KR20190131364A

KR20190131364A - Hybrid photoelectric smoke detector and smoke detection method using light scattering and photosensitive effect

Info

Publication number: KR20190131364A
Application number: KR1020180056140A
Authority: KR
Inventors: 황철홍; 장효연; 윤홍석; 문선여
Original assignee: 대전대학교 산학협력단
Priority date: 2018-05-16
Filing date: 2018-05-16
Publication date: 2019-11-26
Also published as: KR102081761B1

Abstract

The present invention relates to a hybrid photoelectric smoke detection device using a light scattering and light extinction method, and to a smoke detection method thereof. More specifically, the hybrid photoelectric smoke detection device using the light scattering and light extinction method comprises: a frame having an internal space consisting of a dark room so that smoke particles can be injected; a light emitting device formed on one side surface of the inside of the frame and emitting light to detect smoke particles in the dark room; a light receiving element formed on one side surface of the inside of the frame to detect light from the light emitting element and converting the light into a voltage signal; and an alarm device formed outside the frame to receive a voltage signal detected and converted by the light receiving element, and transmitting a fire occurrence signal. Provided is a hybrid photoelectric smoke detector using a light scattering and photosensitive effect method.

Description

HYBRID PHOTOELECTRIC SMOKE DETECTOR AND SMOKE DETECTION METHOD USING LIGHT SCATTERING AND PHOTOSENSITIVE EFFECT}

본 발명은 하이브리드 광전식 연기 감지기 및 연기 감지방법으로서 보다 상세하게는 기존의 광산란 방식의 연기 감지기 및 연기 감지 방법에 더불어 광소멸에 의한 감광식을 동시에 적용하여 연기 감지의 신뢰성을 높인 하이브리드 광전식 연기 감지기 및 연기 감지 방법에 관한 것이다.The present invention is a hybrid photoelectric smoke detector and smoke detection method in more detail, in addition to the conventional photoelectric smoke detector and smoke detection method in addition to the photosensitive by the light extinction hybrid photoelectric smoke to increase the reliability of the smoke detection It relates to a detector and a smoke detection method.

최근 건축물의 고층화, 복합화 및 대형화에 따른 높은 화재 위험성으로 화재안전, 특히 화재로 인한 피난의 중요성이 강조되고 있다. 이때 건축물의 화재 안정성은 거주자가 위험상태에 도달하는 허용피난시간(Available Safe Egress Time, ASET)과 화재 발생 이후 거주자가 안전한 곳으로 피난하는데 소요되는 요구피난시간(Requried Safe Egress Time, RSET)의 비교를 통해 평가된다.Recently, the importance of fire safety, especially evacuation due to fire, has been emphasized due to the high risk of fire due to the rise, complexity and size of buildings. The fire safety of the building is compared with the Evacuable Safe Egress Time (ASET) for which the occupant reaches a dangerous state and the Required Safe Egress Time (RSET) for the occupant to evacuate to a safe place after the fire. Is evaluated through.

상기 요구피난시간(RSET)은 화재 발생 이후 화재감지기의 작동시간, 피난 지연시간 및 피난행동시간의 합을 통해 계산된다. 이는 결과적으로 화재 발생 이후 피난을 방지하기 위해선 신속하게 화재를 감지할 수 있는 화재감지기의 역할이 핵심적임을 의미한다.The required evacuation time (RSET) is calculated through the sum of the operation time, evacuation delay time and evacuation action time of the fire detector after the fire. This, in turn, means that the role of a fire detector that can quickly detect a fire is essential to prevent evacuation after a fire.

현재 국내에 적용되는 연기감지기는 크게는 일반감지기와 아날로그 감지기로 분류되며, 세부적으로는 광전식 감지기와 이온화식 감지기로 분류된다. 이온화식 감지기는 연기가 유입되면 이온이 연기에 흡착되어 저항이 증가함으로써 발생하는 저항의 차이를 이용하여 감지기가 동작하게 된다. 다만, 이온화식 감지기의 경우 그 사용에 있어 아메리슘에 의한 방사선 페기물이 발생하는 문제점이 존재하여 현재 국내 대부분의 업체는 광전식 연기가지기를 사용하고 있다.Currently, domestic smoke detectors are largely classified into general and analog detectors, and in particular, photoelectric and ionized detectors. The ionization detector operates by taking advantage of the difference in resistance caused by the increase in resistance when ions are absorbed by the smoke when the smoke enters. However, in the case of the ionization detector, there is a problem in that radiation waste caused by americium is used in the use thereof, and most domestic companies are currently using photoelectric smoke holding.

기존의 광전식 연기감지기는 적외선 LED를 이용한 산란광 감지방식으로 작동하는 감지기로 화재 발생 시, 암실 내부에 연기가 유입되면 발광소자에서 방출된 빛이 산란현상을 일으키고 수광소자는 이를 감지하고 신호를 증폭시킨 뒤, 화재발생 신호를 외부에 송출한다.Conventional photoelectric smoke detector is a detector that operates by using scattered light detection method using infrared LED. In case of fire, when smoke enters the dark room, the light emitted from the light emitting device causes scattering phenomenon and the light receiving device detects it and amplifies the signal. After sending out, send a fire signal to outside.

이와 관련하여 기존의 대한민국 등록특허 제 10-0983539호(명칭: 광전식 화재감지기)는 광전식 화재 감지기에 관한 것으로, 조립성 및 견고성을 향상 시킬 뿐만 아니라 화재 감지의 효율성 및 정밀성을 향상시킬 수 있는 기술을 제시한다.In this regard, the existing Republic of Korea Patent No. 10-0983539 (name: photoelectric fire detector) relates to a photoelectric fire detector, not only to improve the assembly and robustness, but also to improve the efficiency and precision of fire detection. Present your skills.

또한 기존의 대한민국 등록 특허 제 10-1482180호(명칭: 광전식 화재감지기)는 화재시 연기에 의해 산란되는 빛을 감지하여 경보를 발하도록 이루어지는 광전식 화재감지기 기술을 제시한다.In addition, the existing Republic of Korea Patent No. 10-1482180 (name: photoelectric fire detector) proposes a photoelectric fire detector technology that is configured to alarm by detecting the light scattered by the smoke in the event of fire.

상기 기존의 연기 감지기의 작동성능을 평가하는 시험에 있어서 대상이 되는 연기는 목재 건축물의 화재 초기에 수분이 기화될 때, 발생되는 연기가 흰색이므로 흰색 연기 입자가가 적용되고 있다. 이러한 흰색 연기는 광의 흡수보다는 광산란에 의한 반사를 더 많이 하게 되어 기존의 연기 감지기는 빠른 시간 내에 흰색 연기를 감지하고 작동하게 된다.In the test for evaluating the operation performance of the existing smoke detector, white smoke particles are applied because the smoke generated when the water vaporizes at the early stage of the fire of a wooden building is white. This white smoke reflects more by light scattering than absorption of light, and the existing smoke detector detects and operates white smoke in a short time.

그러나 현대 건축물에서 대부분의 플라스틱과 같은 폴리머 계열의 가연물은 화재 발생 시에 흰색 연기보다는 검정색의 연기를 발생시킨다. 검정색 연기 입자의 경우, 흰색 연기 입자에 비해 광이 산란보다는 흡수에 의해 소멸하는 특성이 있어, 그 결과 검정 연기에 대하여 감지기는 흰색 연기에 의해 설정된 연기감지기의 감도보다 훨씬 높은 연기의 농도에서 작동하게 된다.However, in modern buildings, polymer-based combustibles, such as most plastics, produce black smoke rather than white smoke in the event of a fire. In the case of black smoke particles, light is more extinguished by absorption than scattering, compared to white smoke particles, so that for black smoke the detector operates at a concentration of smoke much higher than the sensitivity of the smoke detector set by white smoke. do.

이는 현대식 건물에 있어서 상기 선행 특허기술인 기존의 광산란식에 의할 경우, 검정색 연기의 감지시간이 늦어져 화재 발생 이후 화재 감지기의 작동시간 지연을 의미하고, 결과적으로는 화재 발생 시 피난에 있어 문제점이 발생할 수 있음을 의미한다. In the case of the conventional light scattering type of the prior patent technology in the modern building, the detection time of the black smoke is delayed, which means that the operation time of the fire detector is delayed after the fire, and as a result, there is a problem in evacuation in case of fire. It can happen.

따라서 이러한 문제 해결을 위해서는 흰색 연기뿐만 아니라 검정색 연기에 대하여도 신뢰성 있는 감지가 가능하도록 하여, 현대 건축물에 대하여 보다 실효적인 화재 방지를 위한 기술이 요구된다.Therefore, in order to solve this problem, it is possible to reliably detect not only white smoke but also black smoke, and a technology for more effective fire prevention for a modern building is required.

대한민국 등록특허공보 제 10-0983539호Republic of Korea Patent Publication No. 10-0983539 대한민국 등록특허공보 제 10-1482180호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1482180

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 기존의 광전식 연기감지를 위해 적용되는 광산란 방식과 더불어 광소멸을 의미하는 감광식을 동시에 적용함으로써, 흰색과 검정색 연기특성이 동시에 반영된 신뢰성이 우수한 연기 감지기 및 연기 감지 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the above problems is to apply the light scattering method applied to the conventional photoelectric smoke detection at the same time by applying a photosensitive means that means the light, excellent reliability of white and black smoke simultaneously reflected It is to provide a smoke detector and a smoke detection method.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art from the following description. There will be.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 연기 입자가 투입될 수 있도록 암실로 구성된 내부 공간을 갖는 프레임; 상기 프레임 내측의 일측면에 형성되어, 상기 암실의 연기 입자를 검출하기 위해 빛을 방출하는 발광소자; 상기 프레임 내측의 일측면에 형성되어, 상기 발광소자로부터 나온 빛을 감지하고 전압신호로 변환시키는 수광소자; 및 상기 프레임의 외부에 형성되어, 상기 수광소자가 빛을 감지하고 변환시킨 전압신호를 받아들여 화재발생 신호를 송출하는 경보기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광산란 및 감광 효과를 이용한 하이브리드 광전식 연기 감지기를 제공한다.The structure of the present invention for achieving the above object is a frame having an internal space consisting of a dark room so that the smoke particles can be injected; A light emitting device formed on one side of the inside of the frame and emitting light to detect smoke particles in the dark room; A light receiving element formed on one side of the inside of the frame to detect light from the light emitting element and convert the light into a voltage signal; And an alarm unit formed outside the frame and configured to receive a voltage signal detected by the light receiving element and convert the light, and to output a fire occurrence signal. to provide.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수광소자는 상기 발광소자와 이격되어, 상기 프레임 내부의 일측면에 형성된 제1수광소자 및 상기 발광소자와 마주보도록 상기 프레임 내부의 일측면에 형성된 제2수광소자를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the light receiving element is spaced apart from the light emitting element, the first light receiving element formed on one side of the inside of the frame and the second light receiving element formed on one side of the inside of the frame to face the light emitting element It may be characterized in that it comprises a.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1수광소자는 상기 발광소자로부터 방출된 빛 중 상기 암실의 연기 입자에 의해 산란되는 빛을 감지하고 제1전압신호로 변환시키는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present disclosure, the first light receiving element may detect light scattered by the smoke particles in the dark room among the light emitted from the light emitting element and convert the light into a first voltage signal.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1전압신호는 상기 암실에 연기 입자가 유입되기 전을 최소 전압신호로 하여 상기 제1수광소자가 상기 발광소자로부터 방출된 빛 중 상기 암실의 연기 입자에 의해 산란되는 빛을 감지하고 전압신호로 변환시킴에 따라 증가하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first voltage signal is a minimum voltage signal before the smoke particles flow into the dark room, and the first light receiving device is caused by the smoke particles in the dark room among the light emitted from the light emitting device. It may be characterized by increasing as it detects the scattered light and converts it into a voltage signal.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2수광소자는 상기 발광소자로부터 발하여서 상기 암실의 연기 입자에 의해 산란 또는 흡수되지 않고 통과하는 빛을 감지하고 제2전압신호로 변환시키는 것을 특징으로 할 수 있다.In an exemplary embodiment of the present invention, the second light receiving element may detect light passing through the light emitting element without being scattered or absorbed by the smoke particles in the dark room and converting the light into a second voltage signal. have.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2전압신호는 상기 암실에 연기 입자가 유입되기 전을 최대 전압신호로 하여 상기 제2수광소자가 상기 발광소자로부터 방출된 빛 중 상기 암살의 연기 입자에 의해 산란 또는 흡수되지 않고 통과하는 빛을 감지하고 전압신호로 변환시킴에 따라 감소하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the second voltage signal is the maximum voltage signal before the smoke particles are introduced into the dark room by the smoke particles of the assassination of the light emitted from the light emitting device by the second light receiving device It may be characterized in that it decreases as it passes through the light without being scattered or absorbed and is converted into a voltage signal.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1전압신호와 상기 제2전압신호를 기준으로, 미리 설정된 상기 제1전압신호와 상기 제2전압신호의 세기 관계에 따라 최종 전압신호를 도출하여서 상기 경보기가 화재 경보 신호를 송출하도록 작동시키는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an exemplary embodiment of the present disclosure, the alarm may be derived by deriving a final voltage signal based on a strength relationship between the first voltage signal and the second voltage signal which are preset based on the first voltage signal and the second voltage signal. The controller may further include a controller operative to transmit a fire alarm signal.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 구성은 프레임 내부의 암실 공간에 연기 입자가 투입되는 단계; 상기 프레임 내부에서 상기 연기 입자를 향하도록 발광소자가 빛을 방출하는 단계; 상기 발광소자로부터 발한 빛이 상기 연기 입자로부터 산란 또는 흡수되거나, 상기 연기 입자로부터 산란 또는 흡수되지 않고 통과하는 단계; 상기 연기입자로부터 산란된 빛이나 상기 연기 입자로부터 산란 또는 흡수되지 않고 통과한 빛을 수광소자가 감지하는 단계; 상기 수광소자가 감지한 빛을 전압신호로 변환하여 전송하는 단계; 및 상기 프레임 외부에 위치한 경보기가 상기 전압신호를 받아들이고 화재 경보 신호를 송출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광산란 및 감광 효과를 이용한 하이브리드 광전식 연기 감지 방법을 제공한다.Another configuration of the present invention for achieving the above object is the step of putting the smoke particles in the dark space inside the frame; Emitting light from the light emitting device to face the smoke particles inside the frame; Passing light emitted from the light emitting device from the smoke particles without being scattered or absorbed from the smoke particles, without being scattered or absorbed from the smoke particles; Detecting, by the light receiving device, light scattered from the smoke particles or light passing through the smoke particles without being scattered or absorbed; Converting the light sensed by the light receiving element into a voltage signal and transmitting the light; And it provides a hybrid photoelectric smoke detection method using the light scattering and photosensitization, characterized in that the alarm located outside the frame receives the voltage signal and sends a fire alarm signal.

도1은 기존 기술인 광산란 방식만을 이용한 광전식 연기 감지기의 모식도이다.
도2는 가연물 또는 연기 색상에 따른 작동 OPM(Obscuration Per Meter)을 측정한 실험데이터 그래프이다.
도3은 광산란 및 감광 효과를 이용한 하이브리드 광전식 연기 감지기의 모식도이다.
도4는 광산란 및 감광 효과를 이용한 하이브리드 광전식 연기 감지 방법의 방법흐름도이다.1 is a schematic diagram of a photoelectric smoke detector using only a conventional light scattering method.
Figure 2 is a graph of experimental data measured the operating OPM (Obscuration Per Meter) according to the flammable or smoke color.
3 is a schematic diagram of a hybrid photoelectric smoke detector using light scattering and photosensitive effects.
4 is a method flow diagram of a hybrid photoelectric smoke detection method using light scattering and photosensitive effects.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, coupled)" with another part, it is not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. Includes the case where In addition, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. As used herein, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

화재 감지기의 성능평가는 통상 한국 소방산업기술원의 작동 부작동 시험을 통해 인증된다. 여기서 작동 부작동 시험이란 감지기가 작동될 수 있는 조건과 감지기가 작동되지 않은 연기 및 유동조건을 구현하고, 이때 각각 작동과 부작동을 확인하는 방법이다. 본 시험에 있어서 연기의 발생을 위하여 필터 종이가 화원으로 사용되며, 이때 상기 필터 종이에 의해서 흰색 연기가 발생하게 된다.The performance evaluation of fire detectors is normally validated through operational malfunction tests of the Korea Fire Industry and Technology Institute. The actuation non-operation test is a method of implementing the conditions under which the detector can be operated and the smoke and flow conditions under which the detector is not activated, and confirming the operation and non-operation respectively. In this test, filter paper is used as a fire source for the generation of smoke, and white smoke is generated by the filter paper.

도1은 기존의 특정 위치에서 화재를 감지하는 일반 또는 아날로그 광전식 감지기에 관한 모식도이다. 도1에 도시된 바와 같이 기존의 광전식 연기 감지기는 산란되는 광을 감지하여 연기입자를 검출하는 광산란 방식을 채택하고 있다.1 is a schematic diagram of a general or analog photoelectric detector for detecting a fire at a specific existing location. As shown in FIG. 1, the conventional photoelectric smoke detector adopts a light scattering method of detecting smoke particles by detecting scattered light.

연기 입자(Soot)가 암실에 유입되면 적외선 LED 광은 크게 상기 연기 입자에 의해 산란 또는 흡수되거나, 그렇지 않은 광은 상기 연기 입자를 그대로 통과하게 된다. 이 경우 입자에 의한 빛의 산란과 흡수를 통틀어 광소멸이라고 부른다.When the smoke particles (Soot) is introduced into the dark room, the infrared LED light is largely scattered or absorbed by the smoke particles, or the light otherwise passes through the smoke particles as they are. In this case, the scattering and absorption of light by the particles are called light extinction.

전술한 바와 같이 광전식 연기감지기의 작동성능을 평가하는 시험에는 흰색 연기가 적용되며, 일반적으로 흰색 연기에 대한 단일 산란 비율(Single Scattering Albedo, SSA)은 약 0.9의 값을 갖는다. 연기의 SSA는 광산란 대 총 광소멸의 비를 의미하며, 아래의 식과 같이 정의된다.As described above, the white smoke is applied to the test for evaluating the operational performance of the photoelectric smoke detector, and the single scattering albedo (SSA) for the white smoke generally has a value of about 0.9. The SSA of smoke is the ratio of light scattering to total photodissipation, which is defined as

흰색 연기에 대하여 SSA가 약 0.9의 값을 갖는다는 점에서 흰색 연기 입자는 광의 흡수보다는 광산란을 통해 빛이 더 많이 소멸한다는 것을 알 수 있다. 그 결과 흰색 연기에 대하여는 그 결과 기존의 광산란 방식을 채택하고 있는 기존의 연기감지기가 빠른 시간 내에 신뢰성 있게 작동할 수 있다.It can be seen that white smoke particles are more extinguished through light scattering than absorption of light in that SSA has a value of about 0.9 for white smoke. As a result, for white smoke, existing smoke detectors that employ conventional light scattering can operate reliably and quickly.

기존의 연기감지기에 흰색 연기가 적용된 이유는 목재 건축물의 화재 초기 수분이 기화될 때 발생되는 연기가 흰색이며, 해당 흰색 연기가 광산란 특성이 우수하기 때문이다. 그러나 이와 달리 현대 건축물에서 플라스틱과 같은 폴리머 계열을 포함한 대부분의 가연물은 화재 발생 시에 흰색 연기보다는 검정색 연기를 발생시킨다.The reason why the white smoke is applied to the existing smoke detector is that the smoke generated when the initial moisture of the wood building is vaporized is white, and the white smoke has excellent light scattering characteristics. In contrast, most combustibles, including polymers such as plastics, produce black smoke rather than white smoke in the event of a fire.

검정색 연기의 SSA의 값은 약 0.3으로서, 입자에 공급된 광은 산란보다는 흡수에 의해 소멸되는 특성을 갖는다. 그 결과 흰색 연기에 의해 설정된 연기감지기는 흰색 연기에 비해 산란되는 광이 감소함에 따라 실제 설계 또는 세팅치에 비해 훨씬 높은 연기의 농도에서 작동하게 된다. 이는 화재 발생 이후 화재 감지기의 작동 시간 지연을 의미하며 결과적으로는 피난요구시간(RSET)의 큰 증가를 가져오게 된다.The SSA value of the black smoke is about 0.3, and the light supplied to the particles has a property of disappearing by absorption rather than scattering. As a result, smoke detectors set by white smoke operate at much higher smoke concentrations than actual designs or settings as scattered light is reduced compared to white smoke. This means a delay in the fire detector's operating time after a fire, resulting in a significant increase in the evacuation request time (RSET).

실제 검정색 연기와 흰색 연기에 대하여 작동 부작동 시험을 통한 화재 감지기의 성능평가의 결과가 도2에 도시된 그래프를 통해 나타난다.The results of the performance evaluation of the fire detector through the inoperative malfunction test for the actual black smoke and the white smoke are shown in the graph shown in FIG.

도2에 도시된 그래프는 기존의 동일한 연기 감지기를 대상으로 흰색 연기를 발생시키는 연료인 필터 종이의 작동 OPM(Obscuration Per Meter, %/m)과 검정색 연기를 발생시키는 연료인 등유의 작동 OPM을 측정한 결과이다.The graph shown in FIG. 2 measures the operating OPM (Obscuration Per Meter,% / m) of the filter paper, which is a fuel generating white smoke, and the operating OPM of kerosene, which is a fuel generating black smoke, using the same smoke detector. One result.

OPM은 감지기가 작동되는 순간의 단위 길이당 광소멸율을 의미하며, 통한 연기 농도와 유사한 개념이라 할 수 있다. 일반적으로 흰색 연기에 대하여 화재 감지기는 작동 설정 OPM값인 15 %/m이상에서 작동하고, 부작동 설정 OPM값인 5%/m 이하에서 부작동하는 경우 정상적인 성능을 만족하는 것으로 평가한다.OPM refers to the rate of light extinction per unit length at the moment the sensor is activated, and is similar in concept to the smoke concentration through it. In general, for a white smoke, a fire detector is evaluated to satisfy the normal performance when operated at 15% / m or more, which is an operating set OPM value, and when operating below 5% / m, which is a no set OPM value.

도2에 도시된 바와 같이, 실험 결과로서 흰색 연기를 발생 시키는 필터 종이에 해당하는 Filter paper data의 경우는 높은 산란광으로 인하여 15%/m 근방인 평균 16.18%/m 내외의 낮은 OPM에서도 감지기가 작동되는 것을 알 수 있다.. As shown in FIG. 2, in the case of filter paper data corresponding to filter paper generating white smoke as an experimental result, the detector operates at a low OPM of about 16.18% / m, which is around 15% / m due to high scattered light. You can see that.

이와 달리 검정색 연기를 발생시키는 연료에 해당하는 Kerosene data의 경우에는, 30%/m 이상인 평균 37.15%/m의 높은 OPM에서 화재 감지기가 작동하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 검정색 연기가 발생되는 화재에 대해 기존의 감지기는 더욱 높은 연기농도에 있는 경우 작동하거나, 상대적으로 2~3배 늦은 시간에 작동하는 것을 예상할 수 있다.In contrast, in the case of Kerosene data, which is a black smoke-generating fuel, it can be seen that the fire detector operates at a high OPM of 37.15% / m above 30% / m. That is, for a fire that produces black smoke, existing detectors can be expected to operate at higher smoke concentrations or to operate at relatively 2-3 times late.

따라서 본 발명은 기존의 흰색 연기뿐만 아니라 검정색 연기까지도 동시에 작동되는 감지기 및 감지 방법의 제시를 목적으로 한다. 도3는 본 발명의 일실시예 따른 광산란 및 감광 효과를 이용한 연기 감지기의 모식도이며, 도4은 본 발명의 일실시예에 따른 광산란 및 감광 효과를 이용한 연기 감지 방법의 흐름도이다. Accordingly, an object of the present invention is to propose a detector and a detection method that simultaneously operate not only white smoke but also black smoke. 3 is a schematic diagram of a smoke detector using light scattering and a photosensitive effect according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart of a smoke detection method using a light scattering and a photosensitive effect according to an embodiment of the present invention.

도3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예 따른 하이브리드 광전식 연기감지기는 연기 입자가 투입될 수 있도록 내부에 암실로 구성된 공간을 갖는 프레임(100)을 포함한다. 상기 프레임(100)은 연기 감지기의 본체에 해당하는 부분이며, 효율적인 사용을 위해 통상적으로 상기 암실의 직경이 지름 10~15cm 내외 정도의 작은 크기로 구성된다.As shown in FIG. 3, the hybrid photoelectric smoke detector according to the exemplary embodiment of the present invention includes a frame 100 having a space configured as a dark room therein so that smoke particles can be introduced. The frame 100 is a portion corresponding to the main body of the smoke detector, and for the efficient use, the dark room has a diameter of about 10 to 15 cm in diameter.

상기 연기 입자가 상기 암실에 투입되게 되면, 상기 프레임(100) 내부 공간의 일측면에 형성된 발광소자(200)가 상기 연기 입자를 검출하기 위해 빛을 방출한다. 상기 발광소자(200)에 의해 방출된 빛의 일부는 상기 연기 입자에 의해 산란 또는 흡수되어 광소멸되고, 상기 빛의 나머지 일부는 상기 연기 입자에 의해 광소멸되지 않고 통과하게 된다.When the smoke particles are introduced into the dark room, the light emitting device 200 formed on one side of the inner space of the frame 100 emits light to detect the smoke particles. A part of the light emitted by the light emitting device 200 is scattered or absorbed by the smoke particles, and the light is extinguished, and the remaining part of the light passes through the light without being extinct by the smoke particles.

상기 발광소자(200)에서 방출된 빛을 감지하고, 감지한 빛을 전압신호로 변환하기 위하여 상기 발광소자(200)와 이격되도록 상기 프레임(100) 내부의 일측면에 수광소자(300)가 형성된다. 상기 수광소자(300)는 금속과 반도체의 접촉면, 또는 반도체의 접합에 빛을 가하면 광기전력이 일어나는 원리를 이용하여 빛에너지를 전기에너지로 바꾸는 역할을 한다.The light receiving device 300 is formed on one side of the frame 100 so as to be spaced apart from the light emitting device 200 to detect the light emitted from the light emitting device 200 and convert the detected light into a voltage signal. do. The light receiving element 300 serves to convert light energy into electrical energy using a principle that photovoltaic power occurs when light is applied to a contact surface of a metal and a semiconductor or a junction of a semiconductor.

상기 수광소자(300)에 의해 변환된 전압신호를 받아들여 연기의 농도가 미리 설정된 기준값을 만족하게 되면, 외부로 화재 경보 신호를 송출할 수 있도록 상기 프레임(100) 외부의 일면에 경보기(400)가 형성된다.When the concentration of smoke meets a preset reference value by receiving the voltage signal converted by the light receiving element 300, an alarm 400 is provided on one surface of the outside of the frame 100 to transmit a fire alarm signal to the outside. Is formed.

도4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 광전식 연기 감지 방법은 상기 프레임(100) 내부의 암실로 구성된 공간에 연기 입자가 투입되는 단계; 상기 연기 입자를 검출하기 위해 상기 발광소자(200)가 빛을 방출하는 단계; 상기 방출된 빛이 상기 연기 입자로 인해 산란 또는 흡수되거나, 연기 입자로부터 산란 또는 흡수되지 통과하는 단계; 상기 연기 입자로부터 산란되거나 상기 연기 입자를 통과한 빛을 상기 수광소자(300)가 감지하는 단계; 상기 수광소자(300)가 감지한 빛에너지를 전기에너지로 변환하여 전압신호로 하는 단계 및 상기 전압신호로 인해 상기 경보기(400)가 화재 경보 신호를 송출하는 단계를 포함한다.As shown in FIG. 4, the hybrid photoelectric smoke sensing method according to the exemplary embodiment of the present invention includes the steps of adding smoke particles to a space configured as a dark room inside the frame 100; Emitting light by the light emitting device (200) to detect the smoke particles; Passing the emitted light scattered or absorbed due to the smoke particles or not scattered or absorbed from the smoke particles; Detecting, by the light receiving element, light scattered from the smoke particles or passing through the smoke particles; And converting the light energy sensed by the light receiving element 300 into electrical energy to form a voltage signal and transmitting the fire alarm signal by the alarm 400 due to the voltage signal.

상기 수광소자(300)는 상기 프레임(100) 내부의 일측면에 형성되며, 상기 발광소자(200)와 이격되어 산란광을 감지하는 제1수광소자(310)와 상기 발광소자(200)와 마주보도록 상기 프레임(100) 내부의 반대측면에 형성되어 통과된 광을 감지하는 제2수광소자(320)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The light receiving device 300 is formed on one side of the inside of the frame 100 and is spaced apart from the light emitting device 200 so as to face the first light receiving device 310 and the light emitting device 200 to detect scattered light. It may be characterized in that it comprises a second light receiving element 320 is formed on the opposite side of the inside of the frame 100 to sense the light passing through.

상기 제1수광소자(310)는 상기 발광소자(200)로부터 방출된 빛 중에서 상기 연기 입자에 의해 산란되는 빛을 감지하고, 감지한 산란광을 제1전압신호(330)로 변환시키는 역할을 한다.The first light receiving device 310 detects light scattered by the smoke particles among the light emitted from the light emitting device 200 and converts the detected scattered light into the first voltage signal 330.

상기 제1전압신호(330)는 화재 발생 전, 즉 상기 암실에 연기 입자가 유입되기 전에 최소 전압신호로서 0V의 전압을 가진다. 상기 암실에 연기 입자가 유입된 후 산란되는 빛이 증가함을 감지하게 되고 상기 제1수광소자(310)이 이를 전압신호로 변환시킴에 따라 상기 제1전압신호(330)가 증가함으로써 암실 내부의 연기 입자의 농도를 측정할 수 있다.The first voltage signal 330 has a voltage of 0 V as a minimum voltage signal before a fire occurs, that is, before smoke particles enter the dark room. After the smoke particles are introduced into the dark room, the scattered light is sensed to increase, and as the first light receiving device 310 converts it into a voltage signal, the first voltage signal 330 increases, thereby The concentration of smoke particles can be measured.

상기 제2수광소자(320)는 상기 발광소자(200)로부터 방출된 빛 중에서 상기 연기 입자에 의해 산란 또는 흡수됨으로써 소멸되지 않고 통과하는 빛을 감지하고, 감지한 통과광을 제2전압신호(340)로 변환시키는 역할을 한다.The second light receiving device 320 detects light passing through the light emitted from the light emitting device 200 without being extinguished by being scattered or absorbed by the smoke particles, and detecting the transmitted light through the second voltage signal 340. It converts to).

상기 제2전압신호(340)는 화재 발생 전, 즉 암실에 연기 입자가 유입되기 전에 최대치의 전압신호를 갖는다. 상기 암실에 연기 입자가 유입된 후 상기 연기입자를 통과하는 빛이 감소함을 감지하게 되고, 이를 상기 제2수광소자(320)가 전압신호로 변환시킴에 따라 상기 제2전압신호(340)이 감소함으로써 연기 입자의 농도를 측정할 수 있다.The second voltage signal 340 has a maximum voltage signal before a fire occurs, that is, before smoke particles enter the dark room. After the smoke particles are introduced into the dark room, the light passing through the smoke particles decreases, and the second light receiving device 320 converts the light into a voltage signal. By decreasing the concentration of the smoke particles can be measured.

이 때, 감소하는 제2전압신호(340)의 감소량은 각 연료로부터 생성된 연기 입자의 단위 질량당 광소멸 계수(Specific extinction coefficient, m²/g)에 의해 결정된다. 상기 광소멸 계수는 연기 입자의 크기와 광학적 특성에 의존하는 것으로서 일반적으로는 탄화수소계 재료의 경우 8.7m²/g, 목재의 경우 7.6 m²/g의 값을 갖는다.In this case, the decreasing amount of the second voltage signal 340 is determined by a specific extinction coefficient (m ² / g) per unit mass of smoke particles generated from each fuel. The light-extinction coefficient as dependent on the size and optical characteristics of the smoke particles generally have a value in the case of hydrocarbon-based material to be 8.7m ² / g, Wood 7.6 m ² / g.

이에 따라 가연물의 종류 및 연기 색상의 분류에 따라 감광 효과를 이용하여 측정된 제2전압신호(340)와 광산란 효과를 이용하여 측정된 제1전압신호(330)의 관계식을 설정하여, 일정한 연기 농도(OPM)에서 연기 색상과 무관하게 감지기의 작동 기준을 설계할 수 있다.Accordingly, according to the type of combustibles and the color of the smoke color, a relational expression between the second voltage signal 340 measured using the photosensitive effect and the first voltage signal 330 measured using the light scattering effect is set to provide a constant smoke concentration. In OPM, the operating criteria of the detector can be designed regardless of the color of the smoke.

다만, 통상 감지기가 작동되는 연기농도(OPM)은 광소멸법을 통해 측정할 수 있으므로 단순히 제2전압신호(340)만으로도 연기 색상에 무관한 연료별 감지기 작동 기준을 확인할 수 있다. However, since the smoke concentration OPM, which is normally operated by the detector, can be measured by the optical extinction method, it is possible to confirm the operation criteria of the detector for each fuel irrelevant to the color of smoke simply by the second voltage signal 340.

그러나 이러한 감광식 원리에 기한 측정은 보통 1m 정도의 측정거리를 요하는 반면에 화재 감지기 내부 상기 암실의 직경이 매우 작게 구성되기 때문에 상기 연기 입자에 의해 산란된 광이 제2수광수자로 유입되는 전방산란(Forward-scattering)이 발생될 수 있다. 따라서 단순히 제2전압신호(340)만으로는 정확한 감지기의 작동 기준을 제공함에 있어 한계가 있다.However, the measurement based on this photosensitive principle usually requires a measurement distance of about 1 m, whereas the diameter of the dark chamber inside the fire detector is very small, so that the light scattered by the smoke particles flows into the second light receiver. Forward-scattering may occur. Therefore, there is a limit in providing an accurate reference of the operation of the sensor by simply the second voltage signal 340.

본 발명의 일실시예에 따라 본 발명은 변환된 상기 제1전압신호(330)와 상기 제2전압신호(340)를 기준으로 미리 설정된 상기 제1전압신호(330)와 상기 제2전압신호(340)의 세기 관계에 따른 관계식 및 알고리즘에 의해 최종 전압신호(350)를 도출해내는 제어기(500)를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the first voltage signal 330 and the second voltage signal (330) preset based on the converted first voltage signal 330 and the second voltage signal 340. The controller 500 may further include a controller 500 for deriving the final voltage signal 350 by a relational expression and an algorithm according to the strength relationship of the 340.

상기 제어기(500)는 도출해 낸 상기 최종 전압신호(350)를 통해 기준이 되는 설정값을 만족하는 경우 상기 경보기(400)가 외부에 화재 경보 신호를 송출하도록 작동시킬 수 있다.The controller 500 may operate the alarm 400 to send a fire alarm signal to the outside when the set value becomes a reference value through the final voltage signal 350 derived.

결론적으로 흰색 연기에 의한 감지기의 작동은 상기 제1전압신호(330)만을 통해 기존과 동일하게 적용되지만, 검정색 연기의 경우 상기 제1전압신호(330)와 상기 제2전압신호(340)의 관계를 통해 미리 설정된 관계식과 알고리즘에 의해 상기 최종 전압신호(350)를 도출해냄으로써 연기를 감지할 수 있다.In conclusion, the operation of the detector by the white smoke is applied in the same manner as before through only the first voltage signal 330, but in the case of black smoke, the relationship between the first voltage signal 330 and the second voltage signal 340 Smoke may be detected by deriving the final voltage signal 350 through a predetermined relational expression and an algorithm.

따라서 가연물 및 연기색상의 분류에 따라 원하는 정도와 수준의 연기 감지 성능 평가를 위한 각각의 알고리즘을 도출함으로써 상기 제1전압신호(330)와 상기 제2전압신호(340)의 관계식 및 상기 관계식에 의해 구해지는 최종 전압신호(350)는 다양하게 적용될 수 있을 것이다.Therefore, by deriving the respective algorithms for evaluating the smoke detection performance of the desired degree and level according to the classification of the flammables and the smoke color, the relationship between the first voltage signal 330 and the second voltage signal 340 and the relationship The final voltage signal 350 obtained may be applied in various ways.

결과적으로 본 발명은 기존 산란광을 이용하는 광전식 감지기는 흰색 연기를 설정 연기농도(OPM)에서 작동하지만, 대부분의 검정색 연기는 약 2~3배 느린 시간에 작동되는 문제점을 개선하기 위하여 기존 광전식 감지기의 작동원리에 감광식 원리를 추가하는 기술을 제안한다.As a result, the present invention is that the conventional photoelectric detector using the scattered light, the white smoke to operate at the set smoke concentration (OPM), but most of the black smoke to improve the problem of operating in about 2-3 times slower time We propose a technique that adds the photosensitive principle to the principle of operation.

이에 따라, 광산란을 통한 흰색 연기의 검출과 감광식을 통한 검정색 연기의 검출을 통한 2가지 신호의 조합 또는 처리를 통해 설정된 연기농도(OPM)에서 연기 종류에 상관없이 작동되는 연기 감지기 및 이를 이용한 연기 감지 방법을 제공할 수 있다.Accordingly, a smoke detector and a smoke using the same, regardless of the type of smoke, at a smoke concentration (OPM) set by combining or processing two signals through detection of white smoke through light scattering and detection of black smoke through photosensitive. It can provide a detection method.

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 foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. 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 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 represented by the following claims, and it should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are included in the scope of the present invention.

100: 프레임
200: 발광소자
300: 수광소자
310: 제1 수광소자
320: 제2수광소자
330: 제1전압신호
340: 제2전압신호
350: 최종 전압신호
400: 경보기
500: 제어기100: frame
200: light emitting element
300: light receiving element
310: first light receiving element
320: second light receiving element
330: first voltage signal
340: second voltage signal
350: final voltage signal
400: alarm
500: controller

Claims

A frame having an internal space composed of a dark room so that smoke particles can be introduced;
A light emitting device formed on one side of the inside of the frame and emitting light to detect smoke particles in the dark room;
A light receiving element formed on one side of the inside of the frame to detect light from the light emitting element and convert the light into a voltage signal; And
And a light detector formed outside the frame and configured to receive a voltage signal detected by the light receiving element and to convert the light, and to send a fire occurrence signal to the hybrid photoelectric smoke detector.

The method of claim 1,
The light receiving device includes a first light receiving device spaced apart from the light emitting device, and includes a second light receiving device formed on one side of the inside of the frame so as to face the light emitting device. And photoelectric smoke detector using the photosensitive effect.

The method of claim 2,
The first light receiving element is a hybrid photoelectric smoke detector using a light scattering and photosensitive effect, characterized in that for detecting the light scattered by the smoke particles in the dark room of the light emitted from the light emitting element and converting it into a first voltage signal.

The method of claim 3,
The first voltage signal detects light scattered by the smoke particles in the dark room among the light emitted from the light emitting device by using the minimum voltage signal before the smoke particles flow into the dark room, and the voltage signal. Hybrid photoelectric smoke detector using light scattering and photosensitivity, characterized by increasing with conversion.

The method of claim 2,
The second light-receiving element is a hybrid photovoltaic using light scattering and photosensitive effect, characterized in that the light emitted from the light emitting element is not scattered or absorbed by the smoke particles in the dark room passing through and converting into a second voltage signal Smoke detector.

The method of claim 5,
The second voltage signal is a light passing through the second light receiving element without being scattered or absorbed by the assassination smoke particles among the light emitted from the light emitting element, with the maximum voltage signal before the smoke particles flow into the dark room. Hybrid photoelectric smoke detector using light scattering and photosensitivity, characterized in that it decreases as it is detected and converted into a voltage signal.

The method according to claim 3 or 5,
Based on the first voltage signal and the second voltage signal, the final voltage signal is derived according to the strength relationship between the first voltage signal and the second voltage signal which is set in advance to operate the alarm to send a fire alarm signal. Hybrid photoelectric smoke detector using the light scattering and photosensitive effect, characterized in that it further comprises a controller.

Injecting smoke particles into the dark space inside the frame;
Emitting light from the light emitting device to face the smoke particles inside the frame;
Passing light emitted from the light emitting element from scattered or absorbed from the smoke particles or not scattered or absorbed from the smoke particles;
Detecting, by the light receiving device, light scattered from the smoke particles or light passing through the smoke particles without being scattered or absorbed;
Converting the light sensed by the light receiving element into a voltage signal and transmitting the light; And
And an alarm located outside the frame to receive the voltage signal and send out a fire alarm signal.

The method of claim 8,
The light receiving device includes a first light receiving device spaced apart from the light emitting device, and includes a second light receiving device formed on one side of the inside of the frame so as to face the light emitting device. And hybrid photoelectric smoke detection method using a photosensitive effect.

The method of claim 9,
The first light receiving device detects light scattered by the smoke particles in the dark room of the light emitted from the light emitting device and converts into a first voltage signal, characterized in that the hybrid photoelectric smoke detection method using light scattering and photosensitive effects .

The method of claim 10,
The first voltage signal detects light scattered by the smoke particles in the dark room among the light emitted from the light emitting device by using the minimum voltage signal before the smoke particles flow into the dark room, and the voltage signal. Hybrid photoelectric smoke detection method using light scattering and photosensitivity, characterized in that increases with the conversion.

The method of claim 9,
The second light-receiving element is a hybrid photovoltaic using light scattering and photosensitive effect, characterized in that the light emitted from the light emitting element is not scattered or absorbed by the smoke particles in the dark room passing through and converting into a second voltage signal Smoke detection method.

The method of claim 12,
The second voltage signal is a light passing through the second light receiving element without being scattered or absorbed by the assassination smoke particles among the light emitted from the light emitting element, with the maximum voltage signal before the smoke particles flow into the dark room. Hybrid photoelectric smoke detection method using light scattering and photosensitization, characterized in that by reducing and converting into a voltage signal.

The method of claim 10 or 12,
Based on the first voltage signal and the second voltage signal, the final voltage signal is derived according to the strength relationship between the first voltage signal and the second voltage signal which is set in advance to operate the alarm to send a fire alarm signal. Hybrid photoelectric smoke detection method using a light scattering and photosensitive effect, characterized in that it further comprises a controller.