 검출기.
제 11 항에 있어서, 스위칭 수단(19, 21)이 산란광 수신기(13)의 감도를 설정하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 산란광 검출기.
제 11 항 또는 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 통신 인터페이스가 제공되며, 이때 상기 통신 인터페이스는 PC, 또는 네트워크임을 특징으로 하는 산란광 검출기.
제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 스위치 입력이 상기 산란 광 수신기(13)의 감도를 변경시키기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 산란광 검출기.
제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 온도 센서(23)가 상기 운반 매체의 흐름 경로(7) 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 산란광 검출기.
제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 유량계(25)가 상기 운반 매체의 흐름 경로(7) 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 산란광 검출기.
제 16 항에 있어서, 상기 유량계(25)는 열전기 공기 흐름 센서와, 열전기 온도 센서로 구성되어 있음을 특징으로 하는 산란광 검출기.