광전식 연기 감지기의 반응 특성 분석을 위한 다중 산란 기반 광학 시뮬레이션 연구

Multiple-Scattering-Based Optical Simulation for Analyzing Response Characteristics of Photoelectric Smoke Detectors

광전식 연기 감지기의 응답 특성을 관찰하기 위해서는 화재 및 비화재 시험을 필요로 하지만 감지기의 구조와 구성 변화에 따른 모든 실험을 반복 수행하는 것은 막대한 시간과 비용으로 인해 한계가 있다. 화재의 특성 및 확산, 연기 입자의 광산란 특성을 관찰하는 시뮬레이션 연구는 많이 수행되고 있지만 연기 감지기의 응답 특성을 관찰하는 시뮬레이션 연구는 소개된 것이 없다. 본 연구는 광전식 연기 감지기의 반응 특성 분석을 위한 광학 시뮬레이션 연구이며, 다중 산란을 기반으로 매질 내 광자가 전파하면서 산란 및 흡수되는 현상을 살펴보았다. 감광 방식과 광산란 방식의 연기 감지기와 유사한 환경을 구현하여 흰 연기, 검은 연기, 수증기, 먼지에 대해 다양한 농도에서 광신호를 관찰하였다. 화재나 비화재 시험 없이 광학 시뮬레이션을 활용하여 다양한 조건에서 광전식 연기 감지기의 응답특성을 분석해볼 수 있을 것이며, 광전식 연기 감지기의 구성이나 구조도 반영하여 새로운 연기 감지기 개발에 적극적으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

Fire and nonfire experiments are required to observe the response characteristics of photoelectric smoke detectors; however, repeating all experiments by changing the structure and configuration of photoelectric smoke detectors is time-consuming and expensive. No simulations have been performed to evaluate the response characteristics of photoelectric smoke detectors. In this study, multiple-scattering-based optical simulations were performed to investigate the response characteristics of a photoelectric smoke detector. The radiant energy of light propagating in various media (white smoke, black smoke, water vapor, and dust) with different particle sizes and refractive indices was measured using a photodetector as a function of concentration. Multiple-scattering-based optical simulations that can analyze the response characteristics of photoelectric smoke detectors without fire or nonfire experiments are expected to be actively used for developing new smoke detectors. In addition, the results for the nonspherical soot particles can be analyzed via multiple-scattering-based optical simulations using the discrete dipole approximation method.