KR20220160308A - Apparatus and method for detecting fire based on polarized light scattering - Google Patents

Apparatus and method for detecting fire based on polarized light scattering Download PDF

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KR20220160308A
KR20220160308A KR1020210068366A KR20210068366A KR20220160308A KR 20220160308 A KR20220160308 A KR 20220160308A KR 1020210068366 A KR1020210068366 A KR 1020210068366A KR 20210068366 A KR20210068366 A KR 20210068366A KR 20220160308 A KR20220160308 A KR 20220160308A
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light emitting
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양회성
김수철
김현석
모상현
박소영
이강복
조광수
한규원
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한국전자통신연구원
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Abstract

Provided is a device for detecting a fire based on polarized light scattering. The device includes: a chamber into which smoke is introduced; a light emitting unit which polarizes and irradiates light into the space within the chamber; a light receiving unit for polarizing and receiving light scattered by smoke introduced into the chamber; a control unit for controlling the operation of the light emitting unit and the light receiving unit; and a fire determination unit comprising a polarization scattering matrix based on the incident light signal value by the light emitting unit and the scattered light signal value by the light receiving unit, and classifying fire smoke and non-fire smoke based on a comparison result with a previously derived detection signal value.

Description

편광 산란에 기반하여 화재를 감지하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING FIRE BASED ON POLARIZED LIGHT SCATTERING}Apparatus and method for detecting fire based on polarization scattering {APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING FIRE BASED ON POLARIZED LIGHT SCATTERING}

본 발명은 편광 산란에 기반하여 화재를 감지하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for detecting a fire based on polarization scattering.

일반적인 화재 감지기는 화재 시 발생하는 열과 연기를 감지하여 화재 여부를 판별하는 장치이다. 이러한 화재 감지기는 열감지 방식과 연기 감지 방식이 있다.A general fire detector is a device that determines whether or not there is a fire by detecting heat and smoke generated in the event of a fire. These fire detectors include a heat detection method and a smoke detection method.

열감지 방식은 감지기의 주변 온도가 일정 이상 올라갈 경우 화재로 감지하는 정온식과, 온도 증가율이 임계값을 넘어갈 때 동작하는 차동식이 있다.Thermal sensing methods include a constant temperature type that detects a fire when the ambient temperature of the sensor rises above a certain level, and a differential type that operates when the temperature increase rate exceeds a threshold value.

또한, 연기 감지 방식은 연기에 의해 이온 전류값의 변화를 측정하는 이온화식과, 연기 입자에 의한 빛의 산란을 감지하는 광전식이 있다.In addition, smoke detection methods include an ionization method for measuring a change in an ion current value by smoke and a photoelectric method for detecting scattering of light by smoke particles.

한편, 최근 화재의 신속한 감지를 위해 광전식 화재 감지기의 사용이 증가하고 있다. 이러한 광전식 화재 감지기는 감지기 내부의 챔버에 연기가 유입되고, 유입된 연기 입자에 의해 빛이 산란하면, 그 산란된 빛을 감지하여 화재 경보를 발생하는 구조로 되어 있다.On the other hand, recently, the use of photoelectric fire detectors for rapid detection of fire is increasing. Such a photoelectric fire detector has a structure in which smoke flows into a chamber inside the detector and when light is scattered by the smoke particles, the scattered light is sensed and a fire alarm is generated.

그러나 종래의 광전식 화재 감지기는 실제 연기뿐만 아니라 일상 생활에서 발생하는 조리 연기, 담배 연기, 수증기, 미세먼지 등과 같이 화재가 아닌 미세 입자가 유입되는 경우에도 화재로 판단하여 경보를 발생시키는 비화재보가 빈번하게 발생하는 문제점이 있다.However, the conventional photoelectric fire detector has a non-fire alarm that determines that it is a fire and issues an alarm even when fine particles other than fire, such as cooking smoke, cigarette smoke, water vapor, and fine dust, that occur in daily life, flow in as well as actual smoke. There are problems that occur frequently.

공개특허공보 제10-2021-0049661호 (2021.05.06)Publication No. 10-2021-0049661 (2021.05.06)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 연기 입자에 대하여 빛이 산란하는 특성을 이용하여 화재를 감지하기 위한 것으로, 특히 빛의 편광 산란 특성을 이용하여 화재 및 비화재를 구분할 수 있는 편광 산란에 기반하여 화재를 감지하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to detect a fire by using the scattering characteristics of light with respect to smoke particles. It is to provide a device and method for detecting.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기된 바와 같은 과제로 한정되지 않으며, 또다른 과제들이 존재할 수 있다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to the above problem, and other problems may exist.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따른 편광 산란에 기반하여 화재를 감지하는 장치는 연기가 유입되는 챔버, 상기 챔버 내 공간으로 빛을 편광시켜 조사하는 발광부, 상기 챔버 내 유입된 연기에 의한 산란광을 편광시켜 수광하는 수광부, 상기 발광부 및 수광부의 동작을 제어하는 제어부 및 상기 발광부에 의한 입사광 신호값과 수광부에 의한 산란광 신호값을 기반으로 편광 산란 매트릭스를 구성하고, 미리 도출된 검출용 신호값과의 비교 결과에 기초하여 화재 연기 및 비화재 연기를 구분하는 화재 판단부를 포함한다.An apparatus for detecting a fire based on polarization scattering according to a first aspect of the present invention for solving the above problems is a chamber into which smoke is introduced, a light emitting unit that polarizes and irradiates light into a space within the chamber, and an inflow into the chamber. A polarization scattering matrix is configured based on a light receiving unit that polarizes and receives light scattered by smoke, a control unit that controls operations of the light emitting unit and the light receiving unit, and a signal value of incident light by the light emitting unit and a signal value of scattered light by the light receiving unit, and a fire determination unit that classifies fire smoke and non-fire smoke based on a comparison result with the derived signal value for detection.

본 발명의 일부 실시예에서, 상기 발광부는 복수의 서로 다른 방향으로 빛을 편광시키는 복수의 제1 편광 필터를 포함하고, 상기 수광부는 상기 제1 편광 필터를 통해 편광된 빛이 연기에 의해 산란된 산란광을 편광시켜 수광하는 제2 편광 필터를 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the light emitting unit includes a plurality of first polarization filters for polarizing light in a plurality of different directions, and the light receiving unit detects light polarized through the first polarization filters scattered by smoke. A second polarization filter for polarizing and receiving scattered light may be included.

본 발명의 일부 실시예에서, 상기 발광부는 복수의 파장으로 구성되는 빛을 조사하기 위한 복수의 발광 유닛을 포함하고, 상기 수광부는 상기 복수의 파장을 구분하여 수광하기 위한 복수의 수광 유닛을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the light emitting unit may include a plurality of light emitting units for emitting light composed of a plurality of wavelengths, and the light receiving unit may include a plurality of light receiving units for separately receiving light of the plurality of wavelengths. can

본 발명의 일부 실시예에서, 상기 발광부는 복수의 파장으로 구성되는 빛을 조사하는 복수의 발광 유닛 및 상기 복수의 파장으로 구성되는 빛을 복수의 서로 다른 방향으로 빛을 편광시키는 복수의 제1 편광 필터를 포함하고, 상기 수광부는 상기 제1 편광 필터를 통해 편광된 빛이 연기에 의해 산란된 산란광을 편광시키는 제2 편광 필터 포함 및 상기 제2 편광 필터에 의해 편광된 산란광을 상기 복수의 파장으로 구분하여 수광하기 위한 복수의 수광 유닛을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the light emitting unit radiates light consisting of a plurality of wavelengths and a plurality of light emitting units and a plurality of first polarization polarizing light consisting of the plurality of wavelengths in a plurality of different directions. The light receiving unit includes a second polarization filter for polarizing scattered light scattered by smoke from the light polarized through the first polarization filter, and converts the scattered light polarized by the second polarization filter into the plurality of wavelengths. A plurality of light receiving units for separately receiving light may be included.

본 발명의 일부 실시예에서, 상기 제어부는 상기 발광부를 주기적으로 점멸 제어하고, 상기 수광부를 주기적으로 수신 제어할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the control unit may periodically control blinking of the light emitting unit and periodically receive control of the light receiving unit.

본 발명의 일부 실시예에서, 상기 화재 판단부는 상기 입사광 신호값과 산란광 신호값을 기반으로 매트릭스 곱을 수행하여 상기 편광 산란 매트릭스를 구성하되, 상기 편광 산란 매트릭스의 각 요소값은 화재 연기 및 비화재 연기에 따라 차별되도록 구성될 수 있다.In some embodiments of the present invention, the fire determination unit configures the polarization scattering matrix by performing matrix multiplication based on the incident light signal value and the scattered light signal value, wherein each element value of the polarization scattering matrix is fire smoke and non-fire smoke It can be configured to be discriminated according to.

본 발명의 일부 실시예에서, 상기 화재 판단부는 상기 화재 연기 및 비화재 연기의 종류별로 미리 도출된 검출용 신호값을 저장하고, 상기 편광 산란 매트릭스의 각 요소값과의 비교 결과에 기초하여 화재 연기 및 비화재 연기를 구분할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the fire determination unit stores the detection signal value derived in advance for each type of fire smoke and non-fire smoke, and fire smoke based on a comparison result with each element value of the polarization scattering matrix. and non-fire smoke.

또한, 본 발명의 제2 측면에 따른 편광 산란에 기반하여 화재를 감지하는 방법은 발광부를 주기적으로 점멸 제어하여 연기가 유입되는 챔버 내 공간으로 빛을 편광시켜 조사하는 단계; 수광부를 주기적으로 수신 제어하여 상기 챔버 내 유입된 연기에 의한 산란광을 편광시켜 수광하는 단계; 상기 발광부에 의한 입사광 신호값과 수광부에 의한 산란광 신호값을 기반으로 편광 산란 매트릭스를 구성하는 단계; 및 상기 편광 산란 매트릭스의 각 요소값 및 미리 도출된 검출용 신호값과의 비교 결과에 기초하여 화재 연기 및 비화재 연기를 구분하는 단계를 포함한다.In addition, a method for detecting a fire based on polarization scattering according to a second aspect of the present invention includes controlling the light emitting unit to periodically flicker to irradiate polarized light into a space in a chamber through which smoke is introduced; periodically receiving and controlling a light receiver to polarize and receive light scattered by smoke introduced into the chamber; constructing a polarization scattering matrix based on the incident light signal value by the light emitting unit and the scattered light signal value by the light receiving unit; and distinguishing between fire smoke and non-fire smoke based on a comparison result between each element value of the polarization scattering matrix and a previously derived detection signal value.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 면에 따른 컴퓨터 프로그램은, 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어 편광 산란에 기반하여 화재를 감지하는 방법을 실행하며, 컴퓨터 판독가능 기록매체에 저장된다.A computer program according to another aspect of the present invention for solving the above problems is combined with a computer that is hardware to execute a method for detecting a fire based on polarization scattering, and is stored in a computer readable recording medium.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.

전술한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 화재 및 비화재 구분 기능을 갖는 화재 감지 장치 및 방법을 통해 생활 연기로 인한 비화재보로 인한 오경보를 줄일 수 있으며, 그에 따른 소방관의 오인 출동을 사전에 방지할 수 있다는 장점이 있다.According to one embodiment of the present invention described above, it is possible to reduce false alarms due to non-fire alarms caused by life smoke through a fire detection device and method having a fire and non-fire distinguishing function, and to prevent firefighters from being dispatched by mistake in advance. There are advantages to being able to do it.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

도 1은 수직 편광에 대한 예시를 도시한 도면이다.
도 2는 구면 좌표계를 도시한 도면이다.
도 3은 각 편광에 대한 형상을 도시한 도면이다.
도 4는 일반적인 광전식 화재 감지기를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 광전식 화재 감지기에서 연기 입자가 유입되어 감지기가 동작하는 내용을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 감지 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 감지 방법의 순서도이다.
1 is a diagram showing an example for vertical polarization.
2 is a diagram illustrating a spherical coordinate system.
3 is a diagram showing the shape of each polarization.
4 is a schematic diagram of a general photoelectric fire detector.
FIG. 5 is a view for explaining how the photoelectric fire detector of FIG. 4 operates when smoke particles are introduced.
6 is a diagram for explaining a fire detection device according to an embodiment of the present invention.
7 is a flow chart of a fire detection method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, only these embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and are common in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person skilled in the art of the scope of the invention, and the invention is only defined by the scope of the claims.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.Terminology used herein is for describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other elements other than the recited elements. Like reference numerals throughout the specification refer to like elements, and “and/or” includes each and every combination of one or more of the recited elements. Although "first", "second", etc. are used to describe various components, these components are not limited by these terms, of course. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, it goes without saying that the first element mentioned below may also be the second element within the technical spirit of the present invention.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with meanings commonly understood by those skilled in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless explicitly specifically defined.

이하에서는 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 산란에 기반하여 화재를 감지하는 장치(100, 이하 화재 감지 장치)에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a fire detection device 100 (hereinafter referred to as a fire detection device) based on polarization scattering according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6 .

편광이란 빛을 파동광학의 관점에서 전자기파로 해석하는 것으로, 전자기파가 진행할 때 파를 구성하는 전기장 또는 자기장이 특정한 방향으로 진동하는 현상을 말한다. 여기서 빛은 전기장으로 해석할 수 있으므로 전기장만을 고려하면, 일반적으로 빛은 진행방향과 수직한 모든 방향으로 진동하는 빛이 혼합된 상태이지만, 편광은 특정 필터를 사용하여 특정 방향으로만 진동하도록 하는 것이다. 즉, 편광은 특정한 방향으로만 진동하여 나아가는 빛이라 할 수 있다.Polarization is an interpretation of light as an electromagnetic wave in terms of wave optics, and refers to a phenomenon in which the electric or magnetic field constituting the wave vibrates in a specific direction when the electromagnetic wave propagates. Here, light can be interpreted as an electric field, so if only the electric field is considered, light is generally a mixture of light vibrating in all directions perpendicular to the direction of travel, but polarization uses a specific filter to vibrate only in a specific direction. . That is, polarization can be said to be light that vibrates only in a specific direction.

편광은 일반적으로 선형 편광, 원형 편광, 타원형 편광으로 나뉘는데, 빛은 횡파이므로

Figure pat00001
축 방향으로 진행하는 빛은
Figure pat00002
성분
Figure pat00003
Figure pat00004
성분
Figure pat00005
로 표현될 수 있다. 여기에서
Figure pat00006
Figure pat00007
는 각 방향에 대한 빛의 크기,
Figure pat00008
는 진동 주파수,
Figure pat00009
는 시간,
Figure pat00010
는 파수,
Figure pat00011
는 위치,
Figure pat00012
는 두 성분 사이의 위상차를 나타낸다. 이때,
Figure pat00013
또는
Figure pat00014
가 0이면 선형 편광(수직, 수평)이고,
Figure pat00015
이고,
Figure pat00016
또는
Figure pat00017
이면 원형 편광(우편광, 좌편광),
Figure pat00018
Figure pat00019
가 0이 아니고
Figure pat00020
이고,
Figure pat00021
이면 타원형 편광이 된다. 도 1은 수직 편광에 대한 예시를 도시한 도면이다.Polarization is generally divided into linear polarization, circular polarization, and elliptical polarization. Since light is a transverse wave,
Figure pat00001
Light traveling in the axial direction
Figure pat00002
ingredient
Figure pat00003
Wow
Figure pat00004
ingredient
Figure pat00005
can be expressed as From here
Figure pat00006
Wow
Figure pat00007
is the magnitude of light in each direction,
Figure pat00008
is the vibration frequency,
Figure pat00009
time,
Figure pat00010
is the watchman,
Figure pat00011
is the location,
Figure pat00012
represents the phase difference between the two components. At this time,
Figure pat00013
or
Figure pat00014
is 0, linear polarization (vertical, horizontal),
Figure pat00015
ego,
Figure pat00016
or
Figure pat00017
Backside circular polarization (right polarized light, left polarized light),
Figure pat00018
Wow
Figure pat00019
is not 0
Figure pat00020
ego,
Figure pat00021
If it is, it becomes elliptically polarized light. 1 is a diagram illustrating an example of vertical polarization.

한편, 스토크스 변수는 빛을 포함한 전자기파의 편광 상태를 설명하기 위하 도입된 값이다. 도 2는 구면 좌표계를 도시한 도면이다. 도 2의 구면 좌표계를 참조하여 스토크스 변수와 광량, 그리고 편광 타원의 매개변수들 사이의 관계는 아래 식 1과 같이 나타낼 수 있다.Meanwhile, the Stokes variable is a value introduced to describe the polarization state of electromagnetic waves including light. 2 is a diagram illustrating a spherical coordinate system. Referring to the spherical coordinate system of FIG. 2, the relationship between the Stokes variable, the amount of light, and the parameters of the polarization ellipse can be expressed as Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

Figure pat00022
Figure pat00022

Figure pat00023
Figure pat00023

Figure pat00024
Figure pat00024

Figure pat00025
Figure pat00025

여기에서

Figure pat00026
는 전체 광량,
Figure pat00027
는 편광도,
Figure pat00028
는 도 2의 3차원 공간상 구면 좌표계의 각도이다. 식 1에서
Figure pat00029
앞의 상수 2는 어떤 편광 타원이든
Figure pat00030
회전시 구분할 필요가 없음을 나타내고,
Figure pat00031
앞의 상수 2는 타원의 반축 길이가
Figure pat00032
회전과 연계되어 바뀜을 나타낸다. 이러한 스토크스 변수들은 식 2와 같이 스토크스 벡터의 형태로 나타낼 수 있다.From here
Figure pat00026
is the total amount of light,
Figure pat00027
is the degree of polarization,
Figure pat00028
Is the angle of the spherical coordinate system in the 3-dimensional space of FIG. in Equation 1
Figure pat00029
The previous constant 2 is any polarization ellipse
Figure pat00030
Indicates that there is no need to distinguish when rotating,
Figure pat00031
The preceding constant 2 is the length of the semi-axis of the ellipse
Figure pat00032
In conjunction with rotation, it represents change. These Stokes variables can be expressed in the form of a Stokes vector as shown in Equation 2.

[식 2][Equation 2]

Figure pat00033
Figure pat00033

위 식 2를 편광의 형태에 따라 표로 정리해보면 다음 표 1과 같다. 이때, 도 3은 각 편광에 대한 형상을 도시한 도면이다.Table 1 below summarizes Equation 2 according to the type of polarization. At this time, FIG. 3 is a diagram showing the shape of each polarization.

편광의 형태form of polarization 무편광no polarization 수평편광horizontal polarization 수직편광vertical polarization +45°편광+45° polarization -45°편광-45° polarization 우원편광right circular polarization 좌원편광left circular polarization

Figure pat00034
Figure pat00034
II 1One 1One 1One 1One 1One 1One 1One
Figure pat00035
Figure pat00035
QQ 00 1One -1-One 00 00 00 00
Figure pat00036
Figure pat00036
UU 00 00 00 1One -1-One 00 00
Figure pat00037
Figure pat00037
VV 00 00 00 00 00 1One -1-One

빛이 표면이나 물질에 입사하게 되면 투과, 반사, 산란의 현상이 나타나는데, 산란에 대해 위 스토크스 벡터로 나타내면 다음 식 3과 같다.When light is incident on a surface or material, phenomena of transmission, reflection, and scattering appear. When the above Stokes vector is expressed for scattering, the following equation is shown.

[식 3][Equation 3]

Figure pat00038
Figure pat00038

이때, 식 3에서

Figure pat00039
은 입사광을 나타내고
Figure pat00040
는 산란광을 나타낸다.At this time, in Equation 3
Figure pat00039
represents the incident light
Figure pat00040
represents the scattered light.

도 4는 일반적인 광전식 화재 감지기를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 5는 도 4의 광전식 화재 감지기에서 연기 입자가 유입되어 감지기가 동작하는 내용을 설명하기 위한 도면이다.4 is a schematic diagram of a general photoelectric fire detector. FIG. 5 is a view for explaining how the photoelectric fire detector of FIG. 4 operates when smoke particles are introduced.

종래 기술에 따른 광전식 화재 감지기는 발광부와 수광부를 포함하여 구성되며, 챔버 내부는 차광벽 또는 발광부와 수광부 사이가 일정 각도를 유지하도록 어긋나게 배치되어 연기가 없는 경우 발광부의 빛이 수광부에서 검출되지 않도록 하는 구조로 이루어져 있다.A photoelectric fire detector according to the prior art is composed of a light emitting part and a light receiving part, and the light blocking wall or the light emitting part and the light receiving part are arranged at a different angle to maintain a certain angle inside the chamber, so that the light of the light emitting part is detected by the light receiving part when there is no smoke. It is structured to prevent this from happening.

이와 같이, 종래의 광전식 화재 감지기의 내부 챔버는 연기 입자가 없는 환경에서는 발광부가 수광부에 간섭을 일으키지 않도록 하는 구조로 이루어져 있어 수광부에서 광원이 검출되지 않으나, 감지기 내부에 연기 입자가 유입되면, 연기 입자에 의해 발광부에서 발생한 광원이 연기 입자에 의해 산란이 발생하여 수광부에 광원이 입력되어 수광부가 반응하게 된다. 이러한 종래의 광전식 화재 감지기는 에어로졸 상태의 입자에 의해 반응하기 때문에, 화재로 인한 연기뿐만 아니라 주방의 조리 연기, 담배 연기, 수증기, 먼지와 같은 일상 생활 연기에도 반응하여 비화재보 발생이 빈번한 문제가 있다.As such, the internal chamber of the conventional photoelectric fire detector has a structure in which the light emitting part does not interfere with the light receiving part in an environment without smoke particles, so that the light source is not detected in the light receiving part, but when smoke particles are introduced into the detector, smoke The light source generated in the light emitting unit by the particles is scattered by the smoke particles, and the light source is input to the light receiving unit, and the light receiving unit reacts. Since these conventional photoelectric fire detectors respond by aerosol particles, they respond not only to smoke caused by fire but also to everyday life smoke such as kitchen cooking smoke, cigarette smoke, water vapor, and dust, resulting in frequent occurrence of non-fire alarms. have.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 빛의 편광 산란 특성을 이용하여 화재 및 비화재를 구분할 수 있다.In order to solve this problem, one embodiment of the present invention can distinguish between fire and non-fire using polarization scattering characteristics of light.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 감지 장치(100)를 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining a fire detection device 100 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 화재 감지 장치(100)는 챔버(110), 발광부(120), 수광부(130), 제어부(140) 및 화재 판단부(150)를 포함하여 구성된다.A fire detection device 100 according to an embodiment of the present invention includes a chamber 110, a light emitting unit 120, a light receiving unit 130, a control unit 140, and a fire determination unit 150.

챔버(110)는 연기가 유입되는 검연 공간이 형성되며, 발광부(120)를 통해 검연 공간 내로 빛이 조사되도록 하며 조사된 빛이 연기에 의해 산란된 산란광이 수광부(130)로 수광되도록 한다.In the chamber 110, an inspection space through which smoke flows is formed, and light is irradiated into the inspection space through the light emitting unit 120, and scattered light scattered by the smoke is received by the light receiver 130.

발광부(120)는 챔버(110) 내 공간으로 빛을 편광시켜 조사하며, 수광부(130)는 챔버(110) 내 유입된 연기에 의한 산란광을 편광시켜 수광한다.The light emitter 120 polarizes and radiates light into the space within the chamber 110, and the light receiver 130 polarizes and receives light scattered by smoke introduced into the chamber 110.

일 실시예로, 발광부(120)는 복수의 서로 다른 방향으로 빛을 편광시키는 복수의 제1 편광 필터를 포함할 수 있다. 일 예로, 복수의 제1 편광 필터는 제1 방향으로 빛을 편광시켜 조사되도록 하고, 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 빛을 편광시켜 조사되도록 한다.In one embodiment, the light emitting unit 120 may include a plurality of first polarization filters that polarize light in a plurality of different directions. For example, the plurality of first polarization filters polarize and irradiate light in a first direction, and polarize and irradiate light in a second direction different from the first direction.

일 실시예로, 수광부(130)는 제1 편광 필터를 통해 편광된 빛이 연기에 의해 산란된 산란광을 편광시켜 수광하는 제2 편광 필터를 포함한다. 일 예로, 복수의 제2 편광 필터는 연기에 의한 산란광을 제1 방향으로 편광시켜 수광하도록 하며, 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 편광시켜 수광하도록 한다.In an exemplary embodiment, the light receiver 130 includes a second polarization filter that polarizes and receives scattered light scattered by smoke from light polarized through the first polarization filter. For example, the plurality of second polarization filters polarize and receive light scattered by smoke in a first direction, and polarize and receive light in a second direction different from the first direction.

이때, 발광부(120)와 수광부(130)에서의 제1 및 제2 방향은 각각 서로 동일 또는 상이할 수 있다.In this case, the first and second directions of the light emitting unit 120 and the light receiving unit 130 may be the same as or different from each other.

또한, 본 발명의 일 실시예에서 발광부(120)는 복수의 서로 다른 파장으로 구성되는 빛을 조사하기 위한 발광 유닛을 포함할 수 있으며, 수광부(130)는 복수의 파장의 빛이 조사됨에 따라 복수의 파장을 구분하여 수광하기 위한 복수의 수광 유닛을 포함하여 구성될 수 있다.In addition, in one embodiment of the present invention, the light emitting unit 120 may include a light emitting unit for radiating light composed of a plurality of different wavelengths, and the light receiving unit 130 is irradiated with light having a plurality of wavelengths. It may be configured to include a plurality of light receiving units for separately receiving a plurality of wavelengths.

이 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 감지 장치(100)는 복수의 편광 필터 및 복수의 파장을 동시에 이용하여 구성될 수도 있다. 즉, 발광부(120)는 최소 2종류 이상의 복수의 편광으로 구성될 수 있고, 광원의 파장을 달리하는 복수의 파장으로 구성될 수 있으며, 파장별 복수의 편광 기능을 부가하여 구성될 수도 있다. 마찬가지로, 수광부(130)는 복수의 편광으로 구성될 수 있으며, 발광부의 파장 범위에 따라 복수의 파장을 수광하도록 구성될 수 있다.In this case, the fire detection device 100 according to an embodiment of the present invention may be configured by simultaneously using a plurality of polarization filters and a plurality of wavelengths. That is, the light emitting unit 120 may be composed of a plurality of polarizations of at least two or more types, may be composed of a plurality of wavelengths different from the wavelength of the light source, or may be composed of adding a plurality of polarization functions for each wavelength. Similarly, the light receiving unit 130 may be composed of a plurality of polarized light and may be configured to receive a plurality of wavelengths according to the wavelength range of the light emitting part.

한편, 본 발명의 일 실시예에서 이용하는 파장 대역은 화재 감지 장치(100)가 설치되는 장소, 배치 위치, 배치 환경에 따라 사용자에 의해 선택되어 적용될 수 있다.Meanwhile, a wavelength band used in an embodiment of the present invention may be selected and applied by a user according to a place where the fire detection device 100 is installed, an arrangement location, and an arrangement environment.

제어부(140)는 발광부(120) 및 수광부(130)의 동작을 제어한다. 일 실시예로, 제어부(140)는 발광부(120)를 주기적으로 점멸 제어하고, 수광부(130)에서 감지 신호가 발생하는지 주기적으로 수신 제어한다.The control unit 140 controls the operation of the light emitting unit 120 and the light receiving unit 130 . In one embodiment, the control unit 140 controls the light emitting unit 120 to blink periodically, and periodically controls whether a detection signal is generated by the light receiving unit 130 or not.

이때, 연기 입자가 챔버(110) 안으로 유입되면 발광부(120)의 제1 편광 필터를 통해 조사된 빛은 연기 입자에 의해 산란되고, 이렇게 산란된 빛은 수광부(130)의 제2 편광 필터를 거쳐 수광되어 제어부로 수집된다. 이렇게 수집된 산란광 신호는 식 3에서의 SC에 해당하는 신호값이며, in에 해당하는 신호값은 구성 초기 측정을 통해 설정된 값이다.At this time, when the smoke particles are introduced into the chamber 110, the light irradiated through the first polarization filter of the light emitting unit 120 is scattered by the smoke particles, and the scattered light passes through the second polarization filter of the light receiving unit 130. The light is received through and collected by the control unit. The scattered light signal collected in this way is a signal value corresponding to SC in Equation 3, and a signal value corresponding to in is a value set through initial measurement of the configuration.

화재 판단부(150)는 발광부(120)에 의한 입사광 신호값과 수광부(130)에 의한 산란광 신호값을 기반으로 편광 산란 매트릭스를 구성하고, 미리 도출된 검출용 신호값과의 비교 결과에 기초하여 화재 연기 및 비화재 연기를 구분한다.The fire determination unit 150 configures a polarization scattering matrix based on the incident light signal value from the light emitting unit 120 and the scattered light signal value from the light receiving unit 130, and based on the comparison result with the previously derived detection signal value. to distinguish between fire smoke and non-fire smoke.

일 실시예로, 화재 판단부(150)는 입사광 신호값과 산란광 신호값을 식 3에 적용하여 매트릭스 곱을 수행하여

Figure pat00041
의 매트릭스를 구성한다. 여기에서 편광 산란 매트릭스의 각 요소값인
Figure pat00042
값은 화재 연기 및 비화재 연기에 따라 그 값의 차이가 발생한다.In one embodiment, the fire determination unit 150 performs matrix multiplication by applying the incident light signal value and the scattered light signal value to Equation 3
Figure pat00041
make up the matrix of Here, each element value of the polarization scattering matrix is
Figure pat00042
The value differs according to fire smoke and non-fire smoke.

일 실시예로, 화재 판단부(150)는 화재 연기 및 비화재 연기의 종류별로 미리 도출된 검출용 신호값을 저장할 수 있으며, 검출용 신호값과 편광 산란 매트릭스의 각 요소값과의 비교 결과에 기초하여 화재 연기 및 비화재 연기를 구분할 수 있다. 즉, 화재 판단부(150)는 화재 연기와 비화재 연기의 종류별로 사전 시험을 통해

Figure pat00043
에 대한 임계값 또는 일정 범위의 값을 도출하고, 이 도출된 값을
Figure pat00044
으로 설정하여 저장한다. 그리고 실제 상황에서 연기 입자에 의해 발생된
Figure pat00045
값을 미리 저장된
Figure pat00046
값과 비교하여 화재 연기에 대해서는 경보를 발생하고, 비화재 연기에 대해서는 경보 발생을 유보하도록 할 수 있다. 이때, 검출용 신호값
Figure pat00047
에 대한 임계값 또는 일정 범위는 사용자에 의해 선택 및 변경이 가능하다.As an embodiment, the fire determination unit 150 may store detection signal values derived in advance for each type of fire smoke and non-fire smoke, and the comparison result between the detection signal value and each element value of the polarization scattering matrix Based on this, fire smoke and non-fire smoke can be distinguished. That is, the fire determination unit 150 conducts a preliminary test for each type of fire smoke and non-fire smoke.
Figure pat00043
Derive a threshold value or a certain range of values for
Figure pat00044
Set to and save. And in the real situation, the smoke particles generated by
Figure pat00045
pre-stored values
Figure pat00046
By comparing the value, it is possible to generate an alarm for fire smoke and defer alarm for non-fire smoke. At this time, the signal value for detection
Figure pat00047
A threshold value or a certain range for can be selected and changed by the user.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 감지 방법의 순서도이다. 한편, 도 7에 도시된 각 단계들은 도 6의 화재 감지 장치(100)에 의해 수행되는 것으로 이해될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.7 is a flow chart of a fire detection method according to an embodiment of the present invention. Meanwhile, each step shown in FIG. 7 may be understood to be performed by the fire detection device 100 of FIG. 6, but is not necessarily limited thereto.

먼저, 발광부를 주기적으로 점멸 제어하여 연기가 유입되는 챔버 내 공간으로 빛을 편광시켜 조사한다(S110).First, the light emitting unit is controlled to blink periodically to polarize and irradiate light into a space in the chamber into which smoke is introduced (S110).

다음으로, 수광부를 주기적으로 수신 제어하여 챔버 내 유입된 연기에 의한 산란광을 편광시켜 수광한다(S120).Next, the light receiver periodically receives and controls the light scattered by the smoke introduced into the chamber to polarize and receive light (S120).

다음으로. 발광부에 의한 입사광 신호값과 수광부에 의한 산란광 신호값을 기반으로 편광 산란 매트릭스를 구성하고(S130), 편광 산란 매트릭스의 각 요소값 및 미리 도출된 검출용 신호값과의 비교 결과에 기초하여 화재 연기 및 비화재 연기를 구분한다(S140).to the next. A polarization scattering matrix is constructed based on the incident light signal value by the emitter and the scattered light signal value by the light receiver (S130), and based on the comparison result between each element value of the polarization scattering matrix and the previously derived detection signal value, Smoke and non-fire smoke are classified (S140).

한편, 상술한 설명에서, 단계 S110 내지 S140은 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다. 아울러, 기타 생략된 내용이라 하더라도 도 6의 화재 감지 장치(100)의 내용은 도 7의 내용에도 적용될 수 있다.Meanwhile, in the above description, steps S110 to S140 may be further divided into additional steps or combined into fewer steps according to an embodiment of the present invention. Also, some steps may be omitted if necessary, and the order of steps may be changed. In addition, even if other omitted contents, the contents of the fire detection device 100 of FIG. 6 may be applied to the contents of FIG. 7 as well.

이상에서 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 감지 방법은, 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어 실행되기 위해 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현되어 매체에 저장될 수 있다.The fire detection method according to an embodiment of the present invention described above may be implemented as a program (or application) to be executed in combination with a computer, which is hardware, and stored in a medium.

상기 전술한 프로그램은, 상기 컴퓨터가 프로그램을 읽어 들여 프로그램으로 구현된 상기 방법들을 실행시키기 위하여, 상기 컴퓨터의 프로세서(CPU)가 상기 컴퓨터의 장치 인터페이스를 통해 읽힐 수 있는 C, C++, JAVA, Ruby, 기계어 등의 컴퓨터 언어로 코드화된 코드(Code)를 포함할 수 있다. 이러한 코드는 상기 방법들을 실행하는 필요한 기능들을 정의한 함수 등과 관련된 기능적인 코드(Functional Code)를 포함할 수 있고, 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 소정의 절차대로 실행시키는데 필요한 실행 절차 관련 제어 코드를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 코드는 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 실행시키는데 필요한 추가 정보나 미디어가 상기 컴퓨터의 내부 또는 외부 메모리의 어느 위치(주소 번지)에서 참조되어야 하는지에 대한 메모리 참조관련 코드를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 컴퓨터의 프로세서가 상기 기능들을 실행시키기 위하여 원격(Remote)에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 통신이 필요한 경우, 코드는 상기 컴퓨터의 통신 모듈을 이용하여 원격에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 어떻게 통신해야 하는지, 통신 시 어떠한 정보나 미디어를 송수신해야 하는지 등에 대한 통신 관련 코드를 더 포함할 수 있다.The above-mentioned program is C, C++, JAVA, Ruby, C, C++, JAVA, Ruby, which the processor (CPU) of the computer can read through the device interface of the computer so that the computer reads the program and executes the methods implemented as a program. It may include a code coded in a computer language such as machine language. These codes may include functional codes related to functions defining necessary functions for executing the methods, and include control codes related to execution procedures necessary for the processor of the computer to execute the functions according to a predetermined procedure. can do. In addition, these codes may further include memory reference related codes for which location (address address) of the computer's internal or external memory should be referenced for additional information or media required for the computer's processor to execute the functions. have. In addition, when the processor of the computer needs to communicate with any other remote computer or server in order to execute the functions, the code uses the computer's communication module to determine how to communicate with any other remote computer or server. It may further include communication-related codes for whether to communicate, what kind of information or media to transmit/receive during communication, and the like.

상기 저장되는 매체는, 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상기 저장되는 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있지만, 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 프로그램은 상기 컴퓨터가 접속할 수 있는 다양한 서버 상의 다양한 기록매체 또는 사용자의 상기 컴퓨터상의 다양한 기록매체에 저장될 수 있다. 또한, 상기 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장될 수 있다.The storage medium is not a medium that stores data for a short moment, such as a register, cache, or memory, but a medium that stores data semi-permanently and is readable by a device. Specifically, examples of the storage medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc., but are not limited thereto. That is, the program may be stored in various recording media on various servers accessible by the computer or various recording media on the user's computer. In addition, the medium may be distributed to computer systems connected through a network, and computer readable codes may be stored in a distributed manner.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

100: 화재 감지 장치
110: 챔버
120: 발광부
130: 수광부
140: 제어부
150: 화재 판단부
100: fire detection device
110: chamber
120: light emitting unit
130: light receiving unit
140: control unit
150: fire judgment unit

Claims (1)

편광 산란에 기반하여 화재를 감지하는 장치에 있어서,
연기가 유입되는 챔버,
상기 챔버 내 공간으로 빛을 편광시켜 조사하는 발광부,
상기 챔버 내 유입된 연기에 의한 산란광을 편광시켜 수광하는 수광부,
상기 발광부 및 수광부의 동작을 제어하는 제어부 및
상기 발광부에 의한 입사광 신호값과 수광부에 의한 산란광 신호값을 기반으로 편광 산란 매트릭스를 구성하고, 미리 도출된 검출용 신호값과의 비교 결과에 기초하여 화재 연기 및 비화재 연기를 구분하는 화재 판단부를 포함하는,
화재 감지 장치.
A device for detecting fire based on polarization scattering,
a chamber into which smoke enters;
A light emitting unit that polarizes and irradiates light into the space within the chamber;
A light receiving unit for polarizing and receiving light scattered by smoke introduced into the chamber;
A control unit for controlling the operation of the light emitting unit and the light receiving unit; and
A fire determination that configures a polarization scattering matrix based on the incident light signal value by the light emitting unit and the scattered light signal value by the light receiving unit, and classifies fire smoke and non-fire smoke based on the comparison result with the detection signal value derived in advance. including wealth,
fire detection device.
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