KR20220077549A - Fire sensing system using a wideband spectrometer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 넓은 범위의 스펙트럼의 분석에 의해 화재시의 연기와 불꽃을 용이하게 감지하여 화재의 초기대응이 가능할 수 있을 뿐만 아니라 광범위한 영역에 걸쳐 화재의 감지가 가능하도록 된 광대역 분광기를 이용한 화재감지시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 화재를 예상하여 일정 공간의 감시영역(M)을 모니터링하도록 설치되는 화재감지시스템에 있어서; 감시영역(M) 상의 빛을 수광 가능하도록 된 광각렌즈(20)와; 상기 광각렌즈(20)가 장착되는 바디(31)와, 상기 바디(31) 내에 구비되어 상기 광각렌즈(20)에 의한 빛을 투과 또는 반사시켜 스펙트럼을 형성하도록 된 회절격자(33)를 포함한 분광기(30)와; 상기 분광기(30)에 연결되어 스펙트럼을 검출하도록 된 검출기(40)와; 상기 검출기(40)에 연결되어 스펙트럼을 분석하도록 된 프로세서(50)를 포함하는 광대역 분광기를 이용한 화재감지시스템이 제공된다.The present invention is a fire detection system using a broadband spectrometer that can easily detect smoke and flames in a fire by analyzing a wide range of spectrum, so that an initial response to a fire is possible, and that fire can be detected over a wide area. is about
According to the present invention, there is provided a fire detection system installed to monitor a monitoring area (M) of a predetermined space in anticipation of a fire; a wide-angle lens 20 capable of receiving light on the monitoring area M; A spectrometer including a body 31 to which the wide-angle lens 20 is mounted, and a diffraction grating 33 provided in the body 31 to transmit or reflect light by the wide-angle lens 20 to form a spectrum (30) and; a detector 40 connected to the spectrometer 30 to detect a spectrum; A fire detection system using a broadband spectrometer is provided, which is connected to the detector 40 and includes a processor 50 configured to analyze a spectrum.
Description
본 발명은 광대역 분광기를 이용한 화재감지시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 넓은 범위의 스펙트럼의 분석에 의해 화재시의 연기와 불꽃을 용이하게 감지하여 화재의 초기대응이 가능할 수 있을 뿐만 아니라 광범위한 영역에 걸쳐 화재의 감지가 가능하도록 된 광대역 분광기를 이용한 화재감지시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fire detection system using a broadband spectrometer, and more particularly, it is possible to easily detect smoke and flame in a fire by analyzing a wide range of spectrum, so that an initial response to a fire is possible, as well as a wide range. It relates to a fire detection system using a broadband spectrometer that enables the detection of fires throughout.
일반적으로 화재감지기는 열이나 연기 또는 불꽃 등과 같은 연소생성물에 의해 화재를 감지하게 된 것으로, 대개 작동방식이나 감지형태 등에 따라 기계적인 작동으로 온/오프되는 기계식 감지기나 온도나 연기 또는 불꽃 등을 개별적으로 감지하는 단일센서 또는 온도와 연기를 동시에 감지하는 열연복합센서 등으로 분류되어 있다.In general, a fire detector detects a fire by combustion products such as heat, smoke, or flame. Usually, a mechanical detector that is turned on/off by mechanical operation depending on the operation method or detection type, or temperature, smoke or flame, etc. is individually controlled. It is classified into a single sensor that detects temperature and smoke, or a hot-rolled composite sensor that detects temperature and smoke at the same time.
그런데 통상적으로 연소생성물은 화재의 종류에 복합적으로 생성될 뿐만 아니라 화재상황이 아닌 경우에도 생성하는 경우가 있음으로 인해, 기존의 화재감지기의 경우에 화재상황에서 경보가 울리지 않는 오탐오류(false positive error)나 비화재상황에서 경보가 울리는 거짓부정오류(false negative error)와 같은 오동작이 빈번히 발생되어 작동 신뢰성이 떨어질 수 있는 것이다.However, in general, combustion products are not only generated in a complex manner depending on the type of fire, but also are generated even in non-fire situations. ) or a false negative error in which an alarm sounds in a non-fire situation frequently occurs, which may reduce operational reliability.
이러한 종래의 화재감지기는 화재시에 국부적인 공간에서 공기입자나 온도 또는 연기 등을 감지하는 통상의 포인트 센서(point sensor)와 같은 개념의 화재감지 기술인 것으로, 이는 전반적으로 민감도가 낮고 응답시간이 길 뿐만 아니라 안정성이 떨어지는 것인데, 연기감지센서는 공기의 확산으로 인하여 실내에서 신뢰도가 떨어질 수 있고, 열감지센서는 감지기의 주변 온도가 이미 높아진 상태에서 작동되는 감지원리로 인해 화재가 어느 정도 진행된 후에 감지가 이루어져 조기 검출이 어려운 단점이 있으며, 또한 불꽃감지기의 경우에는 실내에서 사용되고 있는 LED등에도 반응할 수 있음에 따라, 그에 따른 오검출을 일으킬 우려가 있는 것이다.Such a conventional fire detector is a fire detection technology of the same concept as a conventional point sensor that detects air particles, temperature, or smoke in a local space during a fire, which generally has low sensitivity and a long response time. Not only that, but the stability is also reduced. The reliability of the smoke sensor may decrease indoors due to the diffusion of air, and the heat sensor detects after a fire has progressed to some extent due to the detection principle that operates when the ambient temperature of the detector is already high. There is a disadvantage that early detection is difficult due to the high temperature control system, and in the case of a flame detector, there is a risk of false detection as it can respond to LED lights used indoors.
한편, 일부에서는 전술된 바와 같은 문제점을 개선하고자 영상기반의 화재 감지기는 CCTV에서 들어오는 영상 내의 불꽃 또는 연기를 알고리즘을 통해 영상을 분석 및 추출하여 감지하는 기술로, 이는 조기에 화재를 감지할 수 있을 뿐만 아니라 화재의 진위여부를 모니터링에 의해 판단할 수 있기는 하나, 연기감지의 경우에는 확률모델을 사용하여 계산함으로 인해 데이터 정보가 많이 필요할 뿐만 아니라 처리속도가 느리고 가격이 비싸다는 단점이 있는 것이다.On the other hand, in some cases, in order to improve the problems described above, the image-based fire detector is a technology that analyzes and extracts the flame or smoke in the video coming from the CCTV through an algorithm and detects it, which can detect the fire early. In addition, although it is possible to determine the authenticity of a fire by monitoring, in the case of smoke detection, it requires a lot of data information because it is calculated using a probabilistic model, and has disadvantages in that the processing speed is slow and the price is high.
또한 컬러영상을 이용하는 방법은 화재와 유사한 색인 조명 환경에 따라 오검출이 발생하는 단점이 있고, 적외선 영상을 이용하는 방법은 화재 영상의 명도 정보를 이용하여 화재라고 판단되는 기준치의 명도값을 갖는 영역을 화재로 검출하는데, 이는 명도 정보만을 가지고 판별함으로 인해 조명이나 환경의 변화에 따라 오검출이 발생될 우려가 있는 것이다.In addition, the method using a color image has a disadvantage in that erroneous detection occurs depending on an index lighting environment similar to a fire. It is detected as a fire, and there is a risk of false detection due to changes in lighting or environment because it is determined only with brightness information.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 넓은 범위의 스펙트럼의 분석에 의해 화재시의 연기와 불꽃을 용이하게 감지하여 화재의 초기대응이 가능한 신속성을 갖출 수 있을 뿐만 아니라 연기와 불꽃을 동시에 다발적으로 감지하여 화재발생 상황에 대한 정확성과 광범위한 영역에 걸쳐 화재의 감지가 가능한 광역감지기능을 갖도록 된 광대역 분광기를 이용한 화재감지시스템을 제공하는 것이다.The present invention is intended to solve the above problems, and the present invention can easily detect smoke and flames in a fire by analyzing a wide range of spectrum, so that not only can it be equipped with rapidity to enable an initial response to a fire, but also smoke It is to provide a fire detection system using a broadband spectrometer that has a wide-area detection function capable of detecting fires over a wide area and accuracy of the fire situation by simultaneously detecting fires and flames.
본 발명의 특징에 따르면, 화재를 예상하여 일정 공간의 감시영역(M)을 모니터링하도록 설치되는 화재감지시스템에 있어서;According to a feature of the present invention, there is provided a fire detection system that is installed to monitor a monitoring area (M) of a predetermined space in anticipation of a fire;
감시영역(M) 상의 빛을 수광 가능하도록 된 광각렌즈(20)와;a wide-
상기 광각렌즈(20)가 장착되는 바디(31)와, 상기 바디(31) 내에 구비되어 상기 광각렌즈(20)에 의한 빛을 투과 또는 반사시켜 스펙트럼을 형성하도록 된 회절격자(33)를 포함한 분광기(30)와;A spectrometer including a
상기 분광기(30)에 연결되어 스펙트럼을 검출하도록 된 검출기(40)와;a
상기 검출기(40)에 연결되어 스펙트럼을 분석하도록 된 프로세서(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 분광기를 이용한 화재감지시스템이 제공된다.There is provided a fire detection system using a broadband spectrometer, which is connected to the
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 회절격자(33)는 상하 또는 좌우로 나란하게 배치되어 상호 다른 파장을 회절시키도록 된 제1 회절격자(34)와 제2 회절격자(35)로 구성된 것을 특징으로 하는 광대역 분광기를 이용한 화재감지시스템이 제공된다.According to another feature of the present invention, the diffraction grating 33 is composed of a first diffraction grating 34 and a second diffraction grating 35 arranged side by side up and down or left and right to diffract different wavelengths. A fire detection system using a broadband spectrometer is provided.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 검출기(40)는 상호 다른 파장을 검출하도록 된 제1 검출기(41)와 제2 검출기(42)로 구성된 것을 특징으로 하는 광대역 분광기를 이용한 화재감지시스템이 제공된다.According to another feature of the present invention, there is provided a fire detection system using a broadband spectrometer, characterized in that the
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 분광기(30)에는 상기 회절격자(33)의 전단에 배치되어 상기 광각렌즈(20)로부터 수광된 빛을 집속하여 상기 회절격자(33) 측으로 입사시키도록 된 실린더렌즈(60)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 광대역 분광기를 이용한 화재감지시스템이 제공된다.According to another feature of the present invention, the
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 광각렌즈(20)를 통해 들어오는 빛을 분광기와 프로세서에 의해 스펙트럼을 분석함에 따라, 광각렌즈(20)에 의해 감시영역을 넓게 확보할 수 있을 뿐만 아니라 종래처럼 영상만으로 화재를 감지하는 방법보다 화재의 진위여부를 판단하는 데에 분석 및 처리속도가 빠르며, 본 발명은 적외선 영상을 이용하는 종래의 방법처럼 영상 정보를 이용하여 화재라고 판단되는 기준치의 명도값을 갖는 영역만을 화재로 검출하는 방식이 아니므로, 감시영역(M)의 조명환경 등의 변화에 따라 발생될 수 있는 오검출을 줄일 수 있는 장점이 있다. As described above, according to the present invention, as the spectrum of the light entering through the wide-
또한 본 발명의 회절격자(33)나 검출기(40)는 다른 파장을 회절 또는 검출하도록 복수개가 배치됨에 따라, 광대역 파장을 분리하여 검출 및 분석이 가능할 뿐만 아니라 이로 인해 회절격자(33)에 의해 회절된 파장의 스펙트럼이 겹침에 따른 분석상의 오류나 부정확성을 해소할 수 있는 장점이 있다.In addition, as a plurality of the diffraction grating 33 or the
또한 본 발명은 회절격자(33) 측으로 입사시키도록 된 실린더렌즈(60)가 구비됨에 따라, 상기 실린더렌즈(60)에 입사광을 집속하여 회절격자(33)에 입사시켜 통상의 흡수분광기와 같이 대기중의 화학적 성분에 대한 정보를 광학적으로 추출 가능할 뿐만 아니라 이로 인해 화재발생시에 연소과정에서 발생되는 가스성분을 분석하여 화재 초기에 감지할 수 있는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, as the
도 1은 본 발명의 일실시예를 도시한 구성도
도 2는 본 발명을 설명하기 위한 참고도
도 3은 본 발명을 설명하기 위한 다른 참고도
도 4는 본 발명을 설명하기 위한 또 다른 참고도
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 구성도
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 구성도
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 구성도1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention;
2 is a reference diagram for explaining the present invention;
3 is another reference diagram for explaining the present invention;
4 is another reference diagram for explaining the present invention;
5 is a block diagram showing another embodiment of the present invention;
6 is a block diagram showing another embodiment of the present invention;
7 is a block diagram showing another embodiment of the present invention;
상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.The objects, features and advantages of the present invention described above will become more apparent through the following detailed description. Hereinafter, it will be described based on the accompanying drawings.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 다양한 일실시예를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 화재감지시스템(10)은 화재가 예상되는 일정 공간의 감시영역(M)을 모니터링하도록 설치되는 것으로, 이를 위해 모니터링하는 감시영역(M)을 최대한 넓게 확보하도록 광각렌즈(20)를 사용하여 자연광을 집속하도록 구비되고, 상기 광각렌즈(20)에 의한 빛에 의해 스펙트럼을 형성하도록 된 분광기(30)가 구비되는데, 상기 분광기(30)는 광각렌즈(20)가 장착되는 바디(31)가 구비되고, 이 바디(31) 상에 상기 광각렌즈(20)에 의해 수광된 빛이 통과되는 슬릿(32)이 형성되며, 바디(31)의 내부에 상기 슬릿(32)을 통과한 빛을 투과 또는 반사시켜 스펙트럼을 형성하도록 된 회절격자(33)가 내장된 것으로, 이러한 분광기(30)에 의해서 광성분에 따라 달라지는 굴절률과 주파수에 의해 다양한 스펙트럼 데이터를 얻을 수 있게 된다.1 to 7 show various embodiments of the present invention. As shown in Fig. 1, the
또한 상기 분광기(30) 상에는 회절격자(33)에 의해 생성된 스펙트럼을 검출하기 위한 검출기(40)와 이 검출기(40)에 연결되어 스펙트럼을 분석하기 위한 프로세서(50)가 구비되는데, 상기 검출기(40)는 분광기(30)에 의한 스펙트럼 데이타를 카메라 또는 각 파장별 센서를 통해 전기적 신호로 바꾸어 상기 프로세서(50)에 전달하게 되고, 상기 프로세서(50)는 PC 등을 이용하여 화재 검출을 위한 알고리즘이 내장하여 상기 검출기(40)에 의해 전달된 스펙트럼 데이터를 분석하여 화재에 대한 진위여부나 발생상황에 대한 정보를 제공하게 된다.In addition, a
이러한 본 발명은 종래처럼 단순영상만으로 판단하는 것이 아니라 입력광에 포함된 여러 파장의 빛을 회절격자(33)를 통해 각 파장으로 분리된 스펙트럼을 데이터화하고, 이 스펙트럼 데이터를 이용하여 화재를 감지하도록 된 것인데, 이러한 세부적인 구성의 설명에 앞서 화재발생시의 온도와 파장의 관계 등을 도시된 도면에 의해 개략적으로 설명하면 다음과 같다.The present invention does not judge only with a simple image as in the prior art, but converts the spectrum separated into each wavelength through the diffraction grating 33 of light of several wavelengths included in the input light into data, and detects fire using this spectrum data. However, prior to the description of the detailed configuration, the relationship between the temperature and the wavelength at the time of fire will be schematically described with reference to the accompanying drawings.
도 2의 (a)는 흑체에서 방사되는 최대 온도와 최대 파장의 관계를 나타낸 그림으로, 이에 따르면 일반적인 화재의 경우 흑체의 경우에 완전히 일치하지는 않지만, 온도가 높을수록 스펙트럼이 짧은 파장 쪽에 위치되는 것을 알 수 있고, 가시영역 파장인 380~750nm인 영역에서는 온도가 피크를 포함한 영역에 도달해 있으므로, 분석단계에서 가시광선의 영역대의 파장이 검출된다면 이는 화재가 상당 부분 진행이 된 상태로 판단할 수 있는 것이다.FIG. 2(a) is a diagram showing the relationship between the maximum temperature and the maximum wavelength emitted from a blackbody. According to this, in the case of a general fire, it does not completely coincide with the case of a blackbody, but as the temperature increases, the spectrum is located on the shorter wavelength side. It can be seen, and since the temperature has reached the region including the peak in the visible region wavelength range of 380 ~ 750 nm, if a wavelength in the visible ray region is detected in the analysis stage, it can be determined that the fire has progressed considerably. will be.
또한 도 2의 (b)는 대략 200~2000℃에서 방출되는 최대 파장의 관계를 나타낸 그림으로, 이는 통상의 Wien 법칙과 같이 온도가 높으면 높을수록 방출하는 파장은 짧아지는 것을 알 수 있고, 복사에 의한 열전달은 전자기파의 형태로 전환되어 매질을 통하지 않고 고온의 물체에서 저온의 물체로 전달되기 때문에 화재 초기의 발원부근의 온도를 원거리에서 검출하기 위해서는 복사에 의한 온도를 검출하는 것이 매우 효율적이고, 이러한 복사에 의한 열전달 분석은 온도와 파장간의 관계를 나타내는 Wien 법칙에 따른 수식 등을 분석할 수 있는 것이다.In addition, (b) of FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the maximum wavelength emitted at approximately 200 to 2000 ° C. As in the general Wien law, it can be seen that the higher the temperature, the shorter the wavelength emitted is, and the Since heat transfer is converted into electromagnetic waves and transferred from a high-temperature object to a low-temperature object without passing through the medium, it is very efficient to detect the temperature by radiation in order to detect the temperature near the source of the fire from a long distance. The analysis of heat transfer by radiation can analyze the equations according to Wien's law indicating the relationship between temperature and wavelength.
한편, 도 3은 광성분을 영역별로 스펙트럼하여 나타내는데, 적외선 파장대역을 3구역을 세분화하여 나타낸 것이다. 여기에서 보면, 장파적외선(Long wave IR)파장 대역과 중파적외선 대역이 구분되는 파장이 4㎛인데, 이를 온도로 환산하면 대략 850℉ (454℃)로 이다.On the other hand, FIG. 3 shows the spectrum of the light component for each region, and the infrared wavelength band is subdivided into 3 zones. Here, the wavelength at which the long wave IR wavelength band and the medium wave infrared band are separated is 4 μm, which is approximately 850° F. (454° C.) when converted into temperature.
대개 화재 초기에 발생하는 온도는 촛불의 심지에 가까운 온도(400~900℃)정도로 생각할 수 있는데, 이 온도의 파장은 전술된 바와 같이 적외선 대역에 해당되므로, 보통의 가시광선 대역에 사용되는 일반 카메라에서는 검출이 불가능한 파장대역인 것이다.Usually, the temperature that occurs in the early stage of a fire can be thought of as a temperature close to the wick of a candle (400~900℃), and since the wavelength of this temperature corresponds to the infrared band as described above, a general camera used in the normal visible light band It is a wavelength band in which detection is impossible.
이상에서와 같이, 화재발생 초기 및 그 진행상태 등을 정확하게 파악하기 위해서는 가시광선으로부터 적외선 대역의 파장을 이르도록 넓은 영역의 파장을 검출할 수 있어야 하는 것이다. 본 발명에서는 전술된 바와 같은 광각렌즈(20)가 장착된 분광기(30)에 의해 광대역의 파장을 검출할 수 있는 것으로, 특히 상기 분광기(30)에 내장되는 회절격자(33)는 광원의 파장성분을 공간적으로 분산시키는 데에 이용되는 대표적인 광학 소자인데, 이를 도 4와 도 5에 의해 설명하면 다음과 같다.As described above, in order to accurately grasp the initial stage of the fire and its progress, it should be possible to detect a wavelength in a wide range from visible light to a wavelength in the infrared band. In the present invention, a broadband wavelength can be detected by the
도 4에 도시된 바와 같이, 입사광은 파장별로 구분되지 않은 상태로 회절격자(33) 측에 도달되고, 입사광이 회절격자(33)를 통과한 후에 파장에 따라 회절각도로 분산되는데, 통상적으로 회절격자(33)의 기본원리는 격자표면에 생성된 홈(36)에서 반사된 광의 간섭효과를 이용한 것이고, 이 회절각도를 계산하기 위해서는 다음과 같은 회절격자 방정식을 이용할 수 있는 것이다. As shown in FIG. 4 , the incident light arrives at the diffraction grating 33 without being divided by wavelength, and after the incident light passes through the diffraction grating 33 , it is dispersed at a diffraction angle according to the wavelength, usually diffracted The basic principle of the
식(1) Formula (1)
여기에서, d 는 회절격자 표면 1mm 당 포함된 홈(36)의 개수를 뜻하고, α는 회절격자(33)로의 입사각, β는 입사파장에 대한 회절각, m은 회절차수(m=±1, ±2, ±3, ...), λ는 입사파장을 나타낸다.Here, d means the number of
예를 들면, 회절격자(33)의 홈개수가 d=1800[lines/mm] 이고, 광원의 입사각이 49°이라면, +1차로 회절되는 각 파장의 회절각도가 식(1)에 의해 정해지는데, 800nm와 900nm 파장에 대해서 회절각을 계산하면 각각 62°와 43°를 얻을 수 있고, 이로부터 분산각은 두 각도의 차인 19°로 계산된다.For example, if the number of grooves in the
이와 같은 회절격자(33)를 결정하는데 있어서 고려할 가장 주요한 요소는 d값으로, 이 값에 따라서 회절각이 달라지고 그 결과 전체 분산각을 결정하는 요인이 되는데, d값이 크면 분산각이 증가하고, d값이 작으면 작은 회절효율을 가지게 되고, 광학계의 결상조건을 고려하여 d값이 변경될 수도 있기 때문에 최적화과정에서 조건이 수정될 수 있음은 당연하며, 이 분산각은 회절격자(33)를 통과한 뒤 선형 광센서 등에 최적의 상태로 맺히기 위한 센서배열이나 위치결정 등에 활용되는 것이다.The most important factor to consider in determining such a
한편, 본 발명처럼 계산된 분산각이 넓으면 적용된 파장 영역이 보다 넓어지기 때문에 높은 파장의 2차 회절된 스펙트럼과 낮은 파장의 회절된 스펙트럼 영역이 겹쳐지는 현상이 일어날 수 있는 것으로, 이는 한 파장의 광원이 회절격자(33)를 통과한 후 식(1)에 의해 차수m의 값에 따라 여러 회절각도 값()이 나오는데, 식(1)에서 m은 정수로 크기가 1보다 높은 경우를 고차 회절각이라고 한다. 광대역 파장의 빛이 격자를 통과할 때, 차수가 인접한 스펙트럼에 대해 부분적으로 겹칠 수 있다. 이때에, 겹치지 않는 입력 최대 입사광의 파장대역을 '자유스펙트럼 범위'라고 하는데, 이는 다음과 같은 식(2) 방정식이 충족되면 λ1~λ2 범위의 파장을 가진 m차 빛을 겹치지 않고 사용할 수 있다. On the other hand, if the calculated dispersion angle is wide as in the present invention, since the applied wavelength region becomes wider, a phenomenon in which the second diffracted spectrum of high wavelength and the diffracted spectrum region of low wavelength overlap may occur, which is After the light source passes through the
식(2) Equation (2)
예를 들면, 400nm~1600nm 범위의 파장을 가진 1차 빛을 사용하는 경우, 400nm~800nm 범위의 파장대역의 2차 회절 빛들은 1차의 800nm~1600nm의 회절빛과 겹치게 되는데, 본 발명에서는 다음과 같은 구성에 의해 이를 해결하고자 한다.For example, when primary light having a wavelength in the range of 400 nm to 1600 nm is used, the secondary diffracted light in the wavelength band of 400 nm to 800 nm overlaps the first diffracted light in the 800 nm to 1600 nm range. We try to solve this by the configuration as follows.
도 5에 도시된 바와 같이, 분광기(30)의 바디(31) 상에 내장되는 회절격자(33)를 슬릿(32)으로부터 동일한 거리로 상하 배치되는 제1 회절격자(34)와 제2 회절격자(35)에 의해 자유스펙트럼 영역을 원천적으로 확보할 수 있도록 구비되는데, 이 상기 제1 회절격자(34)와 제2 회절격자(35)는 서로 다른 홈개수(d)를 갖도록 제작되어 다른 영역대의 파장을 회절시킬 수 있도록 구비된 것으로, 예를 들면, 제1 회절격자(34)를 400nm~800nm용으로 제작하고, 제2 회절격자(35)를 800nm~1600nm용 격자를 제작하여 상하로 수직으로 배치하여 광대역 파장을 동시에 처리 분리하면 가시광선과 열에 민감한 적외선 대역의 파장 성분을 독립적으로 분해할 수 있게 된다.As shown in FIG. 5 , a
또한 자유스펙트럼 영역을 확보할 수 있는 다른 방법으로는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 검출기(40)는 다른 대역의 파장을 검출하도록 제1 검출기(41)와 제2 검출기(42)로 구성하여 나란하게 배치하는데, 예를 들면, 장파적외선인 400nm의 2차 회절광은 단파적외선 800nm의 1차 회절광과 겹칠 때에, 전술된 바와 같은 제1 검출기(41)와 제2 검출기(42)를 같은 위치에 배치하여 각각 다른 파장을 검출하도록 된 것이다. In addition, as another method for securing the free spectrum region, as shown in FIG. 6 , the
이러한 본 발명은 가시광선 대역의 스펙트럼에서는 화재시 발생하는 영상의 특징을 추출하고, 적외선 대역의 스펙트럼에서는 온도에 대한 정보를 추출하여 이를 통합하며, 통합된 데이타를 러닝머신 기법 등을 통해 분석함으로써 빠르고 효과적인 화재 경보를 발생하는 시스템을 제공할 수 있게 된다.The present invention extracts features of images that occur in case of fire from the spectrum of the visible ray band, extracts information about the temperature from the spectrum of the infrared band and integrates it, and analyzes the integrated data through a treadmill technique, etc. It becomes possible to provide a system for generating an effective fire alarm.
한편 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 분광기(30) 상에는 슬릿(32)과 회절격자(33) 사이에 실린더렌즈(60)가 더 내장될 수 있는 것으로, 이러한 실린더렌즈(60)는 슬릿(32)을 통해 유입되는 입사광을 회절격자(33)에 대해 평행한 축으로 집속하여 상기 회절격자(33)에 입사시키는데, 이에 의해서는 통상의 흡수분광기와 같이 대기중의 화학적 성분에 대한 정보를 광학적으로 추출할 수 있게 된다.On the other hand, as shown in Figure 7, on the
이러한 방법은 화재발생 초기에 가연성 물질이 연소됨에 따라 방출되는 가스 및 빛의 변화를 분광기(30)와 프로세서(50)에 의한 스펙트럼 데이터를 분석하여 화재 초기에 정밀하게 감지할 수 있는 성능을 갖출 수 있을 뿐만 아니라 광학계로 입력되는 스펙트럼 데이타를 이용함으로 인해 넓은 공간에서도 화재를 감지할 수 있고, 이에 의해 화재 초기 경보와 화재의 근본 원인도 찾아낼 수도 있는 것이다.This method has the ability to accurately detect changes in gas and light emitted as combustible materials are burned at the initial stage of a fire by analyzing the spectral data by the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the technical field to which the present invention pertains that various substitutions, modifications and changes can be made within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those who have the knowledge of
10: 화재감지시스템 20: 광각렌즈
30: 분광기 31: 바디
32: 슬릿 33: 회절격자
34: 제1 회절격자 35: 제2 회절격자
36: 홈 40: 검출기
41: 제1 검출기 42: 제2 검출기
50: 프로세서 60: 실린더렌즈10: fire detection system 20: wide-angle lens
30: spectrograph 31: body
32: slit 33: diffraction grating
34: first diffraction grating 35: second diffraction grating
36: home 40: detector
41: first detector 42: second detector
50: processor 60: cylinder lens
Claims (4)
감시영역(M) 상의 빛을 수광 가능하도록 된 광각렌즈(20)와;
상기 광각렌즈(20)가 장착되는 바디(31)와, 상기 바디(31) 내에 구비되어 상기 광각렌즈(20)에 의한 빛을 투과 또는 반사시켜 스펙트럼을 형성하도록 된 회절격자(33)를 포함한 분광기(30)와;
상기 분광기(30)에 연결되어 스펙트럼을 검출하도록 된 검출기(40)와;
상기 검출기(40)에 연결되어 스펙트럼을 분석하도록 된 프로세서(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 분광기를 이용한 화재감지시스템.
A fire detection system installed to monitor a monitoring area (M) of a certain space in anticipation of a fire;
a wide-angle lens 20 capable of receiving light on the monitoring area M;
A spectrometer including a body 31 to which the wide-angle lens 20 is mounted, and a diffraction grating 33 provided in the body 31 to transmit or reflect light by the wide-angle lens 20 to form a spectrum (30) and;
a detector 40 connected to the spectrometer 30 to detect a spectrum;
and a processor (50) connected to the detector (40) to analyze the spectrum.
2. The diffraction grating according to claim 1, wherein the grating (33) comprises a first diffraction grating (34) and a second diffraction grating (35) arranged side by side up and down or left and right to diffract different wavelengths. A fire detection system using a broadband spectrometer.
The fire detection system according to claim 1 or 2, wherein the detector (40) is composed of a first detector (41) and a second detector (42) configured to detect different wavelengths.
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20190102887A (en) * | 2018-02-27 | 2019-09-04 | 주식회사 선반도체 | Optical system of super spectroscopic decomposer with multi-layer diffraction grating structure |
-
2020
- 2020-12-02 KR KR1020200166592A patent/KR102476185B1/en active IP Right Grant
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