KR101386642B1

KR101386642B1 - 지진동 센서

Info

Publication number: KR101386642B1
Application number: KR1020130161812A
Authority: KR
Inventors: 김완주; 엄두섭; 최재성; 김영원
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2014-04-18
Anticipated expiration: 2033-12-23

Abstract

본 발명은, 내부공간을 구비하고 일측이 개방되도록 형성되는 하우징, 상기 하우징의 개방된 일측을 덮어 상기 내부공간을 밀폐하도록 형성되고 상기 하우징에 결합된 상태에서 상기 내부공간으로 돌출되는 로드를 구비하는 커버, 상기 내부공간에 배치되고 압력을 인가받으면 전압을 발생시키며 상기 전압의 변화로부터 지진동(vibratory ground motion)을 감지하도록 이루어지는 압전소자, 및 상기 로드와 상기 압전소자 사이에 배치되고 상부에는 상기 로드가 삽입되어 이동가능하도록 형성되는 홈을 구비하며 하부에는 상기 압전소자를 가압하는 가압부가 돌출되게 형성되는 질량체를 포함하고, 지진동이 발생하면 상기 질량체는 상기 로드를 따라 왕복하며 상기 가압부로 상기 압전소자를 가압하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 지진동 센서를 제공한다.

Description

지진동 센서{SEISMIC SENSOR}

본 발명은 압전소자를 이용하여 지진동을 감지하는 지진동 센서에 관한 것이다.

기동장비를 탐지하기 위하여 사용되는 지진동 센서는 탐지거리가 비교적 길고, 360도 전방향에 대하여 탐지가 가능하며, 지중(underground)에 설치될 경우 발각이 용이하지 않다는 등의 장점들을 갖고 있다. 이러한 특징 때문에 기동장비의 기동을 저지하기 위한 기동저지탄용 뿐만 아니라 UGS(Unattended Ground Sensors)와 같은 침입탐지를 목적으로 하는 무인지상센서에도 널리 사용되고 있다.

또한, 압전소자(piezoelectric element)를 이용하는 지진동 센서는 레이더와 같이 표적(target)을 향하여 에너지를 발사하고 표적으로부터 반사되어 돌아오는 에너지를 탐지하는 능동형 센서가 아닌, 표적에 의하여 생성되는 에너지를 수동적으로 탐지하는 수동형 센서이기 때문에 표적을 탐지하는데 필요한 에너지 소모량이 비교적 작다는 장점도 있다.

한편, 지진동센서는 열악한 환경의 야전에서도 사용될 수 있으므로, 열, 습기 또는 먼지 등에 의한 고장 및 오작동을 방지하고, 지진동 센서가 항공에서 투하되는 경우를 고려하여 큰 충격을 견딜수 있도록 설계된 지진동 센서의 개발이 고려될 수 있다.

본 발명은 압전소자를 이용하여 지진동을 감지할 수 있고, 외부로부터 전달되는 충격을 흡수하며, 이물질의 침입을 차단하는 지진동 센서를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 지진동 센서는, 내부공간을 구비하고 일측이 개방되도록 형성되는 하우징, 상기 하우징의 개방된 일측을 덮어 상기 내부공간을 밀폐하도록 형성되고 상기 하우징에 결합된 상태에서 상기 내부공간으로 돌출되는 로드를 구비하는 커버, 상기 내부공간에 배치되고 압력을 인가받으면 전압을 발생시키며 상기 전압의 변화로부터 지진동(vibratory ground motion)을 감지하도록 이루어지는 압전소자, 및 상기 로드와 상기 압전소자 사이에 배치되고 상부에는 상기 로드가 삽입되어 이동가능하도록 형성되는 홈을 구비하며 하부에는 상기 압전소자를 가압하는 가압부가 돌출되게 형성되는 질량체를 포함하고, 지진동이 발생하면 상기 질량체는 상기 로드를 따라 왕복하며 상기 가압부로 상기 압전소자를 가압하도록 이루어진다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 질량체에서 상기 압전소자로 전달되는 압력을 증폭시키도록, 상기 압전소자의 하부와 마주보게 배치되어 상기 지진동이 발생하면 상기 질량체로부터 압력을 전달받아 진동을 증폭시키고, 다시 상기 압전소자로 상기 증폭된 진동을 전달하도록 이루어지는 진동판을 더 포함할 수 있다.

상기 지진동 센서는, 상기 커버와 상기 질량체 사이에 배치되는 제1 방진패드, 및 상기 질량체와 상기 압전소자 사이에 배치되는 제2 방진패드를 더 포함하고, 상기 질량체의 흔들림에 의해 상기 압전소자가 충격을 전달받아 손상되는 것을 방지하도록 상기 제1 및 제2 방진패드는, 탄성재질로 형성되고 각각 상기 로드와 상기 가압부의 적어도 일부를 감싸도록 형성될 수 있다.

상기 지진동 센서는, 상기 압전소자의 충격을 감소시키도록 탄성재질로 형성되고, 상기 진동판의 하부와 적어도 일부가 접하도록 배치되는 제3 방진패드를 더 포함할 수 있다.

상기 지진동 센서는, 입력되는 압력을 증폭시켜 출력하는 증폭회로부, 상기 압전소자와 상기 증폭회로부의 사이에 전기적으로 연결되어 상기 압전소자에서 발생되는 전압의 변화를 상기 증폭회로부로 전달하는 상기 제1 케이블, 및 상기 진동판과 상기 증폭회로부의 사이에 전기적으로 연결되어 상기 지진동 센서를 접지(earth)하는 제2 케이블을 더 포함하고, 상기 증폭회로부는 상기 제1 케이블을 통하여 상기 전압의 변화를 전달받아 상기 전달받은 전압을 증폭시킬 수 있다.

상기 지진동 센서는, 상기 하우징의 외부에 배치되고 상기 증폭회로부로부터 상기 압전소자에서 발생되는 전압의 변화를 전달받아 상기 지진동의 크기를 측정하는 측정부, 및 상기 측정부와 상기 증폭회로부의 사이에 전기적으로 연결되어 상기 전압의 변화를 상기 측정부로 전달하는 제3 케이블을 더 포함할 수 있다.

상기 하우징 또는 커버는 상기 제3 케이블이 관통되는 관통홀을 구비하고, 상기 관통홀에는 상기 관통홀을 밀폐하도록 에폭시(epoxy)가 충전될 수 있다.

상기 지진동 센서는, 상기 커버의 외주에 형성되는 홀을 통해 삽입되어 상기 내부공간을 밀폐시키도록 상기 하우징에 체결되는 체결부재를 더 포함할 수 있다.

상기 지진동 센서는, 상기 커버와 상기 하우징의 사이에 설치되고 상기 체결부재의 체결에 의해 가압되어 상기 내부공간을 씰링하도록 형성되는 씰링부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 지진동 센서는 외부의 충격으로부터 압전소자를 보호하는 방진패드를 구비하여, 지진동 센서의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 지진동 센서는 하우징의 내부가 외부로부터 밀폐되도록 형성되어, 습기, 열 또는 먼지 등에 의한 지진동 센서의 고장 및 오작동 발생을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지진동 센서를 구비하는 기동 저지탄을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지진동 센서를 나타낸 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 지진동 센서의 내부를 나타낸 단면도.

이하, 본 발명의 지진동 센서에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지진동 센서를 구비하는 기동 저지탄을 나타낸 사시도.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지진동 센서(100)는 기동 저지탄(10)의 내부에 설치될 수 있다.

기동 저지탄(10)은 주변을 이동하는 기동장비에서 발생하는 지진동(vibratory ground motion)을 감지하고, 상기 지진동이 감지되면 상기 기동장비의 이동을 저지하는 역할을 수행하도록 이루어진다. 이때, 지진동 센서(100)가 기동 저지탄(10)의 내부에서 상기 지진동을 감지하도록 이루어진다.

기동 저지탄(10)은 상기 기동장비의 방향을 파악하기 위하여 복수의 음향센서(12)를 구비한다. 예를 들어, 상기 지진동의 주파수와 음향센서(12)에서 측정된 음파의 전파속도차를 이용하여 기동장비의 위치를 파악할 수 있다.

이하, 지진동 센서(100)의 외관에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지진동 센서(100)를 나타낸 사시도이다.

도 2를 참조하면, 지진동 센서(100)는 하우징(110)과 커버(120)의 결합에 의해 내부를 밀폐시키도록 형성된다. 이에 따라, 지진동 센서(100)의 내부는 습기, 열 또는 먼지 등으로부터 보호될 수 있다. 하우징(110) 및 커버(120)는 도시된 바와 같이 원통형으로 이루어지는 것이 바람직하지만, 원통형이 아닌 다른 다각형의 밑면을 갖도록 형성될 수도 있다. 하우징(110) 및 커버(120)는 일정한 강성을 갖는 금속재질 또는 엔지니어링플라스틱재질로 이루어질 수 있다.

이하, 지진동 센서(100)의 내부 구조에 대하여 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 도 2에 도시된 지진동 센서(100)의 내부를 나타낸 단면도이다.

도 2를 참조하면, 지진동 센서(100)는 하우징(110), 커버(120), 압전소자(130) 및 질량체(140)를 포함한다.

하우징(110)은 내부공간(115)을 구비하고, 일측이 개방되도록 형성된다. 개방된 일측은 도시된 바와 같이 하우징(110)의 상부가 되는 것이 바람직하지만, 상부가 아닌 하우징(110)의 다른 일측이 개방되도록 형성될 수도 있다.

커버(120)는 하우징(110)의 개방된 일측을 덮어 내부공간(115)를 밀폐하도록 형성되고, 돌출되게 형성되는 로드(122)를 구비한다. 보다 구체적으로, 로드(122)는 커버(120)의 적어도 일부로부터 돌출되게 형성되고, 커버(120)가 하우징(110)을 덮은 상태에서 내부공간(115)을 향하도록 이루어진다. 로드(122)가 돌출되는 위치는 지진동 센서(110)의 무게중심이 중앙부에 위치할 수 있도록 커버(120)의 중심부에서 돌출되도록 형성시키는 것이 바람직하다.

또한, 지진동 센서(100)는 커버(120)의 외주에 형성되는 홀을 통해 삽입되어 내부공간(115)을 밀폐시키도록 하우징(110)에 체결되는 체결부재(190)를 더 포함할 수 있다. 체결부재(190)는 도시된 바와 같이 볼트를 이용하는 나사결합으로 이루어질 수 있다.

그리고, 지진동 센서(100)는 커버(120)와 하우징(110) 사이에 설치되고, 체결부재(190)의 체결에 의해 가압되어 내부공간(115)을 씰링하도록 형성되는 씰링부재(192)를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 씰링부재(192)는 고무, 우레탄, 실리콘 또는 코르크(cork) 등으로 이루어질 수 있다.

압전소자(130)는 내부공간(115)에 배치되고, 압력을 인가받으면 상기 압력에 비례하는 전압을 발생시키며, 이때 발생하는 전압의 변화로부터 지진동(vibratory ground motion)을 감지하도록 이루어진다. 지진동을 감지하는 압전소자(130)는 기계적인 스프링과 같은 부가적인 장치를 요구하지 않으므로 외부의 충격에 의한 오작동의 발생 가능성을 줄일 수 있다. 압전소자(130)는 도시된 바와 같이 일정한 두께를 갖는 플레이트 형태로 이루어질 수 있다.

질량체(140)는 로드(122)와 압전소자(130) 사이에 배치되고, 홈(142)과 가압부(144)를 구비하며, 상기 지진동이 발생하면 압전소자(130)를 가압하도록 이루어진다. 보다 구체적으로, 홈(142)은 질량체(140)의 상부에서 로드(122)의 적어도 일부가 삽입되어 이동가능하도록 형성된다. 그리고, 가압부(144)는 질량체(140)의 하부에서 돌출되어 압전소자(130)를 가압하도록 형성된다.

이에 따라, 상기 지진동이 발생하면 질량체(140)는 상기 지진동에 의해 로드(122)를 따라 상하로 이동하게 되고, 이때, 가압부(144)가 질량체(140)의 하부에 배치되는 압전소자(130)를 가압하며, 압전소자(130)는 상기 가압되는 압력에 비례하는 전압을 발생시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 지진동 센서(100)는 하우징(110)과 커버(120)의 결합에 의해 밀폐된 내부공간을 형성하여 외부의 환경적인 요인으로부터 지진동 센서(100)의 내부의 손상을 방지할 수 있으며, 상기 지진동에 의해 상하로 이동가능하도록 이루어지는 질량체(140)에 의해 압전소자(130)가 가압될 수 있도록 이루어진다.

한편, 지진동 센서(100)는 질량체(140)에서 압전소자(130)로 전달되는 압력을 증폭시키는 진동판(150)을 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 진동판(150)은 미세 두께를 갖는 판 형상으로 형성된다. 그리고 압전소자(130)의 하부와 마주보게 배치되어 상기 지진동이 발생하면, 가압부(144)에 의해 가압되는 압전소자(130)로부터 압력을 전달받아 진동을 증폭시키고, 다시 압전소자(130)로 상기 증폭된 진동을 전달하도록 이루어진다. 이에 따라, 압전소자(130)는 상기 지진동의 세기가 비교적 약하게 발생되는 경우에도 진동판(150)에 의해 증폭된 진동을 전달 받으므로 보다 정밀한 측정이 이루어질 수 있다.

한편, 지진동 센서(100)는 제1 및 제2 방진패드(161,163)를 더 포함할 수 있다.

제1 및 제2 방진패드(161,163)는 질량체(140)의 흔들림에 의해 압전소자(130)가 충격을 전달받아 손상되는 것을 방지하도록, 탄성재질로 형성된다. 그리고, 제1 방진패드(161)는 커버(120)와 질량체(140) 사이에 배치되고 로드(122)의 적어도 일부를 감싸도록 형성되며, 제2 방진패드(163)는 질량체(140)와 압전소자(130) 사이에 배치되고 가압부(144)의 적어도 일부를 감싸도록 형성된다. 제1 및 제2 방진패드(161,163)는 고무, 우레탄, 실리콘 또는 코르크(cork) 등으로 이루어질 수 있다.

또한, 지진동 센서(100)는 제3 방진패드(165)를 더 포함할 수 있다.

제3 방진패드(165)는 압전소자(130)의 충격을 감소시키도록 탄성재질로 형성되고, 진동판(150)의 하부와 적어도 일부가 접하도록 배치된다. 제3 방진패드(165)는 고무, 우레탄, 실리콘 또는 코르크(cork) 등으로 이루어질 수 있다.

한편, 지진동 센서(100)는 증폭회로부(170), 제1 케이블(171) 및 제2 케이블(172)를 더 포함할 수 있다.

증폭회로부(170)는 입력되는 압력을 증폭시켜 출력하도록 이루어진다.

제1 케이블(171)은 압전소자(130)와 증폭회로부(170) 사이에 전기적으로 연결되고, 상기 지진동이 발생하면 압전소자(130)에서 가압부(144)에 의해 가압되어 발생되는 전압의 변화를 증폭회로부(170)로 전달하도록 이루어진다.

제2 케이블(172)은 진동판(150)과 증폭회로부(170)의 사이에 전기적으로 연결되어 지진동 센서(100)를 접지(earth)하도록 이루어진다.

이에 따라, 증폭회로부(170)는 제1 케이블(171)을 통하여 압전소자(130)에서 발생되는 전압의 변화를 전달받아 상기 전달받은 전압을 증폭시킬 수 있다.

또한, 지진동 센서(100)는 측정부(180) 및 제3 케이블(181)을 더 포함할 수 있다.

측정부(180)는 하우징(110)의 외부에 배치되고, 증폭회로부(170)로부터 압전소자(130)에서 발생되는 전압의 변화를 전달받아 상기 지진동의 크기를 측정하도록 이루어진다.

제3 케이블(181)은 측정부(180)와 증폭회로부(170)의 사이에 전기적으로 연결되어 상기 전압의 변화를 측정부(180)로 전달하도록 이루어진다.

한편, 하우징(110) 또는 커버(120)는 제3 케이블(181)이 관통되는 관통홀(112)을 구비하고, 관통홀(112)에는 관통홀(112)을 밀폐시키도록 에폭시(epoxy)가 충전될 수 있다. 관통홀(112)은 도 3에서 하우징(110)의 일측에 형성된 것으로 도시되었으나 커버(120)의 일측에 형성될 수도 있다. 이에 따라, 내부공간(115)은 외부와 연통되는 부분없이 밀폐된 상태로 형성될 수 있다.

다만, 본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정됨은 아니고, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다. 또한, 특허청구범위로부터 파악되는 본 발명의 권리범위와 비교하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자 수준에서 변형, 부가, 삭제, 치환 가능한 발명 등 모든 균등한 수준의 발명에 대하여는 모두 본 발명의 권리 범위에 속함은 자명하다.

100 : 지진동 센서 110 : 하우징
120 : 커버 130 : 압전소자
140 : 질량체 150 : 진동판
161 : 제1 방진패드 163 : 제2 방진패드
165 : 제3 방진패드 170 : 증폭회로부
180 : 측정부

Claims

내부공간을 구비하고, 일측이 개방되도록 형성되는 하우징;
상기 하우징의 개방된 일측을 덮어 상기 내부공간을 밀폐하도록 형성되고, 상기 하우징에 결합된 상태에서 상기 내부공간으로 돌출되는 로드를 구비하는 커버;
상기 내부공간에 배치되고, 압력을 인가받으면 전압을 발생시키며 상기 전압의 변화로부터 지진동(vibratory ground motion)을 감지하도록 이루어지는 압전소자; 및
상기 로드와 상기 압전소자 사이에 배치되고, 상부에는 상기 로드가 삽입되어 이동가능하도록 형성되는 홈을 구비하며, 하부에는 상기 압전소자를 가압하는 가압부가 돌출되게 형성되는 질량체를 구비하며,
지진동이 발생하면 상기 질량체는 상기 로드를 따라 왕복하며 상기 가압부로 상기 압전소자를 가압하도록 이루어지고,
상기 질량체에서 상기 압전소자로 전달되는 압력을 증폭시키도록, 상기 압전소자의 하부와 마주보게 배치되어 상기 지진동이 발생하면 상기 질량체로부터 압력을 전달받아 진동을 증폭시키고, 다시 상기 압전소자로 상기 증폭된 진동을 전달하도록 이루어지는 진동판을 구비하며,
상기 커버와 상기 질량체 사이에 배치되는 제1 방진패드; 및
상기 질량체와 상기 사이에 배치되는 제2 방진패드를 포함하고,
상기 질량체의 흔들림에 의해 상기 압전소자가 충격을 전달받아 손상되는 것을 방지하도록, 상기 제1 및 제2 방진패드는, 탄성재질로 형성되고 각각 상기 로드와 상기 가압부의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 지진동 센서.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 압전소자의 충격을 감소시키도록 탄성재질로 형성되고, 상기 진동판의 하부와 적어도 일부가 접하도록 배치되는 제3 방진패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지진동 센서.
제1항에 있어서,
입력되는 압력을 증폭시켜 출력하는 증폭회로부;
상기 압전소자와 상기 증폭회로부의 사이에 전기적으로 연결되어 상기 압전소자에서 발생되는 전압의 변화를 상기 증폭회로부로 전달하는 상기 제1 케이블; 및
상기 진동판과 상기 증폭회로부의 사이에 전기적으로 연결되어 상기 지진동 센서를 접지(earth)하는 제2 케이블을 더 포함하고,
상기 증폭회로부는 상기 제1 케이블을 통하여 상기 전압의 변화를 전달받아 상기 전달받은 전압을 증폭시키는 것을 특징으로 하는 지진동 센서.
제5항에 있어서,
상기 하우징의 외부에 배치되고, 상기 증폭회로부로부터 상기 압전소자에서 발생되는 전압의 변화를 전달받아 상기 지진동의 크기를 측정하는 측정부; 및
상기 측정부와 상기 증폭회로부의 사이에 전기적으로 연결되어 상기 전압의 변화를 상기 측정부로 전달하는 제3 케이블을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지진동 센서.
제6항에 있어서,
상기 하우징 또는 커버는 상기 제3 케이블이 관통되는 관통홀을 구비하고,
상기 관통홀에는 상기 관통홀을 밀폐하도록 에폭시(epoxy)가 충전되는 것을 특징으로 하는 지진동 센서.
제1항에 있어서,
상기 커버의 외주에 형성되는 홀을 통해 삽입되어 상기 내부공간을 밀폐시키도록 상기 하우징에 체결되는 체결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지진동 센서.
제8항에 있어서,
상기 커버와 상기 하우징의 사이에 설치되고, 상기 체결부재의 체결에 의해 가압되어 상기 내부공간을 씰링하도록 형성되는 씰링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지진동 센서.