KR101674012B1

KR101674012B1 - 3차원 지진 감지 장치

Info

Publication number: KR101674012B1
Application number: KR1020150098600A
Authority: KR
Inventors: 전승탁
Original assignee: 전승탁
Priority date: 2015-07-10
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2016-11-22

Abstract

본 발명은 패러데이 법칙을 이용하여 P파와 S파 같은 지진파의 종류 및 충격 강도 등을 명확하게 분석할 수 있으며, 이에 따라 인명 사상을 효과적으로 대비할 수 있는 3차원 지진 감지 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 장치 하우징; 상기 장치 하우징에 고정되는 제1 지지대; 상기 제1 지지대와 평행하게 구비되는 제2 지지대; 상기 제1 지지대와 제2 지지대를 연결하되, 제2 지지대를 자유 운동 가능하게 지지하는 연결 부재; 상기 연결 부재의 하방에 구비되며 X, Y, Z축의 3방향으로 기전력을 발생시키는 기전력 발생 수단; 및 상기 기전력 발생 수단에서 발생된 기전력의 변동을 출력하는 변동 기전력 출력 수단;을 포함하는 3차원 지진 감지 장치가 제공된다.

Description

3차원 지진 감지 장치{THREE DIMENSIONAL EARTHQUAKE DETECTING DEVICE}

본 발명은 3차원 지진 감지 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 패러데이 법칙을 이용하여 P파와 S파 같은 지진파의 종류 및 충격 강도 등을 명확하게 분석할 수 있으며, 이에 따라 인명 사상을 효과적으로 대비할 수 있는 3차원 지진 감지 장치에 관한 것이다.

지진은 지각의 일부에 변형력이 지속적으로 작용하여 암석들이 쪼개질 때, 이 지점에 국지적으로 모인 탄성·화학·중력 에너지가 갑자기 방출되어 생긴 지진파가 지면에 도달하면 일어난다. 규모는 민감한 지진계로만 검출되는 아주 작은 규모의 지진부터 광범위한 지역에 큰 피해를 주는 대규모의 지진까지 다양하다.

전 세계적으로 매일 지구상에서 발생하는 지진은 수천 개에 이른다. 대부분의 지진은 오랜 기간에 걸쳐 대륙의 이동, 해저의 확장, 산맥의 형성 등에 작용하는 지구 내부의 커다란 힘에 의하여 발생된다. 이 밖에도 화산활동으로 지진이 발생하지만, 이 경우에는 그 규모가 비교적 작다. 또한 폭발물에 의해 인공적으로 지진이 발생하기도 한다.

한편, 이러한 지진을 감지하기 위해 지진계는 대부분 국가, 대학 또는 연구 기관에서, 전국 각지에 설치하여 관리 통제하며, 이러한 지진계로부터 얻은 정보를 기본으로 하여 예를 들면 소방 방재청이나 기상청 등에서 지진 예보를 한다.

그러므로 개인이나 가정에서는 텔레비전, 라디오 또는 인터넷 등의 매체를 통해서만 지진 정보를 얻을 수 있으며, 개별적으로 미세한 지진 정보를 모아서 저장하거나, 예측하여 대형 지진 발생전 이를 신속하게 알 수 있는 방법이 없다. 즉, 대형 지진 발생시 이를 몇 분 또는 몇 초 전에 알 수 있다면 대피 시간이 생겨 인명 사상을 방지하는데 크게 기여할 수 있으나, 현재 각 가정에서는 이러한 지진 정보를 개별적으로 누적하여 기록, 예측 또는 파악할 수 있는 장치 및 방법이 알려져 있지 않다.

이러한 지진의 감지에 있어 일반적으로 지진(진동)의 감지는 관성의 법칙을 이용하는 것이 일반적인 사항이며, 일반적인 지진감지기는 주로 진폭만 감지하여 전기회로접점 등으로 출력되나 사실적 지진의 충격 강도를 알 수 없는 문제점이 있다.

또한, 지진 감지에 있어 지진의 형태에 대하여 주로 좌우, 전후로 진동하는 P파에 한하거나 P파, S파 구분없이 작동하는 것이 일반적이며, 영구자석과 코일을 적용하는 3D의 경우도 3개의 영구자석과 3개의 코일을 각각 1조로 진동 방향만 달리하는 구조로, 지진파의 종류나 충격 강도 등을 분석하기에 한계가 있는 문제점이 있었다.

(문헌1) 대한민국 등록특허 제10-647074호(2006.11.10.) (문헌2) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0004991호(2013.01.15)

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 자석 또는 코일의 위치변동 및 변동 속도에 비례하는 기전력이 발생하는 패러데이 법칙을 응용하여, P파와 S파 같은 지진파의 종류 및 지진파의 충격 강도 등을 명확하게 분석할 수 있으며, 이에 따라 인명 사상을 효과적으로 대비할 수 있는 3차원 지진 감지 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 있어 제1 관점에 따르면, 장치 하우징; 상기 장치 하우징에 고정되는 제1 지지대; 상기 제1 지지대와 평행하게 구비되는 제2 지지대; 상기 제1 지지대와 제2 지지대를 연결하되, 제2 지지대를 자유 운동 가능하게 지지하는 연결 부재; 상기 연결 부재의 하방에 구비되며 X, Y, Z축의 3방향으로 기전력을 발생시키는 기전력 발생 수단; 및 상기 기전력 발생 수단에서 발생된 기전력의 변동을 출력하는 변동 기전력 출력 수단;을 포함하는 3차원 지진 감지 장치가 제공된다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 지지대는 상기 장치 하우징과 일체로 형성되고, 상기 연결 부재는 상기 제1 지지대에 대하여 제2 지지대를 수평 지지하는 하나 이상의 스프링 부재로 이루어질 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 기전력 발생수단은 일단이 상기 제2 지지대에 연결되고 타단은 하방으로 연장되어 자유단으로 이루어지는 영구자석; 및 상기 영구자석의 하방에 위치되고 코일이 각각 상하, 좌우, 전후의 3방향으로 순차 권선된 기전력 발생 코일체를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 기전력 발생 코일체는 코일 보빈; 상기 코일 보빈에 상하 방향으로 권선되는 상하 S파 감지 코일; 상기 상하 S파 감지 코일 상에서 상하 S파 감지 코일과 직교하게 전후 방향으로 권선되는 전후 P파 감지 코일; 및 상기 전후 P파 감지 코일 상에서 전후 P파 감지 코일과 직교하게 좌우 방향으로 권선되는 좌우 P파 감지 코일로 구성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 영구자석이 대향하는 측 상기 기전력 발생 코일체의 면적은 상기 영구자석의 진폭 범위보다 크도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 변동 기전력 출력 수단은 상기 감지 코일에 각각 연결되어 감지 코일에서 전달되는 신호를 증폭시키는 증폭기; 상기 증폭기의 증폭도를 제어하는 하나 이상의 저항; 상기 감지 코일에 유도되는 고주파 노이즈의 증폭을 억제하는 캐패시터; 및 상기 증폭기에서 증폭된 신호를 출력하는 출력 단자;를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 변동 기전력 출력 수단에서 출력되는 출력 결과를 유무선으로 제공받아 디스플레이하는 디스플레이 수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 디스플레이 수단과 연동되어 제공되는 신호가 미리 설정된 범위를 벗어날 때, 시각 및 청각적 고지 중 적어도 하나 이상으로 고지하는 통보 수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 3차원 지진 감지 장치는 상대적으로 간단한 구성이면서도 P파와 S파 같은 지진파의 종류 및 지진파의 충격 강도 등을 명확하게 분석할 수 있으며, 이에 따라 가격경쟁력과 보급을 확대하여 범용성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 명확한 지진파의 종류와 충격 강도의 실시간으로 정확한 분석 결과를 제공할 수 있고, 일정 범위를 벗어난 분석 결과를 신속히 고지하여 피해 예방과 인명 사상을 효과적으로 대비할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 지진 감지 장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도, 및
도 2는 본 발명에 따른 3차원 지진 감지 장치를 구성하는 변동 기전력 출력 수단의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3차원 지진 감지 장치에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 3차원 지진 감지 장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 3차원 지진 감지 장치를 구성하는 변동 기전력 출력 수단의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.

본 발명에 따른 3차원 지진 감지 장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 장치 하우징(미도시); 상기 장치 하우징의 내측 상부에 고정되는 제1 지지대(100); 상기 제1 지지대(100)의 하측에 일정 간격을 갖고 위치되는 제2 지지대(200); 일단과 타단에서 각각 상기 제1 지지대(100)와 제2 지지대(200)를 연결하되, 제2 지지대(200)를 자유 운동 가능하게 지지하는 연결 부재(300); 상기 연결 부재(300)의 하방에 구비되며 3방향(X, Y, Z) 기전력을 발생시키는 기전력 발생 수단(400); 상기 기전력 발생 수단에서 발생된 기전력의 변동을 출력하는 변동 기전력 출력 수단(500); 상기 변동 기전력 출력 수단(500)에서 출력되는 출력 결과를 유무선으로 제공받아 디스플레이하는 디스플레이 수단(600)을 포함한다.

상기 제1 지지대(100)는 후술하는 제2 지지대에 연결되는 연결 부재(300)가 제2 지지대(200)를 안정적으로 수평 지지하는 형태면 특별히 한정되지 않으며, 이 제1 지지대는 장치 하우징의 일부, 즉 상기 제1 지지대(100)는 장치 하우징과 일체로 형성될 수 있다.

상기 제2 지지대(200)는 상기 제1 지지대와 평행하게 구비되는 것으로, 도면에 도시된 바와 같이 판형으로 형성될 수 있다.

상기 연결 부재(300)는 후술할 기전력 발생 수단이 발생되는 기전력에 의해 3차원 운동, 즉 상하, 좌우, 전후 운동이 가능하도록 탄성 지지하는 탄성 부재로 이루어지며, 도면에 도시된 바와 같이 제2 지지대(200)의 가장자리에 일정간격으로 연결되는 복수의 코일 스프링으로 이루어진다.

이와 같이 제2 지지대(200)를 연결한 연결 부재(300)는 후술할 한 개의 영구자석(410)을 코일 스프링 4개로 매달아 중량에 의한 관성 특성과 좌우, 전후로 진동하는 P파 진동 시 영구자석이 평행이동이 가능한, 수직 각도 보정이 가능한 구조이다.

상기 기전력 발생수단(400)은 일단이 상기 제2 지지대(200)에 연결되고 타단은 하방으로 연장되어 자유단으로 이루어지는 영구자석(기전력 발생 영구자석)(410); 및 상기 영구자석(410)의 하방에 위치되고 코일이 각각 상하, 좌우, 전후(Y, X, Z) 3방향으로 순차 권선된 기전력 발생 코일체(420)를 포함한다. 여기에서, 상하, 좌우, 전후 방향이라 함은 3차원적으로 교차하는 방향을 구분하기 위한 것으로, 그 용어 자체의 의미로 해석되는 것은 아니다.

상기 기전력 발생 코일체(420)는 코일 보빈(미도시)과, 상기 코일 보빈에 상하 방향(Z축 방향)으로 권선되는 상하 S파 감지 코일(421)과, 상기 상하 S파 감지 코일(421)상에서 전후 방향(Y축 방향)으로 권선되는 전후 P파 감지 코일(422), 및 상기 전후 P파 감지 코일(422)상에서 좌우 방향(X축 방향)으로 권선되는 좌우 P파 감지 코일(423)로 구성된다.

여기에서, 상기 기전력 발생 코일체(420)의 직경 또는 면적은 상기 영구자석(410)의 진폭(이동가능한 진폭 범위)보다 크도록 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 기전력 발생 코일체(420)는 전후 P파, 좌우 P파, 상하 S파의 감지를 위한 3개의 코일을 하나로 체결한 구성으로서, 영구자석 추 하나로 세 개의 기능을 동시에 감지 가능한 구조이다.

구체적으로, 전후 P파 감지 코일(422)과 좌우 P파 감지 코일(423)은 P파(좌우, 전후 진동)를 감지하는 것으로 90°의 각도 차로 좌우, 전후로 구분이 가능해진다.

또한, 상하 S파 감지 코일(421)은 S파(상하진동)를 감지하는 것으로 P파 감지 코일과 수직으로 90°의 각도 차를 갖으며 예상되는 추(영구자석)의 진폭보다 코일의 직경을 크게 하여 P파 진동이 감지되지 않도록 한다. 즉, 추의 진폭보다 코일이 작은 경우 자속이 코일을 벗어나므로 출력 파형의 왜곡이 일어날 수 있으므로 충분한 규격으로 구성하는 것이다.

다음으로, 변동 기전력 출력 수단(500)에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다. 변동 기전력 출력 수단(500)은, 영구자석(410)의 자속밀도, 이동거리, 이동속도 및 코일의 권수에 따라 기전력의 강도가 결정되므로 미세한 기전력을 감안하여 증폭기가 포함되도록 구성된다.

상기 변동 기전력 출력 수단(500)은 상기 감지 코일(421, 422, 423)에 각각 연결되어 감지 코일에서 전달되는 신호를 증폭시키는 증폭기(510)와, 상기 증폭기(510)의 증폭도를 제어하는 하나 이상의 저항(520)와, 상기 각 감지 코일(421, 423, 433)에 유도되는 고주파 노이즈에 대한 증폭을 억제시키는 캐패시터(530), 및 상기 증폭기(510)에서 증폭된 신호를 출력하는 출력 단자(540)를 포함한다.

상기 저항(520)는 도면에서 두 개로 이루어진 것을 도시하고 있다.

계속해서, 상기 디스플레이 수단(600)은 상기 변동 기전력 출력 단자(540)에서 출력되는 신호를 유무선을 통해 다양한 방식과 방법으로 표시하는 구성이라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 컴퓨터 등으로 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 디스플레이 수단(600)과 연동되어 제공되는 신호가 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우, 이를 시각 및/또는 청각적으로 고지하는 통보 수단을 더 포함할 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 3차원 지진 감지 장치는 감지 코일에서 발생하는 기전력을 이용하여 단순히 일정 이상의 진폭의 크기만을 감지하는 것이 아니라 이동속도에 따른 아날로그 출력 신호를 통해 충격 지표에 해당되는 강도도 분석할 수 있어 수평 진동(P파)방향 및 수직진동(S파)에 대하여 각각 구분이 가능하여, P파와 S파 같은 지진파의 종류 및 지진파의 충격 강도 등을 명확하게 분석할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 3차원 지진 감지 장치에 따르면, 영구자석 또는 코일의 위치변동 및 변동 속도에 비례하는 기전력이 발생하는 패러데이 법칙을 응용하여, P파와 S파 같은 지진파의 종류 및 지진파의 충격 강도 등을 명확하게 분석하고, 또한 상대적으로 간단한 구성으로 구현할 수 있어 가격 경쟁력과 보급을 확대하여 범용성을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 명확한 지진파의 종류와 충격 강도의 실시간으로 정확한 분석 결과를 제공할 수 있고, 일정 범위를 벗어난 분석 결과를 신속히 고지하여 피해 예방과 인명 사상을 효과적으로 대비할 수 있는 이점이 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 제1 지지대
200: 제2 지지대
300: 연결 부재
400: 기전력 발생수단
410: 자석(기전력 발생 자석)
420: 기전력 발생 코일체
421: 상하 S파 감지 코일
422: 전후 P파 감지 코일
423: 좌우 P파 감지 코일
500: 변동 기전력 출력 수단
510: 증폭기
520: 저항
530: 캐패시터
540: 출력 단자
600: 디스플레이 수단

Claims

장치 하우징;
상기 장치 하우징에 고정되는 제1 지지대;
상기 제1 지지대와 평행하게 구비되는 제2 지지대;
상기 제1 지지대와 제2 지지대를 연결하되, 제2 지지대를 자유 운동 가능하게 지지하는 연결 부재;
상기 연결 부재의 하방에 구비되며 X, Y, Z축의 3방향으로 기전력을 발생시키는 기전력 발생 수단; 및
상기 기전력 발생 수단에서 발생된 기전력의 변동을 출력하는 변동 기전력 출력 수단을 포함하고,
상기 기전력 발생수단은
일단이 상기 제2 지지대에 연결되고 타단은 하방으로 연장되어 자유단으로 이루어지는 영구자석; 및
상기 영구자석의 하방에 위치되고 코일이 각각 상하, 좌우, 전후의 3방향으로 순차 권선된 기전력 발생 코일체
를 포함하는 3차원 지진 감지 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 지지대는 상기 장치 하우징과 일체로 형성되고,
상기 연결 부재는 상기 제1 지지대에 대하여 제2 지지대를 수평 지지하는 하나 이상의 스프링 부재로 이루어지는
3차원 지진 감지 장치.
삭제
청구항 2에 있어서,
상기 기전력 발생 코일체는
코일 보빈;
상기 코일 보빈에 상하 방향으로 권선되는 상하 S파 감지 코일;
상기 상하 S파 감지 코일 상에서 상하 S파 감지 코일과 직교하게 전후 방향으로 권선되는 전후 P파 감지 코일; 및
상기 전후 P파 감지 코일 상에서 전후 P파 감지 코일과 직교하게 좌우 방향으로 권선되는 좌우 P파 감지 코일로 구성되는
3차원 지진 감지 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 영구자석이 대향하는 측 상기 기전력 발생 코일체의 면적은 상기 영구자석의 진폭 범위보다 크도록 구성되는
3차원 지진 감지 장치.
청구항 4에 있어서, 상기 변동 기전력 출력 수단은,
상기 감지 코일에 각각 연결되어 감지 코일에서 전달되는 신호를 증폭시키는 증폭기;
상기 증폭기의 증폭도를 제어하는 하나 이상의 저항;
상기 감지 코일에 유도되는 고주파 노이즈의 증폭을 억제하는 캐패시터; 및
상기 증폭기에서 증폭된 신호를 출력하는 출력 단자;
를 포함하는 3차원 지진 감지 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 변동 기전력 출력 수단에서 출력되는 출력 결과를 유무선으로 제공받아 디스플레이하는 디스플레이 수단
을 더 포함하는 3차원 지진 감지 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 디스플레이 수단과 연동되어 제공되는 신호가 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우, 시각 및 청각적 고지 중 적어도 하나 이상으로 고지하는 통보 수단
을 더 포함하는 3차원 지진 감지 장치.