KR910009802B1

KR910009802B1 - 화재감지기 통계학적 식별기

Info

Publication number: KR910009802B1
Application number: KR1019870700343A
Authority: KR
Inventors: 티. 컨.마크; 케네스 에이. 사모돌라
Original assignee: 산타 바바라 리써치 센터; 메어리 엘. 설리반
Priority date: 1985-08-22
Filing date: 1986-07-28
Publication date: 1991-11-30
Also published as: JPH0614394B2; AU6197686A; EP0233245B1; AU570594B2; JPS63500620A; JPH06223284A; IL79545A0; IN167011B; DE3670387D1; EP0233245A1; IL79545A; JPH0769993B2; WO1987001230A1; CA1269458A; US4665390A; KR880700372A

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

화재감지기 통계학적 식별기

[도면의 간단한 설명]

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 특징에 대해 상세히 설명하겠다.

제1도는 장파장 채널과 단파장 채널내의 명멸 화재로부터의 파형들의 시간 영역도이고,

제2도는 임의로 쵸프되는 고온의 희미한 전구의 비교할만한 파형들의 시간 영역도이며,

제3도는 주파수 영역내의 명멸 화재로부터 검출된 방사선의 파형그래프도이고,

제4도는 고정 주파수에서 쵸프된 고온의 희미한 전구로부터 검출된 방사선의 다른 주파수 영역 파형 그래프도이며,

제5도는 방사선이 임의로 쵸프된, 제4도의 도면에 대응하는 파형 그래프도이고,

제6도는 본 발명의 한 특정한 배열을 사용하는 전형적인 프로그램을 설명하는 플로우챠트이며,

제7도는 본 발명에 따른 다른 특정한 배열을 도시한 기능 블럭계통도이고,

제7a도는 제7도의 부속물로서 실행될 수 있는 특정한 배열을 도시한 블럭 계통도이며,

제8도는 교차 상관기 형태의 2중 스펙트럼 주파수 응답 화재 감지기내에 본 발명을 사용하는 상태를 도시한 블럭 계통도이고,

제9도 내지 제16도는 본 발명의 응용을 설명하기 위해 포함되는 다수의 파형을 도시한 도면이며,

제17도는 결합된 카운터 및 화재 검출용 쿠토시스 검사를 설명하는 플로우 챠트이고,

제18도는 화재 검출용 치-스퀘어 검사를 나타내는 플로우 차트이다.

[발명의 상세한 설명]

[발명의 분야]

본 발명은 화재감지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세히 말하자면, 화재 소오스와 비-화재 소오스로부터의 자극들 사이를 식별하기 위해 이러한 시스템에 의해 발생된 방사선 검출 신호를 분석하기 위한 방법에 관한 것이다.

[관련된 기술의 설명]

광전 변환기에 의해 화재의 발생을 감지하는 것은 비교적 간단한 일이다. 그러나, 이러한 감지는 자연 화재로부터의 자극과 비-화재 소오스로부터의 다른 열 또는 광선 전극 사이를 확실히 식별해야 할 경우에 매우 어렵다. 태양으로부터의 방사선, 자외선 조명, 용접, 백열 소오스등은 종종 화재 감지 시스템에서 발생된 허위 경보에 관련된 특정한 문제점을 나타낸다.

식별기능은 시스템내에 사용된 광검출기의 스펙트럼 응답을 제한함으로써 개량될 수 있다는 것이 판명되었다. 상이한 스펙트럼 응답 대역을 갖고 있는 다수의 신호 채널(channel)은 화재를 감지하기에 적합한 감도를 발생시키면서 비-화재 자극에 대해 신뢰성 있게 식별하는 문제점을 해결하기 위해 상이한 방법을 사용하는 다수의 종래 기술의 시스템에 사용되었다. 그러나, 상술한 해결책은 허위 경보를 부당하게 발생시키지 않는 확실하고 신뢰성 있는 화재 감지 시스템에 요구되는 유효도를 실현하지 못하였다.

씬조리(Cinzori) 특허 제3,931,521호에는 장파장 방사 에너지 응답 검출 채널 및 단파장 방사 에너지 응답 채널을 사용하고 허위 트리거링(triggering)의 가능성을 제거하기 위해 일치 신호 검출의 상태를 제공하는 이중 채널 화재 및 폭발 검출 시스템에 대해 기술되어 있다. 씬조리 등의 특허 제3,825,754호는 한측의 큰 폭발 화재와 화재가 발생하지 않는 다른측의 고 에너지 섬광/폭발 사이를 식별하는 특징을 상기 특허에 추가한 것이다. 그러나, 이 특수한 시스템은 본 발명과 같은 보다 일반적인 화재 감지기 시스템 응용으로 쉽게 변환될 수 있다.

케른(kern) 및 씬조리의 특허 제4,296,324호에는 장파장 채널이 약 4미크론(㎛)이상의 스펙트럼 대역내의 방사 에너지에 응답하고 단파장 채널이 약 3.5미크론 미만의 스펙트럼 대역내의 방사 에너지에 응답하며, 최소한 한개의 채널이 검출될 화재 또는 폭발의 최소한 한 연소 생성물에 관련되는 대기 흡수 파장에 응답하는 이중 스펙트럼 적외선 화재 감지 시스템에 대해 기술되어 있다.

맥메나민(McMenamin) 특허 제3,665,440호에는 자외선 검출 신호가 적외선 검출기로부터의 출력 신호를 억제시키기 위해 사용되도록 자외선 및 적외선 검출기와 논리 시스템을 사용하는 화재 검출기에 대해 기술되어 있다. 부수적으로, 약 10㎐의 화재 명멸(flicker) 주파수에 응답하기 위해 2개의 검출기와 직렬로 필터 장치가 제공되었다. 이 결과로, 명멸하는 적외선 방사선이 존재하는 경우에만 경보 신호가 발생되었다. 또한, 성냥 또는 담배 라이터와 같은 것으로부터의 저레벨 적외선 신호를 차단하기 위해 임계 회로가 포함되었고, 단기간의 의사 신호가 경보를 셋오프시키지 못하게 하기 위해 지연회로가 결합되었다. 그러나, 이러한 시스템은 태양 광선 또는 백열등으로부터의 광선을 쵸핑(chopping)하는 회전팬 또는 희미하게 비치는 호수 표면에 반사된 태양 광선과 같이 간단하고 평범한 그밖의 다른 명멸 소오스와 혼동될 수 있다.

뮬러(Muller)특허 제3,739,365호 및 제3,940,753호에는 상이한 스펙트럼 범위의 입사 방사선에 각각 응답하는 광전기 감지기를 사용하는 2중 채널 검출 시스템이 기술되어 있는데, 이 입사 방사선으로부터의 신호는 약 5 내지 25㎐의 주파수 범위내의 명멸의 검출을 위해 필터링된다. 차동 증폭기는 각각의 채널내의 신호들이 선택된 값 또는 값들의 범위로부터 선정된 양 이상으로 차이가 있을 때 이 시스템들중 한 시스템 내에 경보 신호를 발생시킨다. 다른 시스템에서, 차동 증폭기로부터의 출력신호는 임계회로 및 시간 지연회로를 갖고 있는 위상 비교기에 인가된다. 경보신호는 입력신호가 동상으로 있으나, 진폭이 임계레벨을 초과하고, 프리셋(preset)지연을 초과하기에 충분한 기간을 가진 경우에만 제공된다. 그러나, 이러한 시스템은 섬광이 일어나거나 구름에 의해 변조된 태양광선의 존재시에,(명멸 성분을 갖고 있는)제트 엔진 배기와 같은 비-화재에 대해 식별할 때 효과적으로 될 수 없다.

패인(paine)특허 제3,609,364호는 특히 태양 방사선 및 로켓트 엔진 플럼(plume)방사선을 식별하도록 고공 로켓트에 의한 선상의 수소 화재를 검출하기 위해 다중 채널을 사용한 것이다.

뮤글리(Muggli)특허 제4,249,168호는 4.1 내지 4.8미크론 및 1.5 내지 3미크론의 범위내의 파장에 각각 응답하는 2중 채널을 사용한다. 양 채널내의 신호들은 불꽃 명멸 주파수 응답을 위해 4 내지 15㎐의 전송 범위를 갖고 있는 대역 통과필터에 가해진다. 양 채널들은 이 양채널내의 검출의 일치가 발생될 화재 경보 신호에 필요하도록 AND게이트에 접속된다.

브라이트(Bright) 특허 제4,220,857호에는 상이한 연소 생성물에 각각 응답하는 제1채널 및 제2채널을 갖고 있는 광 불꽃 및 폭발 검출 시스템에 대해 기술되어 있다. 각각의 채널은 스펙트럼 응답을 제한하기 위한 협대역 필터를 갖고 있다. 각각의 채널 신호내의 레벨 검출기는 선택된 임계 레벨의 초과시에 방사선을 검출한다. 비(ratio) 검출기는 2개의 채널내의 신호들의 비가 소정의 임계값을 초과할 때 출력을 제공한다. 검출된 방사선이 3개의 임계값 전부를 초과할 때, 화재 신호가 발생된다.

그외의 다른 화재 경보 또는 화재 검출 시스템은 맥도날드(MacDonald) 특허 제3,995,221호, 스카파라(Schapira) 등의 특허 제4,206,454호, 스틸(Steel)등의 특허 제3,122,638호, 크루에거(Krueger) 특허 제2,722,677호와 제2,762,033호, 레닝톤(Lennington) 특허 제4,101,767호, 타(Tar) 특허 제4,280,058호, 및 나까우찌(Nakauchi)특허 제4,160,163호와 제4,160,164호에 기술되어 있다.

종래 기술의 화제 검출용 시스템이 많은데도 불구하고, 허위 경보를 식별하는데 있어서 완전히 효과적인 시스템이 없었다. 감도가 향상된 시스템들에서는, 허위 경보 면역성과 같은 다른 성능 파라메터들이 부수적으로 감쇠된다. 본 발명은 화재 검출 신뢰도를 향상시키기 위해 방사선 검출 데이타를 분석하기 위한 기술에 관한 것이다.

[본 발명의 요약]

소정의 상황하에서, 인위 발생 현상 또는 우발적인 자연 현상은 주파수 영역에 있어서 화재 특성과 같은 특성을 나타나게 할 수 있다. 예를들어, 전등(또는 광선과 열을 발산하는 그외의 다른 비-화재소오스)로부터의 방사선은 광선이 일정한 변화비로 쵸퍼된 경우에 주파수 영역에 있어서 화재로서 검출기에 나타난다. 수체(body of water)상에 파상(ripple)을 반사하는 태양 광선은 동일한 효과를 발생시킬 수 있다. 현재 공지된 종래 기술의 화재 검출 시스템은 화재 검출을 위해 주파수 영역 분석 방법을 사용한다. 본 발명은 주파수 영역에서의 방사선 검출로부터 혼동 및 에러 가능성을 제거하기 위해 시간 영역에서 통계학적으로 각각 별도의 검출 채널로부터 증폭 정보를 프로세싱하는 것을 포함한다. 본 발명은 이 결과를 달성하기 위해 특정한 통계학적 방법을 사용한다.

기본적인 기술로서는 임의 프로세스로써 화재를 모델링하고, 임의 프로세스의 특성을 검사하기 위해 선택된 통계학적 기구를 응용하는 것을 포함한다. 화재의 “임의성”을 나타내기 위해 사용하는 파라메터로서, 시간 영역신호의 피이크 진폭 분포 또는 기울기-변화점이 선택된다. 또한, 제로 크로싱 시간간격, 제2유도-등가-제로점 등과 같은 그밖의 다른 파라메터들이 사용될 수 있다. 그러므로, 시간 영역 통계학적 방법의 응용을 위한 데이타를 발생시키기 위해, 검출된 방사선 신호의 피이크 값의 주행 목록을 유지해야 한다. 이것은 기울기-변화점에서 신호를 샘플링함으로써 실행된다. 신호 파형의 제1유도 함수가 부호를 변화시킬 때, 샘플이 얻어진다. 본 발명의 한 특정한 실시예에서, 최종 5초 동안의 이 샘플 신호들은 마이크로 프로세서 메모리 위치내에 저장된다. 5초 미만에서 발생될 경우의 데이타 점이, 약 40 내지 50개라면 분석을 위해서 충분하다. 메모리내에 저장되는 동안, 이전의 5초 이상으로부터의 데이타 점은 폐기된다. 메모리내에 저장된 데이타점을 사용하여 주기적(초당 약 일회)으로 계산이 행해진다.

일단 데이타 점의 집단이 메모리내에 저장되면, 데이타 점의 분포가 공지된 임의 프로세스와 정합되는지의 여부를 결정하기 위해 여러가지의 통계학적 메카니즘이 사용될 수 있다. 화재의 임의성과 주기적인 방사선 소오스의 비 임의성을 명확히 구별해 주는 것으로 입증된 한 파라메터는 쿠토시스(Kurtosis,첨도)파라메터이다. 쿠토시스는 데이타 집단이 이것의 평균값 주위에 어떻게 집중되는지에 대한 척도이다. 쿠토시스의 값이 크다는 것은 평균값으로부터 폭넓게 산란된 데이타 점을 갖는 분포를 나타낸다.

평균값을 결정하기 위해, Xi가 여러가지의 데이타 점을 나타내고 i=1,...N인 경우에, 평방편차(또는

인 표준편차) 및 쿠토시스 값은 다음과 같이 된다.

쿠토시스 값은 제4중심 모멘트-대-제2중심 모멘트의 제곱의 비로 정의된다.

여기서, 제4중심 모멘트는 4승으로 상승된 모든 편차의 평균값이고, 제2중심 모멘트는 2승으로 상승된 모든 편차의 평균값이다. 후술하는 바와 같이, 쿠토시스 값은 화재 및 비-화재에 대해 아주 상이하다. 그러나, 2승 및 4승 장치는 마이크로프로세서로 구현한 실시예에서 많은 계산 시간이 걸리므로, 소형 마이크로 프로세서에 사용하기 위해서는 간략화된 형태가 바람직하게 된다.

통계학적으로 변하는 파라메터가 가질 수 있는 가장 유사한 값(평균값,중앙값,모우드 등)을 나타내기 위한 여러가지 정의가 존재하듯이, 데이타 점이 “평균”값의 중심에 분산되는 정도를 나타내기 위한 정의 또한 하나 이상 존재한다. 각각의 데이타점은 익서의 자체 값과 산술 평균값으로 취해지는 샘플 평균값 사이의 편차 또는 차(difference)를 갖고 있다. 전체 편차를 나타내기 위한 모집단(popular) 파라메터는 일련의 편차의 r.m.s값(실효값)인 표준편차(σ)이다. 일련의 N개의 샘플값, X1 내지 X_N의 경우에, 평균값(

)는 다음과 같은 정의로 주어지고,

표준 편차는 다음과 같이 주어진다.

이것은 반대 극성의 편차가 취소되지 않도록 편차들의 제곱이 정(+)성분으로 되기 때문에 유용한 정의이다. 또한, 제곱 함수는 대수학에 의해 쉽게 다루어질 수 있다.

다른 정의는 제곱항을 절대값의 제곱항으로 대체시키므로, 각각의 편차로부터의 정(+)의 기여를 유지한다. 이것은 다음과 같은 평균편차로서 나타내어진다.

이것은 표준편차에 비해 사용되는 경우가 적은데, 그 이유는 다음과 같이 정(+)의 결과를 항상 제공하는 것으로 정의된 절대값 함수가 대수학적 조작으로 취급하기에 다소 불편하기 때문이다

｜X｜=X, X≥인 경우

｜X｜=-X,〈X인 경우

그러나, 이것은 2진 표시법(보수 및 1LSB가산)에서의 극성 반전이 제곱 및 제곱근 함수보다 구현하기에 훨씬 쉽기 때문에, 마이크로 프로세서 응용시에 상당히 적합하다.

평균값에 관한 데이타의 편차의 측정값을 정했으므로, 이제는, 각각의 편차가 평균 편차에 대해 분산되는 정도를 나타내기 위해 유사한 특성을 정의하는 것이 바람직하다. 2개의 대비(contrast)신호는 이것의 필요성을 나타낸다. 즉 광대역 가우스 잡음 소오스, 및 이 잡음 소오스의 평균 편차 또는 표준편차와 동일한 제로-피이크 값을 갖고 있는 구형파이다. 이것들은 구형파가 동일한 편차로 집약된 모든 데이타점을 갖고 있기 때문에 근본적으로 상이한 시간 특성 및 확률 분포 함수(PDF)를 나타내는 동일한 평균 편차를 갖고 있다.

특수한 구형파의 경우에, 모든 편차는 동일하게 되고 쿠토시스 값은 1로 된다. 편차들이 점차로 분산될 때, 이것들은 σ보다 큰 것을 μ₄에 더 많은 기여를 하게 되고 σ보다 작은 것들은 μ₄로부터 감산을 하게 된다. 이것은 μ₄내에 포함되어 있는 4승에 의한 비-선형성으로 인한 것이다. 분모의 μ₂ ²값은 K가 1이 아니고, μ₂또는 σ의 실제값과 무관한 정규화인자로서 생각할 수 있다.

표준편차(또는 평균편차, 아무것이나 선택됨)중심의 데이타 분산을 평가하는 다른 수단은 평균값 “편차에 대한 편차”, 즉 각각의 개별 편차가 평균(또는 표준)편차와 상이한 평균량을 알아내는 것이다. 또한, 각각의 샘플로부터의 정(+)기여를 유지하기 위해 절대차가 사용된다.

상술한 바와 같이

에 의해 주어진 각각의 개별 편차에 의하여, 각각의 개별 편차와 평균 편차 사이의 평균차(이후부터는 보다 적절한 용어가 없으므로 “차이(spread)”라는 용어로 정의함)는 다음과 같은 식으로 된다.

이것은

로 제산함으로서 정규화될 수 있고, 이 파라메터는 반송파의 진폭 변조의 파라메터와 상당히 유사하므로 11변조

″라고 하겠다. 비변조 반송파는(주파수가 변하더라도)차 이를 갖고 있으므로, 0값의 변조를 갖는다. 최대로 가능한 안정상태 차이는 평균 편차와 동일하므로, 변조는 0 내지 1, 즉 100%까지 변할 수 있다.

전술한 변조 정의는 쿠토시스가 제공하는 동일한 양질의 신호를 평가할 수 있게 하지만, 승산(2승 및 4승) 또는 제곱근 풀이를 할 필요가 없다. 평균 편차가

에 대해 사용되고, 정수 2승이 N에 대해 사용되며, 상수 불변 변조도가 결정 기준을 위해 사용되는 경우에는, 진정한 제산이 실행될 필요가 없다. N에 의한 제산이 행해지면 일련의 우측 전이로 된다(오버 플로우를 방지하기 위해 합산하기 전에 실행됨). 임계값 검사는 우측전이(및 바람직한 분율을 얻기 위해 필요할 지도 모르는 가산)에 의해 다시 얻어진

의 고정 분율과 차이 사이를 비교한다. 제산은 변조의 아날로그 측정이 조사 목적을 위해 요구되는 경우에만 실행된다. 그러므로, 이 “간단한 쿠토시스”의 구현은 화재 감지기 통계학적 식별기의 실시간 임무를 실행하기 위해 소형의 값싼 마이크로프로세서를 사용할 수 있도록 해준다.

본 발명에 따라 실제적인 데이타 집합을 행하기 위해, 검출된 방사선 신호로부터의 데이타를 독입하기 위한 구성은 히스테리시스(hysteresis)회로를 포함한다. 이 히스테리시스회로의 효과는 존재할 수 있는 작은 섭동(perturbation) 또는 잡음으로부터 주요 정보를 분리시키기 위해 데이타를 “일소(clean up)”하는 것이다. 히스테리시스 회로는 기울기 반전이 발생하고 사역(dead zone)이 교차될때까지 고정 오프셋에 의해 입력신호 뒤를 따르는 출력 신호를 발생시킨다. 이때, 출력 신호는 반대극성의 지연 오프셋으로 입력을 추적하기 시작한다. 이것은 실물크기의(full scale) 1-3%미만의 소신호 스윙(swing)이 다음 피이크 검출기에 의해 새로운 샘플링을 발생시키지 못하게 한다. 출력내의 기울기 반전표시는 피이크 검출기내에 저장된다. 실시간 신호 편차는 최대 및 최소 샘플링에 대한 출력 신호를 샘플 평균과 비교함으로써 얻어진다. 제1차 지연에 의해 다시 평활화가 수반되는 평균 편차와 이 결과들을 비교하면, 0과 평균 편차와 동일한 값 사이에 있게 되는 차이 값이 주어진다. 아날로그 제산기로 제산함으로써, 변조 비 S/D는 유용하게 되고 고정 기준 임계값에 비교될 수 있다. 다음에, 최종 2진 출력은, 변조가 명멸 신호의 변조에 적합한 것으로 될때 마다 논리 TRUE로 되어, 화재 감지를 나타낸다.

메모리내의 데이타점 셋트가 임의로 분포되어 있는지의 여부를 판단하기 위해 사용될 수 있는 다른 파라메터는 간단한 업-다운 카운터의 출력이다. 이 카운터가 예를들어 3㎐비로 하향 계수하도록 프로그램되고, 데이타가 파형 피이크로부터 수신되는 비로 상향 계수하도록 프로그램된 경우에, 저주파 파형들은 임의적인 것인지의 여부에 관계없이 선정된 계수 임계값을 초과하지 못하게 된다. 화재로부터의 파형이 고주파 성분을 갖고 있는 것으로 알려져 있기 때문에, 이 업-다운 카운터 파라메터는 작지만, 비-화재로부터 화재를 구별하기 위한 기준을 나타낸다.

임의성을 판단하기 위해 사용될 수 있는 또 다른 파라메터는 ″양호한 적합도(goodness-of-fit)를 위한 치-스퀘어 검사(Chi-Square Test)로서 알려진 것을 포함한다. 통계학적으로, 우리가 95%의 신뢰도를 가지고 소정의 결과가 우발적으로 발생될 수 없다고 할 수 있다면, 이 결과는 통계학적으로 “유효”하다고 한다. 이와 마찬가지로, 99% 신뢰도를 “매우 유효”하다고 한다.

95% 신뢰도로 메모리내의 데이타 점 집단에서 치-스퀘어 검사를 적용할 경우에, 치-스퀘어 검사가 정(+)의 값을 나타내면, 소정의 데이타 점이 통상적으로 “유효”하게 분포된다고 말할 수 있다. 치-스퀘어 검사는 데이타 점이 임의 분포에 얼마나 근접하게 나타나는가를 판단하는 것이다. 그러므로, 치-스퀘어 검사는 비-화재 파형을 더욱 완전하게 배제시키기 위해서 쿠토시스 파라메터와 함께 양호하게 작용한다. 예를들어, 피이크가 약간 크고 좁으며 대부분의 정보가 0부근에 집중되어 있는 파형은 큰 피이크의 4승 효과로 인해 큰 쿠토시스를 갖게 된다. 그러나 치-스퀘어 검사는 데이타 점들이 임의로 분포되지 않는다는 것을 인지하게 한다.

한편, 주기적인 신호는, 데이타 점 집단이 치-스퀘어 검사를 통과할 수 있는 점에 의사-임의 형태로 변조된 진폭을 가질 수 있다. 이것은 특히 치-스퀘어 검사가 작동하기 위한 다수의 데이타 점을 갖고 있지 않고, 데이타 점들이 평균값 부근에 다소 집중된 경우로 될 수 있다. 그러나, 쿠토시스 파라메터는 “임의성”이 10개 이하의 데이타 점일지라도, 평균값부근에 집중되므로, 적은 데이타 점이 유용한 치-스퀘어 검사의 갭(gap)내에 채워진다는 것을 검출하게 된다.

[양호한 실시예의 설명]

제1도 및 제2도는 검출된 방사선의 시간 영역 파형도로서, 명멸 화재와 인위 소오스 사이에 검출된 방사선의 차이를 나타내기 위한 것이다. 제1도는 명멸 화재로부터의 검출된 방사선의 시간 영역 파형도이다. 제1도의 파형은 2개의 채널들내의 검출 상태를 나타낸다. 상부 파형은 0.8 내지 1.1미크론 범위의 응답을 갖고 있는 단파형 검출기로부터의 신호를 도시한 것이다. 하부 파형은 7 내지 25미크론 범위의 응답을 갖고 있는 장파형 검출기의 출력을 도시한 것이다. 상부 파형과 하부 파형 사이의 시간을 기초로 한 상관관계는 명백하다. 소정의 파형의 진폭은 의사-임의로 된다.

제2도는 임의로 쵸프된 고온의 희미한 전구로부터 검출된 방사선의 시간 영역 파형도이다. 시간 범위는 제1도에 비해 확장되고, 2개의 파형은 상호 변화된다. 즉, 제2도의 하부 파형은 0.8-1.1미크론 범위의 단 파장 검출기의 출력을 나타내고, 상부 파형은 7-25미크론 범위의 장파장 검출기의 출력을 나타낸다.

제3도는 0-25㎐의 주파수 영역내의 명멸 화재로부터의 검출된 방사선의 파형을 도시한 것이다. 상부 파형은 단파장 방사선을 나타내고, 하부 파형은 장파장 방사선을 나타낸다. 이 데이타를 수집하기 위한 기간은 10초이고 피이크 및 최소값은 때때로 변한다. 그러나, 일반적인 외형은 고주파에서 상향 전이된다.

제4도는 2.6㎐에서 쵸프되는 고온의 희미한 전구로부터의 검출된 방사선의 파형을 도시한 것이다. 장파장 파형은 도면의 우측부내의 상부 파형이다. 쵸핑 주파수의 홀수 조파에 대응하는 2.6㎐, 7.8㎐, 및 13㎐에서 뚜렷한 피이크 값이 된다.

제5도는 방사선의 쵸핑이 고정 주파수에 있는 것이 아니라 임의로 되는 것을 제외하고는 제4도에서와 같은, 고온의 희미한 전구로부터 검출된 방사선의 파형을 도시한 것이다. 장파장 파형은 도면의 좌측 절반부내의 상부 파형이다. 명확한 피이크가 존재하지 않고, 주파수 영역 파형은 제3도의 파형과 상당히 유사하게 된다.

제2도 내지 제5도는 10초 샘플 적분에 걸친 주파수 영역내의 동작이 화재와 임의로 쵸프된 전구 사이를 구별할 수 있도록 충분한 정보를 제공할 수 없는 상태를 도시한 것이다. 그러므로, 시간 영역 프로세싱이 필요하다.

쵸프된 파형이 비교적 동일한 정(+) 및 부(-)피이크를 갖고 있기 때문에, 프로세스될 데이타를 발생시킬 때 피이크 검출을 사용하였다. 프로세싱을 기계화할 때, 인텔(Intel) 2920신호 프로세서를 선택하였다. 2920의 제한된 계산 능력 때문에, μ₄/μ₂ ²의 진정한 쿠토시스 계산은 초당 100샘플로 할 수 없었다. 그러므로, 제1실시예의 경우에는 진정한 쿠토시스에 대한 근사법(“변조”라고 함)을 사용하였다. 이 근사법은 제2도, 제4도 및 제5도의 쵸프된 전구 방사선으로부터 제1도 및 제3도의 임의 화재 신호를 분리시킬 때 상당히 성공적인 것으로 판명되었다.

제6도의 플로우 챠트는 상술한 변조 검사를 실행하기 위해 사용될 수 있는 전형적인 프로그램을 나타낸 것이다. 여기서, 차이

는 다음 식으로부터 결정되는데,

이 식은 변조

를 발생시키기 위해

로 제산함으로써 정규화된다.

제6도에 나타낸 특정한 프로그램은 입력 신호가 쵸프 또는 임의방사선에 대응하는지의 여부를 결정하기 위해 100샘플/초 입력 비, 5초 평활 시정수, 및 38%의 변조 임계값을 사용하여 인텔 2920신호 프로세서(Intel 2920 signal processor)상에서 실행되었다.

0.01초마다 취해진 입력 데이타 샘플들은 순환 디지탈 필터 기술에 의해 구현된 3극 4㎐저역 통과 필터를 통과한다. 필터는 가우스 구조와 거의 비슷하지만, 신속 입력 변화로부터의 오버슈우트 결함을 확실히 하기 위해 약간 높은 공액 극 쌍 댐핑(damping)을 갖고 있다. 부수적으로, 기울기 극성은 바람직한 신호 통과 대역 이상의 잡음 과도현상으로부터의 방해를 더욱 감소시키기 위해 4개의 샘플 간격만큼 분리된 출력 샘플들사이의 차로부터 취해진다.

기울기 극성은 필터된 데이타 샘플이 새로운 정(+) 피이크(Xp) 또는 부(-) 피이크(Xn)으로서 보유될 수 있을 때를 결정하기 위해 사용된다. 보유되기 위해서, 이전의 피이크 이후에, 실제 크기의 최소한 1%의 신호 변화후에 발생해야 한다. 이 사역(dead zone)은 미소 변동이 피이크 데이타의 유용성을 저하시키는 확률을 감소시킨다. 정(+) 및 부(-)피이크 값은 진정한 평균값

및

에 대한 근사법으로써 2.5초 시정수, 단일 극점 필터에 의해 독립적으로 평활화된다.

이 2개의 값들로부터, 샘플 평균값

는 1/2(

으로서 추정되고 평균 편차는

으로서 추정된다. 이로써, 각각의 피이크 샘플 Xp 또는 Xn은 상술한 바와 같이 차이 및 변조를 계산하기 위해 사용될 수 있는 각각의 편차

를 제공한다.

및

에 할당된 평활 시정수는 5초이다. 이 평활 시정수는

이 부(-)로 또는 1보다 크게 되는 경우인 과도현상 상태하에서

가

를 초과하지 않도록

및

를 유도하기 위해 사용되는 평활 시정수보다 길어야 한다. 임계값 검사에서,

이면, 화재 명멸 신호를 나타내기에 충분한 정도로 변조가 이루어졌다는 것을 나타낸다.

이 실시예에서, 입력 신호의 2승 및 4승의 결함은 쿠토시스 함수의 진리 실행에 관련된 동적 범위 문제점들을 방지시킨다. 예를들어, 30:1의 입력신호 범위는 AGC보상이 30㏈인 3ft(약 0.91m) 내지 100ft(약 30m)의 유용한 범위가 전형적인 것이다. 4승을 취하면, 이것은 810,000:1의 동적범위, 또는 118㏈와 가장 약한 가능한 신호내의 파형 해상도에 대한 다른 10 내지 20㏈를 필요로 한다. 따라서, 이것은 화재 감지기 응용을 위해 2920보다 상당히 많은 산술 능력을 갖고 있는 마이크로 프로세서를 필요로 한다. 변조 근사법은 신호의 동적 범위플러스 파형 해상도에 대해 가산된 10 내지 20㏈, 전체 40 내지 50㏈만을 필요로 한다.

제7도의 기능 블럭 계통도는 쿠토시스의 근사법에 대한 변조 검출기의 다른 가능한 구조를 도시한 것이다. 이것은 4㎐의 컷오프 주파수를 가진 저역 통과 필터(20)을 갖고 있는 입력단을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 이 다음에는 신호가 각각의 피이크 검출기(24,25)에 인가되기 위해 정(+) 및 부(-)부분으로 분할되는 히스테리시스 회로(22)가 있다. 각각의 검출기는 2.5초의 시정수를 갖고 있는 대응 저역 통과 필터(26 또는 27)에 결합된다. 이 저역통과 필터(26,27)은 다음과 같이 평균값을 계산하기 위해 합산 Xi와 같은, 디지탈 형태가 아니라 아날로그 형태로 Xp 및 Xn에의 합산 연산을 실행한다.

이것들은 각각의 채널들내에서 감쇠기(28 또는 29) 및 연산증폭기(30,31)에 결합된다. 증폭기(30)의 출력은 나머지 입력, 즉 피이크 검출기(24,25)의 출력으로부터의 신호를 각각 수신하도록 결합되는 다른 한쌍의 연산 증폭기(32,33)에 인가된다. 감쇠기 단(34,35)는 증폭기(32,33)의 출력에 각각 결합되고, 증폭기(31)의 출력에도 결합되는 합산 증폭기(36)에 입력을 제공하도록 결합된다. 증폭기(36)의 출력은 증폭기(31)의 출력으로부터 제2입력을 수신하는 아날로그 제산기(40)에 결합된, 5초 시정수를 갖고 있는 저역통과 필터(38)에 결합된다. 비교기(42)는 제산기(40)의 출력에 결합되고, 또한 기준 레벨 입력도 갖고 있다.

본 발명에 따른 한 양호한 배열에서, 검출기(24,25)는 입력 파형의 기울기 변화에 응답하는 피이크 검출기이다. 선택적으로, 블럭(24,25)는, 예를들어 제로 크로싱 간격을 결정하기 위한 제로 크로싱 검출기, 또는 제2유도-동일-제로 검출기로 나타낼 수 있다. 이러한 검출기(24,25)는 본 발명에 따라 입력 파형을 분석하기 위해 프로세스되는 선택된 샘플 신호의 형태로 데이타를 발생시킨다. 제7도 및 제7a도의 실시예의 특정한 설명에서는, 이 회로들을 피이크 검출기(24,25)에 관련하여 기술하겠으나, 이 검출기(24,25)는 양호하게 전술한 다른 형태로 될 수 있다.

제7도의 회로에서, 입력 신호는 고주파 잡음을 제거하기 위해 4㎐미만으로 필터된 다음, 히스테리시스회로(22)에 인가된다. 본 기술 분야에 공지된 바와 같이 적분기, 다이오드 및 오프셋이 갖추어져 제조될 수 있는 이 단은, 기울기 반전이 발생하고 사역이 교차될때까지 고정 오프셋에 의해 입력의 뒤를 따르는 출력을 발생시킨다. 이때, 출력은 반대극성의 지연 오프셋으로 입력을 추적하기 시작한다. 이것은 실제 크기의 1 내지 3% 미만의 소신호 스윙이 다음 피이크 검출기에 의해 새로운 샘플링을 발생시키지 못하게 한다. 이전의 기울기 반전을 참조하여, 1% 이상의 스윙후에 기울기 반전이 발생할 때마다. 새로운 피이크 값〔정(+) 또는 부(-)〕이 피이크 검출기내에서 저장된다. 최종적인 계단형 파형은 2.5초의 시정수를 갖고 있는 제1차 지연 필터로 독립적으로 평활화된다. 다음의 감쇠기 단(28,29), 합산 증폭기(30) 및 차동 증폭기(31)은 평균값을 얻기 위해

및

의 합을 1/2결합시키고, 또한 중간-피이크 스윙 또는 평균 편차를 얻기 위해, 중간값 차(difference)를 1/2결합시킨다. 최대 및 최소 샘플(Xp 및 Xn)들로부터의 계단형 값들은 실시간 편차를 얻기 위해 샘플 평균값과 비교된다. 이것들을 평균편차에 비교하고 제1차 지연에 의해 다시 평활화 하면, 0과 평균편차와 동일한 값 사이에 있게 되는 차이

의 값이 주어진다. 아날로그 제산기(40)으로 제산함으로써, 변조비

는 유용하게 되고, 비교기(42)내의 고정 기준 임계값에 비교될 수 있다. 이때, 2진 출력은 변조가 명멸 신호의 2진 출력으로 되기에 적합하게 될때마다 논리 TRUE로 된다.

이미 주어진

및

의 식은 2920신호 프로세서의 규모에 적합하도록 제6도 및 제7도내에 도시한 바와 같이 실행되었다. 그러므로, N데이타 점저장을 방지하기 위해 다음과 같은 계산된 평균값 대신에 저역 통과 필터가 사용되었다.

큰 메모리를 갖고 있는 다른 마이크로프로세서의 경우에는, 식을 기초로한 직접 계산이 이용될 수 있다.

제7a도는 제7도의 회로에 부속물로서 결합될 수 있는 본 발명의 한 특징에 따른 특정한 회로를 나타내는 블럭 계통도를 도시한 것이다. 제7a도는 샘플된 파형으로부터 유도된 신호에 의해 업(up)방향으로 구동되고 블럭에 의해 다운(down)방향으로 구동되는 업/다운 카운터(72)를 도시한 것이다. 제7a도의 회로는 도시된 방식으로 제7도의 회로에 접속될 수 있다.

업 방향으로 카운터(72)를 구동시키기 위한 신호는 파형 평활이 적용되기 전에 제7도의 정(+) 및 부(-) 피이크 검출기(24,25)로 부터 취해진다. 이 신호들은 OR 게이트(74)에 인가된 다음 카운터(72)의 업 입력에 인가된다. 카운터로의 다운 입력은〔신호가 저역 통과 필터(20)에 의해 4㎐ 이상으로 컷오프 되는 제7도의 회로의 경우에〕약 3㎐에서 동작하는 클럭 신호로 부터 인입된다. 카운터(72)내에 설정되는 계수는 신호 비교를 위해 미리 선택된 기준 레벨을 갖고 있는 임계단(76)에 인가된다. 임계단(76)의 출력은 제2입력으로서 제7도의 비교기 단(42)로 부터의 출력을 수신하도록 접속된 AND 게이트(78)에 인가된다. AND 게이트(78)로의 둘다의 입력이 TRUE로 될 때만, AND 게이트(78)의 논리 출력이 TRUE로 되므로 화재를 식별할 수 있게 된다.

카운터(72)는 3㎐의 클럭 비로 다운 계수되고, 피이크 검출기(24,25)의 파형 피이크로 부터 수신되는 비 데이타로 업 계수되므로, 저주파 파형은 임의적인 것인지의 여부에 관계없이 단(76)의 선정된 계수 임계값을 초과하지 않는다. 그러나, 화재로 부터의 파형이 검출될때, 이러한 파형의 고주파 성분은 계수가 임계단(76)의 프리셋트 기준 레벨을 초과하게 하므로, AND 게이트(78)에 TRUE신호를 인가하게 된다.

제8도는 본 출원의 양수인에게 양도된 2중 스펙트럼 주파수-응답 화재 감지기(Dual Spectrum Frequency Responding Fire Sensor)라는 명칭으로 마아크 디. 컨(Mark T. Kern)이 출원한 특허 출원 제 592,611호에 기술된 바와 같은 2중 스펙트럼 주파수-응답 화재 감지기내에 본 발명에 따른 통계학적 식별기를 구성한 상태를 도시한 브럭 계통도이다. 특허 출원 제 592,611호의 내용은 본 명세서에 참조 문헌으로 사용되었다. 제8도의 회로는 특허출원 제 592,611호의 제5도에 대응하는데 본 발명의 통계학적 식별기로 제5도의 주기적 신호 검출기를 대체한 것이고, 양수인에게 양도된 화재 감지기 교차-상관기 회로 및 방법(Fire Sensor Cross-Correlator Circuit and Method)이라는 명칭의 특허출원 제 735,039호의 제5도에 도시된 바와 같은 교차 상관 검출기가 추가되어 있다. 이 출원의 내용도 또한 본 명세서에 참조문헌으로 사용되었다.

제8도에서, 시스템(50)은 상이한 협대역 필터 스펙트럼 통과 대역 F₁, F₂...F_n에서 각각 셋트된 n개의 이중 협대역 채널 1,2,....n을 갖고 있는 것으로 도시되어 있다. 각각의 협대역 채널은 단 파장 검출기(53)에 결합된 증폭기(55)와 장파장 검출기(54)에 결합된 증폭기(56)으로부터 비 검출기(57)로 각각 연장된 이중 신호 채널들에 결합된다. 상술한 바와 같이, 단파장 검출기(53)은 0.8-1.1미크론의 범위의 파장에 응답하고, 장파장 검출기(54)는 7-25미크론 범위의 파장에 응답한다. 선택적으로, 단파장 검출기(53)은 1.3-1.5미크론 범위의 파장에 응답하도록 셋트될 수 있다.

각각의 신호 채널은 경우에 따라서, 증폭기(55 또는 56)과 비 검출기단(57)의 입력 사이에 직렬로 접속된 협대역 필터, 전파 정류기 및 저역 통과 필터를 포함한다. n개의 협대역 채널 1,2....n의 비 검출기(57)의 출력은 n개의 협대역 채널로부터의 대다수의 비 검출기 출력 신호에 따라 TRUE 또는 FALSE로 되는 출력 신호를 발생시키는 보우팅(voting)논리 단(59)에 인가된다. 이 출력은 AND 게이트(60)에 한 입력으로서 접속되는데, 이 AND 게이트의 다른 입력은 교차 상관 검출기(62)의 출력 및 반전기 단(66,67)을 통해 인가된 한 쌍의 통계학적 식별기(64,65)의 출력으로 된다. AND단(60)의 출력은 지연단(70)에 인가되는데, 이 지연단은 감지기 시스템(50)의 출력을 공급한다.

제8도의 통계학적 식별기(64,65)는 제7도에 도시한 회로에 대응한다. 이것은 본 출원인이 종래에 출원한 주기적 신호 자동 상관 검출기에 대체된 것으로, 인위적으로 쵸프된 소오스의 개량된 인지 방법을 제공하므로, 허위 경보에 대해 더욱 안전하게 한다. 제8도의 회로에서, 인위적으로 쵸프된 신호는 통계학적 식별기(64,65)에 의해서 인지되므로, AND 게이트(60)을 억제시키어 회로가 출력에서 허위 경보로서 TRUE 신호를 발생시키지 못하게 한다. 본 발명의 통계학적 식별기는 인위적으로 쵸프된 방사선 소오스에 대한 응답을 보다 제한하기 위해 그밖의 다른 화재 감지기 장치내에서 주기적 신호 검출기 대신에 사용될 수 있다.

통계학 이론에 따르면, 진정한 임의 프로세스는 3.0의 쿠토시스를 갖게 된다. 소정의 화재 신호 및 소정의 비-화재 신호가 임의 프로세스에 어떻게 비교되는지를 알기 위해, 기록된 데이타 부분의 쿠토시스를 계산함으로써 소정의 분석을 실행하였다.

제9도 내지 제16도는 선택된 실시간 신호에 기초를 두고 본 발명에 따라 실행된 이 쿠토시스 계산을 설명하는 여러가지 파형을 도시한 것이다. 이 도면들내에서, 제9도의 파형은 비교하기 위해 제공된 순수 싸인(sine) 파이다. 제10도 및 제11도의 파형들은 쵸프되는 고온의 희미한 전구로 부터의 방사선에 대응하는 것이다. 제10도의 파형을 쵸핑하면 주파수가 변한다. 제12도의 파형은 청명한 날의 태양 광선 방사선에 대응하는 것이다. 제13도, 제14도 및 제15도의 파형들은 각각 100피트(약 30m), 50피트(약 15m) 및 20피트(약 6m)의 변화하는 거리에서의 화재로 부터의 방사선에 대응하는 것이다. 마지막으로, 제16도의 파형은 부분적으로 흐린날의 태양 광선으로 부터 유도된 것이다.

이들 경우에서, 계산은 다음과 같은 진리 쿠토시스식에 기초를 둔 것인데,

상술한 바와 같이

로 제산함으로써 유도된 차이

의 근사법에 기초한 것은 아니다.

제9도 내지 제16도의 파형들에 대한 각각의 계산은 20개의 데이타 점〔10정(+),10부(-)〕를 나타낸다. 수 ㎷의 증폭후의 데이타는 다음 표 1에 나타나는데, 여기에서 소정의 신호는 적당한 해상도를 얻기 위해 다른 것보다 더 많이 증폭된다.

표 1에서 각각의 신호 및 제9도 내지 제16도의 파형내에 나타낸 바와 같은 신호는 약 1V의 DC레벨 상에 있게 된다. 이것은 차가 나지 않게 하는데, 그 이유는 데이타점이 평방편차 및 쿠토시스를 얻기 위해 감산된 평균값

를 갖고 있기 때문이다.

[표 1]

표 1에 나타낸 바와 같이, 제10도에서와 같이 주파수가 변화하더라도 제9 내지 제11도의 초프된 파형은 순수 싸인파 (제9도)에 매우 근사한 쿠토시스를 갖는다. 한편, 100피트(약 30m)의 거리에서 조차도 화재는 근본적으로 상이한 쿠토시스(K=2.5 내지 3.2) 및 진정한 임의 프로세스의 값에 가장 근사한 값을 갖고 있다.

제12도 및 제16도에 도시한 바와 같은 태양광선은 쵸프된 신호가 아니라 임의 신호로서 나타난다. 제12도의 작은 태양광선 신호는 화재와 쵸프된 신호 사이의 영역내에 있는 쿠토시스를 갖고 있다. 한편, 제16도(20점 계산이 아니라 15점 계산)의 큰 태양광선 신호는 화재의 쿠토시스와 유사한 쿠토시스를 갖는다. 이것은 임의 특성 대 쵸프특성으로 인한 것이다. 화재 감지기 시스템 응용시에, 희미하게 변조된 태양광선의 고 쿠토시스값은 직사 태양광선의 존재시에라도 상술한 바와 같은 2개의 계류중인 특허출원의 주제인 것들과 같은 다른 메카니즘에 의해 화재가 검출될 수 있게 한다.

제17도의 플로우 차트는 쿠토시스 검사가 업/다운 카운터 검사에 따라 어떻게 동작되는 지를 도시한 것이다(제7a도 참조). 1/3초 경과 시간 결정박스는 하향 계수하는 3㎐카운터(72)를 나타내고, 기울기 극성 변화로 부터 발생된 피이크 신호는 상향 계수하도록 카운터를 활성화시킨다. 계수 4의 임계값은 기울기 변화로 부터의 데이타가 화재를 나타내기에 충분히 빠른 속도로 수신되고 있는지의 여부에 대한 결정점으로서 사용된다.

이와 마찬가지로, 2.4의 쿠토시스의 결정점은 데이타 점이 화재를 나타내기에 적당하게 분포되어 있는지의 여부를 나타내기 위해 사용된다. 2.4 기준 레벨은 표 1로 부터 2.5 내지 3.2의 범위내에 있는 화재에 대한 쿠토시스의 변화로부터 실험적으로 유도되는데, 한편 비-화재의 쿠토시스 변화는 1.0 내지 1.9의 범위내에 있게 된다.

제18도는 화재 존재를 검출하기 위해 수신된 방사선으로 부터 샘플된 데이타 상의 치-스퀘어(Chi-Square)검사의 실행을 나타내는 플로우 차트이다. 제18도내에서 치-스퀘어를 계산하는데 사용하기 위한 빈(bin)의 수 K가 미리 프로그램된다. 또한, 제18도내에서는 메모리내의 전체 샘플, N의 퍼센테이지로써 나타낸 빈(bin)당 샘플의 기대수가 미리 프로그램된다. 그러므로, 에러 e_k를 알고 있으면, 빈 연부가

및 σ항으로 계산되고, 메모리내의 모든 데이타점은 K개의 빈으로 분류된다. 다음에, b_k는 k번째 빈내에 분류된 샘플의 수이다. 다음에, 치-스퀘어가 계산되어, K를 알므로써, 제18도내에 미리 프로그램되는 결정값 c와 비교된다.

일예로써, N=20 샘플이 취해졌고, K=6간격이 95% 신뢰도로 표준확률 분포로 부터 유도하는 가설을 검사하는데 사용하게 되는, 제15도의 상부의 열에 대해 표 1로 부터의 경우를 고찰하겠다. 화재 간격 경계선

으로 동등한 간격으로 되도록(임의로)선택될 수 있다. 에러 표준 곡선 표로부터, 이 간격들 내에 있도록 예상될 수 있는 샘플의 수는 각각 다음과 같다. 즉, e₁내지 e₆=3.2, 3.0, 3.8, 3.8, 3.0 및 3.2.

제15도에 대한 표 1로부터, 검사 샘플들은 다음 계수 b₁내지 b₆=3,2,7,3,2, 및 3과 동일한 간격으로 각각 분류된다. 치-스퀘어식은 다음과 같이 계산될 수 있다.

95% 확률 레벨로 자유도 3을 이용하는 치-스퀘어 표로부터, 결정값 c=7.81로 된다. 표 1로부터의 예는 이것보다 작으므로, 이 예에서내의 20 데이타 점은 95% 신뢰도로 정상적으로 분포되는 것으로 판단된다. 제13도의 열내에서와 같이 c에 근접한 치-스퀘어값의 경우에는, 결정검사가 메모리내의 데이타 샘플수에 기초하여 사용될 수 있다. 20개 미만의 데이타 샘플수인 경우에, 치-스퀘어 검사는 다소 덜 신뢰적이다. 그러므로, 메모리내의 샘플이 20개 미만인 경우에, 치-스퀘어값은 쿠토시스/카운터 검사 결과와 불일치하는 경우에, 무시될 수 있다. 메모리내의 데이타 점이 20개 보다 많은 경우에, 치-스퀘어 검사 출력은 부가된 신뢰성을 위해 쿠토시스/카운터 검사의 출력과 결합될 수 있다.

요약하면, 본 발명은 화재 소오스와 인위적인 방사선 소오스 사이를 식별하기 위한 추가 수단으로서 검출된 방사선 신호의 통계학적 분석 방법을 적용한다. 시간 영역에서 방사선의 이 통계학적 분석 방법을 적용함으로써, 본 발명은 지금까지 개발되었던 주파수 영역 감지 시스템의 능력보다 더 큰 능력을 제공하므로, 이러한 시스템과의 결합물이 허위 경보에 대한 확실성을 더욱 크게 제공함으로써 증가된 감도로 동작될 수 있게 한다. 본 발명에 따른 통계학적 식별기는, 마이크로프로세서에 의해 조절되는 선택된 통계학적 분석 파라메터를 사용하여, 마이크로프로세서내의 데이타의 신호 샘플링 및 프로세싱 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 한 방법에서는, 진리값 쿠토시스 식이 수반된다. 본 발명의 다른 방법에서, 쿠토시스는 마이크로프로세스내의 프로세서를 느리게하는 승산, 자승, 4승 또는 제곱근 및 연산의 필요성을 제거한 간단한 방법에 의해 근사화된다. 다른 방법에서, 업/다운 카운터는 화재로 될 수 없는 저주파 신호가 신호프로세싱과 혼동되지 않게 하는데 사용된다. 또 다른 방법에서는, 치-스퀘어 검사가 인입 파형의 다른 검사 방법으로서 적용된다.

지금까지 본 발명이 유리하게 사용될 수 있는 방법을 설명하기 위해 본 발명에 따른 화재 감지기 통계학적 식별기의 특정한 구성에 대해 기술하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 따라서, 임의 프로세싱에 기초를 둔 다른 검사와 같은, 본 분야에 숙련된 기술자가 할 수 있는 소정의 모든 변형, 변화 또는 등가 구성은 특허 청구 범위내에서 정의된 바와 같은 본 발명의 범위내에 포함되는 것으로 고려되어야 한다.

Claims

미리 선택된 파장 범위내의 방사선에 응답하는 방사선 검출기에 결합하기위한 저역 통과 필터, 나머지 신호 성분의 피이크를 검출하기 위해 상기 필터의 출력에 결합된 피이크 검출기 수단, 피이크 신호의 추정된 평균값 및 평균 편차값을 각각 발생시키기 위해 피이크 신호를 프로세싱 하기 위한 수단, 신호 차이 레벨을 발생시키기 위해 피이크 신호를 상기 추정된 평균값 및 평균 편착밧과 결합시키도록 프로세싱 수단에 결합된 수단, 및 방사선 변조를 결정하도록 신호 차이 레벨을 평균 편차값으로 나누기 위해 신호 차이 레벨 및 대응 평균 편차값을 수신하도록 결합된 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 감지용 통계학적 식별기 회로.
제1항에 있어서, 상기 피이크 검출기 수단이 극성에 따라 신호 피이크를 분리하고 한 쌍의 평행 신호 채널에 반대 극성 피이크 신호를 인가하기 위해 상기 필터의 출력에 결합된 한 쌍의 반대 극성 피이크 검출기를 포함하고, 상기추정된 평균값으로 부터 각각의 피이크 신호의 편차에 대응하는 신호 레벨을 발생시키도록 정(+) 및 부(-) 극성 피이크 신호를 추정된 평균값과 결합시키기 위해 2개의 신호 채널에 결합된 수단, 및 각각의 피이크 신호 편차를 추정된 평균 편차값과 결합시키기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 감지용 통계학적 식별기 회로.
제2항에 있어서, 작은 신호 변동에 대한 피이크 검출기의 응답을 억제하도록 사역을 설정하기 위해 저역 통과 필터와 피이크 검출기 사이에 결합된 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 감지용 통계학적 식별기 회로.
제3항에 있어서, 상기 사역 설정 수단이 저역 통과 필터로 부터의 출력 신호에 응답하도록 결합된 히스테리시스 단을 포함하고, 상기 히스테리시스 단이 선정된 감도 레벨을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 화재 감지용 통계학적 식별기 회로.
제2항에 있어서, 각각의 2개의 신호 채널이 이것의 대응 피이크 검출기의 출력에 결합된 저역 통과 필터 단을 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 감지용 통계학적 식별기 회로.
제2항에 있어서, 각각의 평행 채널이 상기 증폭기의 각각의 출력으로서 추정된 평균값 및 추정된 평균 편차값을 발생시키기 위해 제1 쌍의 증폭기에 신호 입력을 제공하도록 결합된 것을 특징으로 하는 화재 감지용 통계학적 식별기 회로.
제6항에 있어서, 추정된 평균값 및 피이크 검출기로 부터의 정(+) 및 부(-)피이크 신호중 대응하는 한 신호를 각각의 입력으로서 수신하고, 추정된 평균값으로부터 각각의 피이크 신호의 편차에 대응하는 각각의 편차 신호를 제공하도록 결합된 제2쌍의 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 감지용 통계학적 식별기 회로.
제7항에 있어서, 상기 각각의 편차 신호를 추정된 평균 편차값과 결합시키기 위한 합산 단, 및 신호 차이값을 발생시키도록 출력신호를 평활화 시키기 위해 합산 단의 출력에 결합된 저역 통과 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 감지용 통계학적 식별기 회로.
제1항에 있어서, 변조값을 고정 기준 임계값과 비교하고 상기 기준 임계값의 초과시의 변조에 대한 화재 검출을 나타내는 출력 신호를 발생시키기 위해 신호 차이 레벨 분할 수단의 출력에 결합된 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 감지용 통계학적 식별기 회로.
제1항에 있어서, 업/다운 카운터, 이 카운터가 제1방향으로 계수하도록 피이크 검출기 수단으로 부터의 피이크 신호를 카운터의 한 입력에 결합시키기 위한 수단, 클럭 신호, 및 카운터의 출력을 선택된 기준 레벨과 비교하고 상기 카운터 내의 계수 상태가 상기 선택된 기준 레벨을 초과할때 논리 TRUE신호를 발생시키어 화재의 검출을 나타내도록 상기 카운터의 출력에 결합된 임계단을 더 포함하고, 상기 클럭신호가 제2방향으로 계수하도록 카운터의 다른 입력에 결합된 것을 특징으로 하는 화재 감지용 통계학적 식별기 회로.
제10항에 있어서, 선택된 기준 레벨과 비교하고, 방사선 변조가 비교기 단의 기준 레벨을 초과할때 화재의 검출을 나타내는 논리 TRUE출력을 발생시키기 위해 방사선 변조를 나타내는 신호를 수신하도록 결합된 비교기 단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 감지용 통계학적 식별기 회로.
제11항에 있어서, 임계단 및 비교기 단의 출력을 수신하고 상기 임계단 및 비교기 단으로부터 논리 TRUE출력들이 동시에 발생할 때 화재의 검출을 나타내는 논리 TRUE출력을 제공하도록 결합된 AND 게이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 감지용 통계학적 식별기 회로.
한 쌍의 통계학적 식별기 회로를 포함하는 화재 감지 시스템에 있어서, 각각의 상기 회로가 미리 선택된 파장 범위내의 방사선에 응답하는 방사선 검출기에 결합하기 위한 저역 통과 필터, 나머지 신호 성분의 피이크를 검출하기 위해 상기필터의 출력에 결합된 피이크 검출기수단, 피이크 신호의 추정된 평균값 및 평균 편차값을 각각 발생시키기 위해 피이크 신호를 프로세싱하기 위한 수단, 신호 차이 레벨을 발생시키기 위해 피이크 신호를 상기 추정된 평균값 및 평균 편차값과 결합시키도록 프로세싱 수단에 결합된 수단, 및 방사선 변조를 결정하도록 신호 차이 레벨을 평균 편차값으로 나누기 위해 신호 차이 레벨 및 대응 평균 편차값을 수신하도록 결합된 수단을 포함하고, 방사선 검출기의 관련된 증폭기를 포함하는 대응 검출기 채널의 출력에 각각 결합되고, 상기 제1 채널내의 방사선 검출기가 7-25 미크론내의 장 파장 방사선에 응답하도록 선택되며, 상기 다른 채널내의 방사선 검출기가 미리 선택된 범위내의 단파장 방사선에 응답하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 화재 감지 시스템.
제13항에 있어서, 상기 미리 선택된 범위가 0.8 미크론과 1.1 미크론 사이에 있는 것을 특징으로 하는 화재 감지 시스템.
제13항에 있어서, 상기 미리 선택된 범위가 1.3 미크론과 1.5 미크론 사이에 있는 것을 특징으로 하는 화재 감지 시스템.
제13항에 있어서, 화재로 부터의 방사선의 검출을 나타내는 결합된 출력을 제공하기 위해 2개의 통계학적 식별기 회로와 병렬로 결합된 교차 상관 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 감지 시스템.
제16항에 있어서, 상기 교차 검출기가 2개의 검출기 채널로부터 분리 입력을 통해 신호를 수신하고 상기 통계학적 식별기 회로로 부터의 출력 신호와 평행하게 화재 검출 출력을 제공하도록 결합된 것을 특징으로 하는 화재 감지 시스템.
시간 영역에서 검출된 방사선을 프로세싱함으로써 화재 소오스로 부터의 자극과 비-화재 소오스로부터의 자극 사이를 통계학적으로 식별하는 방법에 있어서, 미리 선택된 파장 범위내의 방사선에 대한 응답을 갖고 있는 방사선 검출기로부터 신호를 수신하는 단계, 선택된 주파수 이상의 성분을 제거하기 위해 상기 수신된 신호를 필터하는 단계, 나머지 신호 성분의 피이크를 검출하는 단계,피이크 신호의 추정된 평균값 및 평균 편차값을 발생시키기 위해 피이크 신호를 결합하는 단계, 신호 차이 레벨을 발생시키기 위해 각각의 피이크 신호를 추정된 평균값 및 추정된 평균 편차값과 결합하는 단계, 및 방사선 신호 변조의 출력값을 제공하기 위해 추정된 평균 편차값으로 신호 차이 레벨을 나누는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 검출 단계가 극성에 따라 피이크 신호를 분리시키는 단계를 포함하고, 정(+) 및 부(-) 피이크 신호의 각각의 추정된 평균값을 발생시키기 위해 정(+) 피이크 신호 및 부(-) 피이크 신호를 개별적으로 필터링하는 단계, 정(+) 및 부(-) 피이크 신호에 대한 각각의 개별 편차 신호를 발생시키기 위해 추정된 평균값을 반대 극성의 개별 피이크 신호와 결합하는 단계, 및 신호 차이 레벨을 발생시키기 위해 개별 편차 신호를 추정된 평균 편차값과 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서, 변조값이 상기 기준 레벨을 초과할때 화재의 감지를 나타내는 출력을 발생시키기 위해 변조값을 미리 선택된 임계 기준 레벨과 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 선택된 주파수가 4㎐인 것을 특징으로 하는 방법.
제21항에 있어서, 선정된 레벨 미만인 신호 변화에 대한 신호 피이크의 검출을 억제하기 위해 반대 극성 신호에 대한 사역을 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제20항에 있어서, 교차 상관기 및 통계학적 식별기 단으로 부터 출력들이 동시에 발생할때에만 TRUE화재 감지 신호를 제공하기 위해 미리 선택된 파장 범위내의 검출된 방사선에 대응하는 신호를 수신하도록 결합된 교차 상관기 단의 출력과 변조 비교의 출력을 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 방사선 검출기가 7-25 미크론 범위의 방서선 응답을 갖도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 방사선 검출기가 0.8-1.1 미크론 범위의 방사선 응답을 갖도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 방사선 검출기가 1.3-1.5 미크론 범위의 방사선 응답을 갖도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제20항에 있어서, 제1방향으로 카운터를 구동시키기 위해 피이크 신호를 카운터의 한 입력에 인가하는 단계, 반대 방향으로 카운터를 구동시키기 위해 선택된 주파수 보다 약간 적은 반복 비로 클럭 신호를 인가하는 단계, 및 계수 상태가 기준 레벨을 초과할때 화재의 감지에 대응하는 논리 출력을 발생시키기 위해 카운터의 계수 상태를 선정된 기준 레벨과 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제27항에 있어서, 2개의 상기 결합된 신호가 화재의 감지를 나타내는 경우에 화재 감지를 나타내는 논리 TRUE신호를 발생시키기 위해 계수 비교로 부터의 논리 출력을 변조값 비교로 부터의 논리 출력과 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제28항에 있어서, 상기 신호에 대한 치-스퀘어의 값을 발생시킴으로써 치-스퀘어 검사를 다수의 피이크 신호에 적용하는 단계, 선택된 기준 레벨과 치-스퀘어의 값을 비교하는 단계, 및 상기 기준 레벨 미만의 치-스퀘어값에 대한 화재의 감지를 나타내는 출력 신호를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
시간 영역에서 검출된 방사선을 프로세싱함으로써 화재 소오스로 부터의 자극과 비-화재 소오스로부터의 자극 사이를 통계학적으로 식별하는 방법에 있어서, 미리 선택된 파라메터에 따라 검출된 방사선 파형을 샘플링함으로써 일련의 순차적인 데이타 신호를 유도하는 단계, 상기 검출된 방사선의 임의성 특성을 검사하기 위해 최소한 한개의 선택된 통계학적 분석 메카니즘에 따라 상기 신호를 프로세싱하는 단계, 프로세싱의 결과를 미리 선택된 임계 레벨과 비교하는 단계, 및 상기 프로세싱의 결과가 임계 레벨을 초과할 때 화재의 감지를 나타내는 출력을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제30항에 있어서, 상기 프로세싱 단계가 선택된 수의 상기 데이타 신호에 대한 평균값을 유도하는 단계, 상기 선택된 수의 데이타 신호의 평방 편차를 계산하기 위해 상기 평균값을 사용하는 단계 및 상기 선택된 수의 데이타 신호의 쿠토시스를 계산하기 위해 상기 평균값과 상기 평방편차를 사용하는 단계를 포함하고, 상기 비교 단계가 화재의 감지를 나타내기 위한 기초로서 계산된 쿠토시스를 미리 선택된 임계 레벨과 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제31항에 있어서, 화재의 감지를 나타내는 상기 출력을 제공하기 전에 선정된 간격 동안 상기 미리 선택된 임계 레벨을 초과하도록 계산된 쿠토시스를 요구하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제32항에 있어서, 쿠토시스를 계산하기 전에 클럭 펄스와 함께 상기 신호를 업/다운 카운터에 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제30항에 있어서, 상기 유도 단계가 검출된 방사선 파형의 기울기 극성의 변화를 검출하는 단계, 및 데이타 상기 신호를 발생시키기 위해 기울기 극성 변화의 검출시에 파형을 샘플링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제34항에 있어서, 카운터를 증가시키기 위해 상기 기울기 극성 변화 신호를 인가하는 단계, 및 상기 신호 프로세싱 단계 전에 카운터를 감소시키기 위해 클럭 신호를 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제32항에 있어서, 메모리 내에 선정된 기간내에 유도된 데이타 신호를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제36항에 있어서, 상기 저장 단계가 선입선출식으로 저장된 신호를 보유하기 위해 메모리내에 저장된 데이타를 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제37항에 있어서, 상기 프로세싱 단계가 프로세싱 시간전의 선정된 기간내에 메모리내에 저장된 신호들을 프로세싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제38항에 있어서, 상기 평균값, 상기 평방편차 및 상기 쿠토시스의 상기 계산이 대략 초당 한번씩 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제31항에 있어서, 검출된 방사선 파형의 샘플링이 상기 파형의 제로 크로싱에서 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제31항에 있어서, 검출된 방사선 파형의 셈플링이 파형의 정(+) 및 부(-) 피이크를 검출하기 위해 파형이 기울기 극성을 변화시키는 점에서 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제31항에 있어서, 검출된 방사선 파형의 샘플링이 파형의 제2유도함수가 0과 동일한 점을 검출함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제31항에 있어서, 파형 피이크의 진폭 분포가 방사선 파형의 샘플링을 결정하기 위한 파라메터로서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제30항에 있어서, 상기 신호를 프로세싱하는 상기 단계가 화재 감지를 나타내는 출력을 제공하기 위한 기준으로서 검출된 방사선 파형의 임의도를 결정하기 위해 선택된 일련의 데이타 신호의 쿠토시스를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제44항에 있어서, 상기 신호에 대한 치-스퀘어의 값을 발생시킴으로써 치-스퀘어 검사를 다수의 피이크 신호에 적용하는 단계, 치-스퀘어의 값을 선택된 기준 레벨과 비교하는 단계, 및 상기 기준 레벨 미만의 치-스퀘어값에 화재의 감지를 나타내는 출력 신호를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제30항에 있어서, 상기 신호를 프로세싱하는 상기 단계가 데이타 신호들의 차이를 계산하는 단계, 및 화재 감지를 나타내는 출력을 제공하기 위한 기준으로서 검출된 방사선 파형의 변조를 결정하기 위해 평균 편차로 나누는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제46항에 있어서, 상기 신호에 대한 치-스퀘어의 값을 발생시킴으로써 치-스퀘어 검사를 다수의 피이크 신호에 적용하는 단계, 치-스퀘어의 값을 선택된 기준 레벨과 비교하는 단계, 및 기준 레벨 미만의 치-스퀘어 값에 화재의 감지를 나타내는 출력 신호를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.