KR101962905B1 - 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치 - Google Patents

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최재석
장필성
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박미자
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(주)대양전자
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Abstract

본 발명은, 외주가 외주밀폐융착부에 의해 밀폐된 밀폐외피본체의 내부에는 전선이 연결되는 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머전자장치부를 설치하되, 상기 밀폐외피본체의 내부에 설치되는 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머전자장치부는; 각종 전자부품이 식설되는 회로기판(pcb)의 일면 또는 양면의 일측에는 누름판을 설치한 것과, 상기 회로기판에는 전기적으로 연결되는 목적별시간제어형 수중타이머작동회로부를 설치한 것: 을 특징으로 하는 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치이다.
본 발명은, 각종 수상 스포츠 레저인 또는 수상 및 수중 작업자들이 착용하는 위급상황알림장치(경고장치) 또는 안전장치와 연계시켜, 각종 수상 스포츠 레저인 또는 수상 및 수중 작업자들이 위치하는 수중의 압력을 측정하여 수상 스포츠 레저인 또는 수중작업자가 사고의 위험에 노출되었다고 판단되면; 위급상황 알림 및 구조장치를 착용하고 있는 착용자에게 사고의 위험을 경고하는 경고신호가 자동으로 발령되도록 하는 위급상황알림장치(경고장치)를 작동시키거나, 수면으로 착용자의 위치를 표시하여 외부에 도움을 요청할 수 있도록 하는 위급상황 위치표시장치를 작동시키거나 또는 부력발생장치와 같은 안전장치의 착용자를 강제로 수중에서 수상으로 부상시키기 위해 부력발생장치를 작동시킬 수 있도록 하여, 수상 스포츠 레저인 또는 수상 및 수중 작업자의 안전을 보장하고 신속하게 구조할 수 있도록 할 수 있다.

Description

수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치{A time control type Timer Appratus}
본 발명은 윈드서핑을 비롯하여 스쿠버다이빙과 같은 각종 수상 스포츠를 즐기는 각종 수상 스포츠 레저인 또는 수상 및 수중에서 작업을 실행하는 수상 및 수중 작업자들이 착용하게 되는 위급상황알림장치(경고장치) 또는 안전장치를 작동시키기 위한 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치에 관한 것이다.
이를 좀 더 상세히 설명하면, 각종 수상 스포츠 레저인 또는 수상 및 수중 작업자들이 착용하는 위급상황알림장치(경고장치) 또는 안전장치와 연계시켜, 각종 수상 스포츠 레저인 또는 수상 및 수중 작업자들이 위치하는 수중의 압력을 측정하여 수상 스포츠 레저인 또는 수중작업자가 사고의 위험에 노출되었다고 판단되면; 착용자에게 사고의 위험을 경고하는 경고신호가 자동으로 발령되도록 하는 위급상황알림장치(경고장치)를 작동시키거나, 수면으로 착용자의 위치를 표시하여 외부에 도움을 요청할 수 있도록 하는 위급상황 위치표시장치를 작동시키거나 또는 부력발생장치와 같은 안전장치의 착용자를 강제로 수중에서 수상으로 부상시키기 위해 부력발생장치(이하 '위급상황 알림 및 구조장치"라 통칭함)를 작동시킬 수 있도록 하기 위하여, 각 장치부를 컨트롤하는 메인컨트롤부, 착용자가 있는 위치의 수중 압력을 측정하는 수압측정부와, 착용자가 수중에 머무르는 시간을 측정하는 수중지체타임측정부, 그리고 경고장치 및 부력발생장치들을 작동시키기 위한 엑추레이터작동출력부로 구성된 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치를 제공하려는 것이다.
수중에서 작업하는 잠수(수중)작업자의 안전을 위한 종래의 장치로서, 국내의 장치로는 공고실용신안 공고번호 실1985-0000181호(수중호홉보조장치), 공고실용신안 공고번호 실1989-0005063호(잠수용 부구의 급기장치), 공개특허 공개번호 제 10-1998-0841951호(잠수용 기구), 등록특허 10-1353962호(공기흡입이 가능한 테왁) 등이 알려져 있고, 일본국의 일본국 공개특허공보 특개2005-263116호와 일본국 공표특허공보 특표2010-519122호 및 일본국 공개특허공보 특개2001-097280호 등이 알려져 있다.
국내의 종래장치로서 공고실용신안 공고번호 실1985-0000181호(수중호홉보조장치)는, 물위에 뜨게 된 상자의 내부에 격실을 형성하여 좌우 양측 격실에는 고무로 된 공기튜브를 수장하고 중간격실에는 급기통과 수중공기 압축펌프를 장착하여 펌프로 공기를 튜브에 압축한 다음 공기튜브에 관접된 급기도관을 입에 물고 수중에서 호흡하면서 비교적 오래 잠수하여 작업을 할 수 있게 하고 공기튜브의 공기를 모두 사용하면 물위로 올라와서 다시 수동공기 압축펌프로 공기튜브에 공기를 저장한 다음 사용하도록 된 것이다.
그러나, 이는 구조가 복잡하고 중량이 무거워 용이하게 제조(생산)할 수 없을 뿐만 아니라 제조비용(구입비용)이 많이 소요되고, 수중의 작업자가 공기를 주입하는 공정을 용이하게 실시할 수 없는 문제가 있다.
공고실용신안 공고번호 실1989-0005063호(잠수용 부구의 급기장치)는, 바다 물위에 띄워지는 부구와 잠수부가 잠수 헬멧에 공기 도관을 연결하되, 부구의 하부에는 수실을 형성하여 부구의 중심이 하부에 위치하여 부구가 넘어지지 않게 하고 부구의 상부에는 여러 개의 격판이 중첩된 급기실과 공기 및 물을 분리하는 기수 분리기를 형성하여 파도가 쳐도 바다물이 공기 도관으로 유입됨이 없어 대기의 공기의 자동 공급으로 원할하게 호흡하면서 잠수할 수 있도록 된 것으로, 이는 단지 잠수부에 공기를 공급하도록 하는 공기공급장치에 불과하다.
공개특허 공개번호 제 10-1998-0841951호(잠수용 기구)는, 부구가 중간에 결합된 중공파이프의 상단에는 수침투방지용 캡을 조립하고, 중공파이프의 하단에는 플렉시블 호스를 연결하며, 플렉시블 호스의 하단에는 마스크를 연결하여 작업자가 마스크를 착용한 상태에서 작업을 수행하도록 된 것으로, 이 역시 잠수부에 공기를 공급하도록 하는 공기공급장치에 불과하다.
등록특허 10-1353962호(공기흡입이 가능한 테왁)는, 공기공급관의 중간에 테왁(부구)을 설치하여 테왁(부구)에 의해 공기공급관의 상단이 수면의 상측으로 노출되도록 하고, 공기공급관의 하단에는 선단에 마우스가 구비되는 호스를 연결하여, 작업자가 마우스를 물어 호홉하면서 작업을 수행하도록 된 것이다.
이들 종래의 장치들은 안전사고가 발생하였을 경우에는 이러한 상황을 외부에 전혀 알릴 수 없는 문제가 있다.
일본국의 장치로서, 일본국 공개특허공보 특개2005-263116호(생체정보감시장치)는 저온의 심해에서 작업하는 작업자의 잠수심도 및 잠수시간 등에 따른 작업자의 생체주기를 감시하여 진동장치 등의 알림장치에 의해 위험상황을 알려주도록 된 것이다.
일본국 공표특허공보 특표2010-519122호(구명복)는, 구명복을 착용한(입은)상태에서 착용자의 잠수상태(잠수시간 등)를 감지하여 설정시간을 초과할 경우에 압축가스에 의해 구명복을 팽창시켜 수상으로 부상(뜨게)하게 하는 것이다.
일본국 공개특허공보 특개2001-097280호(다이버용 안전 잠행감시장치)는 다이버에 이상이 발생한 취지를 부저음 등으로 알리는 보음 장치를 구비하되, 잠행시간과 수심(잠행 깊이) 및 신체 이상에 따른 신체의 온도 센서 등의 잠수 동작 감시 스위치를 이용하여 다이버의 생체 정보를 획득하며 다이버의 신체의 이상 상태 발생을 통지하기 위한 초음파 송수신부를 구비하는 통신장치를 포함하여 형성한 것이다.
이들의 종래의 장치들은 수압 및 전도도(담수 또는 해수)에 의하지 않고 단지 수중작업자의 신체기능 또는 수심을 측정하여 구명장치 또는 알림장치를 작동시키도록 되어 있으므로 인지 기능에 한계가 있다.
특히, 수중 작업 및 수상작업은 육상 작업에 비해 위험성이 높다. 수중작업은 별도의 호흡장비를 필요하며 수중에서 호흡장비가 없으면 수분 이내에 사망으로 이르게 된다. 호흡장비를 착용하여도 작업 수심에 따라 작업시간의 통제가 필요하다.
이와 같은 작업의 통제는 잠수병의 예방을 위해 반드시 지켜야 한다.
이를 위해 수중작업자의 경우 작업시간을 통제하기 위해 부수적으로 시계, 수심계 등을 필수적으로 소지한다. 특히 별도의 장비 없이 맨몸으로 수중 작업하는 수중작업자 또는 별도의 호흡기 없이 맨몸 수중 활동하는 해양 레저인 경우에는 수중에 머무는 시간의 통제가 더욱 절실하다. 수상작업 역시 수중으로 추락의 위험성을 내재하고 있어 수중 추락 시 대비책을 세우고 있어야 한다.
본 발명은 윈드서핑을 비롯하여 스쿠버다이빙과 같은 각종 수상 스포츠를 즐기는 각종 수상 스포츠 레저인 또는 수상 및 수중에서 작업을 실행하는 수상 및 수중 작업자들이 착용하게 되는 위급상황 알림 및 구조장치를 작동시키기 위한 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치를 제공하려는 것이다.
본 발명은, 전기적으로 연결되는 각 장치부를 컨트롤하는 메인컨트롤부, 착용자가 있는 위치의 수중 압력을 측정하는 수압측정부와, 착용자가 수중에 머무르는 시간을 측정하는 수중지체타임측정부, 그리고 경고장치 및 부력발생장치들을 작동시키기 위한 엑추레이터작동출력부로 구성된 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 각종 수상 스포츠 레저인 또는 수상 및 수중 작업자들이 착용하는 위급상황알림장치(경고장치) 또는 안전장치와 연계시켜, 각종 수상 스포츠 레저인 또는 수상 및 수중 작업자들이 위치하는 수중의 압력을 측정하여 수상 스포츠 레저인 또는 수중작업자가 사고의 위험에 노출되었다고 판단되면; 위급상황 알림 및 구조장치를 착용하고 있는 착용자에게 사고의 위험을 경고하는 경고신호가 자동으로 발령되도록 하는 위급상황알림장치(경고장치)를 작동시키거나, 수면으로 착용자의 위치를 표시하여 외부에 도움을 요청할 수 있도록 하는 위급상황 위치표시장치를 작동시키거나 또는 부력발생장치와 같은 안전장치의 착용자를 강제로 수중에서 수상으로 부상시키기 위해 부력발생장치를 작동시킬 수 있도록 하기 위한 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치를 제공하려는데 있다.
수중이든 수상이든 사고 발생 시 대응을 위해서는 사고를 인지하거나 예측하는 장치와 필요 시 조치를 취하기 위한 작동장치가 필수적이다.
본 발명에 따른 '수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치’는 이처럼 수중 스포츠를 즐기는 레저 인구 및 수중 또는 수상 작업자를 위한 것으로, 작업자 나 수중 스포츠 레저 인이 사고의 위험에 노출되었다고 판단하면, 작업자에게 사고의 위험을 경고하는 경고신호가 자동으로 발령되도록 하는 위급상황알림장치(경고장치)를 작동시키거나, 수면으로 착용자의 위치를 표시하여 외부에 도움을 요청할 수 있도록 하는 위급상황 위치표시장치를 작동시키거나 또는 부력발생장치와 같은 안전장치의 착용자를 강제로 수중에서 수상으로 부상시키기 위해 부력발생장치(이하 '위급상황 알림 및 구조장치"라 통칭함)를 작동시킬 수 있도록 한다.
본 발명에 따른‘수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치’는, 이런 목적의 달성을 위해 착용자의 위치를 측정하는 수심스위치와, 수중 작업시간이나 착용자가 수중에 머무는 시간을 측정하는 타이머, 그리고 경고장치 나 부력 발생장치를 작동시키는 엑츄레이터로 구성되어있다.
본 발명인‘수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치’는 착용자의 위험을 사전에 인지하기 위해 착용자가 위치한 수심과 수중에 머문(머무는) 시간을 측정하고, 측정된 값이 설정값 이상이면 엑츄레이터를 작동시켜 엑튜레이터와 연결된 각종의 장치(예컨데 경고장치, 부력발생장치 등)들이 작동하도록 하는 것이다.
본 발명의 상기 및 기타 목적은,
외주가 외주밀폐융착부에 의해 밀폐된 밀폐외피본체의 내부에는 회로기판을 설치하고, 회로기판에는 전선이 연결되는 수압을 이용한 목적별시간제어형 수중타이머전자장치부를 설치하되, 상기 목적별시간제어형 수중타이머전자장치부는 상기 회로기판의 일면 또는 양면의 일측에는 목적별시간제어형 수중타이머작동회로와 전기적으로 연결되는 누름판을 설치하고; 상기 회로기판에 설치되는 목적별시간제어형 수중타이머작동회로부는 마이컴(U1)으로 구성된 메인컨트롤부에 의해 각 장치부의 작동을 컨트롤하되 상기 메인컨트롤부의 마이컴(U1)의 입력부에는 엑추레이터작동출력부를 수동으로 작동시키기 위한 수동작동스위치(SW1)를 설치하고, 상기 메인컨트롤부의 마이컴(U1)의 입력부에는 위급상황 알림 및 구조장치의 착용자가 있는 위치의 수중 압력을 측정하는 수압측정부를 구비하며, 마이컴(U1)의 출력부에는 상기 착용자가 수중에 머무르는 시간을 측정하는 수중지체시간측정부와 상기 메인컨트롤부의 지시를 받아 위급상황 알림 및 구조장치를 작동시키기 위한 엑추레이터작동출력부를 구비한 것에 있어서;
메인컨트롤부의 마이컴(U1)에 구비되는 수압측정부는;
상대적으로 수압이 낮거나 높은 2종류의 수압스위치를 설치한 것과;
상대적으로 낮은 수압에서 작동하는 수압스위치(hp s/w)가 작동(ON)되면 전기적으로 연결된 트랜지시터(Q2)가 트랜지스터(Q3)를 도통시켜 마이컴(U1)에 전원(vcc)이 인가되도록 한 것과;
상대적으로 높은 수압에서 작동하는 고수압스위치(H(hp s/w)가 작동(ON)되면 트랜지시터(Q1)가 도통 되어 마이컴(U1)에 전원(vcc)이 인가 되도록 한 것과:
마이컴(U1)는, 입력포트의 입력이 하이(high)이면 저수심동작으로 수압스위치(hp s/w)의 입력시의 작동을 실시하고, 입력포트의 입력이 로우(low)이면 고수심동작으로 고수압스위치(H(hp s/w)의 입력시의 작동을 실시하도록 하는 것: 을 특징으로 하는 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치(1)에 의해 달성된다.
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본 발명에 따른 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치는,
외주가 외주밀폐융착부에 의해 밀폐된 밀폐외피본체의 내부에는 전선이 연결되는 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머전자장치부를 설치하되, 상기 밀폐외피본체의 내부에 설치되는 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머전자장치부는; 각종 전자부품이 식설되는 회로기판(pcb)의 일면 또는 양면의 일측에는 누름판을 설치한 것과, 상기 회로기판에는 전기적으로 연결되는 목적별시간제어형 수중타이머작동회로부를 설치한 것: 을 특징으로 한다.
본 발명은, 각종 수상 스포츠 레저인 또는 수상 및 수중 작업자들이 착용하는 위급상황알림장치(경고장치) 또는 안전장치와 연계시켜, 각종 수상 스포츠 레저인 또는 수상 및 수중 작업자들이 위치하는 수중의 압력을 측정하여 수상 스포츠 레저인 또는 수중작업자(이하 '수중작업자'라 통칭함)가 사고의 위험에 노출되었다고 판단되면; 위급상황 알림 및 구조장치를 착용하고 있는 착용자에게 사고의 위험을 경고하는 경고신호가 자동으로 발령되도록 하는 위급상황알림장치(경고장치)를 작동시키거나, 수면으로 착용자의 위치를 표시하여 외부에 도움을 요청할 수 있도록 하는 위급상황 위치표시장치를 작동시키거나 또는 부력발생장치와 같은 안전장치의 착용자를 강제로 수중에서 수상으로 부상시키기 위해 부력발생장치를 작동시킬 수 있도록 하여, 수중작업자의 안전을 보장하고 신속하게 구조할 수 있도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치를 보인 사시도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치에서 밀폐외피본체의 내부에 다른 실시 예의 전자장치부를 설치한 상태를 보인 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치의 수압을 이용한 목적별시간제어형 수중타이머전자장치부에서 목적별시간제어형 수중타이머작동회로부를 발췌하여 보인 회로도.
도 5는 본 발명에 따른 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치의 목적별시간제어형 수중타이머작동회로부에서 메인컨트롤부와 수중지체시간측정부를 발췌하여 보인 회로도.
본 발명의 상기 및 기타 목적과 특징은 첨부된 도면에 의거한 다음의 상세한 설명에 의해 더욱 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
첨부된 도면 도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치의 구체적인 실현 예를 보인 것이다.
첨부된 도면 도 1은 본 발명에 따른 수압을 이용한 목적별시간제어형 수중타이머장치(1)를 보인 사시도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 수압을 이용한 목적별시간제어형 수중타이머장치(1)에서 밀폐외피본체(10)의 내부에 전자장치부(100)를 설치한 상태를 보인 예시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치(1)의 수압을 이용한 목적별시간제어형 수중타이머전자장치부(100)에서 목적별시간제어형 수중타이머작동회로부(200)를 발췌하여 보인 회로도이며, 도 5는 목적별시간제어형 수중타이머작동회로부(200)에서 메인컨트롤부(210)와 수중지체시간측정부(230)를 발췌하여 보인 회로도이다.
이하, 본 발명에 따른 수압을 이용한 목적별시간제어형 수중타이머장치(1)의 구성을 설명한다.
본 발명에 따른 수압을 이용한 목적별시간제어형 수중타이머장치(1)는 도 1에 예시된 바와 같이 형성하였다.
밀폐외피본체(10)의 외주를 외주밀폐융착부(30)에 의해 밀폐시켰고, 밀폐외피본체(10)의 내부에서 전자장치설치부(20)의 내부에는 전선(50)이 연결되는 수압을 이용한 목적별시간제어형 수중타이머전자장치부(100)를 설치하였으며, 수압을 이용한 목적별시간제어형 수중타이머전자장치부(100)와 연결되는 전선(50)은 전자장치설치부(20)와 일체로 형성된 전선인출부(40)를 통해 외부로 인출하였다.
밀폐외피본체(10)는 본 발명에 따른 수압을 이용한 목적별시간제어형 수중타이머장치(1)가 깊은 수심에서 높은 방수 기능 및 분진 등에 대하여 효율적으로 대응할 수 있도록 하고, 높은 유연성을 갖도록 하기 위하여 400㎛ 이상의 우레탄 비닐소재를 사용하여 밀폐 처리하였다.
우레탄 비닐의 접착은 고주파 용착방식으로 실시하여 높은 신뢰도를 갖도록 하였다.
특히, 유연성이 높은 우레탄 비닐은 외부 수압을 내부의 수압측정 스위치용 누름판(120)에 감소 없이 전달할 수 있다.
또한, 내부의 회로기판(110)과 외부장치 즉, 위급상황 알림 및 구조장치를 착용하고 있는 수중작업자에게 사고의 위험을 경고하는 경고신호가 자동으로 발령되도록 하는 위급상황알림장치(경고장치), 수면으로 착용자의 위치를 표시하여 외부에 도움을 요청할 수 있도록 하는 위급상황 위치표시장치, 안전장치의 착용자를 강제로 수중에서 수상으로 부상시키기 위해 부력발생장치를 연결하는 전선(50)도 고주파 용착하여 우레탄 비닐과 용해 접착되어 높은 등급의 방수능력을 얻을 수 있도록 하였다.
도 2 및 도 3은 상기 밀폐외피본체(10)의 내부에 설치되는 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머전자장치부(100)를 발췌하여 보인 예시도이다.
각종 전자부품이 식설되는 회로기판(110: pcb)의 일측편에는 차후에 구체적으로 설명되는 목적별시간제어형 수중타이머작동회로부(200)와 전기적으로 연결되는 누름판(120)을 설치하였고, 타측편에는 차후에 구체적으로 설명되는 수중지체시간측정부(230)의 표시용 발광다이오드(LED L1)와 수압측정부(220)의 수동작동스위치(SW1) 및 고수압측정스위치(Hhp s/w)를 구비하였다.
상기 회로기판(110: pcb)에 설치되는 누름판(120)은 수압에 대응되는 면적(대응면적)으로서, 도 2에 예시된 바와 같이 정사각판형 누름판(121)으로 형성하거나, 또는 도 3에 예시된 바와 같이 원판형 누름판(122)으로 형성할 수 있다.
상기 누름판(12)은 설치되는 특성 및 용도에 따라 정사각판형 누름판(121) 또는 원판형 누름판(122)을 선택하여 설치할 수 있으며, 누름판(12)의 면적은 수압및 수중의 위치 특성을 고려하여 1 ~ 9 ㎠ 로 하는 것이 바람직하다.
수표면의 압력은 1기압 하에서 1.033227kgf/㎠의 압력이 발생하게 되는데, 이 압력을 기본 값으로 하며, 수심이 깊어질수록 압력은 증가한다.
가령, 수심이 10M 깊어지면 기압은 1기압 상승하여 2기압이 되어 압력은 2기압압력 = (1.033227kgf/㎠) ×2가 된다. 20M 깊어지면 2기압 상승하여 3기압이 되며 압력은 3기압압력 = (1.033227kgf/㎠) ×3이 된다.
이와 같이 수중에서 기압의 변화는 일정비율로 증가 또는 감소하게 된다.
이러한 원리를 이용하여 수중의 압력을 측정하게 되면 수중작업자의 위치 수심을 확인할 수 있으며, 수심을 정밀하게 측정하면 수중작업자의 위치 수심을 ㎝ 단위로 측정하는 것이 가능하게 된다.
수심 측정 방식은 다양하다. 본 발명에서는 수심측정방식을 물에 대응하는 면적과 위치에 따라 누름판(120: 대응면적)에 가해지는 물의 무게 즉 압력(수압)을 측정하는 방법을 이용하였다.
면적이 1㎠인 누름판(120)이 깊이 1㎝의 수중에 있다면 전체 물의 양은 전체물의 양= 1㎠ × 1㎝ = 1㎤이다. 물 1㎤의 무게는 온도에 따라 변하지만 4℃ 기준 1g이다.
누름판(120)의 면적이 1㎠ 이고, 수심이 1m 즉 100㎝이라면, 면적 1㎠인 누름판(120)이 수심 1m 즉 100㎝의 수중에 위치하였을 때 누름판(120)에 가해지는 무게는 누름판(120)의 압력(인가무게)은 1㎠ × 100㎝ = 100㎤ 즉 100g이 된다.
만약, 누름판(120)의 면적을 3㎠로 한다면, 수심 100㎝에서 누름판(120)에 가해지는 압력(인가무게)은 3㎠ ×100㎝ = 300㎤ 즉 300g이 된다.
이와 같이 동일한 수심에서도 누름판(120)의 면적에 따라 누름판(120)에 가해지는 압력(인가무게)은 변화하게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치(1)의 수압을 이용한 목적별시간제어형 수중타이머전자장치부(100)에서 목적별시간제어형 수중타이머작동회로부(200)를 보인 회로도이며, 도 5는 목적별시간제어형 수중타이머작동회로부(200)에서 메인컨트롤부(210)와 수중지체시간측정부(230)를 발췌하여 보인 회로도이다.
목적별시간제어형 수중타이머전자장치부(100)에서 목적별시간제어형 수중타이머작동회로부(200)는, 전기적으로 연결되는 각 장치부를 컨트롤하는 메인컨트롤부(210), 위급상황 알림 및 구조장치의 착용자 즉, 수중작업자가 있는 위치의 수중 압력을 측정하는 수압측정부(220), 상기 착용자가 수중에 머무르는 시간을 측정하는 수중지체타임측정부(230), 상기 메인컨트롤부(210)의 지시를 받아 위급상황 알림 및 구조장치를 작동시키기 위한 엑추레이터작동출력부(240)로 구성하였다.
상기에서 전기적으로 연결되는 각 장치부를 컨트롤하는 메인컨트롤부(210)는 다음과 같이 구성하였다.
전기적으로 연결되는 각 장치부를 컨트롤하는 마이컴(U1)에는 콘덴서(C5)와 콘덴서(C6)를 갖는 수정진동자(Y1)를 설치하여 마이컴(U1)이 정확하게 작동하도록 하였는데, 이러한 구성 및 작동원리를 이미 널리 알려진 기술 구성이므로 구체적인 설명은 생략한다.
상기 마이컴(U1)의 입력 측에는 수압측정부(220)와 수동작동스위치부(250)를 구비하였고, 출력측에는 수중지체시간측정부(230)와 엑추레이터작동출력부(240)를 구비하였다.
상기 수동작동스위치부(250)는 수동작동스위치(SW1)를 마이컴(U1)의 입력 측에 연결하였으며, 상기 수동작동스위치(SW1)를 눌러주는 것에 의해 마이컴(U1)에서는 엑추레이터작동출력부(240)를 작동시켜 주도록 하였다.
상기 마이컴(U1)의 입력 측에 구비되는 수압측정부(220)는, 2종류의 수압스위치 즉 상대적으로 낮은 수압에서 작동하는 저수압스위치(hp s/w)와 고수압스위치(H(hp s/w)를 각각 구비하였으며, 두 종류의 수압스위치 즉, 저수압스위치(hp s/w)와 고수압스위치(Hhp s/w)는 압력이 작용하는 누름판(120: 121, 122)의 크기를 다르게 하여 스위치가 작동하는 수심을 다르게 할 수 있도록 하였다.
저수압스위치(hp s/w)가 작동(ON)되면 트랜지시터(Q2)가 트랜지스터(Q3)를 도통시켜 마이컴(U1)에 전원(vcc)이 인가되도록 하였고, 고수압스위치(Hhp s/w)가 작동(ON)되면 트랜지시터(Q1)가 도통되어 마이컴(U1)에 전원(vcc)이 인가되도록 하였다.
특히, 상기 마이컴(U1)의 입력포트(RC2 8번 핀)의 입력이 하이(high)이면 저수심 동작으로 저수압스위치(hp s/w) 입력 시 작동을 실행하고, 마이컴(U1)의 입력포트(RC2 8번 핀)의 입력이 로우(low)이면 고수심 동작으로 고수압스위치(Hhp s/w) 입력 시 작동을 실행하도록 하였다.
누름판(120)의 넓이가 넓을수록 누르는 물의 무게가 커져 압력이 높아지게 되고, 누름판의 면적이 좁을수록 누르는 물의 무게가 작아져 압력이 낮아지게 된다.
수압스위치가 넓은 면적의 누름판(120)을 사용하여 수심 0.3m ~ 0.5m에서 작동한다면, 고수압스위치(Hhp s/w)는 별도의 누름판을 사용하지 않고도 밀폐외피본체(10)인 우레탄비닐에 가해지는 수압에 의해 고수압스위치(Hhp s/w)가 작동하도록 하여 수심 10m ~ 20m에서 작동하도록 하는 것이다.
수압스위치(저수압스위치(hp s/w)와 고수압스위치(H(hp s/w))에 설치되는 누름판(120)은 작동수심이 대략 56:100 정도의 차이를 보였으며, 이처럼 누름판(의 크기를 변동하여 작동 수심을 변화시킬 수 있는 것이다.
또, 마이컴(U1)의 입력부에 구비되는 수동작동부(50)는 착용자가 임의로 장비를 작동시킬 수 있도록 하였다. 수동작동스위치부(50)의 수동작동수위치(SW1)를 누르면 즉시 엑추레이터작동출력부(40)가 작동하여 엑추레이터(구체적으로 도시하지 아니함)를 구동시키기 위한 구동용 신호를 출력시키게 된다.
또, 마이컴(U1)의 출력부에 구비되는 수중지체시간측정부(230)는 다음과 같이 구성하였다.
마이컴(U1)에 전원이 인가되면 저항(R8)과 콘덴서(C3)로 구성된 리셋(RST)에서 저항(R8)을 통해 콘덴서(C3)가 충전되고, 콘덴서(C3)의 충전전압이 인가전압(vcc)만큼 높아지면 마이컴(U1)은 리셋(RST)에서 해제되어 동작을 개시하도록 하였고, 마이컴(U1)이 동작을 개시하면 저항(R9)을 통해 마이컴(U1)과 연결된 트랜지스터(Q5)가 도통되고 배터리(BAT)의 전원에 의해 발광다이오드(RED L1)를 점멸시키되, 발광다이오드(RED L1)는 이미 설정된 시간마다(가령 매 5초마다) 점멸하여 시간의 경과를 수중작업자에게 알려준다.
상기 마이컴(U1)의 출력부에 구비되는 엑추레이터작동출력부(240)는 다음과 같이 구성하였다.
병렬 연결되는 저항(R12)과 저항(R13)을 통해 전계효과트랜지스터(FET Q4)를 마이컴(U1)의 출력부와 연결하여, 마이컴(U1)의 지시에 의해 전계효과트랜지스터(FET Q4)의 게이트에 전압이 입력되면 드레인과 소스 사이의 회로가 도통하여 흐르는 전류를 엑추레이터에 공급되도록 하였다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 수압을 이용한 목적별시간제어형 수중타이머장치(1)의 작동을 설명한다.
작업자가 본 발명에 따른 수압을 이용한 목적별시간제어형 수중타이머장치(1)가 구비된 장비(위급상황알림장치(경고장치), 위급상황 위치표시장치, 부력발생장치 등)를 착용하고 입수하면 수압을 이용한 목적별시간제어형 수중타이머장치부(100)는 다음의 순으로 동작한다.
수압을 이용한 목적별시간제어형 수중타이머장치부(100)는 대기 시에는 전원이 차단되어 전력을 소모하지 않게 된다.
수압측정부(220)의 저수압스위치(hp s/w)가 작동하면, 배터리(BAT)의 전압이 저항(R3)과 저항( R4)를 통해 트랜지스터(Q2)의 베이스에 바이어스 전압을 공급한다. 트랜지스터(Q2)는 증폭도(hfe)가 100정도로 베이스에 입력되는 바이어스 전압과 전류의 크기에 따라 콜렉터에 일정값의 전류를 도통시킨다.
본 발명에서 저항(R3)는 10㏀이고, 저항(R4)는 1㏁이다.
트랜지스터(Q2)의 베이스 에미터간의 드롭전압은 0.66V이며, 이때 트랜지스터(Q2)의 콜렉터 전류 IC는 다음과 같다.
IC = (4.5V-0.66V)/10㏀ = 384㎂ ×100(hfe) = 38.4㎃ 이다.
상기 저항(R3)과 저항( R4) 간의 분할전압은 저항(R3)과 저항( R4)의 크기에 비례하는데, 저항(R4)의 분할전압 VR4 = [4.5V/(10㏀ + 1㏁)] × 1㏁ 으로 약 4.5V 이다. 이는 트랜지스터(Q2)의 베이스 에미터간의 전압(0.66V)보다 크므로 트랜지스터(Q2)의 콜렉터 전압 산출시 저항(R4)의 요소는 무시할 수 있다.
저항(R4)의 역할은 트렌지스터(Q2)의 입력 임피던스를 낮춰서 노이즈 입력을 제한하여 노이즈에 의한 오동작발생을 최소화한다.
트랜지스터(Q2)의 콜렉터에 전류가 도통하면 트랜지스터(Q3)의 베이스에 바이어스 전압이 인가된다. 트랜지스터(Q3)는 증폭도(hfe)가 100정도로 베이스에 입력되는 바이어스 전압과 전류의 크기에 따라 콜렉터에 일정값의 전류를 도통시킨다. 본 발명에서 저항(R7)은 220㏀이고, 저항(R6)는 1㏁이다.
트랜지스터(Q3)의 베이스와 에미터 간의 드롭전압은 0.66V이며, 이때 트랜지스터(Q3)의 콜렉터 전류 IC는 다음과 같다.
IC = (4.5V-0.66V)/220㏀ = 약 17.5㎂ ×100(hfe) = 1.75㎃이다.
저항(R7)과 저항(R6) 간의 분할전압은 저항(R7)과 저항(R6)의 크기에 비례하는데, 저항(R6)의 분할전압 VR6 = [4.5V/(220㏀ + 1㏁)]×1㏁ 으로 약 3.685V 이다. 이는 트랜지스터(Q3)의 베이스와 에미터 간의 전압 0.66V보다 크므로 트랜지스터(Q3)의 콜렉터 전압을 산출할 때에 저항(R6)의 요소는 무시하여도 무방하다.
저항(R6)의 역할은 트렌지스터(Q3)의 입력 임피던스를 낮춰 노이즈 입력을 제한하여 노이즈에 의한 오동작발생을 최소화한다.
트랜지스터(Q3)가 도통하여 콜렉터에 전류가 흐르면 마이컴(U1: 16F676회로)에 전원이 인가된다.
한편 고수압스위치(Hhp s/w)가 작동하면, 저항(R1)을 통해 트랜지스터(Q1)의 베이스에 바이어스 전압이 공급되고, 트랜지스터(Q1)가 도통 되어 전류가 흐르면 마이컴(U1)에 전원이 인가(공급)된다.
상기와 같이 저수압스위치(hp s/w)가 작동하여 트랜지스터(Q2)와 트랜지스터(Q3)가 도통되어 마이컴(U1)에 전원이 인가(공급)되거나, 또는 고수압스위치(Hhp s/w)가 작동하여 트랜지스터(Q1)가 도통되어 마이컴(U1)에 전원이 인가(공급)될 때에 수중지체시간측정부(230)의 마이컴(U1)의 리셋회로(RST)에도 전압이 인가 된다.
인가된 전압은 마이컴(U1)의 리셋회로(RST)의 저항(R8: 10㏀)을 통해 콘덴서(C3: 104)에 충전되고 콘덴서(C3)의 전압이 인가전압(VCC) 만큼 높아지게 되면 마이컴(U1)은 리셋에서 해제되어 동작을 시작한다.
마이컴(U1)은 입력포트(RC2 8번핀)의 입력을 체크 한다.
마이컴(U1)의 입력포트(RC2 8번 핀)의 입력이 하이(high)이면 저수심 동작으로 저수압스위치(hp s/w) 입력 시의 작동을 시작하고, 마이컴(U1)의 입력포트(RC2 8번 핀)의 입력이 로우(low)이면 고수심 동작으로 고수압스위치(Hhp s/w) 입력 시의 작동을 시작한다.
마이컴(U1)의 작동은 수중작업자가 수중에 머무르는 시간을 측정하는 시간으로서, 해당 수심에서 수중작업자가 수중에 머무르는 시간이 경과하였는가를 체크한다.
본 발명에 따른 수압을 이용한 목적별시간제어형 수중타이머장치(1)에 의해 저수심은 추락사고로 판정하고, 고수심은 수중 작업자로 판정할 수 있다.
추락자의 경우 10초 정도 지연 후 자동으로 엑추레이터 작동 신호를 출력하게 되는데, 한다. 엑추레이터 작동 신호의 출력이 지연되는 이유는 악천후에 의한 센서 오동작을 방지하고 착용자가 자력이나 외부 도움으로 상황을 종료시킬 수 있기 때문이다.
10초 이내에도 수중작업자가 수동작동스위치부(250)의 수동작동스위치(W1)를 조작하여 엑추레이터 작동 신호를 즉시 출력시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 고수심에서 작업을 실행하는 도중에서도 시간 체크 중 수중작업자가 수동작동스위치부(250)의 수동작동스위치(W1)를 조작하게 되면 엑추레이터 작동 신호를 즉시 출력한다.
수중지체시간측정부(230)의 표시용 발광다이오드(LED L1)는 매5초 경과 시마다 점멸하여 시간의 경과를 작업자에게 알려주어서 작업자가 수중에서의 작업시간을 인지할 수 있도록 한다.
엑추레이터작동출력부(240)에서 엑츄레이터 출력은 전계효과 트랜지스터(FET Q4)가 실행한다. 전계효과 트랜지스터(FET Q4)의 게이트에 전압이 입력되면 드레인과 소스사이의 회로가 도통하여 전류가 흐르는데, 이때 전계효과 트랜지스터(FET Q4)의 드레인과 소스 사이에 드롭 전압은 드롭전압 DV = 0.02Ω ×I(드레인과 소스 간의 전류) 이다.
이와 같이 전계효과 트랜지스터(FET Q4)의 게이트에 전압이 입력되면 드레인과 소스 사이의 회로가 도통하여 흐르는 전류는 엑츄레이터에 공급되어 엑츄레이터를 작동시키게 된다.
본 발명은 기재된 구체적인 예에 대하여만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상범위 내에서 다양하게 변형 및 수정할 수 있음은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
1: 수압을 이용한 목적별시간제어형 수중타이머장치
10: 밀폐외피본체 20: 전자장치설치부
30: 외주밀폐융착부 40: 전선인출부
100: 수압을 이용한 목적별시간제어형 수중타이머전자장치부
110: 회로기판 120: 누름판
200: 목적별시간제어형 수중타이머작동회로부
210: 메인컨트롤부 220: 수압측정부
230: 수중지체시간측정부 240: 엑추레이터작동출력부
250: 수동작동스위치부 hp s/w: 저수압스위치
Hhp s/w: 고수압스위치 SW1: 수동작동스위치
U1: 마이컴 LED L1: 표시용 발광다이오드
FET Q4: 전계효과 트랜지스터

Claims (8)

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  6. 외주가 외주밀폐융착부에 의해 밀폐된 밀폐외피본체의 내부에는 회로기판을 설치하고, 회로기판에는 전선이 연결되는 수압을 이용한 목적별시간제어형 수중타이머전자장치부를 설치하되, 상기 목적별시간제어형 수중타이머전자장치부는 상기 회로기판의 일면 또는 양면의 일측에는 목적별시간제어형 수중타이머작동회로와 전기적으로 연결되는 누름판을 설치하고; 상기 회로기판에 설치되는 목적별시간제어형 수중타이머작동회로부는 마이컴(U1)으로 구성된 메인컨트롤부에 의해 각 장치부의 작동을 컨트롤하되 상기 메인컨트롤부의 마이컴(U1)의 입력부에는 엑추레이터작동출력부를 수동으로 작동시키기 위한 수동작동스위치(SW1)를 설치하고, 상기 메인컨트롤부의 마이컴(U1)의 입력부에는 위급상황 알림 및 구조장치의 착용자가 있는 위치의 수중 압력을 측정하는 수압측정부를 구비하며, 마이컴(U1)의 출력부에는 상기 착용자가 수중에 머무르는 시간을 측정하는 수중지체시간측정부와 상기 메인컨트롤부의 지시를 받아 위급상황 알림 및 구조장치를 작동시키기 위한 엑추레이터작동출력부를 구비한 것에 있어서;
    메인컨트롤부의 마이컴(U1)에 구비되는 수압측정부는;
    상대적으로 수압이 낮거나 높은 2종류의 수압스위치를 설치한 것과;
    상대적으로 낮은 수압에서 작동하는 수압스위치(hp s/w)가 작동(ON)되면 전기적으로 연결된 트랜지시터(Q2)가 트랜지스터(Q3)를 도통시켜 마이컴(U1)에 전원(vcc)이 인가되도록 한 것과;
    상대적으로 높은 수압에서 작동하는 고수압스위치(H(hp s/w)가 작동(ON)되면 트랜지시터(Q1)가 도통 되어 마이컴(U1)에 전원(vcc)이 인가 되도록 한 것과:
    마이컴(U1)는, 입력포트의 입력이 하이(high)이면 저수심동작으로 수압스위치(hp s/w)의 입력시의 작동을 실시하고, 입력포트의 입력이 로우(low)이면 고수심동작으로 고수압스위치(Hhp s/w)의 입력시의 작동을 실시하도록 하는 것: 을 특징으로 하는 수압을 이용한 목적별 시간제어형 수중타이머장치.
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