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2022년도 춘계학술대회 논문집.jpg
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광학 기반 연기 입자 센싱 데이터의 유효 구간 결정 방법

광 경로 내 진입한 입자의 산란에 반응하도록 설계한 광전식 연기 감지기는 높은 민감도로 대표적인 소방기기로 이용하고 있다. 광학 방식을 이용하여 연기 입자에 대한 소멸, 산란 및 투과 등의 반응 특성을 통해 에어로졸 내 입자 분포를 분석하는 연구가 진행되어 왔다. 특히 EN-54 인증 표준에 따라 화원과 비화재보원으로 나누어 분석이 주로 이루어지며 발생하는 연기 입자의 분포와 크기에 따라 반응도가 상이하게 나타난다. 미 이론에 따라 입자의 크기와 광 파장에 대하여 경향성 분석이 가능하며 이를 기반으로 다양한 파장을 이용한 광학 기반 연기 입자 데이터 수집 장치를 이미 개발한 바 있다. 이론적으로 연기 입자의 크기는 다중 파장의 광원과 수광 센서를 통하여 산란 강도를 측정하고 결정할 수 있다. 하지만 화재 감지기 하드웨어와 다양한 환경 조건으로 비화재보 및 화원 구분이 가능한 정밀한 장치를 개발하는 것은 한계가 있다. 이를 극복하기 위하여 다양한 화재 조건에 따른 연기 입자 발생 시험과 함께 데이터가 필요하며 이를 경험적으로 처리하기 위하여 유효한 데이터를 추출하기 위한 알고리즘이 필요하다. 일반적으로 화원에 의하여 발생하는 연기 입자는 비화재보에 비해 작은 경향성을 나타내며 파장이 증가함에 따라 산란 강도는 감소한다. 따라서 연기 입자 발생 시 이 두 파장의 산란 강도의 누적 차는 증가하는 경향을 갖고 이를 누적 차이 강도 신호로 정의할 수 있다. 이 신호는 입자 투입 시점 이후 증가하는 모델을 갖기 때문에 이에 대한 상태 공간 모델을 정의할 수 있고 모델과의 비용 함수를 정의하여 극소점을 갖는다. 여기서 상태 벡터의 패러미터 값을 실험에 따라 경험적으로 정의하고 정상상태와 실화재 또는 비화재의 우도비로 연산하여 데이터의 유효 시점을 결정할 수 있다. 연산량에 따라 비용 함수 내 윈도우 함수를 정의하여 범위를 결정하고 다양한 특징 추출로 이용할 수 있다. 본 논문의 알고리즘은 연기 입자 발생 시험 장치를 통하여 수집한 데이터에 적용하여 유효 구간을 추출하였고 실제 연기 감지기와 함께 운용하여 비교 확인하였다.

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