[go: up one dir, main page]

WO2018169349A1 - 라디오미터 및 그 동작 방법과 이를 이용한 감시 시스템 - Google Patents

라디오미터 및 그 동작 방법과 이를 이용한 감시 시스템 Download PDF

Info

Publication number
WO2018169349A1
WO2018169349A1 PCT/KR2018/003098 KR2018003098W WO2018169349A1 WO 2018169349 A1 WO2018169349 A1 WO 2018169349A1 KR 2018003098 W KR2018003098 W KR 2018003098W WO 2018169349 A1 WO2018169349 A1 WO 2018169349A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
antenna
radiometer
switch
radiation
voltage level
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2018/003098
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
박정동
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Industry Academic Cooperation Foundation of Dongguk University
Original Assignee
Industry Academic Cooperation Foundation of Dongguk University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020170033894A external-priority patent/KR101871928B1/ko
Priority claimed from KR1020170033895A external-priority patent/KR101828244B1/ko
Application filed by Industry Academic Cooperation Foundation of Dongguk University filed Critical Industry Academic Cooperation Foundation of Dongguk University
Publication of WO2018169349A1 publication Critical patent/WO2018169349A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/56—Photometry, e.g. photographic exposure meter using radiation pressure or radiometer effect
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/46—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using radiation pressure or radiometer effect
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/18—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/12—Actuation by presence of radiation or particles, e.g. of infrared radiation or of ions

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to radiometers and monitoring techniques using the same.
  • the total power radiometer is used as a passive sensor because of its simple structure.
  • the radiometer is used as a fire detection sensor.
  • the radiometer has a problem in that reliability is lowered as a fire detection sensor because the temperature resolution is lowered when the gain characteristic of the components in the radiometer changes with time.
  • a monitoring device that can be used even in bad weather can be implemented by using a sub-millimeter wave (10 GHz to 30 GHz) band or a millimeter wave (30 GHz to 300 GHz) band that has a much longer wavelength than infrared rays.
  • a sub-millimeter wave (10 GHz to 30 GHz) band or a millimeter wave (30 GHz to 300 GHz) band that has a much longer wavelength than infrared rays.
  • the antenna of the radiometer In order for the antenna of the radiometer to have a high gain, the antenna of the radiometer must have a narrow beam width. In this case, the range of the sensing area by the antenna is limited.
  • the antenna gazes as the gaze angle of the antenna changes due to the beam scan due to the material, complex shape, and indoor items of the structure.
  • the reflectance of the target is changed, which may cause a problem such as a change in the magnitude of the voltage output from the microwave radiometer. This soon leads to the generation of false alarms.
  • An embodiment of the present invention is to provide a radiometer, a method of operating the same and a monitoring system using the same that can maintain a constant temperature resolution without a separate noise source.
  • Embodiments of the present invention provide a radiometer capable of efficiently monitoring a structure using a plurality of radiometers having a high gain antenna, a method of operating the same, and a monitoring system using the same.
  • a radiometer includes: a first antenna; A second antenna provided differently in direction of the first antenna from the radiation pattern; A signal processor detecting a voltage level corresponding to a first radiation propagation received from the first antenna and a voltage level corresponding to a second radiation propagation received from the second antenna; And a signal analyzer configured to detect a temperature change of a target to which the first antenna is directed based on the voltage level corresponding to the first radiation propagation and the voltage level corresponding to the second radiation propagation.
  • the first antenna, the radiation pattern direction is installed toward the target to detect the temperature change
  • the second antenna, the radiation pattern direction is an object having an absolute temperature of the same range as the room where the radiometer is installed It may be installed to face.
  • the radiometer includes: a first switch connected to the first antenna and the signal processor, the first switch being turned on according to a switching control signal to transfer the first radiation wave received from the first antenna to the signal processor; A second switch connected to the second antenna and the signal processor, the second switch being turned on according to a switching control signal to transfer second radiation radio waves received from the second antenna to the signal processor; And a switch controller configured to control operations of the first switch and the second switch.
  • the switch controller may be configured to periodically turn on the first switch and the second switch.
  • the period in which the first switch and the second switch are turned on alternately may be set such that a gain change of the radiometer is equal to or less than a preset threshold change value.
  • the temperature resolution ⁇ T of the radiometer may be approximated by the following equation.
  • T SYS equivalent temperature of the entire system of the radiometer
  • ⁇ int time at which the first or second radiation propagates in the integrator in the radiometer
  • ⁇ G SYS change in gain of the overall system of the radiometer during the first switch on since the second switch is on
  • a radiometer for detecting whether a fire occurs by detecting a temperature change of the target; And an alarm device that transmits a fire occurrence signal to the outside when detecting a fire occurrence in the radio meter, the radio meter comprising: a first antenna; A second antenna provided differently in direction of the first antenna from the radiation pattern; A signal processor detecting a voltage level corresponding to a first radiation propagation received from the first antenna and a voltage level corresponding to a second radiation propagation received from the second antenna; And a signal analyzer configured to detect a temperature change of the target to which the first antenna is directed based on the voltage level corresponding to the first radiation propagation and the voltage level corresponding to the second radiation propagation.
  • the first antenna, the radiation pattern direction is installed toward the target to detect the temperature change
  • the second antenna, the radiation pattern direction is an object having an absolute temperature of the same range as the room where the radiometer is installed It may be installed to face.
  • the radiometer includes: a first switch connected to the first antenna and the signal processor, the first switch being turned on according to a switching control signal to transfer the first radiation wave received from the first antenna to the signal processor; A second switch connected to the second antenna and the signal processor, the second switch being turned on according to a switching control signal to transfer second radiation radio waves received from the second antenna to the signal processor; And a switch controller configured to control operations of the first switch and the second switch.
  • the switch controller may be configured to periodically turn on the first switch and the second switch.
  • the period in which the first switch and the second switch are turned on alternately may be set such that a gain change of the radiometer is equal to or less than a preset threshold change value.
  • a method of operating a radiometer in accordance with one disclosed embodiment is a method performed in a computing device having one or more processors and a memory storing one or more programs executed by the one or more processors, the first antenna Detecting a voltage level corresponding to the first radiation propagation received from the device; Detecting a voltage level corresponding to second radiation propagation received from a second antenna having a different direction of radiation pattern from the first antenna; And detecting a temperature change of a target to which the first antenna is directed based on the voltage level corresponding to the first radiation propagation and the voltage level corresponding to the second radiation propagation.
  • the first antenna, the radiation pattern direction is installed toward the target to detect the temperature change
  • the second antenna, the radiation pattern direction is an object having an absolute temperature of the same range as the room where the radiometer is installed It may be installed to face.
  • the method of operating the radiometer further includes controlling an operation of a first switch connected to the first antenna and a second switch connected to the second antenna, and the controlling of the radiometer comprises: And the second switch may be periodically turned on alternately.
  • the period in which the first switch and the second switch are turned on alternately may be set such that a gain change of the radiometer is equal to or less than a preset threshold change value.
  • a plurality of monitoring systems may be disposed at predetermined intervals within a predetermined distance from a structure, and each of the plurality of output voltages may generate an output voltage corresponding to a brightness temperature of an object inside or outside the structure.
  • Microwave radiometers and a server configured to receive signals related to the output voltage from the plurality of microwave radiometers, and to determine whether the object is a person or a flame from a pattern of signals related to the output voltage for each microwave radiometer over time. It includes.
  • the microwave radiometer may include an antenna for sensing a brightness temperature of the object, and the antenna may have a beam width below a threshold value so that the antenna has a gain equal to or greater than a set value.
  • Each of the antennas may be fixed to the microwave radiometer to face different areas located inside or outside the structure.
  • the server may determine that the object is a person when output voltages of a predetermined magnitude or more are sequentially detected by two or more microwave radio meters disposed adjacent to each other.
  • the server sequentially connects positions of regions corresponding to each of the microwave radiometers on which the output voltage of the set magnitude or more is detected according to the detection order of the output voltage of the set magnitude or more. I can understand the movement line.
  • the server may determine that the object is a flame when an output voltage of a predetermined magnitude or more is continuously detected for a predetermined time in two or more microwave radiometers.
  • the server may transmit a notification message to the manager terminal.
  • the microwave radiometer may be disposed outside the structure.
  • the structure may be a non-metal structure surrounding the object by an outer wall.
  • the first antenna is installed toward the target
  • the second antenna is installed toward an object having the same or similar absolute temperature as the room, and alternately radiates from the first antenna and the second antenna at predetermined intervals.
  • the radiometer according to the disclosed embodiment can ignore the effect of the gain change in the radiometer's temperature resolution without a separate noise source, so that the temperature resolution can be kept constant while being cheap and simple. do.
  • the duty ratio (D) of the first switch it is possible to adjust the temperature resolution of the radiometer.
  • a fire generated in the wood structure cannot be easily detected by a conventional infrared fire detection device, but according to embodiments of the present invention, structure monitoring In the case of the system, a microwave radiometer can be used to easily detect fires in wooden structures, and the fire detection will not be affected by weather such as bad weather.
  • the intrusion of the structure is detected through a microwave radiometer outside the structure, and the intruder disables the monitoring device because the intruder is physically isolated from the monitoring device, that is, the microwave radiometer. There is an advantage that can not be.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a radiometer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing the configuration of a fire detection system using a radiometer according to an embodiment of the present invention
  • 3 and 4 schematically show a structure monitoring system according to other embodiments of the present invention.
  • FIG 5 is a view for explaining the antenna 204 of the ultra-high frequency radio meter 202 in another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an exemplary view showing a pattern of a signal relating to an output voltage for each ultra-high frequency radio meter 202 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an exemplary diagram for describing a process of identifying a moving line of a person according to the pattern of signals shown in FIG. 6 in the server 206 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 8 is another exemplary view showing a pattern of a signal relating to an output voltage of each microwave radio meter 102 in another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a structure monitoring method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating and describing a computing environment including a computing device suitable for use in example embodiments.
  • the terms "transfer”, “communication”, “transmit”, “receive” and other similar meanings of signals or information are not only meant to directly convey the signal or information from one component to another. It also includes passing through other components.
  • “transmitting” or “sending” a signal or information to a component indicates the final destination of the signal or information and does not mean a direct destination. The same is true for the "reception” of a signal or information.
  • that two or more pieces of data or information are "related” means that if one data (or information) is obtained, at least a portion of the other data (or information) can be obtained based thereon.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another component.
  • first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a radiometer according to an embodiment of the present invention.
  • the radiometer 100 includes a first antenna 102, a second antenna 104, a first switch 106, a second switch 108, a first signal processor 110, and a second antenna.
  • the signal processor 112, the signal analyzer 114, and the switch controller 116 may be included.
  • the first antenna 102 may be installed toward a target (predetermined region or object) to detect a temperature change through the radiometer 100.
  • the first antenna 102 may be installed toward the target to monitor the fire occurrence through the radiometer 100.
  • the second antenna 104 is a sub-antenna, and may be installed toward an object (eg, a wall surface of the room) 10 having an absolute temperature in the same range as that of the room where the radiometer 100 is installed.
  • the absolute temperature of the range of identity may not only be exactly the same numerically, but also include a temperature within a preset error range. That is, in the disclosed embodiment, the radiation pattern of the first antenna 102 is directed through the radiometer 100 toward the target to be detected a temperature change, and the radiation pattern of the second antenna 104 is radiometer ( 100 may be installed to face an object having an absolute temperature in the same range as the installed room.
  • the first switch 106 may be provided between the first antenna 102 and the first signal processor 110.
  • the first contact point of the first switch 106 may be connected to the first antenna 102, and the second contact point of the first switch 106 may be connected to an input terminal of the first signal processing unit 110.
  • the first switch 106 may be operated by the control of the switch controller 116.
  • the first switch 106 transmits the radio wave received from the first antenna 102 according to the switching control signal of the switch controller 116 (hereinafter, referred to as a first radiation wave) to the first signal processor 110. Can be delivered to.
  • the second switch 108 may be provided between the second antenna 104 and the first signal processor 110.
  • the first contact of the second switch 108 may be connected to the second antenna 104, and the second contact of the second switch 108 may be connected to an input terminal of the first signal processor 110.
  • the second switch 108 may be operated by the control of the switch controller 116.
  • the second switch 108 transmits the radiation propagation (hereinafter, referred to as a second radiation propagation) received from the second antenna 104 according to the switching control signal of the switch controller 116. Can be delivered to.
  • the first switch 106 and the second switch 108 may alternately transfer the first radiation wave and the second radiation wave to the first signal processor 110 under the control of the switch controller 116.
  • the first radiation propagation and the second radiation propagation are signal processed through the same channel (that is, the first signal processing unit 110 and the second signal processing unit 112).
  • the first signal processor 110 may be included in the radiation wave received from the first antenna 102 (ie, the first radiation wave) or the radiation wave received from the second antenna 104 (ie, the second radiation wave). The noise may be removed and the frequency of the first radiation propagation or the second radiation propagation may be down converted.
  • the first signal processor 110 may be implemented as a low noise block downconverter (LBN) module.
  • LBN low noise block downconverter
  • the first signal processing unit 110 may include a low noise amplifier (LNA) 110a for low noise amplifying the first radiation wave or the second radiation wave, a first radiation wave output from the LNA 110a, or a first signal.
  • LNA low noise amplifier
  • a mixer 110b for downconverting the frequency of the two radiation radio waves, and a phase locked loop (PLL) 110c for generating a local oscillator (LO) signal to the mixer 110b. Since the first signal processor 110 is already known, a detailed description thereof will be omitted.
  • LNA low noise amplifier
  • PLL phase locked loop
  • the second signal processor 112 band-pass filters a power signal proportional to the first radiation propagation or a power signal proportional to the second radiation propagation output from the first signal processor 110 and detects a voltage level corresponding thereto. can do.
  • the second signal processor 112 is a buffer for receiving the down-frequency converted power signal proportional to the first radiation or the down-frequency converted power signal in proportion to the second radiation (from the mixer 110b) 112a), a band pass filter 112b for filtering the power signal for the first radiation propagation or the power signal for the second radiation propagation output from the buffer 112a, the downward proportional to the first radiation propagation or the second radiation propagation
  • the detector 112c may detect a voltage level corresponding to each frequency-converted power signal
  • the integrator 112d may accumulate an output voltage of the detector by a first radiation propagation or a second radiation propagation for a predetermined time. . Since the second signal processor 112 is a known configuration, a detailed description thereof will be omitted.
  • the signal analyzer 114 may face the first antenna 102 based on a difference between a voltage level corresponding to the first radiation propagation output from the second signal processor 112 and a voltage level corresponding to the second radiation propagation. The change in temperature of the target can be detected.
  • the switch controller 116 may control on / off operations of the first switch 106 and the second switch 108.
  • the switch controller 116 may control the first switch 106 and the second switch 108 to be alternately turned on. That is, the switch controller 116 turns on the first switch 106 for a predetermined time (at this time, the second switch 108 is in an off state), and then turns on the second switch 108 for a predetermined time ( At this time, the first switch 106 is in an off state), this process may be repeated periodically.
  • the period in which the first switch 106 and the second switch 108 are alternately turned on is the time at which the change in gain of the radiometer 100 hardly occurs (for example, 10 msec to 1 sec). Period of time).
  • the period in which the first switch 106 and the second switch 108 are alternately turned on may be set such that a gain change of the radiometer 100 is equal to or less than a preset threshold change value.
  • the preset threshold change value may be set in consideration of the environment in which the radiometer 100 is installed and the characteristics of the components in the radiometer 100 within a limit that does not substantially affect the temperature resolution of the radiometer 100. .
  • the period in which the first switch 106 and the second switch 108 are alternately turned on is the integral constant of the integrator 112d of the radiometer 100 (ie, the radiation propagates in the integrator). Time)).
  • the switch controller 116 may adjust the on-operation time of the first switch 106 and the on-operation time of the second switch 108 through a duty ratio within one period.
  • the first antenna 102 is installed toward the target
  • the second antenna 104 is installed toward an object having an absolute temperature in the same range as the room
  • the first antenna 102 at a predetermined cycle.
  • Equation 1 the temperature resolution ⁇ T of a general radiometer may be expressed by Equation 1 below.
  • T SYS represents the equivalent temperature of the entire radiometer system
  • ⁇ int represents the time for which radiated radio waves from the antenna accumulate in the integrator
  • B represents the bandwidth of the intermediate frequency
  • G SYS represents the total radiometer system
  • ⁇ G SYS represents the gain change of the radiometer's entire system.
  • the components in the radiometer eg amplifiers
  • the gain change of the radiometer's entire system increases over time, thereby increasing the radiometer's gain.
  • the temperature resolution is lowered.
  • the first antenna 102 is installed toward the target side to detect the temperature change
  • the second antenna 104 is installed toward an object having a temperature equal to or similar to the room temperature
  • first switch 106 and the second during the period switch 108 is being turned on operates as a shift ⁇ p is called, and (e.g., ⁇ p may be the 1sec) 0.5 ⁇ p
  • the output voltage Vout_ corresponding to the radiation propagation (that is, the second radiation propagation) received from the second antenna 104.
  • REF may be represented by Equation 2 below.
  • ⁇ represents the sensitivity of the detector 112c of the radiometer 100
  • G represents the gain of the entire system of the radiometer 100
  • e ref represents the object of the object to which the second antenna 104 is directed.
  • F represents the noise figure of the radiometer 100
  • T 0 represents room temperature (ie, 290 K).
  • T p represents the temperature of the room in which the radiometer 100 is installed
  • k represents the Boltzman constant
  • B represents the intermediate frequency band of the radiometer 100.
  • e TARGET represents the emissivity of the target to which the first antenna 102 is directed
  • ⁇ G represents the radiometer 100 while the first switch 106 is turned on after the second switch 108 is turned on. It shows the change in gain of the whole system.
  • the time when the first switch 106 is turned on is a very short time difference of 0.5 ⁇ p (0.25 sec when ⁇ p is 0.5 sec) from the time when the second switch 108 is turned on, ⁇ G is almost zero. You get closer.
  • the difference between the output voltage of the first radiation propagation and the output voltage of the second radiation propagation is the emissivity e TARGET of the target to which the first antenna 102 faces and the emissivity of the object to which the second antenna 104 faces. ref ), the gain change of the entire system of the radiometer 100 can be neglected while the first switch 106 is on.
  • the temperature resolution ⁇ T of the radiometer 100 may be represented by Equation 5 below.
  • D represents the duty ratio of the first switch 106.
  • the radiometer 100 is inexpensive because it can ignore the influence of the gain change ⁇ G SYS at the temperature resolution ⁇ T of the radiometer 100 without a separate noise source. It has a simple structure and keeps the temperature resolution constant. In addition, by changing the duty ratio (D) of the first switch 106, it is possible to adjust the temperature resolution of the radiometer (100).
  • FIG. 2 is a view showing the configuration of a fire monitoring system using a radiometer according to an embodiment of the present invention.
  • the fire monitoring system 200 may include a radiometer 100, an alarm device 120, and a fire management server 160.
  • the alarm device 120 is communicatively connected with the fire management server 160 through the communication network 150.
  • communication network 150 may comprise the Internet, one or more local area networks, wire area networks, cellular networks, mobile networks, other types of networks, or such. It can include a combination of networks.
  • the radiometer 100 includes a first antenna 102 and a second antenna 104.
  • the first antenna 102 may be installed toward the target to monitor the fire occurrence.
  • the second antenna 104 may be installed toward an object having the same or similar absolute temperature as the room where the radiometer 100 is installed.
  • the radiometer 100 may detect whether a target fire occurs based on a difference in voltage levels of radiated radio waves collected alternately from the first antenna 102 and the second antenna 104.
  • the alarm device 120 may transmit a fire occurrence signal to the fire management server 160.
  • the fire occurrence signal may include an identification number of the alarm device 120.
  • the alarm device 120 may alarm the occurrence of a fire.
  • the alarm device 120 may alarm the occurrence of a fire through a speaker and / or lighting.
  • the alarm device 120 may be implemented integrally with the radiometer 100, but is not limited thereto and may be implemented independently of the radiometer 100.
  • the fire management server 160 may be provided in a public office such as an emergency disaster center or a fire station.
  • the fire management server 160 may be communicatively connected with the plurality of alarm devices 120.
  • the fire management server 160 may extract the identification number of the alarm device 120 from the fire occurrence signal received from the alarm device 120, and identify the location of the fire based on the identification number of the extracted alarm device 120. .
  • 3 and 4 schematically show a structure monitoring system according to other embodiments of the present invention.
  • the structure monitoring system 200 includes a plurality of microwave radiometers 202 and a server 206.
  • the plurality of microwave radiometers 202 may be communicatively coupled with the server 206 via a communication network.
  • the microwave radiometer 202 is a device that detects an object (not shown) inside or outside the structure 250.
  • the structure 250 refers to an object (eg, a building, a workpiece, etc.) to be monitored, such as a cultural property or a security building.
  • the structure 250 may be, for example, a non-metallic structure implemented with a non-metallic material such as wood or an earth wall, and may be surrounded by an outer wall of the nonmetallic material.
  • the object may be, for example, a flame, a person (eg, an invader), or the like, as an object to be detected.
  • the plurality of microwave radiometers 202 may be spaced apart from each other by a predetermined distance (for example, at 1 meter intervals) within a predetermined distance (for example, 5 meters) from the structure 250.
  • the plurality of microwave radiometers 202 may be disposed outside the structure 250.
  • the plurality of microwave radiometers 202 may be arranged in a line or surround the structure 250, for example, in the vicinity of the structure 250.
  • the arrangement of the microwave radiometer 202 shown in FIGS. 3 and 4 is merely an example, and the arrangement of the microwave radiometer 202 is not limited thereto. 3 and 4, the number of the microwave radiometers 202 is five or six, respectively, for convenience of description, but this is merely an example and the microwave radiometer 202 disposed near the structure 250 is illustrated. The number of is not limited thereto.
  • the microwave radiometer 202 includes one or more antennas 204, and may sense a brightness temperature of an object through the antenna 204.
  • the brightness temperature T B of the object may be determined by the absolute temperature T p and the emissivity e of the object as shown in Equation 6 below.
  • the microwave radiometer 202 may detect the brightness temperature of the object from electromagnetic waves in the microwave band collected by the antenna 204 (for example, 300 MHz to 300 GHz), and generate an output voltage corresponding to the brightness temperature. You can. In this case, the narrower the beam width of the antenna 204, the greater the signal size of the electromagnetic wave generated in the object compared to the electromagnetic wave generated in the background part of the object (that is, the outer part of the object), and accordingly the microwave radiometer The magnitude of the output voltage generated at 202 becomes large.
  • FIG. 5 is a view for explaining the antenna 204 of the microwave radiometer 202 in another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A illustrates an antenna having a beam width exceeding a threshold
  • FIG. 5B illustrates an antenna 204 having a beam width below a threshold in an embodiment of the present invention.
  • the subject is a flame.
  • the meter when the beam width of the antenna exceeds a threshold, since the magnitude of the electromagnetic wave generated by the object is a small part of the total received electromagnetic wave due to a small fill factor, The meter will produce a low output voltage (or voltage difference). In this case, it may be difficult to efficiently detect the object because the sensitivity of the antenna is low.
  • the antenna 204 when the beam width of the antenna 204 according to an embodiment of the present invention is less than the threshold, the high-frequency output from the high frequency radio meter 202 due to a large fill factor (FF) Voltage (or voltage difference) is generated. That is, the beam width of the antenna 204 and the gain of the antenna 204 have an inverse relationship.
  • the antenna 204 has a beam width below a threshold value so that the antenna 204 has a gain of a predetermined value or more.
  • the structure 250 or the object (e.g., flame) to be monitored cannot enter all of the beam width of the antenna 204. Range may be limited.
  • a method of monitoring the structure 250 through a beam scan method may be considered. In this case, the gaze of the antenna 204 according to the beam scan due to the material, the complicated shape, etc. of the structure 250 may be considered. Depending on the angle, the reflectance of the background structure changes, and a problem such as a change in the size of a signal received by the antenna 204 may occur.
  • the antenna 204 has a beam width below the threshold such that the antenna 204 has a gain (or sensitivity) above a set value, wherein each of the antennas 204 are located inside or outside the structure 250. It is fixed to the microwave radiometer 202 to face the other area.
  • each of the antennas 204 of the radiometers A through E may be fixed to face different areas located inside or outside the structure 250.
  • antenna 204 of radiometer A is fixed to face area a in structure 250
  • antenna 204 of radiometer B is fixed to face area b in structure 250
  • the radiometer Antenna 204 of C is fixed to face area c in structure 250
  • antenna 204 of radiometer D is fixed toward area d in structure 250
  • antenna 204 of radiometer E May be fixed to face region e in structure 250.
  • each of the antennas 204 of the radiometers A to F may be fixed to face different regions located inside or outside the structure 250.
  • each of the antennas 204 may detect the presence of objects in different areas located inside or outside the structure 250, and thus may monitor the entire area of the structure 250.
  • the number or location of the microwave radiometer 202 and the antenna 204 may vary depending on, for example, the overall size of the structure 250, the number and size of the surveillance area inside or outside the structure 250, and the like.
  • each microwave radiometer 202 may generate an output voltage corresponding to the brightness temperature of the object inside or outside the structure 250, and transmit a signal regarding the output voltage to the server 206, respectively.
  • each microwave radiometer 202 may further comprise a transceiver (not shown) of the Industrial Scientific Medical band (ISM) band used to implement a communication network such as, for example, “Zigbee”. Can be.
  • ISM Industrial Scientific Medical band
  • Each microwave radiometer 202 may transmit a signal related to the output voltage to the server 206 in real time through the transceiver.
  • the server 206 is a device that determines whether an intrusion or fire has occurred in the structure 250 from a signal relating to an output voltage received from each microwave radiometer 202.
  • the server 206 receives a signal relating to the output voltage from a plurality of microwave radiometers 202, respectively, and whether the object is a person or a flame from a pattern of the signal relating to the output voltage for each microwave radiometer over time. It can be determined whether or not.
  • the server 206 may determine that the object is a person (or an intruder) when an output voltage of a predetermined magnitude or more is sequentially detected by two or more microwave radiometers 202 disposed adjacent to each other.
  • the server 206 may determine a region inside or outside the structure 250 corresponding to each microwave radiometer 202 for which an output voltage of the set magnitude or more is detected (that is, each microwave radio).
  • the position of the meter 202 or the area inside or outside the structure 250 to which the antenna of each microwave radio meter 202) is sequentially connected according to the detection order of the output voltage equal to or greater than the set magnitude. I can understand the movement line.
  • the server 206 may determine that the object is a flame when an output voltage of a set magnitude or more is continuously detected for two or more times set by the two or more microwave radiometers 202.
  • the server 206 may efficiently detect whether an intrusion or fire occurs in the structure 250 from patterns of signals collected in different areas located inside or outside the structure 250.
  • the server 206 may transmit a notification message to a manager terminal (not shown).
  • the notification message may include identification information of the structure 250, information indicating whether the object is a person or a flame, information on a time when an intrusion or a fire occurred, information on a human's copper wire, and the like. Accordingly, the manager can immediately identify when the intrusion or fire occurs in the structure 250.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a signal pattern of an output voltage for each microwave radiometer 202 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is an example of a pattern of signals relating to the output voltage received from radiometer A of FIG. 3
  • FIG. 6B is a pattern of signals relating to the output voltage received from radiometer B of FIG. 6C is an example of a pattern of signals relating to an output voltage received from radiometer C of FIG. 3
  • FIG. 6D is an output voltage received from radiometer D of FIG.
  • output voltages having a predetermined magnitude (for example, 5V) or more are sequentially detected by two or more radiometers disposed adjacent to each other, that is, radiometers A, B, C, and D.
  • the server 206 determines that the generation of the signal regularly occurs according to the movement of the person or the animal as the person (or the intruder) or the animal moves around or inside the structure 250, and is sequentially detected. From the regularity of the signal it can be determined that the subject is a person (or intruder).
  • the sequential signal detection pattern (or regular signal generation pattern) according to the copper line is distinguished from the pattern of the signal generated by the flame, it is effective to drastically improve the false detection rate of fire detection.
  • the antenna 204 of the microwave radiometer 202 has a narrow beam width, the antenna gain (or sensitivity) is also very good, and the accuracy of human and fire detection is also very high.
  • FIG. 7 is an illustration for explaining a process of identifying a human wire according to the signal pattern shown in FIG. 6 in the server 206 according to another embodiment of the present invention.
  • the server 206 detects the position of the region corresponding to each of the microwave radiometers 202 for which the output voltage of the set magnitude or more is detected. You can connect people in order to understand the movement of people.
  • the server 206 may sequentially connect the positions of the regions corresponding to each of the microwave radiometers 202 for which the output voltage of the set magnitude or more is detected according to the detection order of the output voltage of the set magnitude or more. Therefore, the human wire is ““ area (area a) in structure 250 corresponding to radiometer A ⁇ area (area b) in structure 250 corresponding to radiometer B ⁇ structure corresponding to radiometer C It can be seen that the area within the region 250 (area c) ⁇ the area within the structure 250 corresponding to the radiometer D "
  • such a structure monitoring system 200 may be utilized as a cultural property monitoring system irrelevant to the climate. For example, when a person trespasses on a cultural property, a signal about an output voltage according to a person's position is sequentially received by a high frequency radiometer 202 that gazes at different areas within the structure 250 according to the human's movement. In this case, the server 206 may see a human's copper wire outside the structure 250 from a sequential signal detection pattern (or a regular signal generation pattern) in real time.
  • the intruder in the structure 250 is quickly detected from the pattern of the output voltage for each of the microwave radiometers 202 over time, and the intruder's copper wire is grasped in real time to determine the structure ( 250) Can respond quickly to intrusions.
  • the intrusion of the structure is detected by the microwave radiometer 202 existing outside the structure 250 and the intruder monitors, that is, Since it is physically isolated from the microwave radiometer 202, there is an advantage that an intruder cannot disable the monitoring device.
  • FIG. 8 shows another example of a pattern of signals related to output voltages of the microwave radiometers 102 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A is an example of a pattern of signals relating to the output voltage received from radiometer A of FIG. 3
  • FIG. 8B is a pattern of signals relating to the output voltage received from radiometer B of FIG. 8C is an example of a pattern of signals relating to an output voltage received from radiometer C of FIG. 3
  • FIG. 8D is an output voltage received from radiometer D of FIG.
  • an output voltage of a predetermined magnitude for example, 2.10V
  • the server 206 may determine that a fire has occurred in the structure 250, and may determine that the object is a flame. In the case of flames, they tend to spread irregularly over time and last for a period of time. If a fire occurs in the structure 250, if such a continuous signal detection pattern (or irregular signal generation pattern) occurs, the server 206 immediately determines that a fire has occurred in the structure 250 therefrom. can do.
  • the present invention it is possible to easily distinguish the person and the flame inside or outside the structure 250 from the pattern of the output voltage for each microwave radiometer 202 over time, accordingly The false positive rate of fire detection can be drastically improved.
  • a fire generated in the wood structure 250 may not be easily detected by a conventional infrared fire detection device, but the implementation of the present invention.
  • the structure monitoring system 200 it is possible to easily detect the fire generated from the wooden structure 250 using the ultra-high frequency radiometer 202 and will not be affected by weather such as bad weather when detecting the fire. .
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a structure monitoring method according to an embodiment of the present invention.
  • the method shown in FIG. 9 may be performed by, for example, the structure monitoring system 200 described above.
  • the method is divided into a plurality of steps, but at least some of the steps may be performed in a reverse order, in combination with other steps, omitted, divided into substeps, or not shown.
  • One or more steps may be added and performed.
  • the plurality of microwave radiometers 202 generate output voltages corresponding to brightness temperatures of objects inside or outside the structure 250, respectively.
  • the microwave radiometer 202 may include an antenna 204 for sensing the brightness temperature of the object.
  • the antenna 204 has a beam width below a threshold value to have a gain equal to or greater than a set value, and each of the antennas 204 may face a different area located inside or outside the structure 250. It can be fixed to.
  • step S104 the server 206 receives a signal relating to the output voltage from the plurality of microwave radiometers 202, respectively.
  • step S106 the server 206 determines whether the object is a person or a flame from the pattern of the output voltage for each microwave radiometer over time.
  • the server 206 may determine that the object is a person (or an intruder) when an output voltage of a predetermined magnitude or more is sequentially detected by two or more microwave radiometers 202 disposed adjacent to each other. At this time, when it is determined that the object is a human, the server 206 determines the position of the region corresponding to each of the microwave radiometers 202 for which the output voltage of the set magnitude or more is detected according to the detection order of the output voltage of the set magnitude or more. You can connect people in sequence to figure out the movement of people.
  • the server 206 may determine that the object is a flame when an output voltage of a set magnitude or more is continuously detected for two or more times set by the two or more microwave radiometers 202.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating and describing a computing environment 10 that includes a computing device suitable for use in example embodiments.
  • each component may have different functions and capabilities in addition to those described below, and may include additional components in addition to those described below.
  • the illustrated computing environment 10 includes a computing device 12.
  • computing device 12 may be a radiometer (eg, radiometer 100 or radiometer 202).
  • computing device 12 may be an alerting device (eg, alerting device 120).
  • computing device 12 may be a server device (eg, fire management server 160 or server 206).
  • Computing device 12 includes at least one processor 14, computer readable storage medium 16, and communication bus 18.
  • the processor 14 may cause the computing device 12 to operate according to the example embodiments mentioned above.
  • processor 14 may execute one or more programs stored in computer readable storage medium 16.
  • the one or more programs may include one or more computer executable instructions that, when executed by the processor 14, cause the computing device 12 to perform operations in accordance with an exemplary embodiment. Can be.
  • Computer readable storage medium 16 is configured to store computer executable instructions or program code, program data and / or other suitable forms of information.
  • the program 20 stored in the computer readable storage medium 16 includes a set of instructions executable by the processor 14.
  • computer readable storage medium 16 includes memory (volatile memory, such as random access memory, nonvolatile memory, or a suitable combination thereof), one or more magnetic disk storage devices, optical disk storage devices, flash Memory devices, or any other form of storage medium that is accessible by computing device 12 and capable of storing desired information, or a suitable combination thereof.
  • the communication bus 18 interconnects various other components of the computing device 12, including the processor 14 and the computer readable storage medium 16.
  • Computing device 12 may also include one or more input / output interfaces 22 and one or more network communication interfaces 26 that provide an interface for one or more input / output devices 24.
  • the input / output interface 22 and the network communication interface 26 are connected to the communication bus 18.
  • the input / output device 24 may be connected to other components of the computing device 12 via the input / output interface 22.
  • Exemplary input / output devices 24 may include pointing devices (such as a mouse or trackpad), keyboards, touch input devices (such as touchpads or touchscreens), voice or sound input devices, various types of sensor devices, and / or imaging devices.
  • Input devices, and / or output devices such as display devices, printers, speakers, and / or network cards.
  • the example input / output device 24 may be included inside the computing device 12 as one component of the computing device 12, and may be connected to the computing device 12 as a separate device from the computing device 12. It may be.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

라디오미터 및 그 동작 방법과 이를 이용한 감지 시스템이 개시된다. 개시되는 일 실시예에 따른 라디오미터는, 제1 안테나, 제1 안테나와 방사 패턴의 방향이 다르게 설치되는 제2 안테나, 제1 안테나로부터 수신되는 제1 복사 전파에 대응하는 전압 레벨 및 제2 안테나로부터 수신되는 제2 복사 전파에 대응하는 전압 레벨을 각각 검출하는 신호 처리부, 및 제1 복사 전파에 대응하는 전압 레벨과 제2 복사 전파에 대응하는 전압 레벨을 기반으로 제1 안테나가 향하는 표적의 온도 변화를 검출하는 신호 분석부를 포함한다. 또한, 일 실시예에 따른 감시 방법은, 구조물로부터 설정된 거리 이내에서 소정 간격 이격되어 배치되는 복수 개의 초고주파 라디오미터에서, 구조물의 내부 또는 외부의 대상체의 밝기 온도(brightness temperature)에 대응되는 출력 전압을 각각 발생시키는 단계, 서버에서 복수 개의 초고주파 라디오미터로부터 상기 출력 전압에 관한 신호를 각각 수신하는 단계; 및 서버에서 시간 흐름에 따른 각 초고주파 라디오미터 별 출력 전압에 관한 신호의 패턴으로부터 대상체가 사람인지 또는 화염인지의 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

Description

라디오미터 및 그 동작 방법과 이를 이용한 감시 시스템
본 발명의 실시예는 라디오미터 및 이를 이용한 감시 기술과 관련된다.
일반적으로, 초고주파 대역(300 MHz ~ 300 GHz)에서 총 전력 라디오미터(Total Power Radiometer)는 구조가 간단하기 때문에 수동 센서로 많이 사용된다. 일 예로, 라디오미터는 화재 감지 센서로 사용되고 있다. 여기서, 라디오미터는 라디오미터 내 구성 요소들의 이득 특성이 시간에 따라 변화하는 경우, 온도 해상도가 저하되기 때문에 화재 감지 센서로서 신뢰성이 저하되는 문제점이 있게 된다.
종래에는 이러한 문제를 해결하고 우수한 온도 해상도를 구현하기 위해, Dicke 라디오미터 또는 Noise Added 라디오미터를 사용하였다. 그러나, 이러한 초고주파 대역 라디오미터는 고가의 잡음 소스(noise source)를 사용하여야 하고, 잡음 소스를 컨트롤하기 위해 15V에서 28V의 상대적으로 높은 전압 전원과 비교적 복잡한 아날로그/디지털 처리 장치를 별도로 구비하여야 한다. 이에, 별도의 잡음 소스 없이 라디오미터의 이득 변화에 따른 영향을 보상할 수 있는 방안이 요구된다.
한편, 문화재와 같이 사회적, 문화적 가치가 높거나 높은 보안이 요구되는 구조물의 경우, 화재나 침입자에 의한 구조물의 파손 또는 보안 물품의 도난 등의 우려로 인해, 구조물 주변에 적외선 또는 가시광선 카메라와 같은 감시 장치를 배치하여 구조물을 감시하게 된다.
그러나, 이러한 감시 장치는 구조물 내부에 배치되는 경우 침입자에 의해 무력화될 가능성이 있다. 또한, 외벽으로 둘러싸인 목재 구조물에서 화재가 발생하는 경우 종래 적외선 방식의 화재 감지 장치로는 목재 구조물 내부에서 발생하는 화재를 용이하게 감지할 수 없고, 실외에 장착된 적외선 방식의 화재 감지 장치는 안개, 비 등의 악천후와 같은 기후에 큰 영향을 받는다.
또한, 화재 감지 센서로서 적외선보다 파장이 훨씬 긴 준밀리미터파 (10GHz~30GHz) 대역이나 밀리미터파 (30GHz~300GHz) 대역의 초고주파 라디오미터 (radiometer)를 사용하여 악천후에도 사용 가능한 감시장치를 구현할 수 있으나, 라디오미터의 안테나가 높은 이득을 갖기 위해서는 좁은 빔 폭(beam width)을 가져야 하며 이 경우 안테나에 의한 감지 영역의 범위가 제한적일 수 밖에 없다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 빔 스캔 방식을 통해 구조물을 감시하는 방법이 논의되고 있으나, 이 경우 구조물의 재질, 복잡한 형태, 실내 물품 등으로 인해 빔 스캔에 따른 안테나의 응시각이 변화함에 따라 안테나가 응시하는 대상의 반사율이 변하게 되고, 이로 인해 초고주파 라디오미터가 출력하는 전압의 크기가 변화하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 이는 곧 오탐 신호(false alarm)의 발생으로 이어지게 된다.
본 발명의 실시예는 별도의 잡음 소스 없이 온도 해상도를 일정하게 유지할 수 있는 라디오미터 및 그 동작 방법과 이를 이용한 감시 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예는 고이득 안테나를 구비하는 복수 개의 라디오미터를 이용하여 구조물을 효율적으로 감시할 수 있는 라디오미터 및 그 동작 방법과 이를 이용한 감시 시스템을 제공하기 위한 것이다.
개시되는 일 실시예에 따른 라디오미터는, 제1 안테나; 상기 제1 안테나와 방사 패턴의 방향이 다르게 설치되는 제2 안테나; 상기 제1 안테나로부터 수신되는 제1 복사 전파에 대응하는 전압 레벨 및 상기 제2 안테나로부터 수신되는 제2 복사 전파에 대응하는 전압 레벨을 각각 검출하는 신호 처리부; 및 상기 제1 복사 전파에 대응하는 전압 레벨과 상기 제2 복사 전파에 대응하는 전압 레벨을 기반으로 상기 제1 안테나가 향하는 표적의 온도 변화를 검출하는 신호 분석부를 포함한다.
상기 제1 안테나는, 방사 패턴 방향이 온도 변화를 검출하고자 하는 상기 표적을 향하도록 설치되고, 상기 제2 안테나는, 방사 패턴 방향이 상기 라디오미터가 설치되는 실내와 동일성 범위의 절대 온도를 가지는 물체를 향하도록 설치될 수 있다.
상기 라디오미터는, 상기 제1 안테나와 상기 신호 처리부를 연결하며 마련되고, 스위칭 제어 신호에 따라 온 동작되어 상기 제1 안테나로부터 수신되는 제1 복사 전파를 상기 신호 처리부로 전달하는 제1 스위치; 상기 제2 안테나와 상기 신호 처리부를 연결하며 마련되고, 스위칭 제어 신호에 따라 온 동작되어 상기 제2 안테나로부터 수신되는 제2 복사 전파를 상기 신호 처리부로 전달하는 제2 스위치; 및 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 동작을 제어하는 스위치 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 스위치 제어부는, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 주기적으로 교대로 온 동작되도록 할 수 있다.
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 교대로 온 동작되는 주기는, 상기 라디오미터의 이득 변화가 기 설정된 임계 변화값 이하가 되도록 설정될 수 있다.
상기 라디오미터의 온도 해상도(ΔT)는 하기의 수학식과 같이 근사화될 수 있다.
(수학식)
Figure PCTKR2018003098-appb-I000001
D : 제1 스위치의 듀티비
TSYS : 라디오미터의 전체 시스템의 등가 온도
τint : 제1 복사 전파 또는 제2 복사 전파가 라디오미터 내 적분기에서 축적되는 시간
B : 라디오미터 내 중간 주파수의 대역
GSYS : 라디오미터의 전체 시스템의 이득
ΔGSYS : 제2 스위치가 온 된 이후 제1 스위치가 온 되는 동안 라디오미터의 전체 시스템의 이득 변화
개시되는 일 실시예에 따른 감시 시스템은, 표적의 온도 변화를 검출하여 화재 발생 여부를 탐지하는 라디오미터; 및 상기 라디오미터에서 화재 발생 탐지 시 화재 발생 신호를 외부로 전송하는 경보 장치를 포함하고, 상기 라디오미터는, 제1 안테나; 상기 제1 안테나와 방사 패턴의 방향이 다르게 설치되는 제2 안테나; 상기 제1 안테나로부터 수신되는 제1 복사 전파에 대응하는 전압 레벨 및 상기 제2 안테나로부터 수신되는 제2 복사 전파에 대응하는 전압 레벨을 각각 검출하는 신호 처리부; 및 상기 제1 복사 전파에 대응하는 전압 레벨과 상기 제2 복사 전파에 대응하는 전압 레벨을 기반으로 상기 제1 안테나가 향하는 상기 표적의 온도 변화를 검출하는 신호 분석부를 포함한다.
상기 제1 안테나는, 방사 패턴 방향이 온도 변화를 검출하고자 하는 상기 표적을 향하도록 설치되고, 상기 제2 안테나는, 방사 패턴 방향이 상기 라디오미터가 설치되는 실내와 동일성 범위의 절대 온도를 가지는 물체를 향하도록 설치될 수 있다.
상기 라디오미터는, 상기 제1 안테나와 상기 신호 처리부를 연결하며 마련되고, 스위칭 제어 신호에 따라 온 동작되어 상기 제1 안테나로부터 수신되는 제1 복사 전파를 상기 신호 처리부로 전달하는 제1 스위치; 상기 제2 안테나와 상기 신호 처리부를 연결하며 마련되고, 스위칭 제어 신호에 따라 온 동작되어 상기 제2 안테나로부터 수신되는 제2 복사 전파를 상기 신호 처리부로 전달하는 제2 스위치; 및 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 동작을 제어하는 스위치 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 스위치 제어부는, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 주기적으로 교대로 온 동작되도록 할 수 있다.
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 교대로 온 동작되는 주기는, 상기 라디오미터의 이득 변화가 기 설정된 임계 변화값 이하가 되도록 설정될 수 있다.
개시되는 일 실시예에 따른 라디오미터의 동작 방법은, 하나 이상의 프로세서들, 및 상기 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램들을 저장하는 메모리를 구비한 컴퓨팅 장치에서 수행되는 방법으로서, 제1 안테나로부터 수신되는 제1 복사 전파에 대응하는 전압 레벨을 검출하는 단계; 상기 제1 안테나와 방사 패턴의 방향이 다르게 설치되는 제2 안테나로부터 수신되는 제2 복사 전파에 대응하는 전압 레벨을 검출하는 단계; 및 상기 제1 복사 전파에 대응하는 전압 레벨과 상기 제2 복사 전파에 대응하는 전압 레벨을 기반으로 상기 제1 안테나가 향하는 표적의 온도 변화를 검출하는 단계를 포함한다.
상기 제1 안테나는, 방사 패턴 방향이 온도 변화를 검출하고자 하는 상기 표적을 향하도록 설치되고, 상기 제2 안테나는, 방사 패턴 방향이 상기 라디오미터가 설치되는 실내와 동일성 범위의 절대 온도를 가지는 물체를 향하도록 설치될 수 있다.
상기 라디오미터의 동작 방법은, 상기 제1 안테나와 연결되는 제1 스위치 및 상기 제2 안테나와 연결되는 제2 스위치의 동작을 제어하는 단계를 더 포함하고, 상기 제어하는 단계는, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 주기적으로 교대로 온 동작되도록 할 수 있다.
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 교대로 온 동작되는 주기는, 상기 라디오미터의 이득 변화가 기 설정된 임계 변화값 이하가 되도록 설정될 수 있다.
개시되는 다른 실시예에 따른 감시 시스템은, 구조물로부터 설정된 거리 이내에서 소정 간격 이격되어 배치되며, 상기 구조물의 내부 또는 외부의 대상체의 밝기 온도(brightness temperature)에 대응되는 출력 전압을 각각 발생시키는 복수 개의 초고주파 라디오미터; 및 상기 복수 개의 초고주파 라디오미터로부터 상기 출력 전압에 관한 신호를 각각 수신하고, 시간 흐름에 따른 각 초고주파 라디오미터 별 출력 전압에 관한 신호의 패턴으로부터 상기 대상체가 사람인지 또는 화염인지의 여부를 판단하는 서버를 포함한다.
상기 초고주파 라디오미터는, 상기 대상체의 밝기 온도를 감지하는 안테나를 구비하며, 상기 안테나는, 상기 안테나가 설정된 값 이상의 이득을 갖도록 임계치 이하의 빔 폭(beam width)을 가질 수 있다.
상기 안테나 각각은, 상기 구조물의 내부 또는 외부에 위치하는 서로 다른 영역을 향하도록 상기 초고주파 라디오미터에 고정될 수 있다.
상기 서버는, 설정된 크기 이상의 출력 전압이 인접하게 배치된 둘 이상의 초고주파 라디오미터에서 순차적으로 검출되는 경우 상기 대상체가 사람인 것으로 판단할 수 있다.
상기 서버는, 상기 대상체가 사람인 것으로 판단되는 경우 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압이 검출되는 각 초고주파 라디오미터에 대응되는 영역의 위치를 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압의 검출 순서에 따라 순차적으로 연결하여 상기 사람의 동선을 파악할 수 있다.
상기 서버는, 설정된 크기 이상의 출력 전압이 둘 이상의 초고주파 라디오미터에서 설정된 시간 동안 지속적으로 검출되는 경우 상기 대상체가 화염인 것으로 판단할 수 있다.
상기 서버는, 상기 대상체가 사람 또는 화염인 것으로 판단되는 경우 관리자 단말로 알림 메시지를 전송할 수 있다.
상기 초고주파 라디오미터는, 상기 구조물의 외부에 배치될 수 있다.
상기 구조물은, 외벽으로 상기 대상체를 둘러싸는 비금속 구조물일 수 있다.
개시되는 실시예에 의하면, 제1 안테나는 표적을 향하여 설치하고, 제2 안테나는 실내와 동일 또는 유사한 절대 온도를 가지는 물체를 향하여 설치하며, 기 설정된 주기로 제1 안테나와 제2 안테나로부터 교대로 복사 전파를 수신함으로써, 라디오미터 내의 구성 요소들의 이득 변화에 따른 영향을 보상하여 라디오미터의 온도 해상도가 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
즉, 개시되는 실시예에 따른 라디오미터는 별도의 잡음 소스 없이 라디오미터의 온도 해상도에서 이득 변화에 따른 영향을 무시할 수 있기 때문에, 저렴하고 간소한 구조를 지니면서 온도 해상도를 일정하게 유지시킬 수 있게 된다. 또한, 제1 스위치의 듀티비(D)를 변화시킴으로써, 라디오미터의 온도 해상도를 조절할 수 있게 된다.
또한, 시간 흐름에 따른 각 초고주파 라디오미터 별 출력 전압의 패턴으로부터 구조물 내 침입자를 신속하게 감지하고, 침입자의 동선을 실시간으로 파악하여 구조물 침입에 신속하게 대응할 수 있다.
또한, 시간 흐름에 따른 각 초고주파 라디오미터 별 출력 전압의 패턴으로부터 구조물의 내부 또는 외부의 화염과 사람을 용이하게 구별할 수 있으며, 이에 따라 화재 감지의 오탐율을 획기적으로 개선할 수 있다.
또한, 외벽으로 대상체를 둘러싸는 목재 구조물에서 화재가 발생하는 경우 종래 적외선 방식의 화재 감지 장치로는 목재 구조물 내부에서 발생하는 화재를 용이하게 감지할 수 없으나, 본 발명의 실시예들에 따른 구조물 감시 시스템의 경우 초고주파 라디오미터를 사용하여 목재 구조물에서 발생되는 화재를 용이하게 감지할 수 있으며 화재 감지시 악천후와 같은 기후의 영향도 받지 않게 된다.
또한, 종래의 적외선 또는 가시광선 카메라와는 달리 구조물 외부에 존재하는 초고주파 라디오미터를 통해 구조물의 침입을 감지하게 되며 침입자가 감시 장치, 즉 초고주파 라디오미터와 물리적으로 격리되어 있으므로 침입자가 감시 장치를 무력화시킬 수 없는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오미터의 구성을 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오미터를 이용한 화재 감지 시스템의 구성을 나타낸 도면
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 구조물 감시 시스템을 개략적으로 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 다른 실시예에서 초고주파 라디오미터(202)의 안테나(204)를 설명하기 위한 도면
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 각 초고주파 라디오미터(202) 별 출력 전압에 관한 신호의 패턴을 나타낸 예시도
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 서버(206)에서 도 6에 도시된 신호의 패턴에 따라 사람의 동선을 파악하는 과정을 설명하기 위한 예시도
도 8은 본 발명의 다른 실시예에서 각 초고주파 라디오미터(102) 별 출력 전압에 관한 신호의 패턴을 나타낸 다른 예시도
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 구조물 감시 방법을 설명하기 위한 흐름도
도 10은 예시적인 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
이하의 설명에 있어서, 신호 또는 정보의 "전송", "통신", "송신", "수신" 기타 이와 유사한 의미의 용어는 일 구성요소에서 다른 구성요소로 신호 또는 정보가 직접 전달되는 것뿐만이 아니라 다른 구성요소를 거쳐 전달되는 것도 포함한다. 특히 신호 또는 정보를 일 구성요소로 "전송" 또는 "송신"한다는 것은 그 신호 또는 정보의 최종 목적지를 지시하는 것이고 직접적인 목적지를 의미하는 것이 아니다. 이는 신호 또는 정보의 "수신"에 있어서도 동일하다. 또한 본 명세서에 있어서, 2 이상의 데이터 또는 정보가 "관련"된다는 것은 하나의 데이터(또는 정보)를 획득하면, 그에 기초하여 다른 데이터(또는 정보)의 적어도 일부를 획득할 수 있음을 의미한다.
한편, 상측, 하측, 일측, 타측 등과 같은 방향성 용어는 개시된 도면들의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시예의 구성 요소는 다양한 배향으로 위치 설정될 수 있으므로, 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오미터의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 라디오미터(100)는 제1 안테나(102), 제2 안테나(104), 제1 스위치(106), 제2 스위치(108), 제1 신호 처리부(110), 제2 신호 처리부(112), 신호 분석부(114), 및 스위치 제어부(116)를 포함할 수 있다.
제1 안테나(102)는 주 안테나로서, 라디오미터(100)를 통해 온도 변화를 검출하고자 하는 표적(소정 영역 또는 대상체)을 향하여 설치될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 안테나(102)는 라디오미터(100)를 통해 화재 발생을 감시하고자 하는 표적을 향하여 설치될 수 있다.
제2 안테나(104)는 서브 안테나로서, 라디오미터(100)가 설치된 실내와 동일성 범위의 절대 온도를 가지는 물체(예를 들어, 실내의 벽면 등)(10)를 향하여 설치될 수 있다. 여기서, 동일성 범위의 절대 온도는 수치적으로 정확하게 동일한 것뿐만 아니라, 기 설정된 오차 범위 이내의 온도를 포함할 수 있다. 즉, 개시되는 실시예에서, 제1 안테나(102)의 방사 패턴은 라디오미터(100)를 통해 온도 변화를 검출하고자 하는 표적을 향하도록 하고, 제2 안테나(104)의 방사 패턴은 라디오미터(100)가 설치된 실내와 동일성 범위의 절대 온도를 가지는 물체를 향하도록 설치될 수 있다.
제1 스위치(106)는 제1 안테나(102)와 제1 신호 처리부(110) 사이에 마련될 수 있다. 제1 스위치(106)의 제1 접점은 제1 안테나(102)와 연결되고, 제1 스위치(106)의 제2 접점은 제1 신호 처리부(110)의 입력단에 연결될 수 있다. 제1 스위치(106)는 스위치 제어부(116)의 제어에 의해 동작될 수 있다. 제1 스위치(106)는 스위치 제어부(116)의 스위칭 제어 신호에 따라 제1 안테나(102)로부터 수신되는 복사 전파(이하, 제1 복사 전파라 지칭될 수 있음)를 제1 신호 처리부(110)로 전달할 수 있다.
제2 스위치(108)는 제2 안테나(104)와 제1 신호 처리부(110) 사이에 마련될 수 있다. 제2 스위치(108)의 제1 접점은 제2 안테나(104)와 연결되고, 제2 스위치(108)의 제2 접점은 제1 신호 처리부(110)의 입력단에 연결될 수 있다. 제2 스위치(108)는 스위치 제어부(116)의 제어에 의해 동작될 수 있다. 제2 스위치(108)는 스위치 제어부(116)의 스위칭 제어 신호에 따라 제2 안테나(104)로부터 수신되는 복사 전파(이하, 제2 복사 전파라 지칭될 수 있음)를 제1 신호 처리부(110)로 전달할 수 있다.
여기서, 제1 스위치(106) 및 제2 스위치(108)는 스위치 제어부(116)의 제어에 따라 제1 복사 전파 및 제2 복사 전파를 교대로 제1 신호 처리부(110)로 전달할 수 있다. 제1 복사 전파 및 제2 복사 전파는 동일한 채널(즉, 제1 신호 처리부(110) 및 제2 신호 처리부(112))을 거쳐 신호 처리되게 된다.
제1 신호 처리부(110)는 제1 안테나(102)로부터 수신되는 복사 전파(즉, 제1 복사 전파) 또는 제2 안테나(104)로부터 수신되는 복사 전파(즉, 제2 복사 전파)에 포함된 노이즈를 제거하고, 제1 복사 전파 또는 제2 복사 전파의 주파수를 하향 변환시킬 수 있다. 제1 신호 처리부(110)는 LNB(Low Noise Block downconverter) 모듈로 구현될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 신호 처리부(110)는 제1 복사 전파 또는 제2 복사 전파를 저잡음 증폭시키는 LNA(Low Noise Amplifier)(110a), LNA(110a)에서 출력되는 제1 복사 전파 또는 제2 복사 전파의 주파수를 하향 변환시키는 믹서(110b), 및 믹서(110b)로 LO(Local Oscillator) 신호를 발생시키는 PLL(Phase Locked Loop)(110c)을 포함할 수 있다. 제1 신호 처리부(110)는 이미 공지된 구성이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
제2 신호 처리부(112)는 제1 신호 처리부(110)에서 출력되는 제1 복사 전파에 비례하는 전력 신호 또는 제2 복사 전파에 비례하는 전력 신호를 밴드 패스 필터링하고, 그에 대응하는 전압 레벨을 검출할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 신호 처리부(112)는 믹서(110b)로부터 제1 복사 전파에 비례하는 하향 주파수 변환된 전력신호 또는 제2 복사 전파에 비례하는 하향 주파수 변환된 전력 신호를 입력 받는 버퍼(112a), 버퍼(112a)에서 출력되는 제1 복사 전파에 대한 전력신호 또는 제2 복사 전파에 대한 전력신호를 필터링하는 밴드 패스 필터(112b), 제1 복사 전파 또는 제2 복사 전파에 비례하는 하향 주파수 변환된 각 전력신호에 대응하는 전압 레벨을 검출하는 디텍터(112c), 및 제1 복사 전파 또는 제2 복사 전파에 의한 디텍터의 출력 전압을 소정 시간 동안 축적시키는 적분기(112d)를 포함할 수 있다. 제2 신호 처리부(112)는 이미 공지된 구성이므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
신호 분석부(114)는 제2 신호 처리부(112)에서 출력되는 제1 복사 전파에 대응하는 전압 레벨과 제2 복사 전파에 대응하는 전압 레벨의 차이를 기반으로 제1 안테나(102)가 향해 있는 표적의 온도 변화를 검출할 수 있다.
스위치 제어부(116)는 제1 스위치(106) 및 제2 스위치(108)의 온/오프 동작을 제어할 수 있다. 스위치 제어부(116)는 제1 스위치(106) 및 제2 스위치(108)가 교대로 온 동작될 수 있도록 제어할 수 있다. 즉, 스위치 제어부(116)는 제1 스위치(106)를 일정 시간 동안 온 시킨 후(이때, 제2 스위치(108)는 오프된 상태임), 제2 스위치(108)를 일정 시간 동안 온 시키며(이때, 제1 스위치(106)는 오프된 상태임), 이러한 과정을 주기적으로 반복할 수 있다.
여기서, 제1 스위치(106) 및 제2 스위치(108)가 교대로 온 동작되는 주기는 라디오미터(100)의 이득(Gain) 변화가 거의 발생하지 않는 시간(예를 들어, 10 msec 내지 1 sec 사이의 기간)으로 설정할 수 있다. 제1 스위치(106) 및 제2 스위치(108)가 교대로 온 동작되는 주기는 라디오미터(100)의 이득 변화가 기 설정된 임계 변화값 이하가 되도록 설정될 수 있다. 이때, 기 설정된 임계 변화값은 라디오미터(100)의 온도 해상도에 거의 영향을 주지 않는 한도에서 라디오미터(100)가 설치된 환경 및 라디오미터(100) 내 구성 요소들의 특성 등을 고려하여 설정할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 스위치(106) 및 제2 스위치(108)가 교대로 온 동작되는 주기는 라디오미터(100)의 적분기(112d)의 적분 상수(즉, 복사 전파가 적분기에서 축적되는 시간)보다 길도록 설정될 수 있다. 스위치 제어부(116)는 한 주기 내에서 제1 스위치(106)의 온 동작되는 시간 및 제2 스위치(108)의 온 동작되는 시간을 듀티비를 통해 조절할 수 있다.
개시되는 실시예에 의하면, 제1 안테나(102)는 표적을 향하여 설치하고, 제2 안테나(104)는 실내와 동일성 범위의 절대 온도를 가지는 물체를 향하여 설치하며, 기 설정된 주기로 제1 안테나(102)와 제2 안테나(104)로부터 교대로 복사 전파를 수신함으로써, 라디오미터(100) 내의 구성 요소들의 이득 변화에 따른 영향을 보상하여 라디오미터(100)의 온도 해상도가 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
이에 대해 좀더 구체적으로 살펴보면, 일반적인 라디오미터의 온도 해상도(ΔT)는 하기의 수학식 1로 표현할 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2018003098-appb-I000002
여기서, TSYS는 라디오미터 전체 시스템의 등가 온도를 나타내고, τint는 안테나로부터 수신된 복사 전파가 적분기에서 축적되는 시간을 나타내며, B는 중간 주파수의 대역폭을 나타내고, GSYS는 라디오미터 전체 시스템의 이득을 나타내며, ΔGSYS는 라디오미터 전체 시스템의 이득 변화를 나타낸다.
라디오미터 내의 구성 요소(예를 들어, 증폭기 등)들은 시간이 지나면 열을 받아 이득(Gain)이 바뀌기 때문에, 시간이 지남에 따라 라디오미터 전체 시스템의 이득 변화는 커지게 되고, 그로 인해 라디오미터의 온도 해상도가 저하되게 된다.
이에 개시되는 실시예에서는, 제1 안테나(102)는 온도 변화를 검출하고자 하는 표적 측을 향하여 설치하고, 제2 안테나(104)는 실내 온도와 동일 또는 유사한 온도를 가지는 물체를 향하여 설치하며, 기 설정된 주기로 제1 안테나(102)와 제2 안테나(104)로부터 교대로 복사 전파를 수신함으로써, 시간 변화에 따른 라디오미터(100) 전체 시스템의 이득 변화를 무시할 수 있게 된다.
예시적인 실시예에서, 제1 스위치(106) 및 제2 스위치(108)가 교대로 온 동작되는 주기를 τp(예를 들어, τp 는 1sec 일 수 있음)라고 하고, 0.5 τp 동안 제1 스위치(106)가 온 되며, 0.5 τp 동안 제2 스위치(108)가 온 된다고 하면, 제2 안테나(104)로부터 수신되는 복사 전파(즉, 제2 복사 전파)에 대응하는 출력 전압(Vout_REF)은 하기의 수학식 2로 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2018003098-appb-I000003
여기서, α는 라디오미터(100)의 디텍터(112c)의 민감도(sensitivity)를 나타내고, G는 라디오미터(100)의 전체 시스템의 이득을 나타내며, eref는 제2 안테나(104)가 향하는 물체의 방사율(emissivity)을 나타내고, F는 라디오미터(100)의 잡음 지수를 나타내며, T0는 상온(즉, 290K)을 나타낸다. 그리고, Tp는 라디오미터(100)가 설치된 실내의 온도를 나타내고, k는 볼츠만(Boltzman) 상수를 나타내며, B는 라디오미터(100)의 중간 주파수 대역을 나타낸다.
그리고, 0.5 τp 이후 라디오미터(100)의 전체 시스템의 이득이 ΔG만큼 변한다고 할 때, 제1 안테나(102)로부터 수신되는 복사 전파(즉, 제1 복사 전파)에 대응하는 출력 전압(Vout_TARGET)은 하기의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2018003098-appb-I000004
여기서, eTARGET는 제1 안테나(102)가 향하는 표적의 방사율(emissivity)을 나타내고, ΔG는 제2 스위치(108)가 온 된 이후 제1 스위치(106)가 온 되는 동안 라디오미터(100)의 전체 시스템의 이득 변화를 나타낸다.
이때, 제2 안테나(104)(즉, 서브 안테나)로부터 수집되는 복사 전파의 출력 전압을 기준으로 제1 안테나(102)(즉, 주 안테나)로부터 수집되는 복사 전파의 출력 전압을 상대 수치 R로 표현하면 하기의 수학식 4와 같다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2018003098-appb-I000005
여기서, 제1 스위치(106)가 온 되는 시간은 제2 스위치(108)가 온 되는 시간과 0.5 τp(τp가 0.5sec인 경우, 0.25sec)라는 매우 짧은 시간차 이므로, ΔG는 거의 0에 가까워지게 된다. 이 경우, 제1 복사 전파의 출력 전압 및 제2 복사 전파의 출력 전압 간의 차이는 제1 안테나(102)가 향하는 표적의 방사율(eTARGET)과 제2 안테나(104)가 향하는 물체의 방사율(eref)에 의해서 결정되며, 제1 스위치(106)가 온 되는 동안 라디오미터(100)의 전체 시스템의 이득 변화는 무시할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 라디오미터(100)의 온도 해상도(ΔT)는 하기의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
Figure PCTKR2018003098-appb-I000006
여기서, D는 제1 스위치(106)의 듀티비를 나타낸다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 라디오미터(100)는 별도의 잡음 소스 없이 라디오미터(100)의 온도 해상도(ΔT)에서 이득 변화(ΔGSYS)에 따른 영향을 무시할 수 있기 때문에, 저렴하고 간소한 구조를 지니면서 온도 해상도를 일정하게 유지시킬 수 있게 된다. 또한, 제1 스위치(106)의 듀티비(D)를 변화시킴으로써, 라디오미터(100)의 온도 해상도를 조절할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오미터를 이용한 화재 감시 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 화재 감시 시스템(200)은 라디오미터(100), 경보 장치(120), 및 화재 관리 서버(160)를 포함할 수 있다. 경보 장치(120)는 통신 네트워크(150)를 통해 화재 관리 서버(160)와 통신 가능하게 연결된다. 예시적인 실시예들에서, 통신 네트워크(150)는 인터넷, 하나 이상의 로컬 영역 네트워크(local area networks), 광역 네트워크(wire area networks), 셀룰러 네트워크, 모바일 네트워크, 그 밖에 다른 종류의 네트워크들, 또는 이러한 네트워크들의 조합을 포함할 수 있다.
앞에서 살펴본 바와 같이, 라디오미터(100)는 제1 안테나(102) 및 제2 안테나(104)를 포함한다. 제1 안테나(102)는 화재 발생을 감시하고자 하는 표적을 향하여 설치될 수 있다. 제2 안테나(104)는 라디오미터(100)가 설치된 실내와 동일 또는 유사한 절대 온도를 가지는 물체를 향하여 설치될 수 있다. 라디오미터(100)는 제1 안테나(102) 및 제2 안테나(104)로부터 교대로 수집되는 복사 전파들의 전압 레벨 차이를 기반으로 표적의 화재 발생 여부를 탐지할 수 있다.
경보 장치(120)는 라디오미터(100)에서 화재 발생을 탐지한 경우, 화재 발생 신호를 화재 관리 서버(160)로 전송할 수 있다. 화재 발생 신호에는 경보 장치(120)의 식별 번호 등이 포함될 수 있다. 또한, 경보 장치(120)는 화재 발생 사실을 경보 할 수 있다. 경보 장치(120)는 스피커 및/또는 조명 등을 통해 화재 발생 사실을 경보 할 수 있다. 경보 장치(120)는 라디오미터(100)와 일체형으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 라디오미터(100)와 별도로 독립적으로 구현될 수도 있다.
화재 관리 서버(160)는 긴급 재난 센터 또는 소방서 등과 같은 관공서에 마련될 수 있다. 화재 관리 서버(160)는 복수 개의 경보 장치(120)들과 통신 가능하게 연결될 수 있다. 화재 관리 서버(160)는 경보 장치(120)로부터 수신한 화재 발생 신호에서 경보 장치(120)의 식별 번호를 추출하고, 추출한 경보 장치(120)의 식별 번호를 기반으로 화재 발생 위치를 확인할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 구조물 감시 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면이, 구조물 감시 시스템(200)은 복수 개의 초고주파 라디오미터(202) 및 서버(206)를 포함한다. 복수 개의 초고주파 라디오미터(202)는 통신 네트워크를 통해 서버(206)와 통신 가능하게 연결될 수 있다.
초고주파 라디오미터(202)는 구조물(250)의 내부 또는 외부의 대상체(미도시)를 감지하는 장치이다. 여기서, 구조물(250)은 문화재, 보안 건물 등과 같이 감시 대상이 되는 객체(예를 들어, 건축물, 공작물 등)를 의미한다. 상기 구조물(250)은 예를 들어, 목재, 흙벽 등과 같은 금속이 아닌 물질로 구현되는 비금속 구조물일 수 있으며, 비금속 재질의 외벽으로 둘러싸일 수 있다. 또한, 대상체는 감지하고자 하는 객체로서, 예를 들어 화염, 사람(예를 들어, 침입자) 등이 될 수 있다.
복수 개의 초고주파 라디오미터(202)는 구조물(250)로부터 설정된 거리(예를 들어, 5미터) 이내에서 소정 간격 이격(예를 들어, 1미터 간격으로 이격)되어 배치될 수 있다. 또한, 복수 개의 초고주파 라디오미터(202)는 구조물(250)의 외부에 배치될 수 있다. 이때, 복수 개의 초고주파 라디오미터(202)는 예를 들어, 구조물(250)의 근처에서 일렬로 배치되거나 구조물(250)을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
다만, 도 3 및 도 4에 도시된 초고주파 라디오미터(202)의 배치 형태는 일 예시에 불과하며, 초고주파 라디오미터(202)의 배치 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 3 및 도 4에서는 설명의 편의상 초고주파 라디오미터(202)의 개수가 5개, 6개인 것으로 각각 도시하였으나, 이는 일 예시에 불과하며 구조물(250) 근처에 배치되는 초고주파 라디오미터(202)의 개수가 이에 한정되는 것은 아니다.
초고주파 라디오미터(202)는 하나 이상의 안테나(204)를 구비하며, 상기 안테나(204)를 통해 대상체의 밝기 온도(brightness temperature)를 감지할 수 있다. 상기 대상체의 밝기 온도(TB)는 아래 수학식 6과 같이 대상체의 절대 온도(Tp)와 방사율(e)에 의해 결정될 수 있다.
[수학식 6]
TB =eTP
초고주파 라디오미터(202)는 안테나(204)에서 수집되는 초고주파 대역(예를 들어, 300 MHz ~ 300 GHz)의 전자기파로부터 대상체의 밝기 온도를 감지할 수 있으며, 상기 밝기 온도에 대응되는 출력 전압을 발생시킬 수 있다. 이때, 안테나(204)의 빔 폭(beam width)이 좁을수록 대상체의 배경 부분(즉, 대상체의 바깥 부분)에서 발생되는 전자기파와 비교하여 대상체에서 발생되는 전자기파의 신호 크기가 커지고 이에 따라 초고주파 라디오미터(202)에서 발생되는 출력 전압의 크기가 커지게 된다.
한편, 초고주파 대역에서 화염의 경우 흡수율(=방사율)이 낮기 때문에 절대 온도는 높으나 밝기 온도는 높지 않은 것으로 알려져 있고, 반면 사람의 경우 절대 온도는 높지 않으나 방사율이 1에 가까운 것으로 알려져 있다. 따라서, 초고주파대역의 라디오미터를 사용하여 화염과 사람을 구별하는 것은 중요한 해결 과제로 고려될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에서 초고주파 라디오미터(202)의 안테나(204)를 설명하기 위한 도면이다. 도 5의 (a)는 임계치를 초과하는 빔 폭을 갖는 안테나를 나타내며, 도 5의 (b)는 본 발명의 실시예에서 임계치 이하의 빔 폭을 갖는 안테나(204)를 나타낸다. 여기서, 대상체는 화염인 것으로 가정한다.
먼저, 도 5의 (a)를 참조하면, 안테나의 빔 폭이 임계치를 초과하는 경우 작은 FF(Fill Factor)로 인해 대상체에 의해 발생되는 전자기파의 크기가 전체 수신되는 전자기파에서 작은 부분이기 때문에, 라디오미터에서 낮은 크기의 출력 전압(또는 전압 차이)이 발생하게 된다. 이 경우, 안테나의 감도가 낮아 대상체를 효율적으로 감지하는 데 어려움이 있을 수 있다.
반면, 도 5의 (b)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 안테나(204)의 빔 폭이 임계치 이하인 경우, 큰 FF(Fill Factor)로 인해 초고주파 라디오미터(202)에서 높은 크기의 출력 전압(또는 전압 차이)이 발생하게 된다. 즉, 안테나(204)의 빔 폭과 안테나(204)의 이득은 반비례 관계를 가지며, 본 발명의 실시예들에서는 안테나(204)가 기 설정된 값 이상의 이득을 갖도록 임계치 이하의 빔 폭을 갖게 된다.
그러나, 고이득의 안테나(204)는 좁은 빔 폭을 가지므로, 감시하고자 하는 구조물(250) 또는 대상체(예를 들어, 화염)가 안테나(204)의 빔 폭 내에 모두 들어갈 수 없기 때문에 감지 영역의 범위가 제한될 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 빔 스캔 방식을 통해 구조물(250)을 감시하는 방안에 대해 고려해 볼 수 있으나, 이 경우 구조물(250)의 재질, 복잡한 형태 등으로 인해 빔 스캔에 따른 안테나(204)의 응시각에 따라 배경 구조물의 반사율이 변화하며, 안테나(204)가 수신하는 신호의 크기가 변화하는 등의 문제가 발생할 수 있다.
이는 곧 오탐 신호(false alarm)의 발생으로 이어지게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예들에서는 안테나(204)가 설정된 값 이상의 이득(또는 감도)을 갖도록 임계치 이하의 빔 폭을 갖되, 안테나(204) 각각이 구조물(250)의 내부 또는 외부에 위치하는 서로 다른 영역을 향하도록 초고주파 라디오미터(202)에 고정되도록 하였다.
다시 도 3을 참조하면, 라디오미터 A 내지 E의 안테나(204) 각각은 구조물(250)의 내부 또는 외부에 위치하는 서로 다른 영역을 향하도록 고정될 수 있다. 예를 들어, 라디오미터 A의 안테나(204)는 구조물(250) 내 영역 a를 향하도록 고정되며, 라디오미터 B의 안테나(204)는 구조물(250) 내 영역 b를 향하도록 고정되며, 라디오미터 C의 안테나(204)는 구조물(250) 내 영역 c를 향하도록 고정되며, 라디오미터 D의 안테나(204)는 구조물(250) 내 영역 d를 향하도록 고정되며, 라디오미터 E의 안테나(204)는 구조물(250) 내 영역 e를 향하도록 고정될 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 라디오미터 A 내지 F의 안테나(204) 각각은 구조물(250)의 내부 또는 외부에 위치하는 서로 다른 영역을 향하도록 고정될 수 있다.
이 경우, 안테나(204) 각각은 구조물(250)의 내부 또는 외부에 위치하는 서로 다른 영역 내 대상체의 존재를 감지하게 되며, 이에 따라 구조물(250)의 전 영역을 감시할 수 있게 된다. 초고주파 라디오미터(202) 및 안테나(204)의 개수 또는 배치 위치는 예를 들어, 구조물(250)의 전체 크기, 구조물(250) 내부 또는 외부의 감시 영역의 개수 및 크기 등에 따라 달라질 수 있다.
또한, 복수 개의 초고주파 라디오미터(202)는 구조물(250)의 내부 또는 외부의 대상체의 밝기 온도에 대응되는 출력 전압을 발생시키고, 상기 출력 전압에 관한 신호를 서버(206)로 각각 전송할 수 있다. 이를 위해, 각 초고주파 라디오미터(202)는 예를 들어, ““지그비(Zigbee)”” 등과 같은 통신망을 구현하는 데 사용되는 ISM 대역(Industrial Scientific Medical band)의 송수신기(미도시)를 더 구비할 수 있다. 각 초고주파 라디오미터(202)는 상기 송수신기를 통해 상기 상기 출력 전압에 관한 신호를 서버(206)로 실시간 전송할 수 있다.
서버(206)는 각 초고주파 라디오미터(202)로부터 수신된 출력 전압에 관한 신호로부터 구조물(250) 내 침입 또는 화재 발생 여부를 판단하는 장치이다. 서버(206)는 복수 개의 초고주파 라디오미터(202)로부터 상기 출력 전압에 관한 신호를 각각 수신하고, 시간 흐름에 따른 각 초고주파 라디오미터 별 출력 전압에 관한 신호의 패턴으로부터 상기 대상체가 사람인지 또는 화염인지의 여부를 판단할 수 있다.
일 예시로서, 서버(206)는 설정된 크기 이상의 출력 전압이 인접하게 배치된 둘 이상의 초고주파 라디오미터(202)에서 순차적으로 검출되는 경우 상기 대상체가 사람(또는 침입자)인 것으로 판단할 수 있다. 이때, 상기 대상체가 사람인 것으로 판단되는 경우, 서버(206)는 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압이 검출되는 각 초고주파 라디오미터(202)에 대응되는 구조물(250) 내부 또는 외부의 영역(즉, 각 초고주파 라디오미터(202) 또는 각 초고주파 라디오미터(202)의 안테나가 향하는 구조물(250) 내부 또는 외부의 영역)의 위치를 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압의 검출 순서에 따라 순차적으로 연결하여 사람(또는 침입자)의 동선을 파악할 수 있다.
다른 예시로서, 서버(206)는 설정된 크기 이상의 출력 전압이 둘 이상의 초고주파 라디오미터(202)에서 설정된 시간 동안 지속적으로 검출되는 경우 상기 대상체가 화염인 것으로 판단할 수 있다.
즉, 서버(206)는 구조물(250)의 내부 또는 외부에 위치하는 서로 다른 영역에서 수집된 신호의 패턴으로부터 구조물(250) 내 침입 또는 화재 발생 여부를 효율적으로 감지할 수 있다.
또한, 서버(206)는 상기 대상체가 사람 또는 화염인 것으로 판단되는 경우 관리자 단말(미도시)로 알림 메시지를 전송할 수 있다. 상기 알림 메시지는 구조물(250)의 식별 정보, 대상체가 사람 또는 화염인지의 여부를 나타내는 정보, 침입 또는 화재가 발생된 시각에 관한 정보, 사람의 동선에 관한 정보 등을 포함할 수 있다. 이에 따라, 관리자는 구조물(250)에 침입 또는 화재가 발생한 경우 이를 즉각적으로 파악할 수 있다.
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 각 초고주파 라디오미터(202) 별 출력 전압에 관한 신호의 패턴을 나타낸 예시이다. 도 6의 (a)는 도 3의 라디오미터 A로부터 수신된 출력 전압에 관한 신호의 패턴의 예시이며, 도 6의 (b)는 도 3의 라디오미터 B로부터 수신된 출력 전압에 관한 신호의 패턴의 예시이며, 도 6의 (c)는 도 3의 라디오미터 C로부터 수신된 출력 전압에 관한 신호의 패턴의 예시이며, 도 6의 (d)는 도 3의 라디오미터 D로부터 수신된 출력 전압에 관한 신호의 패턴의 예시이다.
도 6을 참조하면, 설정된 크기(예를 들어, 5V) 이상의 출력 전압이 인접하게 배치된 둘 이상의 라디오미터, 즉 라디오미터 A, B, C, D에서 순차적으로 검출되는 것을 확인할 수 있다. 이 경우, 서버(206)는 사람(또는 침입자) 또는 동물이 구조물(250) 주변 또는 내부에서 움직임에 따라 상기 사람 또는 동물의 동선에 따라 신호의 발생이 규칙적으로 일어난 것으로 판단하고, 순차적으로 검출된 신호의 규칙성으로부터 상기 대상체가 사람(또는 침입자)인 것으로 판단할 수 있다.
이러한 동선에 따른 순차적인 신호 검출 패턴(또는 규칙적인 신호 발생 패턴)은 화염에 의해 발생되는 신호의 패턴과 구별되므로, 화재 감지의 오탐율을 획기적으로 개선하는 데 효율적이다. 또한, 초고주파 라디오미터(202)의 안테나(204)가 좁은 빔 폭을 가지므로, 안테나 이득(또는 감도) 또한 매우 우수하여 사람, 화재 감지의 정확도 또한 매우 높다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 서버(206)에서 도 6에 도시된 신호의 패턴에 따라 사람의 동선을 파악하는 과정을 설명하기 위한 예시이다. 상술한 바와 같이, 상기 대상체가 사람인 것으로 판단되는 경우, 서버(206)는 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압이 검출되는 각 초고주파 라디오미터(202)에 대응되는 영역의 위치를 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압의 검출 순서에 따라 순차적으로 연결하여 사람의 동선을 파악할 수 있다.
위 도 6의 예시에서, 서버(206)는 설정된 크기 이상의 출력 전압이 검출되는 각 초고주파 라디오미터(202)에 대응되는 영역의 위치를 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압의 검출 순서에 따라 순차적으로 연결할 수 있으며, 이에 따라 사람의 동선이 ““라디오미터 A에 대응되는 구조물(250) 내 영역(영역 a) → 라디오미터 B에 대응되는 구조물(250) 내 영역(영역 b) → 라디오미터 C에 대응되는 구조물(250) 내 영역(영역 c) → 라디오미터 D에 대응되는 구조물(250) 내 영역(영역 d)”” 인 것으로 파악할 수 있다.
일 예시로서, 이와 같은 구조물 감시 시스템(200)은 기후에 무관한 문화재 감시 시스템으로서 활용될 수 있다. 예를 들어, 사람이 문화재에 무단으로 침입할 경우, 사람의 동선에 따라 구조물(250) 내 서로 다른 영역을 응시하는 초고주파 라디오미터(202)에서 사람의 위치에 따른 출력 전압에 관한 신호가 순차적으로 발생하게 되며, 서버(206)는 순차적인 신호 검출 패턴(또는 규칙적인 신호 발생 패턴)으로부터 구조물(250) 외부에서 사람의 동선을 투시하여 실시간으로 파악할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예들에 따르면, 시간 흐름에 따른 각 초고주파 라디오미터(202) 별 출력 전압의 패턴으로부터 구조물(250) 내 침입자를 신속하게 감지하고, 침입자의 동선을 실시간으로 파악하여 구조물(250) 침입에 신속하게 대응할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 종래의 적외선 또는 가시광선 카메라와는 달리 구조물(250) 외부에 존재하는 초고주파 라디오미터(202)를 통해 구조물의 침입을 감지하게 되며 침입자가 감시 장치, 즉 초고주파 라디오미터(202)와 물리적으로 격리되어 있으므로 침입자가 감시 장치를 무력화시킬 수 없는 장점이 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에서 각 초고주파 라디오미터(102) 별 출력 전압에 관한 신호의 패턴을 나타낸 다른 예시이다. 도 8의 (a)는 도 3의 라디오미터 A로부터 수신된 출력 전압에 관한 신호의 패턴의 예시이며, 도 8의 (b)는 도 3의 라디오미터 B로부터 수신된 출력 전압에 관한 신호의 패턴의 예시이며, 도 8의 (c)는 도 3의 라디오미터 C로부터 수신된 출력 전압에 관한 신호의 패턴의 예시이며, 도 8의 (d)는 도 3의 라디오미터 D로부터 수신된 출력 전압에 관한 신호의 패턴의 예시이다.
도 8을 참조하면, 설정된 크기(예를 들어, 2.10V) 이상의 출력 전압이 둘 이상의 라디오미터, 즉 라디오미터 A, B, C, D에서 기 설정된 시간 동안 지속적으로 검출되는 것을 확인할 수 있다. 이 경우, 서버(206)는 구조물(250)에서 화재가 발생한 것으로 판단하고, 상기 대상체가 화염인 것으로 판단할 수 있다. 화염의 경우, 일반적으로 시간 흐름에 따라 불규칙적으로 확산되어 일정 시간 동안 지속되는 경향이 있다. 만약, 구조물(250)에서 화재가 발생하는 경우 이와 같은 지속적인 신호 검출 패턴(또는 불규칙적인 신호 발생 패턴)이 발생하게 되면, 서버(206)는 이로부터 구조물(250)에서 화재가 발생한 것으로 즉각적으로 판단할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예들에 따르면, 시간 흐름에 따른 각 초고주파 라디오미터(202) 별 출력 전압의 패턴으로부터 구조물(250)의 내부 또는 외부의 화염과 사람을 용이하게 구별할 수 있으며, 이에 따라 화재 감지의 오탐율을 획기적으로 개선할 수 있다. 또한, 외벽으로 대상체를 둘러싸는 목재 구조물(250)에서 화재가 발생하는 경우 종래 적외선 방식의 화재 감지 장치로는 목재 구조물(250) 내부에서 발생하는 화재를 용이하게 감지할 수 없으나, 본 발명의 실시예들에 따른 구조물 감시 시스템(200)의 경우 초고주파 라디오미터(202)를 이용하여 목재 구조물(250)에서 발생되는 화재를 용이하게 감지할 수 있으며 화재 감지시 악천후와 같은 기후의 영향도 받지 않게 된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 구조물 감시 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 9에 도시된 방법은 예를 들어, 전술한 구조물 감시 시스템(200)에 의해 수행될 수 있다. 도시된 흐름도에서는 상기 방법을 복수 개의 단계로 나누어 기재하였으나, 적어도 일부의 단계들은 순서를 바꾸어 수행되거나, 다른 단계와 결합되어 함께 수행되거나, 생략되거나, 세부 단계들로 나뉘어 수행되거나, 또는 도시되지 않은 하나 이상의 단계가 부가되어 수행될 수 있다.
S102 단계에서, 복수 개의 초고주파 라디오미터(202)는 구조물(250)의 내부 또는 외부의 대상체의 밝기 온도에 대응되는 출력 전압을 각각 발생시킨다. 상술한 바와 같이, 초고주파 라디오미터(202)는 대상체의 밝기 온도를 감지하는 안테나(204)를 구비할 수 있다. 이때, 안테나(204)는 설정된 값 이상의 이득을 갖도록 임계치 이하의 빔 폭을 가지며, 안테나(204) 각각은 구조물(250)의 내부 또는 외부에 위치하는 서로 다른 영역을 향하도록 초고주파 라디오미터(202)에 고정될 수 있다.
S104 단계에서, 서버(206)는 복수 개의 초고주파 라디오미터(202)로부터 상기 출력 전압에 관한 신호를 각각 수신한다.
S106 단계에서, 서버(206)는 시간 흐름에 따른 각 초고주파 라디오미터 별 출력 전압의 패턴으로부터 상기 대상체가 사람인지 또는 화염인지의 여부를 판단한다.
일 예시로서, 서버(206)는 설정된 크기 이상의 출력 전압이 인접하게 배치된 둘 이상의 초고주파 라디오미터(202)에서 순차적으로 검출되는 경우 상기 대상체가 사람(또는 침입자)인 것으로 판단할 수 있다. 이때, 상기 대상체가 사람인 것으로 판단되는 경우, 서버(206)는 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압이 검출되는 각 초고주파 라디오미터(202)에 대응되는 영역의 위치를 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압의 검출 순서에 따라 순차적으로 연결하여 사람의 동선을 파악할 수 있다.
다른 예시로서, 서버(206)는 설정된 크기 이상의 출력 전압이 둘 이상의 초고주파 라디오미터(202)에서 설정된 시간 동안 지속적으로 검출되는 경우 상기 대상체가 화염인 것으로 판단할 수 있다.
도 10은 예시적인 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경(10)을 예시하여 설명하기 위한 블록도이다. 도시된 실시예에서, 각 컴포넌트들은 이하에 기술된 것 이외에 상이한 기능 및 능력을 가질 수 있고, 이하에 기술되는 것 이외에도 추가적인 컴포넌트를 포함할 수 있다.
도시된 컴퓨팅 환경(10)은 컴퓨팅 장치(12)를 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 장치(12)는 라디오미터(예를 들어, 라디오미터(100) 또는 라디오미터(202))일 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(12)는 경보 장치(예를 들어, 경보 장치(120))일 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(12)는 서버 장치(예를 들어, 화재 관리 서버(160) 또는 서버(206))일 수 있다.
컴퓨팅 장치(12)는 적어도 하나의 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16) 및 통신 버스(18)를 포함한다. 프로세서(14)는 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 앞서 언급된 예시적인 실시예에 따라 동작하도록 할 수 있다. 예컨대, 프로세서(14)는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 하나 이상의 프로그램들을 실행할 수 있다. 상기 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있으며, 상기 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서(14)에 의해 실행되는 경우 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 프로그램(20)은 프로세서(14)에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 컴퓨팅 장치(12)에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.
통신 버스(18)는 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)를 포함하여 컴퓨팅 장치(12)의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다.
컴퓨팅 장치(12)는 또한 하나 이상의 입출력 장치(24)를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스(22) 및 하나 이상의 네트워크 통신 인터페이스(26)를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(22) 및 네트워크 통신 인터페이스(26)는 통신 버스(18)에 연결된다. 입출력 장치(24)는 입출력 인터페이스(22)를 통해 컴퓨팅 장치(12)의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다. 예시적인 입출력 장치(24)는 포인팅 장치(마우스 또는 트랙패드 등), 키보드, 터치 입력 장치(터치패드 또는 터치스크린 등), 음성 또는 소리 입력 장치, 다양한 종류의 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치, 및/또는 디스플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 입출력 장치(24)는 컴퓨팅 장치(12)를 구성하는 일 컴포넌트로서 컴퓨팅 장치(12)의 내부에 포함될 수도 있고, 컴퓨팅 장치(12)와는 구별되는 별개의 장치로 컴퓨팅 장치(12)와 연결될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 제1 안테나;
    상기 제1 안테나와 방사 패턴의 방향이 다르게 설치되는 제2 안테나;
    상기 제1 안테나로부터 수신되는 제1 복사 전파에 대응하는 전압 레벨 및 상기 제2 안테나로부터 수신되는 제2 복사 전파에 대응하는 전압 레벨을 각각 검출하는 신호 처리부; 및
    상기 제1 복사 전파에 대응하는 전압 레벨과 상기 제2 복사 전파에 대응하는 전압 레벨을 기반으로 상기 제1 안테나가 향하는 표적의 온도 변화를 검출하는 신호 분석부를 포함하는, 라디오미터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 안테나는, 방사 패턴 방향이 온도 변화를 검출하고자 하는 상기 표적을 향하도록 설치되고,
    상기 제2 안테나는, 방사 패턴 방향이 상기 라디오미터가 설치되는 실내와 동일성 범위의 절대 온도를 가지는 물체를 향하도록 설치되는, 라디오미터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 라디오미터는,
    상기 제1 안테나와 상기 신호 처리부를 연결하며 마련되고, 스위칭 제어 신호에 따라 온 동작되어 상기 제1 안테나로부터 수신되는 제1 복사 전파를 상기 신호 처리부로 전달하는 제1 스위치;
    상기 제2 안테나와 상기 신호 처리부를 연결하며 마련되고, 스위칭 제어 신호에 따라 온 동작되어 상기 제2 안테나로부터 수신되는 제2 복사 전파를 상기 신호 처리부로 전달하는 제2 스위치; 및
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 동작을 제어하는 스위치 제어부를 더 포함하는, 라디오미터.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 스위치 제어부는,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 주기적으로 교대로 온 동작되도록 하는, 라디오미터.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 교대로 온 동작되는 주기는,
    상기 라디오미터의 이득 변화가 기 설정된 임계 변화값 이하가 되도록 설정되는, 라디오미터.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 라디오미터의 온도 해상도(ΔT)는 하기의 수학식과 같이 근사화되는, 라디오미터.
    (수학식)
    Figure PCTKR2018003098-appb-I000007
    D : 제1 스위치의 듀티비
    TSYS : 라디오미터의 전체 시스템의 등가 온도
    τint : 제1 복사 전파 또는 제2 복사 전파가 라디오미터 내 적분기에서 축적되는 시간
    B : 라디오미터 내 중간 주파수의 대역
    GSYS : 라디오미터의 전체 시스템의 이득
    ΔGSYS : 제2 스위치가 온 된 이후 제1 스위치가 온 되는 동안 라디오미터의 전체 시스템의 이득 변화
  7. 표적의 온도 변화를 검출하여 화재 발생 여부를 탐지하는 라디오미터; 및
    상기 라디오미터에서 화재 발생 탐지 시 화재 발생 신호를 외부로 전송하는 경보 장치를 포함하고,
    상기 라디오미터는,
    제1 안테나;
    상기 제1 안테나와 방사 패턴의 방향이 다르게 설치되는 제2 안테나;
    상기 제1 안테나로부터 수신되는 제1 복사 전파에 대응하는 전압 레벨 및 상기 제2 안테나로부터 수신되는 제2 복사 전파에 대응하는 전압 레벨을 각각 검출하는 신호 처리부; 및
    상기 제1 복사 전파에 대응하는 전압 레벨과 상기 제2 복사 전파에 대응하는 전압 레벨을 기반으로 상기 제1 안테나가 향하는 상기 표적의 온도 변화를 검출하는 신호 분석부를 포함하는, 감시 시스템.
  8. 하나 이상의 프로세서들, 및
    상기 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램들을 저장하는 메모리를 구비한 컴퓨팅 장치에서 수행되는 방법으로서,
    제1 안테나로부터 수신되는 제1 복사 전파에 대응하는 전압 레벨을 검출하는 단계;
    상기 제1 안테나와 방사 패턴의 방향이 다르게 설치되는 제2 안테나로부터 수신되는 제2 복사 전파에 대응하는 전압 레벨을 검출하는 단계; 및
    상기 제1 복사 전파에 대응하는 전압 레벨과 상기 제2 복사 전파에 대응하는 전압 레벨을 기반으로 상기 제1 안테나가 향하는 표적의 온도 변화를 검출하는 단계를 포함하는, 라디오미터의 동작 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 안테나는, 방사 패턴 방향이 온도 변화를 검출하고자 하는 상기 표적을 향하도록 설치되고,
    상기 제2 안테나는, 방사 패턴 방향이 상기 라디오미터가 설치되는 실내와 동일성 범위의 절대 온도를 가지는 물체를 향하도록 설치되는, 라디오미터의 동작 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 라디오미터의 동작 방법은,
    상기 제1 안테나와 연결되는 제1 스위치 및 상기 제2 안테나와 연결되는 제2 스위치의 동작을 제어하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제어하는 단계는, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 주기적으로 교대로 온 동작되도록 하는, 라디오미터의 동작 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 교대로 온 동작되는 주기는,
    상기 라디오미터의 이득 변화가 기 설정된 임계 변화값 이하가 되도록 설정되는, 라디오미터의 동작 방법.
  12. 구조물로부터 설정된 거리 이내에서 소정 간격 이격되어 배치되며, 상기 구조물의 내부 또는 외부의 대상체의 밝기 온도(brightness temperature)에 대응되는 출력 전압을 각각 발생시키는 복수 개의 초고주파 라디오미터; 및
    상기 복수 개의 초고주파 라디오미터로부터 상기 출력 전압에 관한 신호를 각각 수신하고, 시간 흐름에 따른 각 초고주파 라디오미터 별 출력 전압에 관한 신호의 패턴으로부터 상기 대상체가 사람인지 또는 화염인지의 여부를 판단하는 서버를 포함하는, 감시 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 초고주파 라디오미터는, 상기 대상체의 밝기 온도를 감지하는 안테나를 구비하며,
    상기 안테나는, 상기 안테나가 설정된 값 이상의 이득을 갖도록 임계치 이하의 빔 폭(beam width)을 갖는, 감시 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 안테나 각각은,
    상기 구조물의 내부 또는 외부에 위치하는 서로 다른 영역을 향하도록 상기 초고주파 라디오미터에 고정되는, 감시 시스템.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 서버는,
    설정된 크기 이상의 출력 전압이 인접하게 배치된 둘 이상의 초고주파 라디오미터에서 순차적으로 검출되는 경우 상기 대상체가 사람인 것으로 판단하는, 감시 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 서버는,
    상기 대상체가 사람인 것으로 판단되는 경우 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압이 검출되는 각 초고주파 라디오미터에 대응되는 영역의 위치를 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압의 검출 순서에 따라 순차적으로 연결하여 상기 사람의 동선을 파악하는, 감시 시스템.
  17. 청구항 12에 있어서,
    상기 서버는, 설정된 크기 이상의 출력 전압이 둘 이상의 초고주파 라디오미터에서 설정된 시간 동안 지속적으로 검출되는 경우 상기 대상체가 화염인 것으로 판단하는, 구조물 감시 시스템.
  18. 청구항 12에 있어서,
    상기 서버는,
    상기 대상체가 사람 또는 화염인 것으로 판단되는 경우 관리자 단말로 알림 메시지를 전송하는, 감시 시스템.
  19. 청구항 12에 있어서,
    상기 초고주파 라디오미터는, 상기 구조물의 외부에 배치되는, 감시 시스템.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 구조물은, 외벽으로 상기 대상체를 둘러싸는 비금속 구조물인, 감시 시스템.
PCT/KR2018/003098 2017-03-17 2018-03-16 라디오미터 및 그 동작 방법과 이를 이용한 감시 시스템 Ceased WO2018169349A1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170033894A KR101871928B1 (ko) 2017-03-17 2017-03-17 라디오미터 및 그 동작 방법과 이를 이용한 화재 감지 시스템
KR10-2017-0033895 2017-03-17
KR1020170033895A KR101828244B1 (ko) 2017-03-17 2017-03-17 구조물 감시 시스템 및 방법
KR10-2017-0033894 2017-03-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018169349A1 true WO2018169349A1 (ko) 2018-09-20

Family

ID=63522737

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2018/003098 Ceased WO2018169349A1 (ko) 2017-03-17 2018-03-16 라디오미터 및 그 동작 방법과 이를 이용한 감시 시스템

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2018169349A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5149198A (en) * 1991-05-02 1992-09-22 Mmtc, Inc. Temperature-measuring microwave radiometer apparatus
JP2004325239A (ja) * 2003-04-24 2004-11-18 Sharp Corp アンテナゲイン特定装置および無線通信装置
US6900756B2 (en) * 2001-02-21 2005-05-31 Qinetiq Limited Calibrating radiometers
KR20100034005A (ko) * 2007-06-15 2010-03-31 아이코브 앤드 어소시에이츠, 엘엘시 수동 마이크로파 화재-침입 탐색장치
WO2010076783A1 (en) * 2008-12-31 2010-07-08 Yael Nemirovsky Teramos-terahertz thermal sensor and focal plane array

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5149198A (en) * 1991-05-02 1992-09-22 Mmtc, Inc. Temperature-measuring microwave radiometer apparatus
US6900756B2 (en) * 2001-02-21 2005-05-31 Qinetiq Limited Calibrating radiometers
JP2004325239A (ja) * 2003-04-24 2004-11-18 Sharp Corp アンテナゲイン特定装置および無線通信装置
KR20100034005A (ko) * 2007-06-15 2010-03-31 아이코브 앤드 어소시에이츠, 엘엘시 수동 마이크로파 화재-침입 탐색장치
WO2010076783A1 (en) * 2008-12-31 2010-07-08 Yael Nemirovsky Teramos-terahertz thermal sensor and focal plane array

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016105093A1 (en) Method and apparatus for operating a security system
WO2018097558A1 (en) Electronic device, server, and method for determining presence or absence of user within specific space
WO2020067785A1 (ko) 사물의 위치 및 방향을 기반으로 기능을 제어하는 전자 장치 및 방법
CN101900835B (zh) 自适应微波安防传感器
WO2020175786A1 (en) Methods and apparatuses for object presence detection and range estimation
WO2023200086A1 (en) Method and apparatus for recognizing gesture of user
WO2018143571A1 (ko) 무선 통신 시스템에서 객체를 관리하는 방법 및 장치
WO2022102957A1 (ko) 전자 장치 및 그 동작 방법
WO2020116845A1 (ko) 원격 제어 장치, 디스플레이 장치 및 이를 포함하는 원격 제어 시스템
US20190212432A1 (en) High security motion sensor
WO2020256458A1 (en) Electronic device for determining location information of external device
KR101734155B1 (ko) 다분할 포인트(64 픽셀포인트)의 온도를 측정하는 비접촉식 온도센서를 이용한 전기설비의 화재발생 감시장치
US7145452B2 (en) Detection of bodies
WO2017183888A2 (en) Positioning method and apparatus
WO2018169349A1 (ko) 라디오미터 및 그 동작 방법과 이를 이용한 감시 시스템
WO2020197146A1 (ko) 출입구 관리 시스템 및 그 동작 방법
WO2020009370A1 (ko) 가상 경계 구간을 형성하는 경계 장치, 시스템 및 방법
US7982606B2 (en) Microwave motion detector with target angle detection
KR101828244B1 (ko) 구조물 감시 시스템 및 방법
JP5624923B2 (ja) 侵入者検知装置
KR101676694B1 (ko) 다분할 온도감지센서를 이용한 전기설비의 화재발생 감시장치
WO2024191172A1 (en) Method and apparatus for presence detection using uwb radar
WO2022010047A1 (ko) 랩톱 pc 도난 감시 시스템
EP1107204A3 (en) Infra-red monitoring system
KR101871928B1 (ko) 라디오미터 및 그 동작 방법과 이를 이용한 화재 감지 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18766992

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18766992

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1