KR101660768B1 - 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치 및 방법 - Google Patents

지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치는 특정 코드(Code)의 펄스로 구성된 센서 상태 정보 요청 신호를 출력하는 지진 기록계와; 지진 진동에 대한 전기 신호를 정현파 신호와 합성하여 AM 신호 형태로 출력하는 변위 센서가 장착되고, 상기 변위 센서로부터 출력되는 신호를 검파 및 증폭하여 추출된 지진 진동에 대한 전기 신호를 지진 기록계로 전달하는 신호 처리부가 장착되며, 상기 변위 센서의 하부에 배치된 상태에서 입력된 전류의 세기와 방향에 따라 자계의 세기 및 방향이 달라져 고정된 영구 자석에 대한 전자기력에 의해 변위 센서를 밀어올리거나 끌어내리는 교정 코일이 부가 장착되고, 상기 지진 기록계로부터 입력된 센서 상태 정보 요청 신호와 맞대응 되는 센서 상태 정보 코드(Code)를 교정 코일에 입력하여 교정 코일로 하여금 센서 상태 정보 코드에 맞춰 변위 센서를 밀어올리거나 끌어내리도록 하여 변위 센서로 하여금 상태 정보 코드에 해당하는 전기 신호를 출력하도록 함으로써 변위 센서와 신호 처리부를 통해 지진 기록계로 센서 상태 정보 코드를 전송하도록 하는 제1 제어 수단이 장착된 FBA(Force Balance Accelerometer) 타입의 전자 기계식 지진 가속도 센서; 및 상기 변위 센서의 하부에 배치되면서 입력된 전류의 세기와 방향에 따라 자계의 세기 및 방향이 달라져 고정된 영구 자석에 대한 전자기력에 의해 변위 센서를 밀어올리거나 끌어내리는 궤환 코일을 이용하여 궤환 코일로 하여금 변위 센서가 진동되는 힘과 크기는 같으면서 방향이 반대인 전자기력을 발생시켜 변위 센서가 힘의 균형을 이루도록 함으로써 변위 센서가 지진 진동을 보다 정밀하게 측정하도록 하는 밸런스(Balance) 제어부로 이루어질 수 있다.

Description

지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치 및 방법{THE APPARATUS FOR CONTROLLING STATUS INFORMATION OF EARTHQUAKE ACCELEROMETER, AND METHOD THEREOF}
본 발명은 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 지진 가속도를 감지함과 동시에 지진 가속도 센서의 상태 정보를 지진 기록계로 전송할 수 있는 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 지진이란 지구 내부의 급격한 지각 변동으로 인해 생긴 파동, 즉 지진파가 지표면까지 전해져 지반을 흔드는 것을 말한다.
지진의 규모는 민감한 지진계에 의해 검출되는 아주 작은 규모의 지진부터 광범위한 지역에 큰 피해를 주는 대규모의 지진까지 다양하다.
최근 50년간 세계 각지에서 발생한 규모 7 이상의 지진은 약 500회에 이르며, 지진에 대한 피해는 점점 높아지고 있는 실정이다.
한편, 최근에는 지진파를 감지하거나 기록하기 위하여 지진 감지 센서로부터 출력된 전기 신호를 디지털 방식으로 저장하고 있는데, 이러한 방식은 지진을 감지하는 센서와 이를 분석하고 기록하는 지진 기록계가 한 세트로 구성된다.
상기 센서로는 속도계와 속도계에 시간 요소를 더한 가속도계가 있는데, 통상적으로 지진학 연구에는 속도계를 사용하는 반면, 현장에서는 가속도 센서를 사용한다.
하지만, 상기 지진 가속도 센서는 지진 기록계와 수십 미터 내지 수백 미터의 원거리에 다수 개가 설치되는 경우가 대부분이고, 대부분의 사람이 접근하기에 용이하지 않은 위치에 설치되어 종래의 방법으로는 지진 가속도 센서의 각종 상태 정보, 예를 들어 지진 가속도 센서의 시리얼 번호나, 출하일자, 센서의 기술 사양, 또는 센서의 온도를 지진 기록계로 전달할 수 없다는 문제점이 있었다.
한편, 본 발명의 선행 기술로는 공개특허번호 "10-2011-0074157"호의 "서보형 가속도 센서"가 출원되어 등록되었는데, 상기 서보형 가속도 센서는 진동 발생부와, 상기 진동 발생부의 진동을 검출하는 변위 검출부, 상기 변위 검출부에서 검출된 전압을 전류 변환하는 전압 전류 변환부, 상기 진동 발생부의 위치를 제어하는 제어부, 상기 전압 전류 변환부에서 변환된 전류값을 증폭하는 증폭부, 및 상기 증폭부로부터 출력된 신호를 측정하려는 진동값으로 출력하는 출력부를 포함하는 서보형 가속도 센서에 있어서, 상기 변위 검출부는 진동 발생부의 진동판 주변에 진동을 검출하는 변위 센서를 배치하여 상기 변위 센서와 진동판의 사이 간격 변화량을 전압으로 검출한다.
하지만, 상기 서보형 가속도 센서 역시 지진 가속도 센서의 각종 상태 정보를 지진 기록계로 전달할 수 없다는 문제점이 있었다.
대한민국 공개실용신안번호 1999-0021386 (1999.06.25) 대한민국 공개특허번호 10-2011-0074157 (2011.06.30)
이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 원격지에 설치된 지진 기록계로부터 출력된 교정 신호의 지시에 따라 지진 가속도 센서의 상태 정보를 지진 기록계로 전달할 수 있는 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치 및 방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 교정 코일이 장착된 지진 가속도 센서에 별도의 통신 장치나 센서 연결 단자를 추가 설치하지 않고도 지진 가속도 센서와 관련된 센서 상태 정보를 지진 기록계로 전달할 수 있는 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치는 특정 코드(Code)의 펄스로 구성된 센서 상태 정보 요청 신호를 출력하는 지진 기록계와; 지진 진동에 대한 전기 신호를 정현파 신호와 합성하여 AM 신호 형태로 출력하는 변위 센서가 장착되고, 상기 변위 센서로부터 출력되는 신호를 검파 및 증폭하여 추출된 지진 진동에 대한 전기 신호를 지진 기록계로 전달하는 신호 처리부가 장착되며, 상기 변위 센서의 하부에 배치된 상태에서 입력된 전류의 세기와 방향에 따라 자계의 세기 및 방향이 달라져 고정된 영구 자석에 대한 전자기력에 의해 변위 센서를 밀어올리거나 끌어내리는 교정 코일이 부가 장착되고, 상기 지진 기록계로부터 입력된 센서 상태 정보 요청 신호와 맞대응 되는 센서 상태 정보 코드(Code)를 교정 코일에 입력하여 교정 코일로 하여금 센서 상태 정보 코드에 맞춰 변위 센서를 밀어올리거나 끌어내리도록 하여 변위 센서로 하여금 센서 상태 정보 코드에 해당하는 전기 신호를 출력하도록 함으로써 변위 센서와 신호 처리부를 통해 지진 기록계로 센서 상태 정보 코드를 전송하도록 하는 제1 제어 수단이 장착된 FBA(Force Balance Accelerometer) 타입의 전자 기계식 지진 가속도 센서; 및 상기 변위 센서의 하부에 배치되면서 입력된 전류의 세기와 방향에 따라 자계의 세기 및 방향이 달라져 고정된 영구 자석에 대한 전자기력에 의해 변위 센서를 밀어올리거나 끌어내리는 궤환 코일을 이용하여 궤환 코일로 하여금 변위 센서가 진동되는 힘과 크기는 같으면서 방향이 반대인 전자기력을 발생시켜 변위 센서가 힘의 균형을 이루도록 함으로써 변위 센서가 지진 진동을 보다 정밀하게 측정하도록 하는 밸런스(Balance) 제어부로 이루어질 수 있다.
이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치는 지진 기록계에서 지진 가속도 센서로 센서 상태 정보 요청 신호를 전송하면 지진 가속도 센서는 센서 상태 정보 요청 신호와 맞대응되는 센서 상태 정보 코드를 펄스 신호 형태로 변환한 다음, 교정 코일에 공급한다.
이때, 상기 교정 코일은 고정된 영구 자석에 대하여 펄스 신호에 맞춰 전자기력을 발생하여 센서 상태 정보 코드에 따라 변위 센서를 진동시킨다.
상기 변위 센서는 센서 상태 정보 코드에 대응하는 전기 신호와 캐리어 주파수가 합성된 변조 신호를 신호 처리부에 전달하고, 상기 신호 처리부는 변조된 신호를 복조함과 더불어 증폭하여 지진 가속도 센서로 전송한다.
상기 지진 기록계는 수신된 지진 가속도 센서로부터 입력된 신호 중 기준 전압 레벨 이상의 신호 또는 기준 전압 레벨 이하의 신호를 디지털 신호로 변환하여 센서 상태 정보 코드를 분석해 낼 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치는 원격지에 설치된 지진 기록계로부터 출력된 센서 상태 정보 요청 신호에 따라 지진 가속도 센서의 상태 정보 즉, 가속도 센서의 시리얼 번호나, 출하일자, 센서의 기술 사양, 또는 센서의 온도를 지진 기록계로 전달할 수 있다.
또한, 본 발명은 교정 코일이 장착된 지진 가속도 센서에 별도의 통신 장치나 센서 연결 단자를 추가 설치하지 않고도 지진 가속도 센서와 관련된 상태 정보를 지진 기록계로 전달할 수 있다.
도면 1은 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치에 대한 제어 블록도,
도면 2는 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 방법에 대한 플로우 챠트.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치는 도면 1에 도시한 바와 같이, 특정 코드(Code)의 펄스로 구성된 센서 상태 정보 요청 신호를 출력하는 지진 기록계(1)와; 지진 진동에 대한 전기 신호를 정현파 신호와 합성하여 AM 신호 형태로 출력하는 변위 센서(3)가 장착되고, 상기 변위 센서(3)로부터 출력되는 신호를 검파 및 증폭하여 추출된 지진 진동에 대한 전기 신호를 지진 기록계(1)로 전달하는 신호 처리부가 장착되며, 상기 변위 센서(3)의 하부에 배치된 상태에서 입력된 전류의 세기와 방향에 따라 자계의 세기 및 방향이 달라져 고정된 영구 자석(8)에 대한 전자기력에 의해 변위 센서(3)를 밀어올리거나 끌어내리는 교정 코일(7)이 부가 장착되고, 상기 지진 기록계(1)로부터 입력된 센서 상태 정보 요청 신호와 맞대응 되는 센서 상태 정보 코드(Code)를 교정 코일(7)에 입력하여 교정 코일(7)로 하여금 센서 상태 정보 코드에 맞춰 변위 센서(3)를 밀어올리거나 끌어내리도록 하여 변위 센서(3)로 하여금 센서 상태 정보 코드에 해당하는 전기 신호를 출력하도록 함으로써 변위 센서(3)와 신호 처리부를 통해 지진 기록계(1)로 센서 상태 정보 코드를 전송하도록 하는 제1 제어 수단이 장착된 FBA(Force Balance Accelerometer) 타입의 전자 기계식 지진 가속도 센서(11); 및 상기 변위 센서(3)의 하부에 배치되면서 입력된 전류의 세기와 방향에 따라 자계의 세기 및 방향이 달라져 고정된 영구 자석(8)에 대한 전자기력에 의해 변위 센서(3)를 밀어올리거나 끌어내리는 궤환 코일(6)을 이용하여 궤환 코일(6)로 하여금 변위 센서(3)가 진동되는 힘과 크기는 같으면서 방향이 반대인 전자기력을 발생시켜 변위 센서(3)가 힘의 균형을 이루도록 함으로써 변위 센서(3)가 지진 진동을 보다 정밀하게 측정하도록 하는 밸런스(Balance) 제어부로 이루어질 수 있다.
상기 밸런스 제어부는 예를 들어, 스프링에 충격을 가했을 때 충격이 사라졌는데도 스프링이 지속적으로 진동되는 현상을 억제하기 위함이다.
상기 상태 정보 코드에는 지진 가속도 센서(11)의 시리얼 번호나 출하 일자, 센서의 기술 사양, 또는 센서 내부의 온도를 포함한다.
상기 FBA 타입의 전자 기계식 지진 가속도 센서(11)는 판 스프링(41) 및 전자 소자에서의 온도 변화에 따른 측정 오차를 상쇄하기 위한 온도 보상 회로를 더 포함한다.
상기 지진 기록계(1)는 지진 기록계(1)에 전원을 공급하는 전원부(13)를 더 포함하고, 상기 지진 가속도 센서(11)에는 전원부(13)로부터 전달된 직류 전원을 감압하여 지진 가속도 센서(11)에 공급하는 DC-DC 컨버터(15)가 부가 장착될 수 있다.
상기 지진 기록계(1)는 도면 1에 도시한 바와 같이, 지진 가속도 센서(11)로부터 출력된 신호를 증폭하는 제1 증폭부(19)와, 상기 제1 증폭부(19)로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부(21), 및 상기 A/D 변환부(21)에 의해 변환된 디지털 값을 가속도 값으로 환산하고 상기 지진 가속도 센서(11)로 센서 상태 정보 요청 신호를 전송한 다음 지진 가속도 센서(11)로부터 연달아 출력되는 센서 상태 정보 코드를 분석하여 지진 가속도 센서(11)의 상태를 분석하는 제1 CPU(23)로 이루어질 수 있다.
상기 지진 기록계(1)는 지진 가속도 센서(11)로 센서 상태 정보 요청 신호를 전송한 다음, 지진 가속도 센서(11)로부터 입력되는 신호 중 기설정된 전압 레벨보다 높거나 낮은 전압을 디지털 신호로 변환하여 지진 가속도 센서(11)의 센서 상태 정보 코드를 분석한다.
상기 지진 가속도 센서(11)의 제1 제어 수단은 도면 1에 도시한 바와 같이, 지진 가속도 센서(11)의 시리얼 번호나 출하 일자, 또는 센서의 기술 사양이 저장된 불휘발성 메모리(25)와, 상기 지진 기록계(1)로부터 상태 정보 요청 신호를 입력받았을 때 상기 불휘발성 메모리(25)에 저장된 지진 가속도 센서(11)의 상태 정보와 맞대응되는 상태 정보 코드를 출력하는 제2 CPU(27), 및 상기 제2 CPU(27)로부터 출력된 상태 정보 코드에 맞춰 펄스 신호를 교정 코일(7)에 전달하는 펄스 발생기(29)로 구성될 수 있다.
상기 지진 가속도 센서(11)는 지진 가속도 센서(11)의 내부 온도를 감지하여 전기 신호로 변환하는 온도 센서(31)가 부가 장착되고, 상기 제2 CPU(27)는 온도 센서(31)로부터 입력된 전기 신호를 내부 온도로 환산한 다음, 이진 코드로 변환하여 펄스 발생기(29)로 전송한다.
또, 상기 교정 코일(7)과 펄스 발생기(29) 사이에는 제2 CPU(27)의 제어 신호에 따라 스위치를 온(On) 또는 오프(Off) 시켜 펄스 발생기(29)의 출력 신호를 교정 코일(7)로 내보내거나 내보내지 않는 스위칭부(33)가 갖추어질 수 있다.
상기 스위칭부(33)는 제2 CPU(27)의 제어 신호에 따라 릴레이 스위치를 온(On) 또는 오프(Off)시키는 릴레이 구동 드라이버와, 상기 릴레이 구동 드라이버에 의해 스위치를 온(On) 또는 오프(Off)시켜 펄스 발생기(29)의 출력 신호를 교정 코일(7)로 내보내거나 내보내지 않는 릴레이를 포함한다.
또한, 상기 펄스 발생기(29)와 스위칭부(33) 사이에는 전류 제한을 위해 저항(67)이 장착된다.
상기 지진 가속도 센서(11)는 속이 비어있고 윗면이 개방되며 서로 마주보는 상부 양측면의 높낮이가 서로 다른 외부 케이스(35)를 포함한다.
상기 변위 센서(3)는 도면 1에 도시한 바와 같이, 얇은 판 형태의 도체로서 반대 측면보다 높이가 높은 외부 케이스(35)의 상부 측면(A)에 한쪽 끝이 고정된 제2 도체판(37)과, 얇은 판 형태의 도체로서 제2 도체판(37)의 상부에 제2 도체판(37)과 소정 간격을 사이에 두고 배치된 제1 도체판(39), 얇은 판 형태의 도체로서 제2 도체판(37)의 하부에 제2 도체판(37)과 소정 간격을 사이에 두고 배치되며 한쪽 끝이 반대 측면보다 높이가 낮은 외부 케이스(35)의 상부 측면(B)에 판 스프링(41)을 통해 결합 된 제3 도체판(43), 및 상기 제1 도체판(39)과 제3 도체판(43)을 붙들어 고정하는 고정핀(45)으로 구성되어 제1 도체판(39)과 제2 도체판(37)이 공기 매질을 유전체로 하는 첫번째 커패시터가 되고, 제2 도체판(37)과 제3 도체판(43)이 공기 매질을 유전체로 하는 두번째 커패시터가 된다.
상기와 같은 변위 센서(3)의 구조로 인해 외부 케이스(35)가 상하 진동되었을 때 제1 도체판(39)과 제2 도체판(37)의 간격이 넓어지면 제2 도체판(37)과 제3 도체판(43)의 간격은 좁아지고, 제1 도체판(39)과 제2 도체판(37)의 간격이 좁아지면 제2 도체판(37)과 제3 도체판(43)의 간격은 넓어진다.
따라서, 상기 외부 케이스(35)가 상하 진동되면 제1 도체판(39)과 제2 도체판(37)으로 구성된 커패시터의 용량은 제2 도체판(37)과 제3 도체판(43)으로 구성된 커패시터의 용량에 반비례한다.
한편, 상기 지진 가속도 센서(11)는 제1 도체판(39)과 제3 도체판(43)에 캐리어(Carrier) 주파수인 정현파를 공급하는 발진 회로부(47)를 더 포함하고, 상기 제2 도체판(37)은 지진 진동에 상응하는 주파수와 발진 회로부(47)로부터 공급된 정현파가 합성된 AM 신호를 출력한다.
참고로 상기 외부 케이스(35)는 지진 진동에 의해 상하 진동되고, 학술 용어로 지반 운동에 의해 발생 된 관성력이라 부를 수 있다.
상기 제2 도체판(37)은 지진 진동의 패턴에 비례하는 AM파 형태의 변조파를 출력한다.
한편, 상기 신호 처리부는 도면 1에 도시한 바와 같이, 제2 도체판(37)으로부터 출력된 변조파를 1차 증폭하는 제2 증폭부(49)와, 상기 제2 증폭부(49)에 의해 증폭된 변조파를 복조하여 외부 케이스(35)의 상하 진동 패턴에 해당하는 전압 신호를 추출하는 복조기(51), 및 상기 복조기(51)에 의해 추출된 외부 케이스(35)의 상하 진동 패턴에 해당하는 전압 신호를 2차 증폭하는 제3 증폭부(53)를 더 포함한다.
상기 밸런스 제어부는 도면 1에 도시한 바와 같이, 상기 복조기(51)로부터 출력된 전압 신호을 전압 신호에 비례하는 전류로 변환하여 궤환 코일(6)의 일단에 공급하는 전류 증폭기(55)와, 상기 복조기(51)로부터 출력된 전압을 분압하여 궤환 코일(6)의 타단에 공급함으로써 궤환 코일(6)의 전자기력을 조정하는 분압 회로부, 한쪽 전극이 궤환 코일(6)의 타단에 연결되고 다른 한쪽 전극이 접지되어 상기 복조기(51)로부터 궤환 코일(6)로 입력되는 전류의 위상각을 변화시켜 궤환 코일(6)에 반전된 변위 센서(3)에 대한 전기 신호가 입력되도록 하는 커패시터(59)로 구성될 수 있다.
상기 복조기(51)의 출력 단자와 전류 증폭기(55)의 입력 단자 사이에는 전류 제한용 저항(61)이 장착될 수 있다.
상기 분압 회로부는 일단이 전류 증폭기(55)의 입력 단자에 연결되고 타단이 궤환 코일(6)의 타단에 연결된 제1 분압 저항(63)과, 일단이 궤환 코일(6)의 타단에 연결되고 타단이 접지된 제2 분압 저항(65)으로 이루어져, 복조기(51)로부터 출력된 전압을 분압하여 궤환 코일(6)에 공급한다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치가 동작 되는 과정을 도면 1을 참고하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 지진 기록계(1)로부터 지진 가속도 센서(11)로 특정 코드(Code)의 펄스 신호로 구성된 센서 상태 정보 요청 신호가 입력되면, 상기 지진 가속도 센서(11)의 제2 CPU(27)는 스위칭부(33)의 스위치를 온(On)시켜 펄스 발생기(29)의 출력단과 교정 코일(7)의 입력단을 연결한 다음, 불휘발성 메모리(25)에 저장된 지진 가속도 센서(11)의 시리얼 번호나 출하 일자, 및 센서의 기술 사양과 온도 센서(31)에 의해 측정된 지진 가속도 센서(11)의 내부 온도에 해당하는 센서 상태 정보 코드에 해당하는 전기 신호를 펄스 발생기(29)에 제공한다.
한편, 상기 펄스 발생기(29)는 센서 상태 정보 코드에 맞춰 전압 레벨이 조정된 펄스 신호를 교정 코일(7)로 전송한다.
이때, 상기 교정 코일(7)은 센서 상태 정보 코드에 맞춰 변위 센서(3)를 진동시키고, 상기 변위 센서(3)는 센서 상태 정보 코드에 따른 전기 신호와 발진 회로부(47)로부터 제공된 정현파를 합성 변조하여 출력한다.
다음, 상기 지진 가속도 센서(11)는 합성 변조된 신호를 증폭한 다음, 복조기(51)를 통해 합성 변조된 신호로부터 센서 상태 정보 코드를 추출한다.
다음, 상기 지진 가속도 센서(11)는 추출된 센서 상태 정보 코드를 2차 증폭하여 지진 기록계(1)로 전송하고, 상기 지진 기록계(1)는 센서 상태 정보 요청 신호를 출력한 다음, 지진 가속도 센서(11)로부터 연달아 입력되는 신호 중 기준 전압 레벨보다 높거나 낮은 신호를 디지털 신호로 변환하여 센서 상태 정보 코드를 파악함으로써 지진 가속도 센서(11)의 시리얼 번호나 출하 일자, 센서의 기술 사양, 및 온도 센서(31)에 의해 측정된 지진 가속도 센서(11)의 내부 온도를 검출할 수 있다.
한편, 상기 지진 기록계(1)로부터 지진 가속도 센서(11)로 어떠한 센서 상태 정보 요청 신호도 입력되지 않는다면, 상기 변위 센서(3)는 감지된 지진 진동에 대한 전기 신호와 발진 회로부(47)부로부터 제공된 정현파를 합성 변조하여 출력한다.
다음, 상기 지진 가속도 센서(11)는 합성 변조된 신호를 증폭한 다음, 복조기(51)를 통해 합성 변조된 신호로부터 지진 진동에 대한 전기 신호를 추출한다.
다음, 상기 지진 가속도 센서(11)는 추출된 지진 진동에 대한 전기 신호를 2차 증폭하여 지진 기록계(1)로 전송하고, 상기 지진 기록계(1)는 지진 가속도 센서(11)로부터 입력된 지진 진동에 대한 전기 신호를 증폭 및 디지털 값으로 변환한 다음, 디지털 값으로 변환된 로우 데이터(Raw Data)로부터 지진 진동에 대한 가속도값을 산출할 수 있다.
이때, 교정 코일(7)에 의해 변위 센서(3)의 움직임이 변화되면, 지진 가속도 센서(11)로부터 출력되는 전압은 수 볼트(Volt) 내지 20볼트(Volt) 내외인 반면, 자연 상태에서의 지진 가속도 센서(11)로부터 출력되는 전압은 수십 수백 마이크로 볼트로서 지진 진동에 의한 신호와 교정 코일(7)에 의해 발생된 신호가 확연히 구분된다.
한편, 본 발명에 따른 지진 가속도 센서(11)의 상태 정보 제어 방법을 도면 2를 참고하여 설명하면 다음과 같다.
상기 지진 기록계(1)가 특정 코드(Code)의 펄스 신호로 구성된 센서 상태 정보 요청 신호를 출력하는 단계(S1)와; 지진 진동에 대한 전기 신호를 정현파 신호와 합성하여 AM 신호 형태로 출력하는 변위 센서(3)가 장착되고, 상기 변위 센서(3)의 하부에 배치된 상태에서 고정된 영구 자석(8)에 대하여 입력된 전류에 따라 변화되는 전자기력에 의해 변위 센서(3)를 밀어올리거나 끌어내리는 교정 코일(7)이 내부 장착된 지진 가속도 센서(11)가 상기 지진 기록계(1)로부터 센서 상태 정보 요청 신호를 입력받는 단계(S3); 상기 지진 가속도 센서(11)가 지진 가속도 센서(11)의 상태 정보가 포함된 센서 상태 정보 코드(Code)를 전압 레벨이 조정된 펄스 신호 형태로 변환하여 교정 코일(7)에 전달하는 단계(S5); 상기 교정 코일(7)은 센서 상태 정보 코드에 따라 전자기력을 발생하여 변위 센서(3)를 진동시키는 단계(S7); 상기 변위 센서(3)는 센서 상태 정보 코드에 해당하는 전기 신호와 캐리어 주파수가 합성된 변조 신호를 출력하는 단계(S9); 상기 지진 가속도 센서(11)가 변위 센서(3)로부터 출력된 변조 신호를 증폭 및 검파하여 변조 신호로부터 센서 상태 정보 코드에 해당하는 전기 신호를 추출하는 단계(S11); 상기 지진 가속도 센서(11)가 추출된 센서 상태 정보 코드에 해당하는 전기 신호를 2차 증폭한 다음 지진 기록계(1)로 전송하는 단계(S13); 및 상기 지진 기록계(1)는 지진 가속도 센서(11)로부터 출력된 신호가 기설정된 전압 레벨 이상이거나 이하일 때 지진 가속도 센서(11)로부터 출력된 신호를 디지털 신호로 변환하여 센서 상태 정보 코드를 분석하는 단계(S15)로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 방법은 상기 지진 가속도 센서(11)는 변위 센서(3)로부터 출력된 전기 신호 중 검파된 전기 신호를 반전시킨 다음, 반전된 전기 신호를 변위 센서(3)의 하부에 배치되면서 입력 전류에 따라 전자기력을 발생하여 변위 센서(3)를 밀어올리거나 끌어내리는 궤환 코일(6)에 공급하여 궤환 코일(6)로 하여금 변위 센서(3)로부터 발생 된 관성력과 크기는 같으면서 방향이 반대인 전자기력을 발생시키도록 함으로써 변위 센서(3)가 힘의 균형을 이루도록 하는 단계를 더 포함한다.
이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치는 지진 기록계(1)에서 지진 가속도 센서(11)로 센서 상태 정보 요청 신호를 전송하면 지진 가속도 센서(11)는 센서 상태 정보 요청 신호와 맞대응되는 센서 상태 정보 코드를 펄스 신호 형태로 변환한 다음, 교정 코일(7)에 공급한다.
이때, 상기 교정 코일(7)은 고정된 영구 자석(8)에 대하여 펄스 신호에 맞춰 전자기력을 발생하여 센서 상태 정보 코드에 따라 변위 센서(3)를 진동시킨다.
상기 변위 센서(3)는 센서 상태 정보 코드에 대응하는 전기 신호와 캐리어 주파수가 합성된 변조 신호를 신호 처리부에 전달하고, 상기 신호 처리부는 변조된 신호를 복조함과 더불어 증폭하여 지진 가속도 센서(11)로 전송한다.
상기 지진 기록계(1)는 전송된 지진 가속도 센서(11)로부터 입력된 신호 중 기준 전압 레벨 이상의 신호 또는 기준 전압 레벨 이하의 신호를 디지털 신호로 변환하여 센서 상태 정보 코드를 분석해 낼 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치는 원격지에 설치된 지진 기록계(1)로부터 출력된 센서 상태 정보 요청 신호에 따라 지진 가속도 센서(11)의 상태 정보 즉, 지진 가속도 센서(11)의 시리얼 번호나, 출하일자, 센서의 기술 사양, 또는 센서의 온도를 지진 기록계(1)로 전달할 수 있다.
또한, 본 발명은 교정 코일(7)이 장착된 지진 가속도 센서(11)에 별도의 통신 장치나 센서 연결 단자를 추가 설치하지 않고도 지진 가속도 센서(11)와 관련된 상태 정보를 지진 기록계(1)로 전달할 수 있다.
1. 지진 기록계 3. 변위 센서
7. 교정 코일 8. 영구 자석
11. 지진 가속도 센서 13. 전원부
15. DC-DC 컨버터 19. 제1 증폭부
21. A/D 변환부 23. 제1 CPU
25. 불휘발성 메모리 27. 제2 CPU
29. 펄스 발생기 31. 온도 센서
33. 스위칭부 35. 외부 케이스
37. 제2 도체판 39. 제1 도체판
41. 판 스프링 43. 제3 도체판
45. 고정핀 47. 발진 회로부
49. 제2 증폭부 51. 복조기
53. 제3 증폭부 55. 전류 증폭기
61. 전류 제한용 저항 63. 제1 분압 저항
65. 제2 분압 저항

Claims (7)

  1. 특정 코드(Code)의 펄스로 구성된 센서 상태 정보 요청 신호를 출력하는 지진 기록계(1)와;
    지진 진동에 대한 전기 신호를 정현파 신호와 합성하여 AM 신호 형태로 출력하는 변위 센서(3)가 장착되고,
    상기 변위 센서(3)로부터 출력되는 신호를 검파 및 증폭하여 추출된 지진 진동에 대한 전기 신호를 지진 기록계(1)로 전달하는 신호 처리부가 장착되며,
    상기 변위 센서(3)의 하부에 배치된 상태에서 입력된 전류의 세기와 방향에 따라 자계의 세기 및 방향이 달라져 고정된 영구 자석(8)에 대한 전자기력에 의해 변위 센서(3)를 밀어올리거나 끌어내리는 교정 코일(7)이 부가 장착되고,
    상기 지진 기록계(1)로부터 입력된 센서 상태 정보 요청 신호와 맞대응 되는 센서 상태 정보 코드(Code)를 교정 코일(7)에 입력하여 교정 코일(7)로 하여금 센서 상태 정보 코드에 맞춰 변위 센서(3)를 밀어올리거나 끌어내리도록 하여 변위 센서(3)로 하여금 센서 상태 정보 코드에 해당하는 전기 신호를 출력하도록 함으로써 변위 센서(3)와 신호 처리부를 통해 지진 기록계(1)로 센서 상태 정보 코드를 전송하도록 하는 제1 제어 수단이 장착된 FBA(Force Balance Accelerometer) 타입의 전자 기계식 지진 가속도 센서(11);
    및 상기 변위 센서(3)의 하부에 배치되면서 입력된 전류의 세기와 방향에 따라 자계의 세기 및 방향이 달라져 고정된 영구 자석(8)에 대한 전자기력에 의해 변위 센서(3)를 밀어올리거나 끌어내리는 궤환 코일(6)을 이용하여 궤환 코일(6)로 하여금 변위 센서(3)가 진동되는 힘과 크기는 같으면서 방향이 반대인 전자기력을 발생시켜 변위 센서(3)가 힘의 균형을 이루도록 함으로써 변위 센서(3)가 지진 진동을 보다 정밀하게 측정하도록 하는 밸런스(Balance) 제어부로 이루어진 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 지진 기록계(1)는 지진 가속도 센서(11)로 센서 상태 정보 요청 신호를 전송한 다음, 지진 가속도 센서(11)로부터 입력되는 신호 중 기설정된 전압 레벨보다 높거나 낮은 전압을 디지털 신호로 변환하여 지진 가속도 센서(11)의 센서 상태 정보 코드를 분석하는 것을 특징으로 하는 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 지진 가속도 센서(11)의 제1 제어 수단은 지진 가속도 센서(11)의 시리얼 번호나 출하 일자, 또는 센서의 기술 사양이 저장된 불휘발성 메모리(25)와,
    상기 지진 기록계(1)로부터 센서 상태 정보 요청 신호를 입력받았을 때 상기 불휘발성 메모리(25)에 저장된 지진 가속도 센서(11)의 상태 정보와 맞대응되는 상태 정보 코드를 출력하는 제2 CPU(27),
    및 상기 제2 CPU(27)로부터 출력된 상태 정보 코드에 맞춰 펄스 신호를 교정 코일(7)에 전달하는 펄스 발생기(29)로 구성된 것을 특징으로 하는 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 지진 가속도 센서(11)는 지진 가속도 센서(11)의 내부 온도를 감지하여 전기 신호로 변환하는 온도 센서(31)가 부가 장착되고,
    상기 제2 CPU(27)는 온도 센서(31)로부터 입력된 전기 신호를 내부 온도로 환산한 다음, 이진 코드로 변환하여 펄스 발생기(29)로 전송하며,
    상기 교정 코일(7)과 펄스 발생기(29) 사이에는 제2 CPU(27)의 제어 신호에 따라 스위치를 온(On) 또는 오프(Off) 시켜 펄스 발생기(29)의 출력 신호를 교정 코일(7)로 내보내거나 내보내지 않는 스위칭부(33)가 갖추어진 것을 특징으로 하는 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 FBA 타입의 전자 기계식 지진 가속도 센서(11)는 판 스프링(41) 및 전자 소자에서의 온도 변화에 따른 측정 오차를 상쇄하기 위한 온도 보상 회로를 더 포함한 것을 특징으로 하는 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치.
  6. 지진 기록계(1)가 특정 코드(Code)의 펄스 신호로 구성된 센서 상태 정보 요청 신호를 출력하는 단계(S1)와;
    지진 진동에 대한 전기 신호를 정현파 신호와 합성하여 AM 신호 형태로 출력하는 변위 센서(3)가 장착되고, 상기 변위 센서(3)의 하부에 배치된 상태에서 고정된 영구 자석(8)에 대하여 입력된 전류에 따라 변화되는 전자기력에 의해 변위 센서(3)를 밀어올리거나 끌어내리는 교정 코일(7)이 내부 장착된 지진 가속도 센서(11)가 상기 지진 기록계(1)로부터 센서 상태 정보 요청 신호를 입력받는 단계(S3);
    상기 지진 가속도 센서(11)가 지진 가속도 센서(11)의 상태 정보가 포함된 센서 상태 정보 코드(Code)를 전압 레벨이 조정된 펄스 신호 형태로 변환하여 교정 코일(7)에 전달하는 단계(S5);
    상기 교정 코일(7)은 센서 상태 정보 코드에 따라 전자기력을 발생하여 변위 센서(3)를 진동시키는 단계(S7);
    상기 변위 센서(3)는 센서 상태 정보 코드에 해당하는 전기 신호와 캐리어 주파수가 합성된 변조 신호를 출력하는 단계(S9);
    상기 지진 가속도 센서(11)가 변위 센서(3)로부터 출력된 변조 신호를 증폭 및 검파하여 변조 신호로부터 센서 상태 정보 코드에 해당하는 전기 신호를 추출하는 단계(S11);
    상기 지진 가속도 센서(11)가 추출된 센서 상태 정보 코드에 해당하는 전기 신호를 2차 증폭한 다음 지진 기록계(1)로 전송하는 단계(S13);
    및 상기 지진 기록계(1)는 지진 가속도 센서(11)로부터 출력된 신호가 기설정된 전압 레벨 이상이거나 이하일 때 지진 가속도 센서(11)로부터 출력된 신호를 디지털 신호로 변환하여 센서 상태 정보 코드를 분석하는 단계(S15)로 이루어진 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 지진 가속도 센서(11)는 검파된 지진 진동에 대한 전기 신호를 반전시킨 다음, 반전된 지진 진동에 대한 전기 신호를 변위 센서(3)의 하부에 배치되면서 입력 전류에 따라 전자기력을 발생하여 변위 센서(3)를 밀어올리거나 끌어내리는 궤환 코일(6)에 공급하여 궤환 코일(6)로 하여금 지반 진동에 의해 변위 센서(3)에 발생 된 관성력과 크기는 같으면서 방향이 반대인 전자기력을 발생시키도록 함으로써 변위 센서(3)가 힘의 균형을 이루도록 하는 단계(S17)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 방법.
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