위치 측정 센서를 이용한 새로운 불꽃 감지 방법

A new method for flame detection using a position sensitive detector

일반 화재 감지기는 화재에서 발생 되는 열, 연기, 불꽃, 연소가스, 연소음과 같은 연소생성물을 감지하여 화재를 판별한다. 특히, 불꽃감지기는 원거리에서 신속한 화재 감지가 가능하여 열 및 연기 감지기 설치가 제한적인 곳에 많이 사용되고 있다. 기존 불꽃감지기는 불꽃에서 방사되는 자외선, 적외선을 광검출기로 측정하여 온도를 분석하거나 이산화탄소 분자로부터 공명방사되는 특정 적외선(~3.7um)을 측정하여 불꽃을 감지한다. 추가적으로 불꽃의 특성인 펄럭임(flickering) 신호를 분석하여 불꽃으로 인한 화재 판별의 정확도를 높이고 있다. 하지만 다양한 요소(아크용접, 전열기, 태양광, 할로겐 램프 등)에 의한 자외선 및 적외선 광신호 간섭에 취약하며, 이러한 빛의 간섭을 줄이기 위해 다파장 적외선 센서가 개발되고 있지만 매우 고가의 센서이다. 또한, 수증기, 연기, 미세먼지 등 주위 환경에 따라 flickering 신호 분석에도 어려움이 있으며 오작동의 원인이 된다. 본 연구는 위치 측정 센서를 이용한 새로운 불꽃 감지 방법을 소개한다. 불꽃에서 방사되는 적외선은 적외선 필터와 렌즈를 지나 위치 측정 센서에 집광되며, 이때 적외선의 세기, 집광된 빛의 x와 y 방향의 위치를 측정한다. 측정된 광 세기로부터 flickering 신호를 분석하고, 측정된 빛의 x 및 y 방향 정보를 이용하여 화염의 도심 공간 분포를 분석하여 불꽃을 감지한다. 수증기, 연기, 미세먼지 등의 비화재보에 의한 화염의 도심 공간 분포는 밀집되어 관찰되고, 화재의 화염 규모가 커질수록 화염의 도심 공간 분포는 광범위하게 관찰된다. 위치 측정 센서를 이용한 새로운 불꽃 감지 기술은 원치 않은 광신호와 flickering을 유발하는 주변 환경으로 부터 간섭없이 불꽃을 높은 정확도로 감지할 수 있으며, 다파장 적외선 센서에 비해 비용 또한 저렴하여 경제적인 효과가 매우 클 것으로 기대하며, 이는 불꽃감지기의 상용화에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다.