KR100496006B1 - 진동-전기신호 변환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동-전기신호 변환장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 진동-전기신호 변환장치는 일면이 철판으로 된 하우징; 상기 철판과 대향하는 면을 고정단으로 하여 상기 하우징 내부에 편향가능하도록 설치된 캔틸레버; 상기 캔틸레버에 고정되는 콘덴서 양극; 상기 캔틸레버의 자유단에 고정되는 영구자석; 상기 콘덴서 양극과 평행하도록 상기 하우징에 설치되는 콘덴서 음극으로 구성되어 하우징에 가해지는 진동에 따라 상기 콘덴서에 축적되는 전하량의 변화를 측정하여 진동을 전기적 신호로 변환시킬 수 있다. 상기 콘덴서 양극의 양편에 두 개의 콘덴서 음극을 고정시켜 구성하는 것도 가능하다. 상기 영구자석의 하부에는 영구자석의 진동의 진폭을 제한하기 위한 스토퍼가 추가로 포함되는 것이 바람직하다.

Description

진동-전기신호 변환장치 {Vibration-to-electrical signal conversion apparatus}

본 발명은 진동-전기신호 변환장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 체감형 영화나 오락 등의 제작시에 폭파, 총기발사, 격투액션, 공룡 발자국의 진동 등을 감지하여 전기적 신호로 변환하는 기능을 하는 진동-전기신호 변환장치에 관한 것이다.

체감형 영화나 오락은 영화나 오락이 진행되면서 일어나는 여러 가지 폭파, 총기발사, 격투액션, 공룡이 움직일때의 진동, 기차가 지나갈때의 진동 등을 관객이나 오락을 즐기는 사람의 신체가 직접 느낄 수 있게 하는 것이다. 이러한 체감형 영화나 오락 등을 구현하는 방법으로 현재 이용되고 있는 것은 영화나 오락에서 발생하는 음향을 관객이나 오락을 즐기는 사람이 사용하고 있는 의자의 진동으로 변환시켜 체감하도록 하는 방법이다.

그러나, 이러한 음향-진동 변환장치에 있어서는 영화나 오락 속에서 발생하는 진동과는 많은 차이가 있어 관객이나 오락을 즐기는 사람이 실제의 진동을 느끼기에는 미흡한 점이 존재한다. 이러한 이유에서 영화 촬영시에 실제로 진동하는 물체의 진동 정도를 전기신호로 변환하여 기록하고, 영화 상영시에 이를 토대로 관람석의 진동으로 재현한다면 관객은 실제의 진동에 가까운 진동을 체감할 수 있는 효과가 있을 것이다. 따라서 물체의 진동을 감지하여 이를 전기신호로 변환할 수 있는 장치가 개발되어야 하는 필요성이 있다.

마이크(microphone)는 음파 또는 초음파를 받아서 전기신호를 발생하는 장치인데, 마이크는 음파 또는 초음파에 의한 공기의 진동을 감지하여 이를 전기신호로 변환시키는 장치라는 점에서 고체의 진동을 감지하여 전기신호로 변환시키는 본 발명과는 상이한 점이 있다.

현재 이용되고 있는 진동 센서라는 것이 있는데 이는 진동이 존재하는지의 여부를 알려 주는 센서라는 점에서, 진동의 크기, 방향에 따른 전기신호를 발생시키는 본 발명과는 차이가 있다.

본 발명의 목적은 체감형 영화나 오락 등을 보다 실감나게 만들기 위하여 물체의 진동을 감지하여 그 크기나 방향의 변화에 따른 전기신호를 발생시키는 장치를 제공하는데 있다.

발명의 개요

본 발명에 따른 진동-전기신호 변환장치는 일면이 철판으로 된 하우징; 상기 철판과 대향하는 면을 고정단으로 하여 상기 하우징 내부에 편향가능하도록 설치된 캔틸레버; 상기 캔틸레버에 고정되는 콘덴서 양극; 상기 캔틸레버의 자유단에 고정되는 영구자석; 상기 콘덴서 양극과 평행하게 상기 하우징에 설치되는 콘덴서 음극으로 구성되어 하우징에 가해지는 외부 진동에 따라 상기 콘덴서에 축적되는 전하량의 변화를 측정하여 진동을 전기적 신호로 변환시킬 수 있다. 상기 콘덴서 양극의 양편에 두 개의 콘덴서 음극을 고정시켜 구성하는 것도 가능하다. 상기 영구자석의 하부에는 영구자석의 진동의 진폭을 제한하기 위한 스토퍼가 추가로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 진동-전기신호 변환장치의 다른 양상으로서 하우징; 상기 하우징 내부에 편향가능하도록 설치된 캔틸레버; 상기 캔틸레버의 자유단에 고정되는 영구자석; 둘레에 코일이 감겨 상기 영구자석과 대향하는 면에 고정되는 보빈으로 구성되어 상기 하우징에 가해지는 진동을 상기 코일에 인가되는 전기적 신호로 변환시킬 수 있다. 상기 영구자석의 양편에는 영구자석의 진동의 진폭을 제한하기 위한 스토퍼가 추가로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 진동-전기신호 변환장치의 또 다른 양상으로서 하우징; 상기 하우징 내부에 편향가능하도록 설치된 캔틸레버; 상기 캔틸레버의 자유단에 고정되는 관성추; 둘레에 코일이 감겨 상기 관성추와 대향하는 면에 고정되는 영구자석으로 구성되어 상기 하우징에 가해지는 진동을 상기 코일에 인가되는 전기적 신호로 변환시킬 수 있다. 상기 관성추의 양편에는 관성추의 진동의 진폭을 제한하기 위한 스토퍼가 추가로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 캔틸레버는 와이어로 구성하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 진동-전기신호 변환장치의 바람직한 실시예를 설명한다. 도1은 본 발명의 제1실시예의 구성도를 나타낸다.

제1실시예는 일면이 철판(11)으로 된 하우징(10)과; 상기 철판(11)과 대향하는 면을 고정단으로 하여 상기 하우징(10) 내부에 편향가능하도록 설치된 캔틸레버(13)와; 상기 캔틸레버(13)에 고정되는 콘덴서 양극(15)과; 상기 캔틸레버(13)의 자유단에 고정되는 영구자석(17)과; 상기 콘덴서 양극(15)과 평행하게 하우징(10) 내부에 설치되는 콘덴서 음극(19)과; 상기 영구자석(17)의 하부에 영구자석(17)의 진동의 진폭을 제한하기 위한 스토퍼(21)와; 상기 하우징(10)을 감싸고 있으며 상기 콘덴서 음극(19)이 연결되는 시일드 케이스(23)에 의하여 구성된다.

본 실시예는 가변 콘덴서 방식에 의하여 진동을 전기신호로 변환시키는 시스템이다. 캔틸레버(13)는 와이어에 의해 구현되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 캔틸레버(13)의 일단은 하우징(10)에 편향가능하도록 고정된다. 즉, 하우징(10)에 진동이 가해짐에 따라 상하로 진동할 수 있도록 고정되는 것이다. 캔틸레버(13)의 자유단에는 영구자석(17)이 고정된다. 캔틸레버(13)의 중앙에는 콘덴서 양극(15)이 고정된다. 영구자석(17)과 마주하는 하우징(10)의 면은 철판으로 구성하여 영구자석(17)과의 자기력에 의해 캔틸레버(17)가 수평을 유지할 수 있도록 한다. 따라서, 영구자석(17)의 자기력은 캔틸레버(17)가 수평을 유지할 수 있는 정도가 되어야 한다. 콘덴서 양극(15)과 평행하게 콘덴서 음극(19)이 하우징(10) 내부에 고정되고, 콘덴서 음극(19)은 하우징(10)을 감싸고 있는 시일드 케이스(23)와 연결된다. 도1b는 콘덴서 양극(15)과 콘덴서 음극(19)의 측면 단면도를 도시한 것이다. 콘덴서 양극(15)과 콘덴서 음극(19)의 겹치는 부분이 콘덴서의 단면적(A)이 되고, 그 간격이 콘덴서의 간격(d)가 된다. 콘덴서 음극(19)은 콘덴서 양극(15)을 사이에 두고 양쪽으로 설치되는 것도 가능한데, 도1c는 이를 도시한 것이다. 영구자석(17)의 하부에는 영구자석(17)의 진동의 진폭을 제한하기 위하여 스토퍼(21)가 설치된다.

본 실시예의 작용을 설명하면 다음과 같다. 콘덴서 양극(15)과 콘덴서 음극(19)에 전원(도시하지 않음)을 인가하면 콘덴서에는 전하가 충전되는데, 충전되는 전하량은 다음식에 의하여 결정된다.

여기서 ε은 콘덴서 사이에 있는 유전체의 유전상수이고, A는 콘덴서의 단면적이며, d는 콘덴서 양극과 음극간의 거리이다.

본 실시예에 따른 진동-전기신호 변환장치를 진동하는 물체에 부착하면 진동에 의해 캔틸레버(13)는 상하로 진동하게 되고, 캔틸레버(13)가 진동하면 캔틸레버(13)에 고정되어 있는 콘덴서 양극(15)도 함께 진동하게 된다. 콘덴서 양극(15)이 상하로 진동을 하면, 콘덴서 양극(15)과 콘덴서 음극(19)간의 마주하는 단면적(A)은 변하게 되어 이에 따라 콘덴서에 축적되는 전하량도 가변된다. 즉, 전하량(C)는 콘덴서의 단면적(A)에 비례하므로 캔틸레버(13)가 밑으로 이동하면 콘덴서 양극(15)과 콘덴서 음극(19)이 겹치는 콘덴서의 단면적(A)은 커지게 되어 콘덴서에 축적되는 전하량(C)도 커지고, 캔틸레버(13)가 위로 이동하면 콘덴서의 단면적(A)은 작아지게 되므로 콘덴서에 축적되는 전하량(C)은 작아지게 된다. 따라서, 콘덴서 양극(15)과 콘덴서 음극(19)을 출력으로 하여 콘덴서에서 변화되는 전하량을 측정하면 하우징(10)에 가해지는 진동의 크기나 방향을 전기신호로 변화시킬 수 있는 것이다. 도1c에서처럼 콘덴서 양극(15)의 양쪽에 콘덴서 음극(19)을 설치하면 콘덴서의 단면적(A)을 두배로 할 수 있어 축적되는 전하량(C)를 두배로 할 수 있다.

실시예 2

도2는 본 발명에 따른 진동-전기신호 변환장치의 다른 실시예의 구성도이다. 하우징(31) 내부의 일면에 캔틸레버(33)가 편향가능하도록 고정되고, 자유단에는 영구자석(34)이 고정된다. 캔틸레버(33)는 와이어로 구성하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 영구자석(34)과 대향하는 하우징(31)의 면에는 보빈(37)이 고정되고, 보빈(37)에는 코일(35)이 권선된다. 상기 영구자석(34)과 보빈(37)과의 자기력에 의한 인력에 의해 상기 캔틸레버(33)가 수평을 유지할 수 있게 된다. 영구자석(34)의 상하에는 영구자석(34)의 진동시의 진폭을 제한하기 위하여 스토퍼(39, 39')가 고정된다.

본 실시예의 작용을 설명하면 다음과 같다. 본 실시예에 따른 진동-전기신호 변환장치가 진동하는 물체에 부착되면 그 진동에 따라 캔틸레버(33)가 진동하게 된다. 캔틸레버(33)가 진동하면 캔틸레버(33)의 자유단에 고정된 영구자석(34)도 진동하게 되고, 영구자석(34)이 진동함에 따라 영구자석(34)과 보빈(37)간의 거리와 상대적 위치가 변화게 된다. 이에 따라 보빈(37)에 작용하는 자기력의 크기도 변화되고, 이 자기력의 변화는 보빈(37) 둘레에 권선된 코일(35)에 유도전류를 발생시키게 된다. 코일(35)에 발생되는 유도전류는 영구자석(34)의 진동방향이나 크기에 따라 변화할 것이므로 코일(35)의 양단을 출력으로 하면 하우징(31)에 가해지는 진동을 전기신호로 변환시킬 수 있는 것이다.

실시예 3

도3은 본 발명에 따른 진동-전기신호 변환장치의 또 다른 실시예의 구성도이다. 제3실시예에 있어서는 제2실시예와 비교하여 영구자석의 위치가 변화된 것이다. 즉, 제2실시예에 있어서는 캔틸레버(33)의 자유단에 고정되어 있던 영구자석(34)이 제3실시예에 있어서는 캔틸레버(53)와 대향하는 면에 고정되었고 캔틸레버(53)의 자유단에는 영구자석(56)과 상호 자기력을 미치게 하기 위하여 관성추(54)를 고정하였다. 영구자석(56)의 하부에는 영구자석(56)을 고정하기 위한 요크(57)가 설치된다. 작동원리는 실시예2와 동일하다.

본 발명에 따른 진동-전기신호 변환장치에 의하면 영화나 오락이 진행되면서 일어나는 여러 가지 폭파, 총기발사, 격투액션, 공룡이 움직일때의 진동, 기차가 지나갈때의 진동 등을 효과적으로 전기신호로 변환함으로써 이를 토대로 실감나는 체감 영화 또는 오락 시스템을 구현할 수 있는 바탕이 될 수 있다.

도1a는 본 발명에 따른 제1실시예의 구성도

도1b, 도1c는 본 발명에 따른 제1실시예에서의 콘덴서의 측면 단면도

도2는 본 발명에 따른 제2실시예의 구성도

도3은 본 발명에 따른 제3실시예의 구성도

<도면의 주요부호의 설명>

10, 31, 51 하우징, 11 철판, 13, 33, 53 캔틸레버, 15 콘덴서 양극, 17, 34, 56 영구자석, 19 콘덴서 음극, 21 39, 39', 59, 59' 스토퍼, 23 시일드 케이스, 35, 55 코일, 37 보빈, 57 요오크

Claims (8)

1. 일면이 철판으로 된 하우징,

   상기 철판과 대향하는 면을 고정단으로 하여 상기 하우징 내부에 편향가능하도록 설치된 캔틸레버,

   상기 캔틸레버가 하우징에 설치된 부분의 반대측의 자유단에 부착되는 영구자석,

   상기 캔틸레버에 고정단과 자유단 사이에 고정되는 콘덴서 양극,

   상기 콘덴서 양극과 소정 간격을 두도록 상기 하우징에 설치되는 콘덴서 음극,

   상기 콘덴서 양극과 콘덴서 음극에 각각 연결되는 출력단자로 구성되어,

   하우징에 가해지는 진동에 따라 상기 콘덴서에 축적되는 전하량의 변화를 상기 출력단자를 통해 측정하여, 하우징에 가해지는 진동을 전기적 신호로 변환하는 진동-전기신호 변환장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 콘덴서 음극은 콘덴서 양극의 양쪽에 두 개 설치되는 것을 특징으로 하는 진동-전기신호 변환장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하우징의 영구자석의 하부에 연하는 내면에는 캔틸레버의 진동에 따른 영구자석의 진동의 폭을 제한하기 위한 스토퍼가 설치되는 것을 특징으로 하는 진동-전기신호 변환장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 캔틸레버는 탄성와이어인 것을 특징으로 하는 진동-전기신호 변환장치.