KR20210054099A - 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기 - Google Patents

다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기 Download PDF

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KR20210054099A
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Abstract

본 발명의 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기는 독립센서 및 발열회로가 연결된 발열센서를 다중으로 구비하고 정상 상태에서 상기 센서가 측정한 대기 온도와 발열체의 발열 상태에서 측정한 온도의 특성을 이용하여 자가진단 알고리즘으로 적용함으로써 열감지기가 자가진단 시 스스로 고장 여부를 수시로 점검할 수 있도록 하는 데 목적이 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기는, 대기 온도를 측정하는 독립센서; 발열회로가 구성된 발열체; 발열체에 연결되어 발열 온도를 측정하는 발열센서; 마이크로콘트롤러와 전원장치를 포함하여 구성되는 제어부; 및 제어부와 관리자를 원격으로 연결하는 통신부;를 포함하되, 발열센서는 발열온도와 대기 온도를 모두 측정할 수 있으며, 제어부는 독립센서, 발열센서, 발열체 및 통신부를 제어하고, 독립센서와 발열센서가 각각 측정한 온도의 차이를 근거로 정상여부를 판단하는 자가진단 알고리즘을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기{Self-Diagnosis Heat Detector with Multiple Sensor Algorithm}
본 발명은 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기에 관한 것으로서, 열감지기에 단일의 온도 센서가 구비된 경우 온도 센서의 고장 유무를 판별하기 어려우므로 복수의 센서를 구비하여 온도 센서의 고장 여부를 스스로 점검할 수 있도록 한 자가진단 열감지기에 관한 것이다.
보다 상세하게는 본 발명의 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기는, 대기 중의 온도를 측정하는 온도센서를 독립적으로 구비하고, 발열 기능을 갖는 발열회로가 구성된 발열체에 연결된 온도센서를 자가진단용으로 구비하며, 대기 중의 온도의 변화 시 독립 온도센서와 발열체 온도센서 간에 온도 변화의 차이가 나타나지 않지만 발열체의 발열 시 독립된 온도센서와 발열체 온도센서 간에 온도 변화의 차이가 발생하는 현상을 실험적으로 확인한 데이터를 기반으로 하여, 상기 독립된 온도 센서와 발열체 온도 센서가 측정하는 온도 값이 대기 중의 온도 측정 시와 발열체에 의한 온도 측정 시 등 각각의 경우에 있어 실험적 데이터에 부합되게 동작하는 지 여부를 스스로 체크하는 다중 센서를 이용한 알고리즘을 개발 및 적용하여, 평소 정해진 주기 또는 수시 원격조정에 의해서 열감지기의 독립된 온도 센서가 정상 작동하는 지 자가진단을 할 수 있도록 하는 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기에 관한 것이다.
화재 상황 발생 시 이를 즉각적으로 인지하고 관계자들에게 통지하며 관련 소방시설을 동작하게 하는 열감지기에 있어 평소 정상적으로 작동하는 지에 대한 사전 점검이 매우 중요하다.
이는 열감지기가 고장상태인 것을 모르고 방치했다가 유사 시 화재 발생 여부를 늦게 인지하여 화재 진압이 늦어질 수 있고 특히 사람들이 신속히 대피할 수 있는 시간을 확보하지 못해 인명 피해가 발생할 수 있는 위험성을 가지는 것으로써 열감지기의 화재 감지와 경보 기능이 매우 중요하다.
그러나 열감지기가 정상 작동하는 지 확인하기 위해서는 검사자가 열감지기를 일일이 찾아다니며 열을 직접 가해야 하므로 수시로 자주 점검하기 어려울뿐더러, 검사장비를 지니고 다니면서 검사를 해야하는 어려움이 있어 사전 점검이 매우 중요함에도 불구하고 제대로 시행되지 않아 큰 피해를 양산하곤 한다.
게다가 열감지기에 열을 가하는 점검과정에 있어 열감지기의 성능이 저하되는 문제점을 가지고 있어 실 상황 시 오히려 정상 작동하는데 지장을 줄 우려도 존재한다.
이에 열감지기 자체에서 자가진단을 하는 방법들이 개발되어 시행되고 있다.
일례로 자가진단 기능을 구비함에 있어서 바이메탈 소재를 이용한 경우가 있으나 바이메탈은 금속의 물질이라 외부 온도에 민감하게 반응하지 않으며 고온의 발열체가 구비되어야 하므로 열감지기 전체가 무겁고 부피가 커지며 민감한 온도 변화를 감지하지 못하는 경우가 발생하는 단점을 가지고 있다.
그 외 여러 개의 센서를 구비하여 자가진단을 하는 열감지기에 있어 진단용 센서가 구비된 이동체와 상기 이동체를 구동시키는 구동수단을 구비하고 별도의 발열체를 상기 구동수단에 부착하여 이동시키는 등의 복잡한 절차로 인해 수시로 자가진단 하기에는 어려움이 따르며 복잡한 시설을 구비하기 위해 넓은 공간과 무거운 중량을 필요로 하므로 화재 발생 시 그 자체로 위험요소가 됨은 물론 경제적으로도 대량 생산과 보급에 문제가 있어 활용되기 어려운 실정이다.
대한민국 등록특허공보 10-1615933
본 발명은 상기 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 대기 중의 온도를 측정하는 독립 센서와 발열회로로 구성된 발열체의 발열 온도를 측정하는 발열 센서를 구비하고, 발열회로의 발열로 인한 독립센서와 발열센서의 온도 변화 추이를 비교하는 알고리즘을 통해 독립 센서의 정상 여부를 자가진단 할 수 있는 열감지기에 관한 것으로써, 구성이 간단하여 부피가 최소화되며 경제적으로 우수할 뿐 아니라 자가진단의 신뢰성이 높은 자가진단 열감지기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기는, 대기 온도를 측정하는 독립센서; 발열회로가 구성된 발열체; 발열체에 연결되어 발열 온도를 측정하는 발열센서; 마이크로콘트롤러와 전원장치를 포함하여 구성되는 제어부; 및 제어부와 관리자를 원격으로 연결하는 통신부;를 포함하되, 독립센서는 대기 온도를 측정할 수 있으며, 발열센서는 발열 온도와 대기 온도를 측정할 수 있으며, 제어부는 독립센서, 발열센서, 발열체 및 통신부를 제어하고, 독립센서와 발열센서가 각각 측정한 온도의 차이를 근거로 정상여부를 판단하는 자가진단 알고리즘을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 독립센서와 발열센서 각각의 고장 여부를 판단하는 자가진단 알고리즘을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 자가진단 알고리즘은, 대기 중의 온도 측정 시에는 독립센서와 발열센서 간의 측정온도의 차이가 대기 임계값을 초과하면 정상이 아닌 것으로 판단하고, 발열체의 발열 시에는 독립센서와 발열센서 각각의 측정온도의 차이가 발열 임계값에 미달하면 정상이 아닌 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 제어부는 독립센서의 정상 여부를 판단하기 위해 발열회로에 전류를 흘려 발열체에 열을 발생시킬 수 있고, 발열회로는 발열 온도가 상승하면 전류의 흐름을 차단하여 발열회로와 제어부를 보호하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 통신부와 연결된 관리자는 원격으로 독립센서와 발열센서의 측정 온도를 점검하고, 제어부를 조정하여 발열체를 발열시키고, 독립센서와 발열센서의 고장 여부를 판별하며, 비정상 상황 시 관계자 및 기관에 통보할 수 있는 것을 더 포함하되, 상기 과정은 제어부에 포함된 타이머에 의해 주기적으로 자동으로 수행되는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 대기 온도를 측정하는 독립센서, 발열회로로 구성된 발열체 및 이에 연결된 발열센서와 마이크로컨트롤러 및 통신장치 등의 간단한 구성으로 자가진단 할 수 있는 열감지기를 구성할 수 있어 소형 경량화 할 수 있으며 경제성이 우수하다.
둘째, 발열센서를 이용한 독립센서의 정상 여부를 판단함에 있어 다중 센서 각각의 설치구조에 따라 온도의 변화 추이가 상이한 특성을 실험적으로 확인하여 과학적으로 적용한 다중 절차 알고리즘을 바탕으로 하므로 자가진단의 신뢰성이 높다.
셋째, 독립센서와 발열센서 모두에 발생할 수 있는 고장 상황에 대해서도 파악이 가능하므로 자가진단 시 판단의 오류 가능성이 낮고, 독립센서가 고장이 날 경우 발열센서가 독립센서의 역할이 가능하므로, 독립센서의 고장을 우려해 단일의 열감지기에서 다수의 독립센서가 중복해서 구비될 필요가 없다.
넷째, 제어부에 타이머를 장착하여 주기적으로 자체적인 점검과 이의 결과를 관리자에서 통신기능을 통해 전송할 수 있고, 관리자가 수시로 원격으로 열감지기 정상여부를 자가진단을 진행할 수 있어 지속적이고 반복적인 점검이 가능하다.
다섯째, 별도의 구동수단 및 바이메탈 등의 금속이 사용되지 않으므로 내구성이 좋고 고장의 가능성이 낮으며 발열회로의 설계 변경 및 센서의 추가 구성으로 다양하게 적용할 수 있는 확장성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기의 발열체에 구성된 발열회로이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기에 외부에서 열을 가했을 때의 온도변화 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기의 발열체의 발열에 의한 온도변화 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기의 개략적인 자가진단 알고리즘이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 여러 가지 형태로 변형되어 실시될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
또한 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다.
각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기의 발열체에 구성된 발열회로이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기에 외부에서 열을 가했을 때의 온도변화 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기의 발열체의 발열에 의한 온도변화 그래프이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기의 개략적인 자가진단 알고리즘이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기(10)는 독립센서(100), 발열센서(200), 발열체(210), 발열회로(211), 제어부(300) 및 통신부(400)를 포함한다.
독립센서(100)는 온도 센서로써 대기 온도를 측정한다.
독립센서(100)는 화재 발생 시 상승된 온도를 측정함으로써 화재를 감시하는 기능을 한다.
독립센서(100)는 본연의 화재 감시 기능에 따라 한 순간도 고장이 나면 안 되므로 독립센서(100)가 고장인지 여부를 판단하기 위한 대비책이 필요하며 이를 위해 발열센서(200)가 구비될 수 있다.
발열센서(200)는 온도 센서로써 발열체(210)에 연결되어 발열체(210)가 발생하는 발열 온도를 측정한다. 또한 발열센서(200)는 발열체가 발열하지 않는 경우 대기 온도를 측정하는 기능을 겸한다.
발열체(210)는 트랜지스터를 이용한 발열회로(211)로써 구성될 수 있다.
발열회로(211)는 도 2에 도시된 바와 같으며 이의 동작은 다음과 같다.
발열회로(211)는 Q1과 Q2, 두 개의 파워 트랜지스터와 R1, R2, R14 등 세 개의 저항을 포함하여 구성될 수 있다.
발열회로(211)에는 직류전원이 연결되어 있으며 접지 구성이 될 수 있다.
발열체(210)의 발열을 위해 발열회로(211)에 전류를 흘려 히트 트랜지스터(HEAT_TR)로부터 정전류가 Q1의 베이스(Base)에 흐르게 되면 Q1이 턴온(Turn-On)되어 R1으로 정전류가 흘러 접지에 이르게 된다.
이때 히트 트랜지스터(HEAT_TR)가 정전류에 의해 온도가 상승하며 열을 발생시키게 된다.
발열센서(200)는 상기 히트 트랜지스터에 의한 발생 열을 측정할 수 있도록 연결된 상태이며, 발열센서(200)에 의해 측정된 발열체(210)의 온도는 제어부(300)로 전달되어 실시간으로 기록될 수 있다.
이때 발열체(210)의 발열 온도는 인접한 곳에 구성된 독립센서(100)에 전달되지 않도록 독립센서는 거리가 떨어지게 배치한다.
발열체(210)에 연결되어 발열 온도를 측정한 발열센서(200)의 측정 온도값과 발열체(210)와 떨어져 있는 독립센서(100)의 측정 온도값은 상호 일정한 차이를 보이고, 상기 온도 차이와 시간에 따른 온도 변화의 추이는 일정한 패턴을 형성한다.
상기 발열센서(200)와 독립센서(100)에서 각각 측정한 발열 온도값의 차이에서 나타나는 일정한 패턴은 반복적인 실험과 보정, 그리고 시뮬레이션을 통해 과학적으로 신뢰도가 높은 데이터로써 검증되어 본 발명의 다중 센서 알고리즘으로써 적용될 수 있다.
한편 발열체(210)의 발열을 중지하기 위해 히트 트랜지스터(HEAT_TR)의 전류를 차단하기 전에 Q1에 과도한 전류가 흘러 발열회로(211)가 과열로 인해 파손되는 것을 방지하기 위한 장치가 필요할 수 있다.
이를 위해 발열회로(211)에는 Q2가 Q1과 상보적으로 연결되어 구성될 수 있다.
Q1에 전류가 흘러 발열되고 온도가 상승하게 되면, R1의 전압 값이 커지기 때문에 R1의 2번 노드 전압이 상승하게 된다.
R1의 2번 노드의 상승된 전압으로 인해 이에 인접한 Q2의 베이스(Base)에 전류가 증가되며 Q2가 활성화된다.
이에 따라 Q1에는 베이스(Base)에 걸리는 전압이 떨어지면서 Q1은 턴오프(Turn-Off)된다.
이로써 히트 트랜지스터에 흐르는 과전류에 의한 과열과 이로 인한 훼손을 간단한 회로 구성으로써 방지할 수 있다.
따라서 발열체(210)를 발열시키며 독립센서(100)와 발열센서(210)의 상태를 점검함과 동시에 과열 방지 장치가 적용된 발열회로(211)가 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 독립센서(100)와 발열센서(200)는 발열회로(211) 및 제어부(300)가 구비되어 있는 동일한 기판에 설치되어 상호 소정의 거리를 유지한 채 근거리에 위치할 수 있다.
다만 독립센서(100)는 기판에 고정만 되어있어 미세한 전류만이 흐를 수 있는 상태로 구비되고, 발열센서(200)는 발열회로(211)와 연결되어 구성됨으로써 발열체(210)의 온도를 측정할 수 있는 상태로 구비될 수 있다.
독립센서(100)와 발열센서(200) 각각은 동일한 기판에 위치할 수도 있고 또는 본 발명을 수용하는 케이스 내에 어디에든 위치할 수 있으며 그 위치에는 제한이 있지는 않다.
다만 본 발명에 있어 바람직하게는 독립센서(100)와 발열센서(200)는 동일한 기판에 위치할 수 있으며, 동시에 독립센서(100)는 기판으로부터 높이 이격되어 기판과 멀리 떨어져 있도록 구비되고, 발열센서(200)는 기판으로부터 낮게 이격되어 기판과 가깝게 구비되는 것으로 위치할 수 있다.
결국 독립센서(100)와 발열센서(200)는 상호 근거리에 위치하되 대기와 접하는 높이가 다르게 구성될 수도 있다.
즉 평상시에 독립센서(100)와 발열센서(200)가 측정한 대기 온도를 비교함에 있어 측정 온도값의 차이가 1℃ ~ 2℃ 이내에서 형성되면 각각의 센서는 정상 작동하고 있는 것으로 간주할 수 있게 된다.
이렇듯 본 발명의 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기(10)에서는 대기 온도를 측정하는 독립센서(100)와 독립센서(100)의 정상 작동여부를 판단하기 위해 구비된 발열센서(200)의 대기 온도 측정값에 의해서 일차적으로 자가진단 할 수 있게 된다.
하지만 독립센서(100)와 발열센서(200)가 모두 비정상 상태인 경우를 가정했을 때, 상기 센서 간에 측정된 온도의 차이가 1℃ ~ 2℃ 이내에서 형성되었다고 하더라도 비정상 상태에서 발생된 우연에 의한 결과일수도 있기 때문에 상기 센서들이 정상 상태라고 단정 못할 수도 있다.
따라서 독립센서(100)의 고장여부를 점검하기 위해 도 2를 통해 살펴본 발열회로(211)와 발열센서(200)가 이차적인 자가진단 방안으로 구성될 수 있다.
발열회로(211)에 의한 발열체(210)의 온도를 측정하는 경우에 있어 독립센서(100)와 발열센서(200)의 측정 온도에는 특정한 차이가 나타난다.
도 4에는 발열회로(211)에 전류를 흘려서 발열체(210)가 열을 발생하도록 하고, 이로 인한 발열 온도를 측정한 발열센서(200)의 측정 온도와 독립센서(100)의 측정 온도 간에 차이가 발생함을 보여주고 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 발열체(210)의 발열 온도 측정에 있어 독립센서(100)와 발열센서(200)의 특성과 패턴을 파악하기 위해 다음과 같은 실험을 진행할 수 있다.
발열회로(211)에 전류를 인가하면 상기 도 2를 통해 설명된 발열회로(211)의 동작원리에 따라서 히트 트랜지스터에 의해 발열되고 발열체(210)의 온도가 상승하게 된다.
발열체(210)의 온도가 상승하면서 발열체(210)와 연결된 발열센서(200)의 측정 온도는 상승하게 된다.
이때 발열체(210)와 인접한 곳에 설치된 독립센서(100)도 대기를 통해 발열체(210)의 열이 전달되거나 또는 독립센서(100)의 설치를 위한 전극선을 통해서 열이 전달되지만 열량은 매우 작다.
따라서 독립센서(100)의 측정 온도 변화는 크지 않다.
이 경우 발열체(210)에 의한 발열센서(200)의 측정 온도와 독립센서(100)의 측정 온도에는 일정한 차이가 생긴다.
실험적으로 확인된 결과에 의하면 발열회로(211)에 전류를 흘려 발열체(210)를 약 4초간 가열하면 발열센서(200)의 측정 온도가 약 3℃ 상승하는 모습을 보인다.
그러나 독립센서(100)에서 측정한 발열체(210)의 온도는 같은 타이밍에서 발열센서(200) 대비 온도의 상승에 시간이 오래 소요되며 온도의 상승폭도 작게 나타난다.
도 4에 도시된 바와 같이 발열회로(211)에 전류를 흘려 발열체(210)를 가열하는 경우, 4초가 지난 후에 발열센서(200)의 측정 온도(점선 그래프)는 약 3℃ 가량 급격히 상승하는데, 반면에 독립센서(100)의 측정 온도(실선 그래프)는 1℃도 채 상승하지 못하는 현상을 볼 수 있다.
발열회로(211)에 전류를 흐르게 하면 온도의 상승은 시간에 따라서 수℃에서 수십℃에 이를 수 있다.
온도 센서의 테스트를 위하여 발열체(210)를 너무 긴 시간 발열하면 다시 온도가 하강하기까지 시간이 너무 오래 걸릴 수 있으므로 발열 시간은 5초 이내로 제한하여 운용함이 바람직할 수 있다.
발열회로(211)는 발열센서(200)와 독립센서(100)의 동작 비교를 통해 독립센서(100)가 정상적으로 작동하고 있는지를 판단하기 위해서 구성된 것이므로, 상기 발열센서(200)와 독립센서(100) 간의 측정된 온도의 차이를 검출하여 알고리즘으로 구현하여 독립센서(100)의 정상여부를 판단하도록 할 수 있다.
발열센서(200)와 독립센서(100)가 모두 정상상태로써 정상적인 기능을 수행중인 상황에서는, 발열 시간을 5초 이내로 하였을 때 발열센서(200)와 독립센서(100) 간의 온도 차이가 3℃ ~ 5℃를 초과하여 형성되는 것을 실험적으로 확인할 수 있다.
이처럼 발열체(210)의 발열 온도를 측정함에 있어 정상적인 상태의 발열센서(200)와 독립센서(100)에 있어 발열 온도가 각각 다르게 측정되는 현상을 이용하여 본 발명의 다중 센서 알고리즘에 적용하여 자가진단이 가능하도록 할 수 있다.
즉 발열회로(211)에 전류를 흐르게 하여 발열체(210)를 발열시켰을 때 발열센서(200)와 독립센서(100)의 측정 온도값의 차이가 3℃ ~ 5℃를 초과하여 형성되면 각각의 센서는 정상 작동하고 있는 것으로 간주할 수 있게 된다.
이렇듯 본 발명의 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기(10)에서는 발열회로(211) 및 발열센서(200)에 의해서 독립센서(100)의 정상 작동여부를 스스로 진단할 수 있다.
한편 제어부(300)는 마이크로콘트롤러와 전원장치, 타이머 등의 일반적인 제어장치들을 포함하여 구성될 수 있다.
제어부(300)에 의해서 독립센서(100)와 발열센서(200)의 동작을 제어하고 측정 온도를 저장하고 관리자에게 송신할 수 있다.
관리자는 제어부(300)를 통해 원격에서 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기(10)에서 측정한 대기 온도를 조회할 수 있고, 주기적으로 실행되는 자가진단 결과를 검토할 수 있으며, 필요 시 원격으로 명령을 전달하여 추가적인 자가진단을 진행할 수도 있다.
통신부(400)는 제어부(300)와 관리자를 원격으로 연결하는 통신장치로써 구비될 수 있다.
결국 제어부(300)는 독립센서(100), 발열센서(200), 발열체(210) 및 통신부(400)를 제어할 수 있다.
제어부(300)는 독립센서(100)와 발열센서(200)가 정상상태에서 각각 측정한 온도 간에 존재할 수 있는 온도의 차이와 임계값을 포함한 각 센서의 특성을 저장할 수 있다.
또한 제어부(300)는 독립센서(100)와 발열센서(200)가 정상상태에서 측정한 온도의 변화 추이에 대한 각각의 정상그래프를 포함하여 저장할 수 있다.
제어부(300)는 독립센서(100)의 정상 여부를 판단하기 위해 발열회로(211)에 전류를 흘려 발열체(210)에 열을 발생시킬 수 있다.
제어부(300)는 독립센서(100)와 발열센서(200)로 구성되는 자가진단 알고리즘을 포함하며 상기 알고리즘에 의해 자가진단을 수행할 수 있다.
즉 제어부(300)는 타이머에 의해 정해진 주기마다 독립센서(100)와 발열센서(200)의 대기 온도 측정값을 비교하고, 발열회로(211)에 전류를 흘려 발열체(210)를 구동시킴으로써 독립센서(100)의 정상여부를 판단하는 절차를 수행하며 상기 판단 결과를 관리자에게 원격으로 전송할 수 있다.
이때 발열회로(211)는 발열체(210)의 온도가 상승하면 제어부(300) 또는 관리자에 의한 중지 명령이 없어도 스스로 전류의 흐름을 차단하여 발열회로(211)와 제어부(300)를 보호하는 것을 포함하여 구성될 수 있다.
또한 제어부(300)는 원격에 위치한 관리자와 유선 또는 무선으로 연결되어 관리자에 의한 자가진단을 실행할 수 있고 상기 결과를 관리자에게 전송할 수 있다.
이상에서 살펴본 독립센서(100)와 발열센서(200)의 특성을 근거로 하여 구성된 자가진단 알고리즘이 적용된 본 발명의 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기(10)의 사용예를 살펴보기로 한다.
본 발명의 일 실시예로 독립센서(100)와 발열센서(200) 두 개의 센서로써 구성된 경우 자가진단 알고리즘은 다음과 같으며 2단계로 진행될 수 있다.
독립센서(100)와 발열센서(200)가 상온에서 정상 동작을 하는 상태라면 각각의 센서가 측정하는 대기 온도는 차이값이 크게 나지 않아야 한다.
다만 온도 센서는 주변의 온도 변화에 민감하므로 각각의 측정 온도는 차이가 존재할 수 있다.
이에 따라 실험적으로 산출된 독립센서(100)와 발열센서(200)의 대기 온도 측정의 차이값의 한계치를 의미하는 대기 임계값은 1℃ ~ 2℃로 설정할 수 있다.
따라서 자가진단 1단계로써 독립센서(100)와 발열센서(200)가 각각 측정한 대기 온도의 차이가 상기 대기 임계값 이내에 형성되는지 점검한다.
점검 결과 상기 온도의 차이가 대기 임계값 1℃ ~ 2℃ 이내에서 형성된다면 일차적으로는 독립센서(100)와 발열센서(200)가 정상이라고 간주할 수 있다.
만일 상기 온도의 차이가 대기 임계값 1℃ ~ 2℃를 초과한다면 정상이 아니라고 판단하여 이상 발생상황을 관리자에게 원격으로 송신하고 사후 조치가 시행될 때까지 제어부(300)에서 경고등이 점멸하는 등의 방법으로 관련자가 인지할 수 있도록 할 수 있다.
한편 대기 온도에 대한 자가진단 1단계 테스트에서 대기 온도 측정값이 대기 임계값 1℃ ~ 2℃ 내에서 형성되었다 하더라도 상기 결과를 그대로 신뢰하지 못할 수도 있다.
왜냐하면 독립센서(100)와 발열센서(200)가 모두 고장이 나서 정상기능을 수행하지 못하는 상황이고, 따라서 각각의 센서가 측정한 대기 온도의 값은 불확실하며, 상기 대기 온도의 차이가 대기 임계값 1℃ ~ 2℃ 내에 형성된 것이 우연의 일치일수도 있기 때문이다.
따라서 상기와 같은 점검의 오류를 보완하기 위해 발열회로(211)로 구성된 발열체(210)가 구비되어 자가진단 2단계 테스트가 진행될 수 있다.
자가진단 2단계 테스트로써 상기 도 4의 발열체(210)에 의한 발열 온도 측정 시의 실험 결과로 도출된 알고리즘이 적용될 수 있다.
즉 발열회로(211)에 전류를 흘리면 발열체(210)는 발열을 시작하고 발열센서(200)와 독립센서(100)가 각각 발열 온도를 측정하게 된다.
발열 온도의 상승은 발열 시간에 따라 수℃ ~ 수십℃에 이를 수 있고, 너무 오랜 시간 발열하면 다시 온도가 하강하기까지 오랜 시간이 걸리게 되므로, 실험을 통해 확인된 데이터를 근거로 하여 발열시간은 5초 이내로 할 수 있다.
5초 이내로 발열하고 이에 따라 발생하는 발열 온도에 대한 발열센서(200)의 측정 온도와 독립센서(100)의 측정 온도는 그 차이가 일정 수준 이상이어야 한다.
이에 따라 실험적으로 산출된 독립센서(100)와 발열센서(200)의 발열 온도 측정 차이값의 한계치를 의미하는 발열 임계값은 3℃ ~ 5℃로 설정할 수 있다.
따라서 자가진단 2단계로써 독립센서(100)와 발열센서(200)가 각각 측정한 발열 온도의 차이가 상기 발열 임계값을 초과한 범위에서 형성되는지 점검한다.
점검 결과 상기 온도의 차이가 발열 임계값 3℃ ~ 5℃를 초과해서 형성된다면 일차적으로는 독립센서(100)와 발열센서(200)가 정상이라고 간주할 수 있다.
만일 상기 온도의 차이가 발열 임계값 보다 작으면 정상이 아니라고 판단하여 이상 발생상황을 관리자에게 원격으로 송신하고 사후 조치가 시행될 때까지 제어부(300)에서 경고등이 점멸하는 등의 방법으로 관련자가 인지할 수 있도록 할 수 있다.
이상의 알고리즘을 정리하면 본 발명의 열감지기는 독립센서(100)와 발열센서(200) 등 2개의 센서로 구성될 수 있다.
자가진단 1단계에서는 독립센서(100)와 발열센서(200)가 측정한 대기 온도의 차이가 대기 임계값보다 작아야 정상인 것으로 판별할 수 있다.
자가진단 2단계에서는 독립센서(100)와 발열센서(200)가 측정한 발열 온도의 차이가 발열 임계값보다 커야 정상인 것으로 판별할 수 있다.
한편 자가진단은 2단계로 이뤄지기 때문에 독립센서(100)와 독립센서(100)의 정상여부를 테스트하기 위해 구비되는 발열센서(200) 모두가 고장이 난 비정상상태라고 할지라도 정상으로 오인하는 오류를 범할 가능성을 차단할 수 있다.
또한 상기 2단계로 구성되는 자가진단 알고리즘은 독립센서(100)와 발열센서(200)의 특성과 패턴을 실험적으로 찾아내고 입증한 과학적 데이터를 근거로 하고 있으므로 신뢰성이 높다.
게다가 상기 알고리즘의 구현을 위해 발열이 가능한 회로로 구성된 발열체(210)와 그에 연결된 발열센서(200)로써 구성되어 있어, 본 발명의 전체적인 구성이 간단하고 효율적이며 경제성이 우수하면서도 열감지에 대한 신뢰성이 높은 특성을 가질 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.
그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기
100 : 독립센서
200 : 발열센서
210 : 발열체
211 : 발열회로
300 : 제어부
400 : 통신부

Claims (5)

  1. 대기 온도를 측정하는 독립센서;
    발열회로가 구성된 발열체;
    발열체에 연결되어 발열 온도를 측정하는 발열센서;
    마이크로콘트롤러와 전원장치를 포함하여 구성되는 제어부; 및
    제어부와 관리자를 원격으로 연결하는 통신부;를 포함하되,
    독립센서는 대기 온도를 측정할 수 있으며,
    발열센서는 발열 온도와 대기 온도를 측정할 수 있으며,
    제어부는 독립센서, 발열센서, 발열체 및 통신부를 제어하고, 독립센서와 발열센서가 각각 측정한 온도의 차이를 근거로 정상여부를 판단하는 자가진단 알고리즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기.
  2. 제1항에 있어서,
    독립센서와 발열센서 각각의 고장 여부를 판단하는 자가진단 알고리즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자가진단 알고리즘은,
    대기 중의 온도 측정 시에는 독립센서와 발열센서 간의 측정온도의 차이가 대기 임계값을 초과하면 정상이 아닌 것으로 판단하고,
    발열체의 발열시에는 독립센서와 발열센서 각각의 측정온도의 차이가 발열 임계값에 미달하면 정상이 아닌 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기.
  4. 제1항에 있어서,
    제어부는 독립센서의 정상 여부를 판단하기 위해 발열회로에 전류를 흘려 발열체에 열을 발생시킬 수 있고, 발열회로는 발열 온도가 상승하면 전류의 흐름을 차단하여 발열회로와 제어부를 보호하는 것을 더 포함하는 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기.
  5. 제1항에 있어서,
    통신부와 연결된 관리자는 원격으로 독립센서와 발열센서의 측정 온도를 점검하고, 제어부를 조정하여 발열체를 발열시키고, 독립센서와 발열센서의 고장 여부를 판별하며, 비정상 상황 시 관계자 및 기관에 통보할 수 있는 것을 더 포함하되, 상기 과정은 제어부에 포함된 타이머에 의해 주기적으로 자동으로 수행되는 것을 더 포함하는 다중 센서 알고리즘을 이용한 자가진단 열감지기.
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