WO2012169802A2 - 온도 연기 복합 경보장치 및 그에 구비되는 연기 센서 - Google Patents
온도 연기 복합 경보장치 및 그에 구비되는 연기 센서 Download PDFInfo
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Definitions
- the present invention relates to an alarm device, and more particularly, to a temperature smoke composite alarm device and a smoke sensor provided therein.
- the temperature sensor can be designed in a differential way of detecting a change in temperature and in a constant temperature way of detecting any particular temperature.
- the smoke detector has an ion method for ionizing and detecting smoke, and an optical method for detecting scattered light due to collision of light particles and smoke.
- FIG. 1A is a diagram schematically illustrating an ion type smoke detector 100
- FIG. 1B is graphs illustrating a voltage difference output from the smoke detector 100 of FIG. 1A.
- a conventional ion smoke detector 100 includes an external ion chamber 2 exposed to smoke particles 1 and an internal ion chamber 3 that provides a space independent from the outside. It may include.
- Radiation sources 4 may be disposed in the outer ion chamber 2 and the inner ion chamber 3.
- the radiation sources 4 may comprise radioactive materials such as americium (Am) 241 or radium (Ra) or the like which emit radiation which ionizes the smoke particles 1.
- the switch 5 may interrupt voltages applied to the external ion chamber 2 and the internal ion chamber 3 in various ways. When there are no smoke particles 1 in the external ion chamber 2, the internal voltage Vin and the external voltage Vout may be equally symmetrical.
- the difference ⁇ V of the external voltage Vout may occur when the smoke particles 1 exist in the external ion chamber 2.
- the external voltage Vout may be lower than the internal voltage Vin.
- the conventional ion-type smoke detector has a disadvantage in that the safety is poor because the ionization process of the smoke using radioactive substances harmful to the human body is required.
- FIG. 2 is a view showing a conventional optical smoke detector 200.
- the optical smoke detector 200 may include an optical sensor 9 that detects scattered light 8 in which incident light 7 irradiated from the light source 6 is scattered by the smoke particles 1.
- the optical sensor 9 may be installed in a closed place to have a space independent from the outside. However, when the topic is generated, the installation cost may be increased due to securing an independent space in which the optical sensor 9 is installed.
- the conventional optical smoke detector 200 has a problem that the productivity is low because it has to have a high-performance optical sensor 9 for detecting the scattered light (8).
- the problem to be solved by the present invention is to provide a temperature smoke composite alarm device and a smoke sensor provided therein that can increase or maximize safety.
- Another object of the present invention is to provide a temperature smoke composite alarm device and a smoke sensor provided therein for detecting a temperature in a fire smoke that can increase or maximize productivity.
- Temperature smoke complex alarm device of the present invention for solving the above technical problem, the temperature change in the smoke by using the first and second sensors comprising a temperature-sensitive smoke detection portion disposed between the first and second electrodes
- a smoke detector configured to detect smoke by detecting the smoke
- a smoke level measuring unit configured to generate a smoke level measurement signal by comparing a difference between the first and second smoke detection signals output from the first and second sensors with a setting reference signal
- a detection controller configured to receive the smoke level measurement signal and generate a fire alarm signal when a fire occurrence condition is met.
- the temperature sensitive smoke sensing portion may include an NPN or PNP bipolar transistor having a metal-insulator transition material and a collector-emitter whose resistance decreases exponentially with increasing temperature, such as Tc or less. It may include.
- the metal-insulator transition material may include vanadium oxide.
- the first and second sensors may further include a substrate supporting the temperature sensitive smoke sensing portion, and a buffer portion between the substrate and the temperature sensitive smoke sensing material portion.
- the first sensor may include a can type package having an opening for exposing the temperature sensitive smoke sensitive material to the smoke.
- the second sensor may include a mold type package for sealing the temperature sensitive smoke sensitive material.
- the mold type package may include a clear compound that is not chemically reacted with the temperature sensitive smoke sensing portion.
- the smoke level measuring unit may include a differential amplifier for amplifying the difference between the first and second smoke detection signal.
- the differential amplifier may include a current mirror type or a cross coupled type.
- a temperature smoke composite alarm device comprising: a smoke detector including a sensor having a temperature sensitive smoke detection portion disposed between first and second electrodes; And a micro controller configured to generate a fire alarm signal from the smoke detection signal output from the sensor of the smoke detection unit and output the fire alarm signal to the outside.
- the smoke sensing portion may include a bipolar transistor of NPN or PNP having a metal-insulator transition material and a collector-emitter whose resistance decreases exponentially with increasing temperature, such as Tc or less. It may include.
- the senor may comprise a can type package having an opening to expose the temperature sensitive smoke sensitive portion.
- the senor may include a mold type package for sealing the temperature sensitive smoke sensitive portion.
- the mold type package may include a clear compound that is not chemically reacted with the temperature sensitive smoke sensing portion.
- the smoke detector and the micro-controller may further include a power supply voltage supply for supplying a power voltage.
- the input device may further include an input / output interface connected between the smoke detector and the micro controller.
- the smoke detector may be configured to change the sensed output level of the voltage drop output terminal connected to the sensor input bias using the output of the sensor.
- the smoke detector may include a resistor connected between the sensor input bias and the voltage drop output terminal.
- the smoke detector may include a first transistor connected between the voltage drop output terminal and the output terminal of the sensor.
- the smoke detector may be configured such that the output level of the sensor corresponds to the sensing output level, and the output level of the sensor is adjusted in response to the input of the input / output interface.
- the smoke detector may include a second transistor connected between an output terminal of the sensor and a ground terminal and controlled by an input of the input output interface.
- the smoke detector may be configured such that the sensing output level of the voltage drop output terminal connected to the sensor input bias depends on the sensing operation sensitivity of the sensor.
- the power supply voltage supply unit may include a zener diode which reduces the required voltage of the micro controller.
- the power supply voltage supply unit may further include bridge diode circuits.
- the power supply voltage supply unit may include at least one of a cylist or a cylist equivalent circuit that maintains the continuation of the current controlled by the micro controller.
- the micro-control unit may further include a communication unit for transmitting and receiving the fire alarm signal to the outside.
- the communication unit may include communicating to at least one of a base station, a repeater, a router.
- the communication unit may further include a portable terminal to communicate with.
- the smoke detector may detect electromagnetic waves of infrared rays.
- the smoke detector may detect the temperature of the power device of the power system.
- the micro controller may output a control signal for controlling the heat generation of the power device.
- the system of this development can be applied equally to the heat system. In particular, it can be applied to the heating control of the heat power transistor.
- the problem solving means of the present invention it is possible to increase or maximize the safety because the use of the temperature-sensitive smoke detection portion of the abrupt metal-insulator material such as vanadium oxide as the active portion.
- the smoke sensor including a low-cost temperature sensitive smoke detection portion has the effect of increasing or maximizing productivity.
- 1A is a view schematically showing an ionic smoke detector.
- FIG. 1B is a graph illustrating voltage differences output from the smoke detector of FIG. 1A.
- FIG. 2 is a view showing a conventional optical smoke detector 200.
- Figure 3 is a block diagram schematically showing a temperature smoke complex alarm device according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a stack structure of the smoke sensor 10 and the reference sensor 20 of FIG. 3.
- 5 is a graph showing the resistance value according to the temperature change of vanadium oxide.
- FIG. 6 is a graph showing the electrical conductivity according to the pressure change of vanadium oxide.
- FIG. 7 and 8 are cross-sectional views illustrating the smoke sensor and the reference sensor of FIG. 3, respectively.
- 9 and 10 are circuit diagrams illustrating a smoke detector and a smoke level measurer of FIG. 3.
- 11 is a graph showing an output voltage of a first comparator connected to a smoke sensor
- FIG. 12 is a graph illustrating output voltages of a first comparator connected to a smoke sensor and a reference sensor.
- FIG. 13 is a block diagram showing a temperature smoke compound alarm device according to an application of the present invention.
- FIG. 14 is a block diagram showing a temperature smoke complex alarm device according to another application of the present invention.
- 15 to 17 are views illustrating a smoke detector.
- FIG. 18 is a circuit diagram of FIG. 14.
- Figure 3 is a block diagram schematically showing a temperature smoke complex alarm device according to an embodiment of the present invention.
- 4 is a cross-sectional view illustrating a stack structure of the smoke sensor 10 and the reference sensor 20 of FIG. 3.
- the temperature smoke composite alarm device of the present invention includes a smoke having a temperature sensitive smoke detection portion 22 formed between the first and second electrodes 16 and 18 spaced apart from each other. It may include a sensor 10 and a reference sensor 20.
- the temperature sensitive smoke sensing portion 22 may be disposed on the substrate 12 or the buffer portion 14.
- the temperature sensitive smoke sensing portion 22 may comprise a metal-insulator transition material whose resistance is varied at a set temperature.
- the metal-insulator transition material may comprise vanadium oxide. Vanadium oxide may have a drastic decrease in resistance when the temperature is changed at room temperature.
- the temperature smoke composite alarm device can increase or maximize safety and productivity.
- the metal-insulator transition material may be a non-conductor such as an insulator that does not conduct electricity below the critical temperature, and may be a conductor such as a metal that conducts electricity above the critical temperature. In addition, the metal-insulator transition material may have reduced resistance and increased electrical conductivity with increasing pressure.
- 5 is a graph showing the resistance value according to the temperature change of vanadium oxide.
- vanadium oxide may have an exponential decrease in resistance with temperature.
- the horizontal axis represents the change in temperature, and the vertical axis represents the resistance value.
- vanadium oxide may have an exponential decrease in resistance at about 65 ° C. (338 K).
- FIG. 6 is a graph showing the electrical conductivity according to the pressure change of vanadium oxide.
- vanadium oxide may increase electrical conductivity with increasing pressure.
- the horizontal axis represents the frequency w of the electromagnetic wave corresponding to the bias energy
- the vertical axis represents the electrical conductivity.
- Vanadium oxide is 0.2GPa, 2.0GPa, 4.6GPa, 5.9GPa, 8.4GPa, 10.1GPa, 11.9GPa, 13.9GPa with gradually increasing pressure from about 0 to about 200 ⁇ -1 cm -1 Can have conductivity.
- the electrical conductivity may be increased in proportion to the frequency of the electromagnetic wave.
- the temperature sensitive smoke sensing portion 22 may include vanadium oxide, the resistance of which decreases with temperature and pressure and the electrical conductivity is increased.
- Metal-insulator transition materials include p-type Si, Ge, Al, As, Sb, B, N, Ga, P, In, Te, Ag, Cd, Zn, Pb, S, Bi, K, It can include individual elements of H, Be, O or C or a compound semiconductor composed of the above elements.
- the substrate 12 may include silicon single crystal or sapphire.
- a buffer portion 14 may be disposed between the substrate 12 of a silicon single crystal and the temperature sensitive smoke sensing portion 22 of the metal-insulator transition material.
- the buffer portion 14 may include silicon oxide (SiO 2), silicon nitride (SiN), and silicon oxynitride (SiON).
- FIG. 7 and 8 are cross-sectional views illustrating the smoke sensor 10 and the reference sensor 20 of FIG. 3, respectively.
- the smoke sensor 10 may include a can type package 24 having an opening 23 through which the temperature sensitive smoke detecting portion 22 to which the smoke particles come into contact is exposed to the outside.
- the can type package 24 may lead the leads 17 connected to the first and second electrodes 16 and 18 and drawn out in a direction opposite to the opening 23.
- the can type package 24 may be insulated from the first and second electrodes 16 and 18 and the leads 17 by the filler 15.
- the can type package 24 may seal the substrate 12 and the buffer portion 14.
- the smoke sensor 10 may be disposed in a smoke box 19.
- the reference sensor 20 may include a mold type package 26 that seals the temperature sensitive smoke sensing portion 22.
- the mold type package 26 may seal the temperature sensitive smoke sensing portion 22 of the reference sensor 20. In this case, the mold type package 26 may be in contact with the temperature sensitive smoke sensing portion 22.
- the mold type package 26 may include a clear compound of a polymer or barrier portion that is not chemically reacted with the temperature sensitive smoke sensing portion 22.
- the leads 17 may be connected to the first and second electrodes 16 and 18 in the mold type package 26. In addition, the leads 17 may be drawn out to the inside of the mold type package 26.
- the reference sensor 20 When the reference sensor 20 is disposed in the same space as the smoke sensor 10, the reference sensor 20 may compensate for a voltage difference corresponding to a temperature difference with the smoke sensor 10.
- the smoke sensor 10 and the reference sensor 20 may be a smoke detector 30.
- 9 and 10 are circuit diagrams illustrating a first comparator of the smoke level measurement unit of FIG. 3.
- the smoke level measurement unit 40 receives the first and second smoke detection signals IN1 and IN2 of the smoke detection unit 30 and receives the first and second smoke level measurement signals. Can generate M1 and M2.
- the smoke level measuring unit 40 may include a first comparator 42 and a second comparator 44.
- the first comparator 42 may obtain a voltage difference corresponding to the difference between the first and second smoke detection signals IN1 and IN2 of the smoke sensor 10 and the reference sensor 20.
- the first comparator 42 may provide the second comparator 44 or the sensing controller 50 with the presence or absence of smoke in the smoke sensor 10.
- the first comparator 42 can include a differential amplifier.
- the differential amplifier may have a current mirror type or a cross coupled type.
- the current mirror type differential amplifier may include first and second bipolar transistors Q1 and Q2 and first and second resistors R1 and R2.
- the smoke sensor 10 may be connected to the base of the first bipolar transistor Q1.
- the reference sensor 20 may be connected to the base of the second bipolar transistor Q2.
- the collectors of the first and second bipolar transistors Q1 and Q2 may be grounded and the emitters may be connected to the first and second nodes N1 and N2, respectively.
- the first and second nodes N1 and N2 may be connected to the first and second resistors R1 and R2, respectively, and may be the first and second output terminals Vout1 and Vout2.
- the second resistor R2 may be a variable resistor that is set to a resistance value that is the same as or different from that of the first resistor R1.
- the first resistor R2 may compensate for the difference between the resistance values of the smoke sensor 10 and the reference sensor 20 at the initial setting of the smoke sensor 10.
- the first output terminal out1 may be connected to the first node N2, and the second output terminal out2 may be connected to the second node N2.
- the first output terminal out1 outputs the first output voltage Vout1 in response to the first smoke detection signal IN1 of the smoke sensor 10.
- the second output terminal out2 outputs the second voltage Vout2 in response to the second smoke detection signal IN2 of the reference sensor 20.
- the first comparator 42 may output the first smoke level measurement signal M1 corresponding to the difference between the first output voltage Vout1 and the second output voltage Vout2 to the second comparator 44.
- the first comparator 42 may measure the first smoke level measurement signal of about 0V. M1) may be output to the second comparator 44.
- the first comparator 42 May output the first smoke level measurement signal M1 higher than 0V to the second comparator 44.
- the current mirror type differential amplifier has a first smoke level corresponding to a difference between the first output voltage Vout1 and the second output voltage Vout2 output to the first output terminal out1 or the second output terminal out2.
- the measurement signal M1 may be provided to the second comparator 44.
- Table 1 shows the current of the first output terminal out1 measured about 30 seconds after injecting tobacco smoke into a smoke box 19 made of a tube having a length of about 20 cm.
- the smoke sensor 10 may include elements 1 to 4 having different sensing capacities depending on the type of the temperature sensitive smoke sensing portion 22.
- the first output terminal out1 detects smoke from the devices 1 to 4
- the first output terminal out1 may output a current about .05 mA to about 0.77 mA higher than the standby state before the device.
- the temperature of about 2 to 3 degrees may be increased.
- the smoke box 19 may be a separate space separate from the reference sensor 20 to be independently exposed to the smoke.
- Table 2 shows the first output voltage Vout1 outputted to the first output terminal out1 before injecting the mosquito repellent smoke into the smoke box 19 made of a tube having a length of about 35 cm, and 30 seconds and one minute after the injection. Indicates.
- the second resistor R2 may have a resistance value of about 9.8 MW, and the reference sensor 20 may have a resistance of about 765 KW.
- the smoke element 10 of the element 2 may have a resistance of about 1.8 MW, and the reference sensor 20 may have a resistance of about 765 KW.
- the first comparator 42 may output a first output voltage Vout1 of about 2 mV to the first output terminal out1 in a standby state before the detection of the mosquito odor smoke by the smoke sensor 10 of the device 1. About 30 seconds after the mosquito repellent smoke injection, the first output voltage Vout1 of about 86 mV may be output, and the first output voltage Vout1 of about 2.96 V may be output 1 minute later.
- the second output voltage Vout1 may be about 2 mV. Since the first output voltage Vout1 is excessively increased compared to the second output voltage Vout1 after the smoke is detected, the first output voltage Vout1 may correspond to the first smoke level measurement signal M1.
- the first comparator 42 may output a first output voltage Vout1 of about 10 mV to the first output terminal out1 in the standby state of the smoke sensor 10 of the element 2.
- the first comparator 42 outputs a first output voltage Vout1 of about 2.5V to the first output terminal out1 about 30 seconds after the mosquito smoke injection, and after 1 minute, the first output voltage of about 3.6V Vout1) can be output.
- the smoke sensor 10 including the temperature sensitive smoke sensing portion 22 can detect the smoke.
- the first comparator 42 may output the first smoke level measurement signal M1 generated from the first smoke detection signal IN1 of the smoke sensor 10 to the second comparator 44.
- 11 is a graph showing the output voltage of the first comparator 42 connected to the smoke sensor 10,
- the first comparator 42 outputs, to the first comparator 42, a first smoke level measurement signal M1 that drops irregularly in proportion to the concentration of the smoke in the smoke sensor 10.
- the first comparator 42 may be an amplifier in which the reference sensor 20, the second resistor R2, and the second bipolar transistor Q2 are omitted. That is, the first comparator 42 may include only a first bipolar transistor Q1 having a base connected to the smoke sensor 10, and a first resistor R1 connected to a collector of the first bipolar transistor Q1. .
- the left vertical axis of the graph represents the voltage drop
- the right vertical axis represents the temperature and concentration of the smoke
- the horizontal axis represents the number of experiments performed while increasing the temperature and concentration of the smoke.
- the first comparator 42 When smoke of about 2% to 32% is injected into the smoke box 19 in the smoke box 19 at about 39 ° C and about 40 ° C, the first comparator 42 is about 4.75 to the first output terminal out1.
- the first smoke level measurement signal M1 may be output from V to about 4.65V. In this case, when the concentration of the smoke is increased from 2% to 5%, the first smoke level measurement signal M1 may be rapidly decreased from 4.75V to 4.68V. On the other hand, when the concentration of the smoke is increased from 15% to 32%, the first smoke level measurement signal M1 may be gently reduced from 4.6V to 4.5V.
- the first comparator 42 may output the first smoke level measurement signal M1 of a voltage that is reduced to an irregular slope according to the change of the concentration of the smoke. In addition, the first smoke level measurement signal M1 may not match the first smoke detection signal IN1 generated from the smoke sensor 10. This is because the first smoke level measurement signal IN1 may include noise according to the temperature change of the smoke sensor 10.
- FIG. 12 is a graph showing the output voltage of the first comparator 42 connected to the smoke sensor 10 and the reference sensor 20.
- the first comparator 42 may output a first smoke level measurement signal M1 that is regularly inversely proportional to the concentration of smoke detected by the smoke sensor 10.
- the left vertical axis represents the voltage drop
- the right vertical axis represents the temperature and concentration of the smoke
- the horizontal axis represents the number of experiments performed while increasing the temperature and the concentration of the smoke.
- the temperature of the smoke sensor 10 and the reference sensor 20 can be increased or decreased equally.
- the first comparator 42 may remove noise according to the temperature of the smoke from the second smoke detection signal IN2 input from the reference sensor 20.
- the first comparator 42 when about 2% to 35% of smoke is injected into the smoke box 19, the first comparator 42 outputs a first smoke level measurement signal M1 of a voltage which is sequentially reduced from 9 mV to 3 mV. can do.
- the first smoke level measurement signal M1 may have a slope of about 0.25.
- the smoke detector 20 may include a reference sensor 20 having the same temperature sensitive smoke detection portion 22 as the smoke sensor 10 to remove noise corresponding to the temperature change of the smoke sensor 10. It may include.
- a cross-coupled type differential amplifier includes first and second bipolar transistors Q1 and Q2 and symmetrically connected first and second PMOSs PM1 and PM2.
- the first and second resistors R1 and R2 may be included.
- the smoke sensor 10 may be connected to the base of the first bipolar transistor Q1.
- the collector of the first bipolar transistor Q1 may be grounded and the emitter of the first bipolar transistor Q1 may be connected to the third node N3.
- a drain of the first PMOS PM1, a gate of the second PMOS PM2, and a third output terminal out3 may be connected to the third node N3.
- the gate of the first PMOS PM1 may be connected to the fourth node N4 between the drain of the second PMOS PM2 and the emitter of the second bipolar transistor Q2.
- the source of the first PMOS PM1 may receive the power supply voltage Vcc through the first resistor R1.
- the reference sensor 20 may be connected to the base of the second bipolar transistor Q2.
- the collector of the second bipolar transistor Q2 may be grounded and the emitter may be connected to the fourth node N4.
- a gate of the first PMOS PM1, a drain of the second PMOS PM2, and a fourth output terminal out4 may be connected to the fourth node N4. In the standby state, voltages of the same level may be output to the third output terminal out3 and the fourth output terminal out4. When smoke is detected by the smoke sensor 10, voltages having different levels may be output to the third output terminal out3 and the fourth output terminal out4.
- Smoke is sensed by the smoke sensor 10 so that the voltage at the base of the first bipolar transistor Q1 may be increased.
- a low voltage may be output to the third output terminal out3.
- the second PMOS PM2 may be turned on in conjunction with the third output terminal out3, and a voltage higher than the third output terminal out3 may be output to the fourth output terminal out4.
- the difference between the voltages output to the third output terminal out3 and the fourth output terminal out4 may be a first smoke level measurement signal.
- the second comparator 44 may generate the second smoke level measurement signal M2 by comparing the first smoke level measurement signal M1 with the reference signal.
- the second comparator 44 can include an operational amplifier.
- the second smoke level measurement signal M2 may provide the detection controller 50 with information about the concentration of the smoke.
- the detection controller 50 may determine the occurrence of a fire by using the second smoke level measurement signal M2 and generate a fire alarm signal.
- the detection controller 50 may determine the concentration of the smoke from the second smoke level measurement signal M2 input from the second comparator 44.
- the communication unit 60 may output the fire alarm signal output from the detection control unit 50 to the alarm device or the portable terminal in a wired or wireless manner.
- the sensing control unit 50 and the communication unit 60 may include a personal computer.
- the communication unit 60 may include at least one of a base station, a repeater, and a router.
- the communication unit 60 may output a fire alarm signal to a portable terminal such as a smartphone through a repeater in order for the user to recognize the fire state.
- the temperature smoke composite alarm device can increase or maximize productivity because it has a higher safety and lower cost than the smoke detector.
- FIG. 13 is a block diagram showing a temperature smoke compound alarm device according to an application of the present invention.
- the temperature smoke complex alarm device receives the first and second smoke detection signals IN1 and IN2 of the smoke detector 30 to generate smoke. It may include a micro control unit (MICOM or microcontroller, 70) for determining the presence or absence, and outputs a fire alarm signal to the external device (80).
- the smoke detector 30 may include a smoke sensor 10 and a reference sensor 20.
- the smoke sensor 10 and the reference sensor 20 may include a temperature sensitive smoke detection portion 22.
- the micro controller 70 may include an analog-to-digital converter 72, a mirco processing unit 74, and a communication unit 60.
- the A / D converter 72 converts the first and second smoke detection signals IN1 and IN2 of the analog signal output from the smoke sensor 10 and the reference sensor 20 into digital signals, thereby calculating the operation processor 74. ) Can be sent.
- the A / D converter 72 may reduce noise of the first and second smoke detection signals IN1 and IN2.
- the A / D converter 72 may sample the first and second smoke detection signals IN1 and IN2 at regular intervals from the smoke sensor 10 and the reference sensor 20.
- the operation processor 74 may compare and analyze the first and second smoke detection signals IN1 and IN2 of the smoke sensor 10 and the reference sensor 20, and generate a fire alarm signal.
- the calculation processing unit 74 may include a micro central processing unit (CPU) having a raster, a calculation circuit, and a control circuit.
- the communication unit 60 may output the fire alarm signal output from the operation processing unit 64 to the external device 80 in a wired or wireless manner.
- the temperature smoke composite alarm apparatus can be miniaturized because it includes a micro control unit 60.
- FIG. 14 is a block diagram showing a temperature smoke complex alarm device according to another application of the present invention.
- 15 to 17 are views illustrating a smoke detector.
- FIG. 18 is a circuit diagram of FIG. 14.
- the temperature smoke complex alarm device may comprise one smoke sensor 10 with a sensing portion 22.
- the temperature sensitive smoke sensing portion 22 may comprise a metal-insulator transition material whose resistance is varied at a set temperature.
- the smoke sensor 10 may include a bipolar transistor of either PNP or NPN having a collector and an emitter corresponding to the first and second electrodes 16 and 18.
- the smoke detector 30 may detect the temperature of the power device of the power system as well as the smoke.
- the power device may comprise a power transistor or a power LED.
- the micro controller 70 may output a control signal for controlling heat generation of the power device.
- the smoke detector 30 composed of one smoke sensor 10 may be described as follows.
- the smoke detector 30 may change the sensing output level of the voltage drop output terminal OU1 connected to the sensor input bias IN1 by using the output of the sensor 10.
- the smoke detector 30 includes a third resistor R3 connected in parallel to the smoke sensor 10 and a third bipolar transistor T3 that amplifies the smoke detection signal of the smoke sensor 10. can do.
- the third resistor R3 may be connected between a sensor input bias IN1 and the voltage drop output terminal OU1.
- the smoke sensor 10 may be connected to the base of the third bipolar transistor T3.
- the smoke sensor 10 and the third resistor R3 may be connected in parallel between the I / O interface and the A / D converter 72.
- the emitter of the third transistor T3 may be connected to the voltage drop output terminal OU1, the collector may be connected to the ground terminal, and the base may be connected to the output terminal CON1 of the smoke sensor 10.
- the third resistor R3 may be a load on the emitter of the third bipolar transistor T3. When the smoke detection signal is generated by the smoke sensor 10, a current amplified by the emitter may flow in the collector of the third bipolar transistor T3.
- the smoke sensor 10 may be directly connected between the I / O interface and the A / D converter 72.
- the output level of the smoke sensor 10 may correspond to the sensing output level.
- the output level of the smoke sensor 10 can be adjusted in response to input signals of other I / O interfaces.
- the smoke detector 30 includes a fourth bipolar transistor T4 having an emitter and a collector connected between the output terminal OU2 and the ground terminal of the smoke sensor 10 and having a base connected to an I / O interface. It may include.
- the smoke detector 30 is configured such that the detection output level of the voltage drop output terminal OU3 connected to the input bias of the smoke sensor 10 depends on the detection operation sensitivity of the smoke sensor 10.
- the smoke detector 30 may include an I / O interface connected from the power supply voltage supply unit 90, a fifth resistor R5 connected in series between the ground terminal, and a smoke sensor 10. .
- the fourth resistor R4 is a load terminal of the smoke sensor 10, and minimizes standby current.
- the smoke sensor 10 may be operated as a variable resistor that is variable with respect to a constant resistance value of the fifth resistor R5.
- the A / D converter 72 may be connected between the fifth resistor R5 and the smoke sensor 10.
- the temperature smoke complex alarm device may include a smoke detector 30 composed of one smoke sensor 10.
- the micro controller 70 may generate a reference signal from the smoke detection signal output from the smoke sensor 10 in the wait state.
- the smoke detection signal output from the smoke sensor 10 may have different levels of peaks according to a normal standby state and a smoke generation state.
- the micro controller 70 may recognize the smoke detection signal in the standby state of the smoke sensor 10 as a reference signal.
- the micro controller 70 may output the smoke generation signal to the external device 80 through the bride 60.
- the temperature smoke complex alarm device may include a smoke detector 30 composed of one smoke sensor 10 in which the reference sensor 20 of the embodiment is omitted.
- the power supply voltage supply unit 90 may supply a power supply voltage to the micro controller 70 and the smoke detector 30.
- the power supply voltage supply unit 90 includes a first diode D1 for providing a constant voltage of a DC component, first and second capacitors C1 and C2, and a bridge diode circuit for converting an AC voltage into a DC voltage. 96).
- the bridge diode circuit 96 may include a second zener diode D2 and third to fourth diodes D3, D4, D5, and D6.
- the second zener diode D2 may reduce the supply voltage when the external supply voltage is greater than the required voltage of the micro controller.
- the power supply voltage supply unit 90 may further include boosting or varying the voltage.
- the power supply voltage supply unit 90 may receive an input voltage of about 24V from the outside and supply an output voltage of about 3V to the micro controller 70.
- the micro controller 70 and the smoke sensor 10 may be connected by an I / O interface.
- the micro control unit 70 may receive a power supply voltage from the power supply voltage supply unit 90.
- the I / O interface may be connected between the micro controller 70 and the smoke detector 30.
- the micro controller 70 may transfer the smoke detector 30 through the I / O interface.
- a power supply voltage intermittent unit 92 for switching the power supply voltage may be disposed between the micro controller 70 and the power supply voltage supply unit 90.
- the power supply voltage intermittent unit 92 may include a temperature sensor for turning on the power supply voltage at an appropriate temperature or more.
- the temperature sensor may comprise a metal-insulator transition material. As described above, the metal-insulator transition material may be disposed between the first electrode 16 and the second electrode 18. The metal-insulator transition material may turn on the power supply voltage between the first electrode 16 and the second electrode 18 above a predetermined temperature. Therefore, the power source voltage intermittent unit 92 can eliminate the consumption of standby power.
- the constant voltage and noise canceling circuit 98 may be disposed between the power supply voltage interrupter 92 and the micro controller 70.
- the constant voltage and noise removing circuit 98 may include a seventh bipolar transistor T7, a seventh resistor R7, a seventh zener diode D7, and an eighth resistor R8.
- the emitter of the seventh bipolar transistor T7 may be connected to the power supply voltage interrupter 92, and the collector may be connected to the ground terminal.
- the power supply voltage supply unit 90 may include a display unit 94 that displays a supply state of the power supply voltage.
- the display unit 94 may display an operating state such as turning on or turning off the power voltage intermittent unit 92.
- the display unit 94 may include fourth and fifth transistors T4 and T5, a fifth resistor R5, and a light emitting diode (LED).
- the fourth and fifth transistors T4 and T5 may include a cilist or a cylist equivalent circuit that sustains a current when controlled by the micro controller 70.
- the light emitting diode LED may emit light when the power intermittent 92 is turned on.
- the communication unit 60 may perform wired or wireless communication with the external devices 80, and in particular, may communicate with portable mobile phones such as a smart phone or an i-phone.
- the temperature smoke composite alarm device according to another application of the present invention can increase or maximize safety and productivity.
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Abstract
본 발명은 안전성 및 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 온도 연기 복합 경보장치는, 제 1 및 제 2 전극들 간에 배치된 온도 감응형 연기 감지 부분을 포함하는 제 1 및 제 2센서들을 이용하여 연기를 감지하기 위해 구성된 연기 감지부와, 상기 제 1 및 제 2 센서들로부터 출력되는 제 1 및 제 2 연기 감지 신호들간의 차이를 설정 기준 신호와 비교하여 연기 레벨 측정 신호를 생성하는 연기 레벨 측정부와, 상기 연기 레벨 측정 신호를 수신하여 화재 발생 조건에 해당될 때에 화재 경보 신호를 생성하는 감지 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 경보장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 화재의 온도 연기 복합 경보장치 및 그에 구비되는 연기 센서에 관한 것이다.
화재를 감지하는 방법은 실온보다 높은 온도를 감지하는 것과 연기를 감지하는 것이 있다. 널리 알려진 바와 같이, 온도감지기는 온도의 변화를 감지하는 차동 방식과 임의의 특정온도를 감지하는 정온 방식으로 설계될 수 있다. 연기 감지기는 연기를 이온화하여 감지하는 이온 방식과, 빛 입자와 연기가 충돌하여 산란광을 감지하는 광학 방식이 있다.
도 1a는 이온방식 연기감지기(100)를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 1b는 도 1a의 연기감지기(100)에서 출력되는 전압차를 나타낸 그래프들이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래의 이온방식 연기 감지기(100)는 연기 입자들(1)에 노출되는 외부 이온실(2)과, 외부로부터 독립된 공간을 제공하는 내부 이온실(3)을 포함할 수 있다. 외부 이온실(2)과 내부 이온실(3)에는 방사선원들(4)이 배치될 수 있다. 방사선원들(4)은 연기 입자들(1)을 이온화시키는 방사선을 방출하는 아메리슘(Am) 241 또는 라듐(Ra) 등과 같은 방사능 물질들을 포함할 수 있다. 스위치(5)는 외부 이온실(2)과 내부 이온실(3)에 인가되는 전압들을 다양한 방법으로 단속할 수 있다. 외부 이온실(2)에 연기 입자들(1)이 없을 때, 내부 전압(Vin)과, 외부 전압(Vout)은 동일하게 대칭될 수 있다. 반면, 외부 전압(Vout)의 차(ΔV)는 외부 이온실(2)에 연기 입자들(1)이 존재할 때 발생될 수 있다. 이때, 외부 전압(Vout)은 내부 전압(Vin)보다 낮아질 수 있다. 하지만, 종래의 이온방식 연기감지기는 인체에 유해한 방사능 물질을 이용한 연기의 이온화 과정이 필수적으로 요구되기 때문에 안전성이 떨어지는 단점이 있었다.
도 2는 종래의 광학식 연기감지기(200)를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 광학식 연기감지기(200)는 광원(6)으로부터 조사되는 입사광(7)이 연기 입자들(1)에 의해 산란되는 산란광(8)을 감지하는 광 센서(9)를 포함할 수 있다. 광 센서(9)는 외부로부터 독립된 공간을 갖도록 밀폐된 장소에 설치될 수 있다. 그러나, 화제의 발생시 광 센서(9)가 설치되는 독립된 공간의 확보에 따른 설치 비용이 상승될 수 있다. 또한, 종래의 광학식 연기 감지기(200)는 산란광(8)을 감지하는 고성능의 광 센서(9)를 구비해야 하기 때문에 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 안전성을 증대 또는 극대화할 수 있는 온도 연기 복합 경보장치 및 그에 구비되는 연기 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는, 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 화재연기 속의 온도를 감지하는 온도 연기 복합 경보장치 및 그에 구비되는 연기 센서를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 온도 연기 복합 경보장치는, 제 1 및 제 2 전극들 간에 배치된 온도 감응형 연기 감지 부분을 포함하는 제 1 및 제 2센서들을 이용하여 화재연기 속의 온도변화를 감지하여 연기를 감지하도록 구성된 연기 감지부; 상기 제 1 및 제 2 센서들로부터 출력되는 제 1 및 제 2 연기 감지 신호들간의 차이를 설정 기준 신호와 비교하여 연기 레벨 측정 신호를 생성하는 연기 레벨 측정부; 및 상기 연기 레벨 측정 신호를 수신하여 화재 발생 조건에 해당될 때에 화재 경보 신호를 생성하는 감지 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 온도 감응형 연기 감지 부분은 Tc 이하와 같이 온도 증가에 따라 저항이 지수함수적으로 줄어드는 금속-절연체 전이 물질과 콜렉터-에미터를 갖는 NPN 혹은 PNP 바이폴라 트랜지스터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 금속-절연체 전이 물질은 산화바나듐을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 센서는 상기 온도 감응형 연기 감지 부분을 지지하는 기판과, 상기 기판 및 상기 온도 감응 연기 감지 물질 부분 사이의 버퍼 부분을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제 1 센서는 상기 온도 감응형 연기 감응 물질을 상기 연기에 노출시키는 개방구를 갖는 캔 타입 패키지를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 센서는 상기 온도 감응형 연기 감응 물질을 밀봉시키는 몰드 타입 패키지를 포함할 수 있다. 상기 몰드 타입 패키지는 상기 온도 감응형 연기 감지 부분과 화학 반응되지 않는 클리어 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 연기 레벨 측정부는 상기 제 1 및 제 2 연기 감지신호의 차이를 증폭시키는 차동 증폭기를 포함 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 차동 증폭기는 커런트 미러 타입 또는 크로스 커플드 타입을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 연기 복합 경보장치는, 제 1 및 제 2 전극들 간에 배치된 온도 감응형 연기 감지 부분을 구비한 센서를 포함하는 연기 감지부; 및 상기 연기 감지부의 상기 센서에서 출력되는 연기 감지 신호로부터 화재 경보 신호를 생성하여 외부로 출력하는 마이크로 제어부를 포함한다.
본 발명이 일 실시예에 따르면, 상기 연기 감지 부분은 Tc 이하와 같이 온도 증가에 따라 저항이 지수함수적으로 줄어드는 금속-절연체 전이 물질과 콜렉터-에미터를 갖는 NPN 혹은 PNP 중 하나의 바이폴라 트랜지스터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 센서는 상기 온도 감응형 연기 감응 부분을 노출시키는 개방구를 갖는 캔 타입 패키지를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 센서는 상기 온도 감응형 연기 감응 부분을 밀봉시키는 몰드 타입 패키지를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 몰드 타입 패키지는 상기 온도 감응형 연기 감지 부분과 화학 반응되지 않는 클리어 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 연기 감지부와 상기 마이크로 제어부에 전원 전압을 공급하는 전원전압 공급부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 연기 감지부와 상기 마이크로 제어부 사이에 연결된 인풋/아웃풋 인터페이스를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 연기 감지부는 상기 센서의 출력을 이용하여 센서 입력 바이어스로 연결된 전압강하 출력단의 감지 출력 레벨을 변화시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 연기 감지부는 상기 센서 입력 바이어스와 상기 전압강하 출력단 사이에 연결된 저항을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 연기 감지부는 상기 전압강하 출력단과 상기 센서의 출력단 사이에 연결된 제 1 트랜지스터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 연기 감지부는 상기 센서의 출력 레벨이 감지 출력 레벨에 대응 되고, 상기 센서의 출력 레벨이 상기 인풋/아웃풋 인터페이스의 입력에 응답하여 조절되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 연기 감지부는 상기 센서의 출력단과 접지단 사이에 연결되고, 상기 인풋 아웃풋 인터페이스의 입력에 의해 제어되는 제 2 트랜지스터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 연기 감지부는 센서 입력 바이어스에 연결되는 전압 강하 출력단의 감지 출력 레벨이 상기 센서의 감지 동작 민감도에 의존하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전원 전압 공급부는 상기 마이크로 제어부의 요구 전압으로 줄이는 제너 다이오드를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 전원 전압 공급부는 브릿지 다이오드 회로들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전원전압 공급부는 상기 마이크로 제어부에 의해 제어되는 전류의 지속을 유지하는 사이리스트 또는 사이리스트의 등가회로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 상기 마이크로 제어부는 상기 화재 경보 신호를 외부에 송수신하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
발명의 일 실시예에 따르면, 상기 통신부는 기지국, 중계기, 라우터 중 적어도 하나에 통신을 하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 통신부는 교신하는 휴대용 단말기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 연기 감지부는 적외선의 전자파를 감지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 연기 감지부는 전력 시스템의 파워 소자의 온도를 감지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 제어부는 상기 파워 소자의 발열을 제어하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 본 개발의 시스템은 화재 연기와 달리 열이 나는 시스템에 동일하게 적용 될 수 있디. 특히 열이 나는 파워 트랜지스터의 발열제어에도 응용이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 과제 해결 수단에 따르면, 산화 바나듐과 같은 급격한 금속-절연체 물질의 온도 감응형 연기 감지 부분을 활성 부분으로 사용하기 때문에 안전성을 증대 또는 극대화할 수 있다. 또한, 저가의 온도 감응형 연기 감지 부분을 포함하는 연기 센서는 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 이온방식 연기감지기를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1b는 도 1a의 연기감지기에서 출력되는 전압차를 나타낸 그래프들이다.
도 2는 종래의 광학식 연기감지기(200)를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 온도 연기 복합 경보장치를 개략적으로 나타낸 블록 다이아 그램이다.
도 4는 도 3의 연기 센서(10)와 기준 센서(20)의 스택 구조를 나타낸 단면도이다.
도 5는 산화 바나듐의 온도 변화에 따른 저항 값을 나타낸 그래프이다.
도 6은 산화 바나듐의 압력 변화에 따른 전기전도도를 나타낸 그래프이다.
도 7 및 도 8는 도 3의 연기 센서와, 기준 센서를 각각 나타낸 단면도들이다.
도 9 및 도 10은 도 3의 연기 감지부 및 연기 레벨 측정부를 나타내는 회로도들이다.
도 11은 연기 센서에 연결된 제 1 비교기의 출력 전압을 나타내는 그래프이다,
도 12는 연기 센서 및 기준 센서에 연결된 제 1 비교기의 출력전압을 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 응용예에 따른 온도 연기 복합 경보 장치를 나타내는 블록 다이아 그램이다.
도 14는 본 발명의 다른 응용예에 따른 온도 연기 복합 경보장치를 나타내는 블록 다이아 그램이다.
도 15 내지 도 17은 연기 감지부를 나타내는 도면들이다.
도 18은 도 14의 회로도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. 이에 더하여, 본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 온도 연기 복합 경보장치를 개략적으로 나타낸 블록 다이아 그램이다. 도 4는 도 3의 연기 센서(10)와 기준 센서(20)의 스택 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 온도 연기 복합 경보장치는, 서로 이격하는 제 1 및 제 2 전극들(16, 18) 사이에 형성된 온도 감응형 연기 감지 부분(22)을 구비한 연기 센서(10)와 기준 센서(20)를 포함할 수 있다. 온도 감응형 연기 감지 부분(22)은 기판(12) 또는 버퍼 부분(14) 상에 배치될 수 있다. 온도 감응형 연기 감지 부분(22)은 설정된 온도에서 저항이 가변되는 금속-절연체 전이 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속-절연체 전이 물질은 산화 바나듐을 포함할 수 있다. 산화 바나듐은 상온에서 온도가 변화될 때, 저항이 급격하게 감소될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 온도 연기 복합 경보장치는 안전성과 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있다.
밀폐된 공간에서 화재가 발생되면 가열된 주위의 공기가 상승하여 대류 현상이 일어난다. 또한, 주위의 물건들이 타면서 생성되는 이산화 탄소 및 수증기를 포함한 고온의 연기가 발생된다. 또한, 화재 시 밀폐된 공간 내에서 공기의 가열에 의한 부피 팽창으로 압력이 상승될 수 있다. 금속-절연체 전이 물질은 임계온도 이하에서 전기를 통하지 않는 절연체와 같은 부도체가 되고, 임계온도 이상에서 전기를 흘리는 금속과 같은 도체가 될 수 있다. 또한, 금속-절연체 전이 물질은 압력의 증가에 따라 저항이 감소되고 전기전도도가 증가될 수 있다.
도 5는 산화 바나듐의 온도 변화에 따른 저항 값을 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 산화 바나듐은 온도에 따라 저항이 지수 함수적으로 감소될 수 있다. 여기서, 가로축은 온도의 변화를 나타내고, 세로축은 저항 값을 나타낸다. 예를 들어, 산화 바나듐은 약 65℃(338K)정도에서 저항이 지수 함수적으로 감소될 수 있다.
도 6은 산화 바나듐의 압력 변화에 따른 전기전도도를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 산화 바나듐은 압력의 증가에 따라 전기 전도도가 증가될 수 있다. 여기서, 가로축은 바이어스 에너지에 대응되는 전자기파의 주파수(w)이고, 세로축은 전기 전도도를 나타낸다. 산화 바나듐은 0.2GPa, 2.0GPa, 4.6GPa, 5.9GPa, 8.4GPa, 10.1GPa, 11.9GPa, 13.9GPa 순차적으로 증가되는 압력에 따라 약 0에서 약 200Ω-1㎝-1정도까지 점진적으로 증가되는 전기 전도도를 가질 수 있다. 또한, 전기 전도도는 전자기파의 주파수에 비례하여 증가될 수 있다. 따라서, 온도 감응형 연기 감지 부분(22)은 온도 및 압력에 따라 저항이 감소되고 전기 전도도가 증가되는 산화 바나듐을 포함할 수 있다.
금속-절연체 전이 물질은 저농도의 정공이 첨가된 p형 Si, Ge, Al, As, Sb, B, N, Ga, P, In, Te, Ag, Cd, Zn, Pb, S, Bi, K, H, Be, O 또는 C의 개별 원소 혹은 상기 원소들로 구성된 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 그리고 저농도의 정공이 첨가된 p형 산화물 반도체인 Y, Pr, Ba, Cu, La, Sr, Ti, V, Ca, Fe, W, Mo, Nb, Al, Hf, Ta, Zr, La, Pd, O 원소 혹은 상기 원소들로 구성된 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 또한 저 농도의 정공이 첨가된 Fe, S, Sm, Se, Te, Eu, Si, Mn, Co, B, H, Li, Ca, Y, Ru, Os, P, As, P, Ir,Ti, Zr, Hf, Mo, Te, Tc, Re, Rh, Pt, Yb, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, 뗘, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu, O 혹은 C 원소, 전이, 희토류 및 란탄계 원소 혹은 상기 원소들로 구성된 반도체를 포함할 수 있다. 기판(12)은 실리콘 단결정, 또는 사파이어를 포함할 수 있다. 실리콘 단결정의 기판(12)과 금속-절연체 전이 물질의 온도 감응형 연기 감지 부분(22)사이에 버퍼 부분(14)이 배치될 수 있다. 버퍼 부분(14)은 산화실리콘(SiO2), 질화 실리콘(SiN), 산질화 실리콘(SiON)을 포함할 수 있다.
도 7 및 도 8는 도 3의 연기 센서(10)와, 기준 센서(20)를 각각 나타낸 단면도들이다.
도 3 내지 도 8을 참조하면, 연기 센서(10)는 연기 입자들이 접촉되는 온도 감응형 연기 감지 부분(22)이 외부로 노출되는 개방구(23)를 갖는 캔 타입 패키지(24)를 포함할 수 있다. 캔 타입 패키지(24)는, 제 1 및 제 2 전극들(16, 18)에 연결되고 개방구(23)에 대향되는 방향으로 인출되는 리드들(17)을 인출시킬 수 있다. 캔 타입 패키지(24)는 충진 재(15)에 의해 제 1 및 제 2 전극들(16, 18)과 리드들(17)로부터 절연될 수 있다. 캔 타입 패키지(24)는 기판(12) 및 버퍼 부분(14)을 밀봉시킬 수 있다. 연기 센서(10)는 연기 박스(19) 내에 배치될 수 있다.
기준 센서(20)는 온도 감응형 연기 감지 부분(22)을 밀폐시키는 몰드 타입 패키지(26)를 포함할 수 있다. 몰드 타입 패키지(26)는 기준 센서(20)의 온도 감응형 연기 감지 부분(22)을 밀봉시킬 수 있다. 이때, 몰드 타입 패키지(26)는 온도 감응형 연기 감지 부분(22)에 접촉될 수 있다. 몰드 타입 패키지(26)는 온도 감응형 연기 감지 부분(22)과 화학반응되지 않는 고분자 또는 베리어 부분의 클리어 화합물을 포함할 수 있다. 리드들(17)은 몰드 타입 패키지(26) 내부에서 제 1 및 제 2 전극들(16, 18)에 연결될 수 있다. 또한, 리드들(17)은 상기 몰드 타입 패키지(26)의 내부로 외부로 인출될 수 있다. 기준 센서(20)는 연기 센서(10)와 동일한 공간 내에 배치될 경우, 연기 센서(10)와의 온도 차에 대응되는 전압 차를 보상할 수 있다. 연기 센서(10)과 기준 센서(20)는 연기 감지부(30)가 될 수 있다.
도 9 및 도 10은 도 3의 연기 레벨 측정부의 제 1 비교기를 나타내는 회로도들이다.
도 3 및 도 9를 참조하면, 연기 레벨 측정부(40)는 연기 감지부(30)의 제 1 및 제 2 연기 감지 신호들(IN1, IN2)를 입력받아 제 1 및 제 2 연기 레벨 측정 신호들(M1, M2)을 생성할 수 있다. 연기 레벨 측정부(40)는 제 1 비교기(42)와, 제 2 비교기(44)를 포함할 수 있다. 제 1 비교기(42)는 연기 센서(10) 및 기준 센서(20)의 제 1 및 제 2 연기 감지 신호들(IN1, IN2)의 차이에 대응되는 전압 차를 획득할 수 있다. 제 1 비교기(42)는 연기 센서(10)에서 연기의 존재 유무를 제 2 비교기(44) 또는 감지 제어부(50)에 제공할 수 있다. 제 1 비교기(42)는 차동 증폭기를 포함할 수 있다. 차동 증폭기는 전류 미러 타입 또는 크로스 커플드 타입을 가질 수 있다.
전류 미러 타입 차동 증폭기(도 9 참조)는 제 1 및 제 2 바이폴라 트랜지스터들(Q1, Q2)과, 제 1 및 제 2 저항들(R1, R2)을 포함할 수 있다. 연기 센서(10)는 제 1 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 베이스에 연결될 수 있다. 기준 센서(20)는 제 2 바이폴라 트랜지스터(Q2)의 베이스에 연결될 수 있다. 제 1 및 제 2 바이폴라 트랜지스터들(Q1, Q2)의 콜렉터들은 접지되고, 이미터들은 제 1 및 제 2 노드들(N1, N2)에 각각 연결될 수 있다. 제 1 및 제 2 노드들(N1, N2)은 제 1 및 제 2 저항들(R1, R2)에 각각 연결되고, 제 1 및 제 2 출력단(Vout1, Vout2)이 될 수 있다. 제 2 저항(R2)은 제 1 저항(R1)의 저항값과 동일하거나 다른 저항값으로 설정되는 가변저항이 될 수 있다. 제 1 저항(R2)은 연기 센서(10)의 초기 세팅 시에 상기 연기 센서(10)와 기준 센서(20)의 저항값들의 차이를 보상시킬 수 있다. 제 1 출력단(out1)은 제 1 노드(N2)에 연결되고, 제 2 출력단(out2)은 제 2 노드(N2)에 연결될 수 있다. 제 1 출력단(out1)은 연기 센서(10)의 제 1 연기 감지 신호(IN1)에 응답하여 제 1 출력 전압(Vout1)을 출력한다. 제 2 출력단(out2)은 기준 센서(20)의 제 2 연기 감지 신호(IN2)에 응답하여 제 2 전압(Vout2)을 출력한다. 제 1 비교기(42)는 제 1 출력 전압(Vout1)과 제 2 출력 전압(Vout2)의 차에 대응되는 제 1 연기 레벨 측정 신호(M1)를 제 2 비교기(44)에 출력할 수 있다.
연기 센서(10) 및 기준 센서(20)에서 유사한 레벨의 제 1 및 제 2 연기 감지 신호들(IN1, IN2)가 출력되면, 제 1 비교기(42)는 0V정도의 제 1 연기 레벨 측전 신호(M1)를 제 2 비교기(44)에 출력할 수 있다. 반면, 연기 센서(10)에서 연기가 감지되어 연기 센서(10)와 기준 센서(20) 서로 다른 레벨의 제 1 및 제 2 연기 감지 신호들(IN1, IN2)이 출력되면, 제 1 비교기(42)는 0V 보다 높은 제 1 연기 레벨 측정 신호(M1)를 제 2 비교기(44)에 출력할 수 있다.
따라서, 전류 미러 타입의 차동 증폭기는 제 1 출력단(out1), 또는 제 2 출력단(out2)으로 출력되는 제 1 출력 전압(Vout1)과 제 2 출력 전압(Vout2)의 차이에 대응되는 제 1 연기 레벨 측정 신호(M1)를 제 2 비교기(44)에 제공할 수 있다.
표 1은 20cm정도의 길이를 갖는 관(tube)으로 이루어진 연기 박스(19)에 담배 연기를 주입한 후 약 30초 정도에 계측된 제 1 출력단(out1)의 전류를 나타낸다.
표 1
| 연기센서(10) | 연기 주입전 | 연기주입후 30초경과 | 변화값 | |||
| 전류(mA) | 온도(℃) | 전류(mA) | 온도(℃) | 전류(mA) | 온도(℃) | |
| 소자 1 | 4.62 | 22 | 4.85 | 26 | +0.23 | +4 |
| 소자 2 | 15.1 | 22 | 15.87 | 25 | +0.77 | +3 |
| 소자 3 | 3.2 | 23 | 3.25 | 25 | +0.05 | +2 |
| 소자 4 | 7.7 | 23 | 7.94 | 25 | +0.24 | +2 |
여기서, 연기 센서(10)는 온도 감응형 연기 감지 부분(22)의 종류에 따라 감지능이 서로 다른 소자 1 내지 소자 4를 포함할 수 있다. 제 1 출력단(out1)은 소자 1 내지 소자 4에서 연기를 감지할 때, 그 전의 스탠바이 상태보다 약 .05mA 내지 약 0.77mA정도 높은 전류를 출력할 수 있다. 이때, 소자 1 내지 소자 4는 연기를 감지하면 약 2도 내지 3도 정도의 온도가 상승될 수 있다. 연기 박스(19)는 연기에 독립적으로 노출되도록 기준 센서(20)와 분리된 별도의 공간이 될 수 있다.
표 2는 35cm정도의 길이를 갖는 관으로 이루어진 연기 박스(19)에 모기향 연기를 주입하기 전과, 주입 후의 30초 및 1분 후에 제 1 출력단(out1)으로 출력되는 제 1 출력 전압(Vout1)을 나타낸다.
표 2
| 연기센서 (10) | 제 2 저항(R2) | 기준 센서(20)의 저항 | 연기 주입전 | 연기 주입 후 | |
| 스탠바이 상태의 제 1 출력전압(mV) | 30초 후 제 1 출력전압 (mV) | 1분 후 출력전압(V) | |||
| 소자 1 | 9.8 MW | 765KW | 2 | 86 | 2.96 |
| 소자 2 | 1.8 MW | 765KW | 10 | 2500 (2.5V) | 3.60 |
여기서, 소자 1의 연기 센서(10)는 제 2 저항(R2)이 9.8 MW정도의 저항 값을 갖고, 기준 센서(20)가 약 765KW 정도의 저항을 가질 수 있다. 또한, 소자 2의 연기 소자(10)는 제 2 저항(R2)이 1.8 MW정도의 저항을 갖고, 기준 센서(20)가 약 765KW 정도의 저항을 가질 수 있다. 제 1 비교기(42)는 소자 1의 연기 센서(10)에서 모기향 연기의 감지 전인 스탠바이 상태에 제 1 출력단(out1)으로 약 2mV정도의 제 1 출력 전압(Vout1)을 출력할 수 있다. 모기향 연기 주입 약 30 초 후에 약 86mV 정도의 제 1 출력 전압(Vout1)을 출력하고, 1분 후에 약 2.96V정도의 제 1 출력 전압(Vout1)을 출력할 수 있다. 이때, 제 2 출력 전압(Vout1)은 약 2mV정도일 수 있다. 제 1 출력 전압(Vout1)은 연기가 감지된 후부터 제 2 출력 전압(Vout1)에 비해 과도하게 증가되기 때문에 제 1 연기 레벨 측정 신호(M1)에 대응될 있다.
또한, 제 1 비교기(42)는 소자 2의 연기 센서(10)의 스탠바이 상태에서 제 1 출력단(out1)으로 약 10mV 정도의 제 1 출력전압(Vout1)을 출력할 수 있다. 제 1 비교기(42)는 모기향 연기 주입 약 30 초 후에 제 1 출력단(out1)으로 약 2.5V정도의 제 1 출력 전압(Vout1)을 출력하고, 1분 후에 약 3.6V정도의 제 1 출력 전압(Vout1)을 출력할 수 있다. 따라서, 온도 감응형 연기 감지 부분(22)을 포함하는 연기 센서(10)는 연기를 감지할 수 있다. 또한, 제 1 비교기(42)는 연기 센서(10)의 제 1 연기 감지 신호(IN1)로부터 생성된 제 1 연기 레벨 측정 신호(M1)를 제 2 비교기(44)에 출력할 수 있다.
도 11은 연기 센서(10)에 연결된 제 1 비교기(42)의 출력 전압을 나타내는 그래프이다,
도 9 및 도 11을 참조하면, 제 1 비교기(42)는 연기 센서(10)에서 연기의 농도에 비례하여 불규칙적으로 강하되는 제 1 연기 레벨 측정 신호(M1)를 제 1 비교기(42)에 출력할 수 있다. 여기서, 제 1 비교기(42)는 기준 센서(20), 제 2 저항(R2), 및 제 2 바이폴라 트랜지스터(Q2)가 생략된 증폭기가 될 수 있다. 즉, 제 1 비교기(42)는 연기 센서(10)에 베이스가 연결된 제 1 바이폴라 트랜지스터(Q1)와, 상기 제 1 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 연결된 제 1 저항(R1)만을 포함할 수 있다. 그래프의 좌측 세로 축은 전압 강하를 나타내고, 우측 세로축은 연기의 온도 및 농도를 나타내고, 가로 축은 연기의 온도 및 농도를 증가시키면서 수행된 실험의 횟수를 나타낸다. 약 39℃ 및 약 40℃ 정도의 연기 박스(19) 내에 약 2% 내지 32% 정도의 연기가 연기 박스(19)에 주입되면, 제 1 비교기(42)는 제 1 출력단(out1)으로 약 4.75V에서 약 4.65V정도로 감소되는 제 1 연기 레벨 측정 신호(M1)를 출력할 수 있다. 이때, 연기의 농도가 2%에서 5%로 증가되면, 제 1 연기 레벨 측정 신호(M1)는 4.75V에서 4.68V까지 급격하게 감소될 수 있다. 반면, 연기의 농도가 15%에서 32%까지 증가될 때, 제 1 연기 레벨 측정 신호(M1)는 4.6V에서 4. 5V까지 완만하게 감소될 수 있다. 제 1 비교기(42)는 연기의 농도의 변화에 따라 불규칙적인 기울기로 감소되는 전압의 제 1 연기 레벨 측정 신호(M1)를 출력할 수 있다. 또한, 제 1 연기 레벨 측정 신호(M1)는 연기 센서(10)로부터 생성된 제 1 연기 감지 신호(IN1)에 매칭되지 않을 수 있다. 이는 제 1 연기 레벨 측정 신호(IN1)가 연기 센서(10)의 온도 변화에 따른 노이즈를 포함할 수 있기 때문이다.
도 12는 연기 센서(10) 및 기준 센서(20)에 연결된 제 1 비교기(42)의 출력전압을 나타낸 그래프이다.
도 9 및 도 12를 참조하면, 제 1 비교기(42)는 연기 센서(10)에서 감지되는 연기의 농도에 따라 규칙적으로 반비례하는 제 1 연기 레벨 측정 신호(M1)를 출력할 수 있다. 여기서, 좌측 세로 축은 전압 강하를 나타내고, 우측 세로축은 연기의 온도 및 농도를 나타내고, 가로 축은 연기의 온도 및 농도를 증가시키면서 수행된 실험의 횟수를 나타낸다. 또한, 연기 센서(10)와 기준 센서(20)의 온도는 동일하게 증감될 수 있다. 제 1 비교기(42)는 기준 센서(20)에서 입력되는 제 2 연기 감지 신호(IN2)로부터 연기의 온도에 따른 노이즈가 제거될 수 있다. 예를 들어, 연기 박스(19) 내에 약 2% 내지 35%정도의 연기가 주입되면 제 1 비교기(42)는 9mV에서 3mV까지 순차적으로 감소되는 전압의 제 1 연기 레벨 측정 신호(M1)를 출력할 수 있다. 제 1 연기 레벨 측정 신호(M1)는 약 0.25정도의 기울기를 가질 수 있다. 따라서, 연기 감지부(20)는 연기 센서(10)의 온도 변화에 대응되는 노이즈를 제거하기 위해 상기 연기 센서(10)과 동일한 온도 감응형 연기 감지 부분(22)을 갖는 기준 센서(20)를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 10을 참조하면, 크로스 커플드 타입의 차동 증폭기는 대칭적으로 연결된 제 1 및 제 2 바이폴라 트랜지스터들(Q1, Q2)과, 제 1 및 제 2 PMOS들(PM1, PM2)과, 제 1 및 제 2 저항들(R1, R2)을 포함할 수 있다. 연기 센서(10)는 제 1 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 베이스에 연결될 수 있다. 제 1 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 콜렉터는 접지되고, 제 1 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 이미터는 제 3 노드(N3)에 연결될 수 있다. 제 3 노드(N3)에는 제 1 PMOS(PM1)의 드레인과 제 2 PMOS(PM2)의 게이트와, 제 3 출력단(out3)이 연결될 수 있다. 제 1 PMOS(PM1)의 게이트는 제 2 PMOS(PM2)의 드레인과 제 2 바이폴라 트랜지스터(Q2)의 이미터 사이의 제 4 노드(N4)에 연결될 수 있다. 제 1 PMOS(PM1)의 소스는 제 1 저항(R1)을 통해 전원전압(Vcc)을 인가 받을 수 있다. 마찬가지로, 기준 센서(20)는 제 2 바이폴라 트랜지스터(Q2)의 베이스에 연결될 수 있다. 제 2 바이폴라 트랜지스터(Q2)의 콜렉터는 접지되고, 이미터는 제 4 노드(N4)에 연결될 수 있다. 제 4 노드(N4)에는 제 1 PMOS(PM1)의 게이트와, 제 2 PMOS(PM2)의 드레인과, 제 4 출력단(out4)이 연결될 수 있다. 스탠바이 상태에서는 제 3 출력단(out3) 및 제 4 출력단(out4)으로 동일 레벨의 전압이 출력될 수 있다. 연기 센서(10)에서 연기가 감지되면 제 3 출력단(out3) 및 제 4 출력단(out4)에 서로 다른 레벨의 전압이 출력될 수 있다. 연기 센서(10)에 연기가 감지되어 제 1 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 베이스의 전압이 증가될 수 있다. 제 1 PMOS(PM1)가 오프 상태에서 제 1 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 콜렉터와 이미터간의 전류가 증가함으로서 제 3 출력단(out3)으로 낮은 전압이 출력될 수 있다. 또한, 제 3 출력단(out3)과 연동되어 제 2 PMOS(PM2)가 턴온되고, 제 4 출력단(out4)으로 제 3 출력단(out3)보다 상대적으로 높은 전압이 출력될 수 있다. 제 3 출력단(out3) 및 제 4 출력단(out4)으로 출력되는 전압의 차이는 제 1 연기 레벨 측정 신호가 될 수 있다.
제 2 비교기(44)는 제 1 연기 레벨 측정 신호(M1)와 기준 신호를 비교하여 제 2 연기 레벨 측정 신호(M2)를 생성할 수 있다. 제 2 비교기(44)는 연산 증폭기를 포함할 수 있다. 제 2 연기 레벨 측정 신호(M2)는 감지 제어부(50)에 연기의 농도에 대한 정보를 제공할 수 있다.
감지 제어부(50)는 제 2 연기 레벨 측정 신호(M2)를 이용하여 화재 발생을 판단하고 화재 경보 신호를 생성할 수 있다. 감지 제어부(50)는 제 2 비교기(44)에서 입력되는 제 2 연기 레벨 측정 신호(M2)로부터 연기의 농도를 판단할 수 있다. 통신부(60)는 감지 제어부(50)으로부터 출력되는 화재 경보 신호를 유무선으로 알람 장치 또는 휴대 단말기에 출력할 수 있다. 감지 제어부(50) 및 통신부(60)는 퍼스널 컴퓨터를 포함할 수 있다. 특히, 통신부(60)는 기지국, 중계기, 라우터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 사용자로 하여금 화재 상태를 인지시키기 위해 통신부(60)는 중계기를 통해 스마트 폰과 같은 휴대용 단말기에 화재 경보 신호를 출력할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 온도 연기 복합 경보 장치는 연기 감지기보다 높은 안전성을 갖고 저렴하기 때문에 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있다.
도 13은 본 발명의 응용예에 따른 온도 연기 복합 경보 장치를 나타내는 블록 다이아 그램이다.
도 13 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 응용예에 따른 온도 연기 복합 경보장치는, 연기 감지부(30)의 제 1 및 제 2 연기 감지 신호들(IN1, IN2)를 입력받아 연기 발생의 유무를 판별하고, 외부 장치(80)에 화재 경보 신호를 출력하는 마이크로 제어부(MICOM or microcontroller, 70)를 포함할 수 있다. 연기 감지부(30)는 연기 센서(10) 및 기준 센서(20)를 포함할 수 있다. 연기 센서(10) 및 기준 센서(20)들은 온도 감응형 연기 감지 부분(22)을 포함할 수 있다.
마이크로 제어부(70)는 A/D 컨버터(Analog to Digital converter, 72)와, 연산 처리부(mirco processing unit, 74), 및 통신부(60)를 포함할 수 있다. A/D 컨버터(72)는 연기 센서(10) 및 기준 센서(20)에서 출력되는 아날로그 신호의 제 1 및 제 2 연기 감지 신호들(IN1, IN2)을 디지털 신호들로 변환하여 연산 처리부(74)에 전송할 수 있다. A/D 컨버터(72)는 제 1 및 제 2 연기 감지 신호들(IN1, IN2)의 노이즈를 줄일 수 있다. A/D 컨버터(72)는 연기 센서(10) 및 기준 센서(20)으로부터 일정 시간을 주기로 제 1 및 제 2 연기 감지 신호들(IN1, IN2)을 샘플링할 수 있다.
연산 처리부(74)는 연기 센서(10) 및 기준 센서(20)의 제 1 및 제 2 연기 감지신호들(IN1, IN2)을 비교 분석하고, 화재 경보 신호를 생성할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 연산 처리부(74)는 레스터, 연산 회로, 및 제어 회로를 갖는 마이크로 중앙 처리 장치(CPU)를 포함할 수 있다. 통신부(60)는 연산 처리부(64)로부터 출력되는 화재 경보 신호를 유무선으로 외부 장치(80)에 출력할 수 있다.
따라서, 본 발명의 응용예에 따른 온도 연기 복합 경보장치는 마이크로 제어부(60)을 포함하기 때문에 초소형화될 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 응용예에 따른 온도 연기 복합 경보장치를 나타내는 블록 다이아 그램이다. 도 15 내지 도 17은 연기 감지부를 나타내는 도면들이다. 도 18은 도 14의 회로도면이다.
도 4와, 도 14 내지 도 18을 참조하면, 본 발명의 다른 응용예에 따른 온도 연기 복합 경보장치는, 서로 이격하는 제 1 및 제 2 전극들(16, 18) 사이에 형성된 온도 감응형 연기 감지 부분(22)을 구비한 하나의 연기 센서(10)를 포함할 수 있다. 온도 감응형 연기 감지 부분(22)은 설정된 온도에서 저항이 가변되는 금속-절연체 전이 물질을 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 연기 센서(10)는 제 1 및 제 2 전극들(16, 18)에 대응되는 콜렉터와 이미터를 갖는 PNP 또는 NPN 중 어느 하나의 바이폴라 트랜지스터를 포함할 수 있다. 연기 감지부(30)는 연기뿐만 아니라, 전력 시스템의 파워 소자의 온도를 감지할 수 있다. 파워 소자는 파워 트랜지스터 또는 파워 LED를 포함할 수 있다. 또한, 마이크로 제어부(70)는 파워 소자의 발열을 제어하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 하나의 연기 센서(10)로 구성된 연기 감지부(30)는 다음과 같이 설명될 수 있다.
도 15을 참조하면, 상기 연기 감지부(30)는 센서(10)의 출력을 이용하여 센서 입력 바이어스(IN1)로 연결된 전압강하 출력단(OU1)의 감지 출력 레벨을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 연기 감지부(30)는 연기 센서(10)에 병렬로 연결되는 제 3 저항(R3)과 상기 연기 센서(10)의 연기 감지 신호를 증폭 시키는 제 3 바이폴라 트랜지스터(T3)을 포함할 수 있다. 제 3 저항(R3)은 센서 입력 바이어스(IN1)와 상기 전압강하 출력단(OU1) 사이에 연결될 수 있다. 연기 센서(10)는 제 3 바이폴라 트랜지스터(T3)의 베이스에 연결될 수 있다. 연기 센서(10)와 제 3 저항(R3)은 I/O 인터페이스와 A/D 컨버터(72) 사이에 병렬로 연결될 수 있다. 제 3 트랜지스터(T3)의 이미터는 상기 전압강하 출력단(OU1)에 연결되고, 콜렉터는 접지단에 연결되고, 베이스는 상기 연기 센서(10)의 출력단(CON1) 연결될 수 있다. 제 3 저항(R3)은 제 3 바이폴라 트랜지스터(T3)의 이미터에 대한 부하일 수 있다. 연기 센서(10)에서 연기 감지 신호가 발생되면, 제 3 바이폴라 트랜지스터(T3)의 콜렉터에서 이미터로 증폭된 전류가 흐를 수 있다.
도 16을 참조하면, 연기 센서(10)는 I/O 인터페이스와 A/D 컨버터(72) 사이에 직접 연결될 수 있다. 이때, 연기 센서(10)의 출력 레벨은 감지 출력 레벨에 대응될 수 있다. 또한, 연기 센서(10)의 출력 레벨은 다른 I/O 인터페이스의 입력 신호에 응답하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 연기 감지부(30)는 상기 연기 센서(10)의 출력단(OU2)과 접지단 사이에 이미터와 콜렉터가 연결되고, I/O 인터페이스에 베이스가 연결된 제 4 바이폴라 트랜지스터(T4)를 포함할 수 있다.
도 17을 참조하면, 상기 연기 감지부(30)는 상기 연기 센서(10) 입력 바이어스에 연결되는 전압 강하 출력단(OU3)의 감지 출력 레벨이 상기 연기 센서(10)의 감지 동작 민감도에 의존하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 연기 감지부(30)는 전원전압 공급부(90)에서부터 연결된 I/O인터페이스와, 접지단 사이에 직렬로 연결된 제 5 저항(R5)과, 연기 센서(10)를 포함할 수 있다. 제 4 저항(R4)은 연기 센서(10)의 부하 단으로서, 대기 전류를 최소화시킬 수 있다. 연기 센서(10)는 제 5 저항(R5)의 일정한 저항값에 대해 가변되는 가변 저항으로서 동작될 수 있다. A/D 컨버터(72)는 제 5 저항(R5)과, 연기 센서(10) 사이에 연결될 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 응용예에 따른 온도 연기 복합 경보장치는, 하나의 연기 센서(10)로 구성된 연기 감지부(30)를 포함할 수 있다.
도 14 및 도 18을 참조하면, 마이크로 제어부(70)는 대기 상태(wait state)의 연기 센서(10)에서 출력되는 연기 감지 신호로부터 기준 신호를 생성할 수 있다. 연기 센서(10)에서 출력되는 연기 감지 신호는, 일반적인(nomal) 대기 상태와, 연기의 발생 상태에 따라 서로 다른 레벨의 피크들을 가질 수 있다. 마이크로 제어부(70)는 연기 센서(10)의 대기 상태의 연기 감지 신호를 기준 신호로 인식할 수 있다. 마이크로 제어부(70)는 연기 센서(10)로부터 대기 상태보다 높은 레벨을 갖는 연기 감지 신호가 입력되면, 신부(60)를 통해 연기 발생 신호를 외부 장치(80)에 출력할 수 있다.
따라서, 본 발명의 응용예에 따른 온도 연기 복합 경보장치는 실시예의 기준 센서(20)가 생략된 하나의 연기 센서(10)로 이루어진 연기 감지부(30)을 포함할 수 있다.
전원전압 공급부(90)는 마이크로 제어부(70)와, 연기 감지부(30)에 전원전압을 공급할 수 있다. 전원전압 공급부(90)는 직류 성분의 정전압을 제공하기 위한 제 1 다이오드(D1)와, 제 1 및 제 2 커패시터들(C1, C2)과, 교류전압을 직류전압으로 변환하는 하는 브릿지 다이오드 회로(96)를 포함할 수 있다. 브릿지 다이오드 회로(96)는 제 2 제너 다이오드(D2)와, 제 3 내지 제 4 다이오드들(D3, D4, D5, D6)를 포함할 수 있다. 제 2 제너 다이오드(D2)는 외부의 공급 전압이 마이크로 제어부의 요구 전압보다 클 때, 상기 공급 전압을 감압시킬 수 있다. 도시되지는 않았지만, 전원전압 공급부(90)는 전압을 승압 또는 가변압기를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 전원전압 공급부(90)는 외부로부터 약 24V의 입력 전압을 입력받아 마이크로 제어부(70)에 약 3V의 출력전압을 공급할 수 있다.
마이크로 제어부(70)와 연기 센서(10)는 I/O 인터페이스에 의해 연결될 수 있다. 마이크로 제어부(70)는 전원전압 공급부(90)로부터 전원전압을 입력 받을 수 있다. I/O 인터페이스는 마이크로 제어부(70)와 연기 감지부(30)사이에 연결될 수 있다. 마이크로 제어부(70)는 I/O 인터페이스를 통해 연기 감지부(30)에 전달할 수 있다.
도 4 및 도 17을 참조하면, 마이크로 제어부(70)와 전원전압 공급부(90)사이에서 전원전압을 스위칭하는 전원전압 단속부(92)가 배치될 수 있다. 전원전압 단속부(92)는 적정 온도 이상에서 전원전압을 턴온 시키는 온도 센서를 포함할 수 있다. 온도 센서는 금속-절연체 전이 물질을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 금속-절연체 전이 물질은 제 1 전극(16)과 제 2 전극(18) 사이에 배치될 수 있다. 금속-절연체 전이 물질은 일정 온도 이상에서 제 1 전극(16)과, 제 2 전극(18) 사이의 전원전압을 턴온 시킬 수 있다. 때문에, 전원전압 단속부(92)는 대기 전력의 소모를 제거할 수 있다.
정전압 및 잡음 제거 회로(98)는 전원전압 단속부(92)와 마이크로 제어부(70) 사이에 배치될 수 있다. 정전압 및 잡음 제거 회로(98)은 제 7 바이폴라 트랜지스터(T7)와, 제 7 저항(R7), 제 7 제너 다이오드(D7), 및 제 8 저항(R8)을 포함할 수 있다. 제 7 바이폴라 트랜지스터(T7)의 이미터는 전원전압 단속부(92)에 연결되고, 콜렉터는 접지단으로 연결될 수 있다.
전원 전압 공급부(90)는 전원 전압의 공급 상태를 표시하는 표시부(94)를 포함할 수 있다. 표시부(94)는 전원전압 단속부(92)의 턴온 또는 턴오프와 같은 동작 상태를 표시할 수 있다. 표시부(94)는 제 4 및 제 5 트랜지스터(T4, T5)와, 제 5 저항(R5)과, 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 제 4 및 제 5 트랜지스터(T4, T5)는 마이크로 제어부(70)에 의해 제어될 때, 전류를 지속시키는 사이리스트 또는 사이리스트 등가 회로를 포함할 수 있다. 발광 다이오드(LED)는 전원 단속부(92)의 턴온 시에 발광될 수 있다. 통신부(60)는 외부 장치(80)들과 유 무선 통신이 가능하며, 특히, 스마트 폰(smart phone), 또는 아이 폰(i-phone)등과 같은 휴대용 모바일 폰들과 통신될 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 응용예에 따른 온도 연기 복합 경보장치는 안전성과 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (30)
- 제 1 및 제 2 전극들 간에 배치된 온도 감응형 연기 감지 부분을 포함하는 제 1 및 제 2센서들을 이용하여 연기를 감지하기 위해 구성된 연기 감지부;상기 제 1 및 제 2 센서들로부터 출력되는 제 1 및 제 2 연기 감지 신호들간의 차이를 설정 기준 신호와 비교하여 연기 레벨 측정 신호를 생성하는 연기 레벨 측정부; 및상기 연기 레벨 측정 신호를 수신하여 화재 발생 조건에 해당될 때에 화재 경보 신호를 생성하는 감지 제어부를 포함하는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 온도 감응형 연기 감지 부분은 금속-절연체 전이 물질을 포함하는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 센서는 상기 온도 감응형 연기 감응 물질을 상기 연기에 노출시키는 개방구를 갖는 캔 타입 패키지를 포함하는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 센서는 상기 온도 감응형 연기 감응 물질을 밀봉시키는 몰드 타입 패키지를 포함하는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 연기 레벨 측정부는 상기 제 1 및 제 2 연기 감지신호의 차이를 증폭시키는 차동 증폭기를 포함하는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 차동 증폭기는 커런트 미러 타입 또는 크로스 커플드 타입을 포함하는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 1 및 제 2 전극들 간에 배치된 온도 감응형 연기 감지부분을 구비한 센서를 포함하는 연기 감지부; 및상기 연기 감지부의 상기 센서에서 출력되는 연기 감지 신호로부터 화재 경보 신호를 생성하여 외부로 출력하는 마이크로 제어부를 포함하는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 연기 감지 부분은 온도 증가에 따라 저항이 감소하는 금속-절연체 전이 물질을 포함하는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 금속-절연체 전이 물질은 산화바나듐을 포함하는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 센서는 상기 제 1 전극과 제 2 전극에 대응되는 콜렉터 및 이미터를 갖는 NPN 혹은 PNP중 어느 하나의 바이폴라 트랜지스터를 포함하는 온도 연기 복합 경보 장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 센서는 상기 온도 감응형 연기 감응 부분을 노출시키는 개방구를 갖는 캔 타입 패키지를 포함하는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 센서는 상기 온도 감응형 연기 감응 부분을 밀봉시키는 몰드 타입 패키지를 포함하는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 12 항에 있어서,상기 몰드 타입 패키지는 상기 온도 감응형 연기 감지 부분과 화학 반응되지 않는 클리어 화합물을 포함하는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 연기 감지부와 상기 마이크로 제어부에 전원 전압을 공급하는 전원전압 공급부를 더 포함하는 온도 연기 복합 경보 장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 연기 감지부와 상기 마이크로 제어부 사이에 연결된 인풋/아웃풋 인터페이스를 더 포함하는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 15 항에 있어서,상기 연기 감지부는 상기 센서의 출력을 이용하여 센서 입력 바이어스로 연결된 전압강하 출력단의 감지 출력 레벨을 변화시키도록 구성됨을 특징으로 하는 온도연기 복합 경보장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 연기 감지부는 상기 센서 입력 바이어스와 상기 전압강하 출력단 사이에 연결된 저항을 포함하는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 연기 감지부는 상기 전압강하 출력단과 상기 센서의 출력단 사이에 연결된 제 1 트랜지스터를 포함하는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 15 항에 있어서,상기 연기 감지부는 상기 센서의 출력 레벨이 감지 출력 레벨에 대응 되고, 상기 센서의 출력 레벨이 상기 인풋/아웃풋 인터페이스의 입력에 응답하여 조절되도록 구성됨을 특징으로 하는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 연기 감지부는 상기 센서의 출력단과 접지단 사이에 연결되고, 상기 인풋 아웃풋 인터페이스의 입력에 의해 제어되는 제 2 트랜지스터를 포함하는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 15 항에 있어서,상기 연기 감지부는 센서 입력 바이어스에 연결되는 전압 강하 출력단의 감지 출력 레벨이 상기 센서의 감지 동작 민감도에 의존하도록 구성되는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 전원 전압 공급부는 상기 마이크로 제어부의 요구 전압으로 줄이는 제너 다이오드를 포함하는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 전원 전압 공급부는 브릿지 다이오드 회로들을 더 포함하는 온도 연기 복합 경보 장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 전원전압 공급부는 상기 마이크로 제어부에 의해 제어되는 전류의 지속을 유지하는 사이리스트 또는 사이리스트의 등가회로 중 적어도 하나를 포함하는 온도 연기 복합 경보 장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 마이크로 제어부는 상기 화재 경보 신호를 외부에 송수신하는 통신부를 더 포함하는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 25 항에 있어서,상기 통신부는 기지국, 중계기, 라우터 중 적어도 하나를 포함하는 온도 연기 복합 경보장치.
- 제 26 항에 있어서,상기 통신부는 교신하는 휴대용 단말기를 더 포함하는 온도 연기 복합 시스템.
- 제 7 항에 있어서,상기 연기 감지부는 적외선의 전자파를 감지하는 온도 연기 감지 경보장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 연기 감지부는 전력 시스템의 파워 소자의 온도를 감지하는 온도 연기 감지 경보 장치.
- 제 29 항에 있어서,상기 마이크로 제어부는 상기 파워 소자의 발열을 제어하는 제어 신호를 출력하는 온도 연기 경보 장치.
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