KR101694079B1 - 광소멸법에 의한 연기농도 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광소멸법을 이용하여 연기농도를 측정하는 연기농도 측정장치에 있어서, 빛을 조사하는 광원부; 상기 광원부와 수평선상에 기설정간격 이격되어배치되고, 상기 광원부로부터 조사된 빛 및 주변 빛을 수신하는 제1 수광부; 상기 제1 수광부와 동일한 구성으로 형성되고, 상기 수평선상이 아닌 상기 제1 수광부와 인접한 영역에 배치되어 주변 빛을 수신하는 제2 수광부; 및 상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부에서 수신된 빛의 에너지 차이로부터 연기농도를 도출하는 연기농도 도출부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광소멸법에 의한 연기농도 측정장치를 제공하는 것이다.

Description

광소멸법에 의한 연기농도 측정장치{APPARATUS FOR MEASURING THE OPTICAL SMOKE DENSITY BY LIGHT EXTINCTION METHOD}

본 발명은 광소멸법을 이용하여 연기농도를 측정하는 장치에 관한 것이다. 자세하게는, 화재시 발생하는 연기에 빛을 조사하면 일부 빛은 산란, 흡수되고, 나머지 빛은 연기층을 투과하게 된다. 이때, 투과된 빛을 수광하여 연기농도를 측정하는 연기농도 측정장치에 관한 것이다.

화재로부터 피난 안정성에 대한 평가는 거주자가 위험상태에 도달하는데 소요되는 허용 피난시간(ASET, Available Safe Egress Time)과 거주자가 안전한 곳으로 피난하는데 소요되는 요구 피난시간(RSET, Required Safe Egress Time)의 비교를 통해 이루어진다. 이러한 방법에 의한 피난 안전성 평가의 신뢰성을 확보하기 위해서는 정량적인 ASET과 RSET의 정확한 산출이 이루어져야 한다. 피난 안전성 평가를 위해 중요한 주요 화재 정보 중에서 연기밀도는 자체적으로 독성물질을 포함하기 때문에 ASET에 영향을 줄 수 있으며, 가시거리 등과 관련하여 RSET의 평가에도 매우 중요한 변수로 인식되고 있다.

최근의 피난 안정성에 대한 평가는 주로 다양한 화재시뮬레이션이 적용된 성능위주 소방설계의 관점에서 수행되고 있다. 그러나 현재까지 제시된 모든 화재모델들은 화재로부터 발생되는 연기농도(또는 Soot)를 정확하게 고려할 수 없는 본질적인 한계를 갖고 있으며, 단지 특정 화재조건에서 측정된 값을 이용한 제한된 정보의 활용 수준에 머물러 있는 상황이다. 이러한 최근의 연구동향을 고려할 때, 다양한 화재조건에서 발생될 수 있는 연기밀도의 정확한 측정은 보다 정확한 건물 내 거주자의 피난계획 수립 및 유효 성능을 확보할 수 있는 제연설비 성능평가를 위해 매우 중요하다.

대표적인 연기농도 측정법으로서 중량 측정법(gravimetric measurement)과 광소멸법(light extinction method)이 있다.

중량 측정법은 화재공간에 직접 프로브를 삽입하고 진공펌프를 이용하여 일정 체적유량의 연소 생성물을 흡입, 프로브 내에 설치된 필터에 의해 포집된 연기입자의 중량을 측정하는 방법이다. 이 방법은 프로브의 냉각, 연소생성물의 냉각 및 수분제거, 필터의 항온 장치 등 매우 복잡한 시스템 구성을 요구한다. 또한 실험과정에서 프로브 교체의 위험성 및 측정된 연기입자의 수분제거를 위하여 오랜 시간이 소요되기 때문에, 본질적으로 실시간 연기밀도의 측정에는 상당한 어려움을 갖고 있다.

광소멸법은 투과광 감쇄법으로도 불리며, 연기층 내에 일정 강도의 빛을 투과시키면 일부 광은 산란, 흡수되며, 나머지 광은 연기층을 통과하게 된다. 연기층의 연기입자 농도가 높을수록 투과되는 광의 세기는 감소하며, 이 원리를 이용하여 연기뿐만 아니라 다양한 입자의 농도가 측정되고 있다. 광소멸법을 이용한 연기밀도 측정은 액체 및 고체 가연물의 연기발생량 측정, 산소소모열량계를 이용한 열발생율 측정, 화재모델링을 위한 SY(soot yield)의 정보 제공 등에 적용되고 있다. 이를 위한 연기밀도의 측정은 주로 1곳의 특정 위치에서만 이루어진다. 그러나 최근에는 초고층 건물과 선박화재에서의 피난 설계를 위하여 다양한 위치에서의 연기밀도 분포정보가 요구되고 있다. 이러한 관점에서 기존의 광소멸법 장치들은 상당한 단위 비용(약 400만원)이 요구되기 때문에, 다양한 위치에서 장치의 설치는 비용적으로 큰 부담을 주고 있다. 또한 화재의 극한환경에 설치된 고가의 장치는 열 및 물에 의한 손상으로 재활용이 어려운 상황에 노출될 수 있다.

본 발명의 발명자는 광소멸법을 이용하여 연기농도를 측정하되, 광소멸법 이용시 발생할 수 있는 문제점을 해결하기 위하여 오랫동안 연구하고 시행착오를 거치며 개발한 끝에 본 발명을 완성하게 되었다.

관련한 기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-0709755호(2007. 4. 13 등록, 연기시험장치)가 있다.

본 발명은 광소멸법을 이용하여 연기농도를 측정하는 연기농도 측정장치를 제공하고자 한다. 특히 종래 고가의 연기농도 측정장치를 대신할 수 있는 저가의 연기농도 측정장치를 제공하자고 한다.

본 발명은, 화재시 발생하는 연기에 레이저를 조사하고, 이를 투과한 빛을 수광하여 연기농도를 측정함으로써, 광원과 수광부의 거리상의 제약을 극복할 수 있는 연기농도 측정장치를 제공하는 것이다.

또한, 수광 영역의 범위가 좁은 저가의 포토셀을 사용하되, 아크릴을 사용하여 수광되는 레이저 빛의 에너지를 조절할 수 있는 연기농도 측정장치를 제공하는 것이다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론 할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

이와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 광소멸법을 이용하여 연기농도를 측정하는 연기농도 측정장치에 있어서, 연기에 빛을 조사하는 광원부; 상기 광원부와 수평선상에 기설정간격 이격되어배치되고, 상기 광원부로부터 조사된 빛 및 주변 빛을 수신하는 제1 수광부; 상기 제1 수광부와 동일한 구성으로 형성되고, 상기 제1 수광부와 인접한 영역에 배치되어 주변 빛을 수신하는 제2 수광부; 및 상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부와 전기적으로 연결되어 상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부에서 수신된 빛의 에너지 차이로부터 연기농도를 도출하는 연기농도 도출부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광소멸법에 의한 연기농도 측정장치를 제공한다.

상기 광원부는, 레이저를 조사하는 레이저 모듈을 포함할 수 있다.

상기 제1 수광부 및 제2 수광부는, 빛을 수신하는 포토셀; 상기 포토셀의 전방에 배치되어 상기 포토셀에 도달하는 빛의 에너지를 조절하는 아크릴부를 포함할 수 있다.

상기 아크릴부는, 빛을 감쇄시켜 상기 포토셀에 도달하는 빛의 에너지를 조절하는 투명 아크릴; 및 상기 투명 아크릴 후방에 위치하고 빛을 산란시켜 상기 포토셀에 도달하는 빛의 에너지를 조절하는 불투명 또는 반투명 아크릴을 포함할 수 있다.

또한, 상기 광원부는, 상기 레이저 모듈에 전기적으로 연결되어 전력을 공급하는 제1 배터리; 및 내부에 상기 레이저 모듈과 상기 제1 배터리를 수용하는 제1 박스를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부는, 상기 포토셀에 전기적으로 연결되어 전력을 공급하는 제2 배터리; 내부에 상기 포토셀과 상기 제2 배터리를 수용하여 밀폐시키는 제2 박스를 더 포함하고, 상기 제2 박스는 빛을 내부로 통과시키기 위한 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀에 상기 아크릴부가 결합될 수 있다.

이와 같은 본 발명을 이용하면, 종래 고가의 연기농도 측정장치의 약 1/400에 해당하는 초저가의 비용으로 연기농도 측정장치를 제작하여 이를 연기농도 측정에 활용할 수 있다.

또한, 레이저 모듈을 사용하여 광원과 수광부의 거리 상의 제약을 극복할 수 있다.

그리고, 아크릴을 이용하여 레이저 빛의 에너지를 조절함으로써, 저가의 포토셀을 이용할 수 있다.

또한, 전력의 공급에 휴대용 배터리를 이용함으로써, 다양한 위치에 설치가 편리하다.

그리고, 저가의 제품으로 측정장치 제작을 완성함으로써, 소모성 제품으로 널리 활용가능하다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1은 종래 광소멸법에 의한 연기농도 측정장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 어느 실시예에 따라 광소멸법에 의한 연기농도 측정장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 어느 실시예에 따라 연기농도 측정장치의 광원부를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 어느 실시예에 따라 연기농도 측정장치의 수광부를 나타낸 도면이다.
도 6은 종래의 연기농도 측정장치와 본 발명에 따른 연기농도 측정장치를 이용하여 연기 제너레이터에서 발생된 연기를 대상으로 연기농도를 측정하는 것을 나타낸 사진이다.
도 7은 종래의 연기농도 측정장치와 본 발명에 따른 연기농도 측정장치를 이용하여 폴리에틸렌 화재시 발생되는 연기를 대상으로 연기농도를 측정하는 것을 나타낸 사진이다.
도 8은 도 6에 따른 연기농도 측정결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 도 7에 따른 연기농도 측정결과를 나타낸 그래프이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 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 출원에서, "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.

이하, 본 발명에 따른 광소멸법에 의한 연기농도 측정장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 종래 광소멸법에 의한 연기농도 측정장치를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 광소멸법에 의한 연기농도 측정장치는 고가의 광학장치를 포함한다. 즉, 종래의 종래 광소멸법에 의한 연기농도 측정장치는 광원으로 He-Ne 레이저, 광의 세기를 전압으로 출력해주는 광검출기(Photo detector), 특정 파장대의 광원만을 투과시켜주는 밴드패스(Band-pass) 필터, 점(point)으로 발광되는 광의 면적을 확대시켜주는 디퓨저(Diffuser), 광의 세기를 감쇄시켜주는 ND(Neutral density) 필터 등의 복잡한 구성을 갖는다. 이러한 장치의 구성을 위해서는 통상 400만원의 비용이 요구된다.

그런데 최근에 초고층 건물과 대형 선박화재 등에서의 피난 설계를 위하여 다양한 위치에서의 연기농도 분포정보가 요구되고 있다. 이러한 관점에서 종래의 광소멸법에 의한 고가의 연기농도 측정장치를 다양한 위치에 설치하는 것은 비용적으로 큰 부담을 준다. 또한, 화재라는 극한 환경에 설치될 고가의 장치는 열 및 물에 의한 손상으로 재사용하기 어려운 경우가 많다.

따라서 본 발명은 고가의 연기농도 측정장치를 대신하면서, 연기농도 측정의 정확도를 보장할 수 있는 새로운 광소멸법에 의한 연기농도 측정장치를 제공하는 것이다.

도 2는 본 발명의 어느 실시예에 따라 광소멸법에 의한 연기농도 측정장치를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광소멸법에 의한 연기농도 측정장치는 광원부(100), 제1 수광부(200), 제2 수광부(300) 및 연기농도 도출부(400)를 포함한다.

광원부(100)는 연기에 빛을 조사하는 것으로서, 이때 광원부(100)로서 레이저를 조사하는 레이저 모듈을 사용할 수 있다. 광원부(100)에서 조사된 레이저는 연기를 거쳐 제1 수광부(200)에 도달하게 된다. 레이저는 빛의 직진성이 강하여 먼거리까지 퍼지지 않고 직진할 수 있다. 따라서, 광원부(100)로서 레이저 광원을 사용함으로써, 다른 광원에 비해 광원부(100)와 수광부 사이의 거리 제약을 적게 받게 된다.

제1 수광부(200)는 광원부(100)와 수평선상에서 일정거리 이격되어 배치되어 광원부(100)로부터의 빛을 수광하게 된다. 이때, 광원부(100)에서 조사된 빛은 화재 발생으로 인한 연기에 의하여 일부 빛은 산란되거나 또는 흡수된다. 그리고, 흡수되거나 산란되지 않은 나머지 레이저는 연기층을 투과하여 제1 수광부(200)에 도달하게 된다.

연기의 농도가 높을수록 흡수되거나 산란되는 레이저가 많아 제1 수광부(200)에서 수광되는 빛의 에너지는 적고, 연기농도가 낮을수록 흡수되거나 산란되는 레이저가 적어 제1 수광부(200)에서 수광되는 빛의 에너지가 많게 됨은 자명하다.

제1 수광부(200)는 광원부(100)로부터 빛을 수신할 뿐만 아니라, 광원부(100)외의 주변 빛 또한 수신하게 된다. 즉, 광원부(100) 외의 다른 여러 광원에 의한 빛이 제1 수광부(200)로 전달될 수 있는 것이다. 따라서, 광원부(100)외의 다른 광원으로부터 제1 수광부(200)로 수신된 빛의 에너지를 파악해야 한다. 이를 위하여 제2 수광부(300)의 구성을 포함시켰다.

즉, 제2 수광부(300)는 제1 수광부(200)와 동일한 구성으로 형성된다. 그리고 제2 수광부(300)는 제1 수광부(200)와 인접하여 배치된다. 즉, 제1 수광부(200)의 상부 또는 하부, 또는 좌측부, 또는 우측부 중 어느 하나의 위치에 배치될 수 있다. 제1 수광부(200)와 인접한 영역에 배치된 제2 수광부(300)는 제1 수광부(200)와 마찬가지로 광원부(100)로부터의 빛이 아닌 다른 주변의 빛을 수신하게 된다. 이때, 제1 수광부(200)와 제2 수광부(300)에서 수신되는 주변 빛의 에너지는 동일하다고 가정한다. 따라서, 제1 수광부(200)와 제2 수광부(300)에서 수신하는 주변 빛의 에너지가 동일하므로, 제1 수광부(200)에서 수신된 빛의 에너지에서 제2 수광부(300)에서 수신된 빛의 에너지를 빼면, 오롯이 광원부(100)에 의한 제1 수광부(200)에서 수신된 빛의 에너지를 구할 수 있게 된다.

연기농도 도출부(400)는 제1 수광부(200) 및 제2 수광부(300)와 전기적으로 연결되어, 제1 수광부(200) 및 제2 수광부(300)가 수신한 빛의 에너지의 차이로부터 연기농도를 도출하게 된다. 즉, 각 수광부에서 수신한 빛의 에너지 차이는 결과적으로 주변 빛을 제외한 광원부(100)만의 빛 신호를 의미한다. 이는 종래 고가의 연기농도 측정장치에 있어서의 밴드패쓰필터와 같은 기능을 하는 것이다.

제1 수광부(200)와 제2 수광부(300)는 빛을 수신하는 장치로서 포토셀(Photocell)을 이용할 수 있다. 포토셀은 광전효과를 이용하여 빛 에너지를 전기에너지로 변환하는 것으로서, 수신된 빛의 에너지를 전기에너지로 변환하여 전압으로 출력할 수 있다.

연기농도(연기의 몰농도)는 아래와 같이 산출할 수 있다.

일정한 세기(I₀)를 갖는 어떤 빛이 연기층을 통과한 후에 광도가 I가 되면, 그 양은 흡광도로 정의되는

)로 정의된다. 람베르트-베르의 법칙에 따라

)=

의 관계가 성립한다.

은 몰흡광계수, c는 연기의 몰농도,

은 연기층의 두께(광원부(100)와 수광부 사이의 거리)를 나타낸다. 따라서

과 L을 알면 광학밀도 측정으로 농도 c를 결정할 수 있다. 일반적으로 광학밀도(Optical Density, O.D.)의 정의는 흡광도를

로 나눈 값을 의미하며, 다음 식으로 표현된다. 단위는

을 갖는다.

광도의 세기가 커지는 만큼 출력되는 전압의 세기도 커진다. 즉 수광부를 통하여 출력되는 전압의 세기는 광고의 세기에 비례한다. 따라서, 상기 식은

로 변경할 수 있다.

즉, 제1 수광부(200)와 제2 수광부(300)를 통하여 수신된 빛의 강도는 포토셀에 의하여 전압의 세기로 출력이 가능하고, 출력된 전압 값으로부터 우리는 연기농도를 산출할 수 있게 된다.

또한, 앞서 설명했듯이, 제1 수광부(200)와 제2 수광부(300)는 동일한 구성을 갖는다. 즉, 빛을 수신하는 양 수광부의 조건을 동일하게 하여 수신되는 빛의 에너지에 영향을 주는 다른 인자를 제거할 수 있다. 이러한 구성을 통하여 각 수광부에서 수신하는 주변 빛의 에너지가 동일하다고 할 수 있다.

제1 수광부(200)와 제2 수광부(300)는 아크릴부를 더 포함한다. 아크릴부는 포토셀의 전방에 형성되어 광원부(100)로부터 전달된 빛의 에너지를 조절하게 된다. 왜냐하면, 본 발명에 따른 장치를 제작하기 위하여 저가의 포토셀을 이용하고자 함으로써, 레이저 저가의 포토셀은 수용할 수 있는 빛의 범위가 좁기 때문이다.

상술한 바와 같이, 레이저 광원을 사용함으로써, 광원부(100)와 수광부의 거리상의 제약을 받지 않고 다양한 위치에 본 장치를 설치할 수 있게 된다.

나아가 수광부에 저가의 포토셀을 사용하면서도, 빛의 강도가 센 레이저를 수신하기 위하여 아크릴부를 사용하여 포토셀에 도달하는 에너지를 조절할 수 있게 된다.

이때, 아크릴부는 2개의 층으로 구성될 수 있다. 즉, 빛을 감쇄시켜 포토셀에 도달하는 빛의 에너지를 조절하는 투명 아크릴(221)과 투명 아크릴(221) 후방에 위치하여 빛을 산란시킴으로써 포토셀에 도달하는 빛의 에너지를 조절하는 불투명 또는 반투명 아크릴(222)을 포함할 수 있다. 그리고 이러한 아크릴은 두께 조절을 통하여 빛의 세기 조절 및 산란 정도를 조절할 수 있다.

이러한 성질이 다른 복수의 아크릴을 사용함으로써, 종래 고가의 연기농도 측정장치에 사용되었던 빛을 확산시키는 디퓨저, 포토셀의 허용 범위 안으로 빛 세기를 조절해주는 ND 필터의 역할을 아크릴부가 대신하게 된다.

빛을 확산시키면서 빛의 세기를 조절할 수 있는 여하한 다른 물질도 본 발명의 아크릴을 대신하여 사용될 수 있다. 즉, 선글라스 렌즈, 오목렌즈, 색이 있는 플라스틱 등이 본 아크릴을 대체하여 사용될 수도 있다. 다만, 화재가 있는 장소에 설치되는 본 발명의 특성상 열에 어느 정도 버틸 수 있는 내열성이 있는 아크릴이나 플라스틱이 좀 더 바람직하다 하겠다.

도 3은 본 발명의 어느 실시예에 따라 연기농도 측정장치의 광원부(100)를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광원부(100)는 레이저 모듈, 그리고 이러한 레이저 모듈에 전력을 공급하는 제1 배터리(110), 나아가 레이저 모듈과 제1 배터리(110)를 내부에 수용하는 제1 박스(120)를 포함할 수 있다. 레이저 모듈에 공급되는 전력을 포터블(portable)한 배터리를 이용함으로써, 설치 장소의 제약을 없앤다. 그리고, 레이저 모듈과 제1 배터리(110)를 밀폐된 제1 박스(120) 내에 설치함으로써, 레이저 모듈과 제1 배터리(110)를 물 또는 불에 의한 열로부터 보호할 수 있게 된다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 어느 실시예에 따라 연기농도 측정장치의 수광부를 나타낸 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 제1 수광부(200)는 포토셀, 제2 배터리(210), 제2 박스(230)를 포함한다. 제2 수광부(300)의 구성은 제1 수광부(200)의 구성과 동일하므로 이하 이에 대한 설명은 제1 수광부(200)의 구성 설명으로 대체한다.

제2 배터리(210)는 포토셀에 전기적으로 연결되어 포토셀에 전력을 공급하게 된다. 제1 배터리(110)와 마찬가지로 제2 배터리(210) 또한 포토셀에 공급되는 전력을 포터블한 배터리로 이용함으로써, 제1 수광부(200)의 설치 장소의 제약을 제거할 수 있다.

또한, 포토셀과 제2 배터리(210)를 밀폐된 제2 박스(230) 안에 배치함으로써, 포토셀과 제2 배터리(210)를 물 또는 불에 의한 열로부터 보호하게 된다.

그리고 빛의 수신을 위하여 제2 박스(230)에는 관통홀이 형성되어 있는데, 이러한 관통홀은 아크릴부에 의하여 밀폐된다. 이때 아크릴부는 제2 박스(230)를 밀폐시켜 외부 연기의 유입을 차단하는 한편, 앞서 설명한 바와 같이 빛의 세기를 조절하는 기능을 하게 된다.

이하에서는, 종래 연기농도 측정장치와 본 발명에 따른 연기농도 측정장치를 이용하여 측정된 연기농도를 비교한 실험예를 설명한다. 다시말해서, 종래 연기농도 측정장치의 제작비용보다 1/400에 해당하는 저렴한 비용으로 제작된 본 발명에 따른 연기농도 측정장치가 어느정도의 정확성을 나타내는지에 대하여 알아오기 위하여, 이와 같은 실험을 진행하였다.

도 6은 종래의 연기농도 측정장치와 본 발명에 따른 연기농도 측정장치를 이용하여 연기 제너레이터에서 발생된 연기를 대상으로 연기농도를 측정하는 것을 나타낸 사진이고, 도 7은 종래의 연기농도 측정장치와 본 발명에 따른 연기농도 측정장치를 이용하여 폴리에틸렌 화재시 발생되는 연기를 대상으로 연기농도를 측정하는 것을 나타낸 사진이다. 본 실험은 종래의 연기농도 측정장치와 본 발명에 따른 연기농도 측정장치를 동일한 장소에 설치하여 동일한 시간에 테스트하였다. 즉, 결과에 변수로 작용할 수 있는 인자를 최소로 줄였다.

그리고, 도 8은 도 6에 따른 연기농도 측정결과를 나타낸 그래프이다.

그래프 상에서의 A는 종래 연기농도 측정장치에 의한 실험결과이고, B는 본 발명에 따른 연기농도 측정장치에 의한 실험결과이다.

도 8을 참조하여 설명하면, 도 8(a)는 연기 공급 이후의 시간 증가에 따른 수광부의 전압 출력을 초기 값으로 무차원한 결과이다. 본 발명에 따라서 주변 빛을 제외하고 레이저 모듈에 의해 공급된 빛만을 고려하기 위하여 무차원 전압은 P1-P2에 의해 도시되었다.. 연기의 공급 이후에 표준장치의 수광부 전압은 급격하게 감소되며, 연기 공급이 중단되는 40 s 이후에 점차적으로 증가됨을 볼 수 있다. 본 발명에 따른 연기농도 측정장치의 경우에 종래의 고가의 연기농도 측정장치와의 설치 위치 차이로 인한 순간적 변화량의 차이 및 시간의 지연효과가 미약하게 발견되지만, 정성적 및 정량적으로 볼 때 본 발명에 따른 연기농도 측정장치는 종래의 고가 연기농도 측정장치와 비교해도 전혀 손색이 없을 정도의 결과를 나타낸다.

도 8(b)는 수광된 전압신호를 상술한 광학밀도 식으로 환산한 것을 나타낸다. 마찬가지로, 본 발명에 따른 연기농도 측정장치는 종래의 연기농도 측정장치와 거의 유사한 결과를 나타내고 있음을 볼 수 있다.

도 9는 도 7에 따른 연기농도 측정결과를 나타낸 그래프이다. 도 8과 마찬가지로 그래프 상에서의 A는 종래 연기농도 측정장치에 의한 실험결과이고, B는 본 발명에 따른 연기농도 측정장치에 의한 실험결과이다.

즉, 폴리에틸렌 화염을 대상으로 위와 같은 실험을 반복하였다. 도 9(a)는 점화 이후의 시간에 따른 종래 연기농도 측정장치 및 본 발명에 따른 연기농도 측정장치에 대한 수광부의 무차원 전압신호를 비교··도시한 결과이다. 참고로 P2의 결과는 무차원되지 않은 절대값을 나타낸 것이다. 연기 발생장치를 이용한 실험결과와 가장 큰 차이는 화염에 의한 자발광으로 밴드패스필터가 없는 본 발명에 따른 연기농도 측정장치(그래프 상의 Low-cost device)의 포토셀 출력 신호가 크게 변화된다는 것이다. 그 결과 화염에 의한 자발광 및 외부광을 측정하는 P2의 신호가 크게 증가되었음을 볼 수 있다. 그러나 P1-P2의 차이값을 적용하여 화염 자발광에 의한 노이즈를 최소화시킴으로서, 본 발명에 따른 연기농도 측정장치는 종래의 연기농도 측정장치의 결과와 매우 유사함을 알 수 있다. 광학농도로 표현된 도 9(b)를 살펴보면, 순간적인 연기농도의 변동에 대한 측정 오차가 발생되지만, 이는 측정 위치 차이에 의한 시간적 지연효과에 의해 야기된 것으로 판단된다. 이를 고려할 때, 본 발명에 따른 연기농도 측정장치의 결과는 종래의 연기농도 측정장치에 의한 결과를 매우 만족시킨다. 결국 본 발명에 따른 연기농도 측정장치를 이용하면, 고가의 종래 연기농도 측정장치를 1/400의 비용으로 대체할 수 있으며, 그 정확도 또한 종래 장치의 ±±10% 범위내의 결과를 도출할 수 있음으로, 매우 높은 정확성을 나타낸다고 볼 수 있다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명의 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

100: 광원부
200: 제1 수광부
300: 제2 수광부
400: 연기농도 도출부

Claims (6)

1. 광소멸법을 이용하여 연기농도를 측정하는 연기농도 측정장치에 있어서,
   연기에 빛을 조사하는 광원부;
   상기 광원부와 수평선상에 기설정간격 이격되어배치되고, 상기 광원부로부터 조사된 빛 및 주변 빛을 수신하는 제1 수광부;
   상기 제1 수광부와 동일한 구성으로 형성되고, 상기 제1 수광부와 인접한 영역에 배치되어 주변 빛을 수신하는 제2 수광부; 및
   상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부와 전기적으로 연결되어, 상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부에서 수신된 빛의 에너지 차이로부터 연기농도를 도출하는 연기농도 도출부를 포함하고,
   상기 광원부는,
   레이저를 조사하는 레이저 모듈을 포함하며,
   상기 제1 수광부 및 제2 수광부는,
   빛을 수신하는 포토셀;
   상기 포토셀의 전방에 배치되어 상기 포토셀에 도달하는 빛의 에너지를 조절하는 아크릴부를 포함하고,
   상기 아크릴부는,
   빛을 감쇄시켜 상기 포토셀에 도달하는 빛의 에너지를 조절하는 투명 아크릴; 및
   상기 투명 아크릴 후방에 위치하고 빛을 산란시켜 상기 포토셀에 도달하는 빛의 에너지를 조절하는 불투명 또는 반투명 아크릴을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광소멸법에 의한 연기농도 측정장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 광원부는,
   상기 레이저 모듈에 전기적으로 연결되어 전력을 공급하는 제1 배터리; 및
   내부에 상기 레이저 모듈과 상기 제1 배터리를 수용하는 제1 박스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광소멸법에 의한 연기농도 측정장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부는,
   상기 포토셀에 전기적으로 연결되어 전력을 공급하는 제2 배터리;
   내부에 상기 포토셀과 상기 제2 배터리를 수용하여 밀폐시키는 제2 박스를 더 포함하고,
   상기 제2 박스는 빛을 내부로 통과시키기 위한 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀에 상기 아크릴부가 결합되는 것을 특징으로 하는, 광소멸법에 의한 연기농도 측정장치.
   

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