KR101993291B1 - 지진을 감지하여 시설물에 방재 조치를 수행하는 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

지진을 감지하여 시설물에 방재 조치를 수행하는 방법 및 그 장치가 개시된다.
본 발명은 장치 가동을 위한 전원을 공급하는 전원 공급부(10)와; 지진의 진도를 감지하기 위한 감지부(20)와; 상기 감지부(20)에서 계측되는 신호를 수신하여 설정된 진도값과 비교 연산하여 설정된 지진의 진도에 도달한 것으로 판단되면 방재 조치를 위한 제어신호를 출력하는 제어부(30)와; 상기 제어부(30)에서 상기 감지부(20)에서 계측되어 수신되는 진도값과 설정된 진도값을 비교연산하여 설정된 지진의 진도에 도달한 것으로 판단되면 제어부(30)의 제어신호에 따라 경보를 발생하는 경보 발생부(50)와; 상기 제어부(30)의 제어신호에 따라 설정된 시설물에 대해 방재 조치를 수행하는 제어신호를 송출하는 제어신호 송출부(40)를 구비하여 지진 재난에 대비하여 인명과 재산의 피해를 최소화한다.

Description

지진을 감지하여 시설물에 방재 조치를 수행하는 방법 및 그 장치 {A method of performing disaster prevention measures in a facility by detecting an earthquake and a device for performing the same}

본 발명은 지진 발생시 설정된 일정 규모 이상의 진도가 감지되면 전기, 가스, 수도, 냉난방 등의 작동을 자동 차단 및 정지시키고, 비상등과 안내방송을 송출하여 위험지역으로부터 신속한 탈출과 방재제어 대상 시설물에 대하여 방재 조치를 수행할 수 있도록 지진을 감지하여 시설물에 방재 조치를 수행하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

지진은 지표면 내부에서 급격한 지각변동이 생기면서 그 충격으로 생긴 파동, 즉 지진파가 지표면까지 전해져 지반을 흔드는 것을 말하며, 학술적으로는 탄성 에너지원으로부터 지진파가 전파됨으로써 발생하는 지구의 진동으로 정의된다.

지진이 발생할 때 전파되는 에너지에 의해 인명 및 대규모 재산 피해가 발생하게 되며 이를 최소화시키기 위한 노력들이 계속되고 있다. 현재까지의 과학기술로는 지진에 대한 단기 예측이 불가능하므로, 지진으로 인해 발생되는 피해를 최소화하기 위한 가장 적극적인 방안은 구조물의 내진 설계 강화를 들 수 있으나, 여러가지 사회·경제적 제약으로 인해 내진 설계의 기준과 등급이 대형 구조물을 대상으로 제시되고 있다.

따라서 지진이 발생한 후 최단 시간 내에 정확한 정보에 기초한 초동 대처가 지진 및 지진해일로 인한 피해를 최소화하는 현실적이며 실제적인 방법으로 알려져 있다. 이를 위해 전세계적으로 지진 재해를 최소화시키기 위한 지진 조기경보 그리고 지진에 대한 신속한 대응 체계를 구축하여 운영하고 있다.

지진을 측정하는 방법으로 무거운 추를 실에 매단 후 실의 끝을 잡고 좌우로 빠르게 움직여 보면 추는 정지된 채 그대로 있게 된다. 최초의 지진계는 이러한 원리를 이용한 것으로 지진이 발생하면 땅이 흔들리고 땅에 박혀있는 지진계도 흔들리게 되지만 지진계의 추만은 관성에 의해 정지되어 있으므로 회전원통 기록지에 땅의 흔들림을 기록할 수 있다. 지진계에는 수평동 지진계와 수직동 지진계가 있으며, 지진관측소에서는 한 대의 Z축 지진계와 여기에 직교하는 방향의 X, Y축으로 수평 지진계를 한 조로 설치하여 지진을 입체적으로 기록하고 분석한다. 최신의 지진계는 복잡한 전자 장비를 이용하여 땅의 흔들림을 기록하지만 그 기본적인 개념은 초기 지진계와 같다.

종래, 지진을 감지하기 위해서는 지진 등의 흔들림을 감지하는 가속도 센서 등을 갖춘 감진 장치가 이용되고 있다. 감진 장치는 흔들림을 감지한 경우, 제어 신호 등을 출력하여 가스 공급 중지 등과 같이 외부 기기에 지진에 대한 대응을 실시하게 하여 지진 발생시 건물이나 교통 등의 안전을 확보하는데 중요한 장비이다.

종래에 가속도만을 이용하여 지진에 의한 진동과 기타 진동을 구별하고자 하는 경우, 가속도 계측 지점의 인근에 존재하는 비 지진 진도의 진원으로부터 발생한 가속도와 지진으로 인한 가속도를 가속도계 및 가속도계를 기반으로 한 센서들을 이용하여 구별하는 것에는 한계가 있었다.

예를 들어, 기타 진동의 진원과 지진 진동 감지부가 가까운 경우, 발생한 가속도가 크고, 진동의 입력 시간이 길고 연속적이라면, 기존의 가속도계를 기반으로 하는 지진 감지 장치들은 높은 가속도를 일정 시간 이상 계측하게 되어 마치 지진이 발생한 것으로 오인할 우려가 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 종래 기술에서는 단일 또는 다수의 분산된 계측지점에서 획득되는 가속도 및 그의 일계, 이계 적분에 의한 속도, 변위 등을 활용하여 시간 이력 분석, 신호 처리 분석 등의 방법으로 지진에 의한 진동과 기타 진동을 구별하고자 하였다.

일례로 일본 공개 특허 공보 제2009-150729호에는 가속도계에 기반한 센서 유닛을 복수개 마련하고 이를 미리 결정된 간격으로 설치함으로써 지진 진동과 기타 진동을 구별하는 구성을 개시하고 있다. 그러나, 이와 같은 종래의 기술은 복잡한 계산에 의하여 지진에 의한 진동과 기타 진동을 구별해야 하고 그 계측결과의 정확도도 신뢰할 수 있는 수준에 이르지 못하는 것이다.

또한 지진이 발생하지 않은 때 지진이 발생하고 있다고 오인하거나 지진이 발생하는 경우에 지진이 발생하지 않는다고 오인하는 등의 오작동이 발생하는 경우 그 고장의 영향에 의한 역효과가 발생하게 된다. 예를 들어 사람 또는 어떤 물체가 충돌했을 때의 진동을 지진 발생으로 잘못 인식하고 전기나 가스 공급이 차단되면 복구에 따르는 사회적 비용의 소모와 함께 혼란과 불편이 가중되게 된다.

이에 발생 진동의 신뢰성을 확보하기 위해 여러 센서를 갖추고 2개 이상의 센서가 흔들림을 감지 한 경우 지진 판단하는 감진 장치 등이 있으나 이러한 감진 장치에 의해서도 동물에 의해 주어진 진동이나 사람에 의해 실수로 또는 장난으로 주어지는 진동에 의한 오작동의 우려가 있다. 따라서, 지진에 의한 진동과 기타 이유로 인한 진동을 구별하는 것은 매우 중요하다.

한편 종래의 지진 감지 시스템은 가속도 센서를 이용하는 지진계가 지반의 가속도를 계측하고, 계측된 신호를 관제소로 전송하게 되고, 관제소는 지진계로부터 전송된 데이터에 의해 지진응답특성을 분석하여 지진의 세기를 얻게 된다. 이러한 종래의 지진 감지 시스템은 관제소에 지진 데이터가 전송되어야 분석프로그램에 의해 지진응답특성이 분석되며, 분석된 결과를 관제센터를 통해 방속국이나 관련기관에 통지한 이후에 방재 조치가 이루어지게 되므로 지진이 발생된 이후에 재난에 대처하기까지 많은 시간이 소요되는데, 지진에 의한 재난 현장에서는 지진 분석 결과와 지진에 대한 경고를 인지할 수 없는 문제점이 있다.

또한 지진에 의하여 건물 등이 손상 혹은 붕괴에 의하여 발생되는 위험요소를 갖고 있는 시설물의 안전상황을 모니터링하는 시스템을 설치·운영함에 있어 우선으로 고려해야 할 점은 빠른 계측과 결과 분석에 의한 현장 조치이나, 상기한 바와 같은 종래의 기술은 현장에서 지진의 영향을 파악할 수 없고, 지진의 영향을 분석하고 현장 조치를 위한 정보 제공에 많은 시간이 걸리는 문제점이 있다.

한편 고체는 형태, 장력, 탄성, 밀도 등에 따라 일정한 진동수를 가지며, 이를 고유진동수 또는 고유주파수라고 하는데, 일반적으로 물체의 고유진동이 밖으로부터 똑같은 진동수의 진동이나 힘을 받으면 진폭이 커지면서 에너지 크기가 증가하는 공진현상이라고 하는데, 건물들은 고유한 진동수를 가지고 있어서 외부의 힘이 그 고유진동수와 일치하게 되면 공진현상을 일으키면서 심할 경우 붕괴될 수 있게 된다. 따라서 위험 시설물의 안전을 위하여 지진을 계측·분석하는데 있어서는 지진파에서 시설의 고유주파수 부근 대역에서 지진파의 강도와 구조물에 가해지는 진동에 따른 최대 가속도 및 스펙트럼 강도(Spectrum Intensity ; SI)값을 계산해야 그 결과가 시설물에 받을 피해정도와 밀접해지므로 그에 따른 대책 등을 판단할 수 있으나 종래에는 이와 같은 위험 시설물에서 SI값을 계산하지 못하여 바람직한 대책을 취할 수 없는 문제점이 있었다.

이러한 재난을 방지하기 위하여 종래에도 전기한 바와 같은 감지장치가 제안되었으나, 이러한 감지기는 복잡한 전자적 구성으로 형성되어 제작이 어렵고 가격이 높은 단점과 함께 오동작 및 고장이 많이 발생되고 있으며, 주요시설물에만 한정적으로 사용되고 있는 실정에 있다.

KR 10-2014-0062634 A (2014. 05. 26.) KR 10-2015-0018215 A (2015. 02. 23.) KR 20-1996-0032951 U (1996. 10. 24.)

지진에 대비하여 건축물의 안전을 도모하기 위해 여러 가지 신기술, 신공법, 신소재 등이 도입되고 내진 설계에 의해 건축 설계 시 구조적 성능 측면에서 대단위 수직하중을 적절하게 배분하여 기초와 지반에 안전하게 전달함은 물론, 바람이나 지진과 같은 수평 하중에도 효과적으로 저항하도록 설계되어 보다 안전한 건축물과 시설물에 건축되고 있지만 준공 후 수십 년이 지난 노후한 구조물 또한 점차 늘어나고 있으며, 구조물의 현재 상태를 평가하기 위한 정밀 안전진단 기술이나 유지 관리를 위한 계측 시스템의 도입이 가속화되고 있다.

즉, 지진 발생에 효과적으로 저항하기 위하여 내진 설계가 적용되었으나, 구조물 자체에서는 지진을 감시할 수 있는 감시 수단의 부재로 관련 기관의 정보에만 의존하기 때문에 실질적으로 지진이 발생하였을 경우 이를 직접적으로 감지할 수 없을 뿐만 아니라 지진 발생 시 그에 따른 구조물의 보호 및 신속한 대처가 어려운 문제점이 있기 때문에 구조물의 안전진단을 사전에 미리 예측 및 모니터링할 수 있는 시스템이 요구된다.

이에 따라 국가의 주요 시설물 이외에 일반 건축구조물이나 전기, 가스, 상수도와 같은 시설물의 안전진단을 위하여 직접 인력의 투입이 요구되는 육안검사가 보편적으로 이용되지만 인건비가 점점 늘어나고 있고 검사에 필요한 시간 역시 적지 않아 안전진단을 위한 비용이 늘어나므로 새로운 구조물 안전진단 시스템이 요구된다.

그리고 지진이 발생했을 경우 1차적으로 시설물 등의 붕괴와 같은 위험요소를 생각하게 되는데, 누전이나 가스폭발로 인한 화재, 상수도 시설의 파괴 등과 같은 2차적 위험 발생의 요소 또한 중요하게 인식되고 있다. 이에 지진에 대한 시설물의 안전진단 이외에 지진의 진도를 항상 추적 모니터링하고, 지진의 진도가 전기설비, 가스시설, 냉난방 시설, 상수도 등의 안전에 영향을 미칠 정도인가를 파악하여 이들 시설물의 작동을 자동적으로 정지시킬 수 있는 장치의 보급이 필요하다.

본 발명은 민간 건축물이나 시설물에서 지진과 같이 인력으로 대처할 수 없는 천재지변이나 부실공사 또는 건물의 노후로 인한 진동 및 붕괴가 발생하게 될 때 지진 감지센서에서 감지된 신호를 제어부의 마이콤에 전송하여 설정된 위험 수위의 진도에 도달하였는지를 감지하여 비상등과 대피 유도등을 점등시키고, 안내방송을 송출하며, 이와 동시에 전기, 가스, 냉난방, 상수도를 차단할 수 있는 제어신호를 선택적으로 송출함으로써 단지 건물의 붕괴 이외에 발생할 수 있는 재난 위험 상황에 대해 예방조치를 수행할 수 있게 되는 방법과 이를 수행할 수 있는 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 의도하는 목적을 달성하기 위해 지진을 감지하여 시설물에 방재 조치를 수행하는 방법의 기술적인 특징은 지진 발생을 감지하여 건물 및 시설물의 붕괴 위험을 경보하고, 전기, 가스, 냉난방, 상수도 설비의 차단을 위한 방재 조치를 수행하는 방법에 있어서, 지진의 진도를 감지하는 감지단계(S100); 상기 감지단계(S100)에서 감지된 진도를 설정된 진도값과 비교하는 제1 연산단계(S200);상기 연산단계(S200)에 따라 감지된 진도가 설정된 진도값 미만이면 지진감지를 계속하여 수행하고, 감지된 진도가 설정된 진도값 이상이면 방재 조치를 수행하는 방재조치 수행단계(S300); 상기 방재조치 수행단계(S300)에 의해 방재 조치가 수행되는 시간을 카운팅하고, 설정된 방재 조치 시간과 비교연산하는 제2 연산단계(S400); 상기 제2 연산단계(S400)에 따라 설정된 방재 조치 시간이 경과되면 방재 조치를 중단하는 방재 조치 중단단계(S500); 및 상기 방재조치 수행단계(S300)에 의해 방재 조치가 수행된 이후에 설정된 시간이 경과되기 전에 방재 조치를 중단하기 위해 초기화를 수행하는 초기화단계(S600)를 포함한다.

상기 방재조치 수행단계(S300)는 경보 또는 안내방송 송출 중에서 적어도 어느 하나를 수행하고, 전기, 가스, 냉난방, 상수도 중에서 적어도 어느 하나를 차단하는 제어 동작을 수행하게 되는 것을 포함한다.

상기 방재조치 수행단계(S300)는 방재 제어 명령이 수행된 결과와 상기 제1 연산단계(S200)의 연산결과에 따라 계측된 지진의 진도를 저장하는 단계(S700)를 더 포함한다.

상기 방재조치 수행단계(S300)에서 비상경보등의 작동은 보조 배터리에 의해 이루어지되, 감지된 진도가 설정된 진도값 이상이면 방재 조치의 수행과 동시에 이루어지면서 점등되게 할 수 있고, 시간지연회로에 의해 설정된 일정 시간 동안 점등이 지연되도록 하여 도피시 탈출 경로를 확보할 수 있는 시간을 제공할 수 있게 되는 것을 포함한다.

상기 방재 조치 중단단계(S400)는 경보 또는 안내방송을 중단하고, 전기, 가스, 냉난방, 상수도 중에서 적어도 어느 하나의 공급 및 가동을 개시하는 제어 동작을 수행하게 되는 것을 포함한다.

위와 같은 본 발명은 설정된 진도 이상의 지진이 발생하면 누전으로 인한 화재 발생과 감전 등을 방지하기 위하여 자동으로 전기를 차단하고, 전기 차단시 비상등 점등 및 안내방송을 송출하며, 가스, 상수도, 냉난방 설비를 차단하고 재가동하는 조작을 자동으로 제어할 수 있어 지진 재해로부터 보호받을 수 있게 되는 것이다.

또한 지진 발생시 설정된 진도, 예를 들어 진도 5 이상이면 전기의 접지선(전류)을 이용하여 전기를 차단하는 방식으로 되어 인위적으로 차단기나 전선에 쇼트나 스파크를 가하지 않으므로 각종 설비에 무리를 주지 않고 차단할 수 있게 된다.

그리고 지진 발생에 의해 전기가 자동 차단되면 야간에는 탈출에 문제가 있으므로 내장된 충전기와 밧데리가 평상시는 자동충전된 상태에서 지진 발생시에 비상등이 자동 점등되어 비상탈출을 용이하게 하며, 또한 평상시 정전이 되면 비상등을 자동 점등함으로써 편리하게 대처할 수 있다

특히 본 발명을 설치하기 위해 건축물과 시설물에 대한 공사가 필요 없으며 단순하게 콘센트에 플러그만 꽂아주면 되므로 가정에서 간단하게 지진의 감지가 가능하고, 정전대비, 전기차단, 가스, 상수도, 냉난방 설비의 차단 및 재가동이 가능하게 된다.

본 발명이 의도하는 목적을 달성하기 위해 지진을 감지하여 시설물에 방재 조치를 수행하는 장치의 기술적인 특징은 지진의 진도를 감지하여 건물 및 시설물의 붕괴 위험을 경보하고, 전기, 가스, 냉난방, 상수도 설비의 차단을 위한 방재 조치를 수행하는 장치에 있어서, 장치 가동을 위한 전원을 공급하는 전원 공급부와; 지진의 진도를 감지하기 위한 감지부와; 상기 감지부에서 계측되는 신호를 수신하여 설정된 진도값과 비교 연산하여 설정된 지진의 진도에 도달한 것으로 판단되면 방재 조치를 위한 제어신호를 출력하는 제어부와; 상기 제어부에서 상기 감지부에서 계측되어 수신되는 진도값과 설정된 진도값을 비교연산하여 설정된 지진의 진도에 도달한 것으로 판단되면 제어부의 제어신호에 따라 경보를 발생하는 경보 발생부와; 상기 제어부의 제어신호에 따라 설정된 방재 제어 대상 시설물에 대해 방재 조치를 수행하는 제어신호를 송출하는 제어신호 송출부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기술적 특징에 따라 지진을 감지하여 시설물에 방재 조치를 수행하는 장치는 상기 제어부의 방재 제어 명령이 수행된 결과와 상기 감지부에서 계측되어 수신되는 진도값을 디지털 신호로 변환하여 저장하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기술적 특징에 따라 지진을 감지하여 시설물에 방재 조치를 수행하는 장치는 상기 제어부의 방재 제어 명령이 수행된 결과와 상기 감지부에서 계측되어 수신되는 진도값을 디지털 신호로 변환하여 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전원 공급부는 상용 전원을 공급하는 주전원 공급부와 보조 배터리를 구비하는 충전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 감지부는 가속도 센서로 이루어지되, X축, Y축, Z축의 3축의 축별 진도을 감지하여 가속도 단위를 계측하게 되는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 방재 조치가 개시되면 방재 조치가 수행되는 시간을 카운팅하고, 설정된 방재 조치 시간과 비교 연산하며, 그 비교 연산 결과 설정된 방재 조치 시간이 경과되면 방재 조치를 중단하는 콘트롤러와; 상기 콘트롤러에 의해 방재 조치가 수행된 이후에 설정된 시간이 경과되기 전에 방재 조치를 중단하기 위해 초기화 시키기 위한 스위칭부를 포함한다.

상기 스위칭부는 평상시에 ON 상태를 유지하는 NC단자와 OFF 상태를 유지하는 NO단자로 이루어지는 리셋 스위치를 포함한다.

상기 경보 발생부는 비상등, 탈출 유도등 및 안내방송 송출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 방재제어 대상 시설물은 전기 차단기, 가스공급밸브, 냉난방 공급밸브, 상수도 공급밸브 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 콘트롤러는 감지된 진도가 설정된 진도값 이상이면 방재 조치의 수행과 동시에 이루어지게 되는 것을 특징으로 한다.

상기 콘트롤러는 감지된 진도가 설정된 진도값 이상이면 시간지연회로에 의해 설정된 일정 시간 동안 점등이 지연되도록 하여 도피시 탈출 경로를 확보할 수 있는 시간을 제공할 수 있게 되는 것을 특징을 특징으로 한다.

상기 스위칭부는 평상시에 ON 상태를 유지하는 NC단자와, OFF 상태를 유지하는 NO단자의 리셋 스위치로 이루어지며, 상기 리셋 스위치에 의해 콘트롤러로부터 경보 또는 안내방송을 중단하는 신호가 출력되게 하고, 전기, 가스, 냉난방, 상수도 중에서 적어도 어느 하나의 공급 및 가동을 개시하는 제어 동작을 수행하게 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 설정된 진도 이상의 지진이 발생하면 자동으로 전기를 차단하여 누전으로 인한 화재 발생과 감전을 방지할 수 있게 되고, 전기 차단시 보조 배터리에 의해 비상등, 대피 안내등 및 안내방송 등이 점등되어 피난 탈출을 안내하며, 가스, 상수도, 냉난방 설비를 차단하고 재가동하는 조작을 자동으로 제어할 수 있게 되어 지진으로 인한 건물 붕괴 이외의 각종 재해로부터 인명과 시설물을 보호할 수 있는 효과가 있다.

특히 본 발명을 설치하기 위해 건축물과 시설물에 대한 공사가 필요 없으며 단순하게 콘센트에 플러그만 꽂아주면 되는 간편한 장비로써 가정에서도 간단하게 지진의 감지가 가능하고, 정전대비, 전기차단, 가스, 상수도, 냉난방 설비의 차단 및 재가동이 가능하게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방재 조치 과정을 나타낸 순서도
도 2는 본 발명에 따른 방재 조치 수행 시스템의 시스템 블록도
도 3은 본 발명에 따른 방재 조치 수행 시스템의 외관도

본 발명의 특징과 장점은 첨부된 도면에 의하여 설명되는 실시예에 의하여 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 전에, 다음의 실시예에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열에 의해 본 발명의 응용이 제한되는 것이 아니다. 본 발명은 다른 실시예 들로 구현될 수 있고, 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또한, 장치 또는 요소의 방향 등과 같은 용어들에 관하여 실시예에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되며, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다. 예를 들면, "제1", "제2"와 같은 용어가 본 발명을 설명하는 실시예와 청구항에 사용되는데, 이러한 용어가 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 발명자가 발명의 용어와 개념을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념에 입각하여 기재한 것으로 해석하여야 한다.

따라서 본 발명은 제시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위에 기재된 기술사상의 균등한 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능하다.

다음에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 방재 조치 과정을 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 방재 조치 수행 시스템의 시스템 블록도이며, 도 3은 본 발명에 따른 방재 조치 수행하는 장치의 외관을 보여주고 있다.

이 도면에서 참조되듯이, 본 발명의 실시 예에 따라 지진을 감지하여 시설물에 방재 조치를 수행하는 장치는 전원 공급부(10), 감지부(20), 제어부(30), 제어신호 송출부(40), 경보 발생부(50), 방재제어 대상 시설물(60), 저장부(70) 및 디스플레이부(80)로 구성된다.

상기 전원 공급부(10)는 주전원 공급부(110)와 보조전원 공급부(120)로 구성된다.

상기 주전원 공급부(110)는 감지부(20), 제어부(30), 경보 발생부(50) 및 제어신호 송출부(40)를 구동시키기 위한 전원을 공급하고, 또한 보조전원 공급장치(72)를 충전시키기 위한 전원을 공급한다.

상기 보조전원 공급부(120)는 보조 배터리(120)는 충전부(121)와 보조 배터리(122)로 구성된다.

상기 충전부(121)는 바람직하게 과충전 방지회로를 더 구비한다.

상기 보조 배터리(122)는 평상시에 주전원 공급부(110)로부터 공급되는 전원에 의하여 충전이 완료된 상태에 있게 되고, 지진에 의한 정전 신호가 감지되거나, 제어부(30)에서 방재 조치 신호가 출력되면 제어부(30)에 보조전원을 공급한다.

이러한 보조 배터리(721)는 정전 시 또는 지진 발생시 시스템의 제어 콘트롤에 필요한 전류를 공급할 수 있는 정도의 충전 가능한 DC 보조배터리로 이루어진다.

따라서, 정전 또는 지진에 의해 주전원 공급부(110)의 전원이 차단되면, 보조 배터리(721)의 전원으로 제어부(71)가 작동되도록 한다. 이를 통하여 지진에 의해 정전되는 사태가 발생되더라도 제어부(30) 및 제어신호 송출부(40)로부터 방재 및 리셋 제어가 가능하게 된다.

상기 감지부(20)는 가속도 센서로 이루어지며, 지진의 계측은 통상의 방법과 같이 수평동 지진계와 수직동 지진계로 구성되어 Z축 지진계와 여기에 직교하는 방향의 X, Y축으로 수평 지진계가 한 조로 설치되어 지진을 입체적으로 분석하는 것일 수 있고, 바람직하게 X축, Y축, Z축의 3축의 축별 진도을 감지하여 가속도 단위를 계측하게 되어 제어부(30)에서 일반적인 진동과 지진 발생에 의한 진동인지를 판별할 수 있게 한다.

상기 제어부(30)는 콘트롤러(310)와 스위치부(320)로 구성되어 주전원 공급부(100)와 보조 배터리(110)로부터 선택적으로 전원을 공급받아 구동한다.

상기 콘트롤러(310)는 증폭부, 필터부, 아날로그 디지털 변환기(analog-digital converter, ADC), 마이크로 컨트롤러(Micro Controller Unit, MCU)로 구성되어 방재 조치를 수행하는 제어 신호를 출력한다.

상기 증폭부는 상기 감지부(20)에서 감지된 미약한 계측신호를 증폭시킨다.

상기 증폭기는 통상 감지부(20)로부터 입력된 트리거 신호가 증폭될 때 잡음도 크게 증폭되며, 상기 필터부는 상기 증폭부에서 증폭된 트리거 신호의 노이즈를 저감시킨다.

상기 ADC는 상기 필터부에서 필터링된 아날로그 신호가 MCU에서 연산처리될 수 있도록 디지털 신호로 변환시키며, 16bit 데이터를 처리한다.

상기 MCU는 상기 감지부(20)의 작동을 제어하고, 운영체제와 응용프로그램 사이의 통신 및 감지부(20)와 외부통신을 제어하기 위한 어플리케이션 프로그램 인터페이스인 API(application programming interface)를 구비하여 상기 ADC에서 출력되는 신호가 입력되면 지진 감도를 게측하기 위한 연산처리를 수행한다.

상기 스위치부(320)는 평상시에 ON 상태를 유지하는 NC단자와, OFF 상태를 유지하는 NO단자로 되어 전기, 가스, 냉난방, 상수도 등과 같은 시설물의 작동을 차단하고, 작동을 재개하기 위한 리셋스위치(321)가 경보 발생부(50)와 각 방재제어 대상 시설물(60)별로 설치된다.

즉, 경보 발생부(50)를 구성하는 비상등(510), 탈출 유도등(520), 안내방송(530)의 ON/OFF를 제어하고, 방재제어 대상 시설물(60)을 구성하는 전기 차단기(610), 가스 공급밸브(620), 냉난방 공급밸브(630), 상수도 공급밸브(640)에 대해 개별적으로 설치되어 동시에 개별적 방재 조치가 수행될 수 있게 된다.

이로써 상기 리셋 스위치에 의해 콘트롤러(310)로부터 경보 또는 안내방송을 중단하는 신호가 출력되게 하고, 전기, 가스, 냉난방, 상수도 중에서 적어도 어느 하나의 공급 및 가동을 개시하는 제어 동작을 수행할 수 있게 된다.

스위치부(320)는 지진에 의한 정전 시에 상용 주전원 공급부(10)으로부터 공급되는 주전원이 차단됨에 따라 보조전원 공급장치(120)로부터 전원이 공급되도록 전환된다.

상기 보조전원 공급부(120)의 전환은 주전원이 차단되는 신호에 의하여 자동으로 전환될 수 있고, 수동으로 전환될 수도 있다.

또한 스위치부(320)를 구성하는 리셋 스위치는 지진이 의해 전원이 차단된 상태에서 전원을 인위적으로 인가하거나 차단할 수 있게 된다.

따라서 스위치부(320)를 이용하여 지진에 의한 정전이 아닌 경우에 테스트 기능을 수행할 수 있게 된다.

위와 같은 제어부(30)는 평상시에는 제어부(30)의 콘트롤러(310)가 주전원 공급부(110)로부터 전원을 공급받아 계측된 지진신호를 연산 및 제어신호를 출력함으로써 정상적인 지진 감지 동작을 수행하고, 주전원 공급부(110)는 충전부(122)에 전원을 인가하여 보조 배터리(121)를 충전시키게 된다. 이때 스위치부(320)는 오프(OFF) 되어 있어서 보조 배터리(121)의 전원이 콘트롤러(310)로 공급되지 않는다.

이후, 콘트롤러(310)로부터 일정 진도 이상의 지진에 의한 방재 제어 신호가 발생하면 스위치부(320)가 온(ON) 상태로 전환되어 보조 배터리(121)의 콘크롤러(310) 공급됨으로써 경보 발생부(50)와 방재제어 대상 시설물(60)에 대한 지진 감지 및 방재제어를 위한 프로그램의 프로세스 로직이 구현되게 된다.

상기 제어신호 송출부(40) 또한 주전원 공급부(100)와 보조 배터리(110)로부터 선택적으로 전원을 공급받아 작동하며, 전기, 가스, 냉난방, 상수도 시설에 대해 개별적으로 설치되어 개별적 방재 조치가 수행될 수 있게 한다.

즉, 전기 차단기, 가스밸브, 냉난방용 밸브, 상수도 밸브의 개폐를 제어할 수 있게 되는 것이다.

제어신호 송출부(40)는 근거리 통신인 블루투스, 이더넷(Ethernet) 기반의 무선 인터넷인 와이파이, 그리고, 주파수를 이용한 광대역 통신 방식으로 장거리 무선통신이 가능한 RF 모듈로 구성되어 상기 콘트롤러(310)에서 연산되어 출력되는 방재 제어 신호를 변조하여 경보 발생부(50)에 송출한다.

상기 블루투스 모듈은 주파수 도약 확산 스펙트럼 방식(frequency hopping spread spectrum)을 사용하여 주파수를 고정하지 않고 시간에 따라 변화시켜 송신한다.

즉, 송신 측과 수신 측에서 주파수 위치를 변화시켜 통신하여 송신하는 데이터는 주파수를 편이 변조시켜 도약 패턴으로 주파수를 도약하여 외관상 주파수 대역폭을 넓혀 송신하고, 반대로 수신한 신호는 복조 과정을 거쳐 데이터를 검출함으로써 전송 과정에 어떤 간섭파가 존재하는 경우, 간섭파에 반사된 송신파는 폐기되어 재송신되고, 반사되지 않으면 영향을 받지 않게 되어 노이즈가 많은 환경에서도 무선연결 데이터의 안정한 전송이 보장될 수 있게 한다.

상기 제어신호 송출부(40)는 상기 제어부(30)에서 출력되는 신호를 원격지의 방재제어 대상 시설물(60)의 수신부에 송신할 수 있게 될 수 있다.

상기 수신부는 제어신호 송출부(40)에서 송출되는 제어신호 및 데이터를 수신하여 디스플레이하는 서버와 사용자 단말기를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 사용자 단말기는 스마트 기기, 또는 디스플레이가 내장된 수신장치를 더 포함하여 구성된다.

상기 수신장치는 저전력 메쉬네트워크로서 지그비(Zigbee), 또는 Z-wave가 적용될 수도 있다.

바람직하게, 상기 수신부는 아이폰에 사용되는 애플의 운영체제(IOS), 안드로이드, 윈도우폰, 그리고, 블랙베리 등의 오퍼레이팅 시스템(OS)를 가지는 대부분의 스마트 폰, 스마트 워치, 스마트 밴드, 윈도우즈, 리눅스와 같은 OS를 가지는 디바이스, 테블릿 등에서 주기적으로 오는 신호를 통해 특정 앱을 수행하거나 특정 웹 화면을 디스플레이할 수 있는 블루투스, 또는 BLE가 적용될 수 있다.

경보 발생부(50)는 비상등(510), 탈출 유도등(520), 안내방송부(530)으로 구성되어 제어부(30)에서 출력되는 지진감지 신호에 따라 점등 및 안내방송을 실시한다.

상기 안내방송 송출부(430)는 블루투스(Bluetooth), 와이파이(WiFi), 그리고 RF(Radio Frequency) 모듈로부터 선택되어 근거리에서의 경보 및 음성 송출이 가능하게 된다.

방재제어 대상 시설물(60)은 구성하는 전기 차단기(610), 가스 공급밸브(620), 냉난방 공급밸브(630), 상수도 공급밸브(640)로 구성되어 제어부(30)에서 출력되는 지진감지 신호에 따라 전기를 차단하거나 각 시설물 들의 밸브가 폐쇄될 수 있게 된다.

저장부(70)는 상기 저장부(70)는 SD카드와 같은 저장수단으로 이루어져서 방재 제어 명령이 수행된 결과와 계측된 지진의 진도를 저장할 수 있게 된다.

디스플레이부(80)는 제어부(30)의 방재 제어 명령이 수행된 결과와 연산된 지진 진도값이 디지털 신호로 변환되어 표시된다.

이와 같은 본 발명은 지진의 진도를 감지하는 감지단계(S100)와; 상기 감지단계(S100)에서 감지된 진도를 설정된 진도값과 비교하는 연산단계(S200)와; 상기 연산단계(S200)에 따라 감지된 진도가 설정된 진도값 미만이면감지된 진도가 설정된 진도값 이상이면 수행하고, 감지된 진도가 설정된 진도값 이상이면 방재 조치를 수행하는 방재조치 수행단계(S300)와; 상기 방재조치 수행단계(S300)에 의해 방재 조치가 수행되는 시간을 카운팅하고, 설정된 방재 조치 시간과 비교연산하는 제2 연산단계(S400)와; 상기 제2 연산단계(S400)에 따라 설정된 방재 조치 시간이 경과되면 방재 조치를 중단하는 방재 조치 중단단계(S500); 및 상기 방재조치 수행단계(S300)에 의해 방재 조치가 수행된 이후에 설정된 시간이 경과되기 전에 방재 조치를 중단하기 위해 초기화를 하는 초기화단계(S600)에 의해 방재조치를 수행하게 된다.

이를 구체적으로 설명하면, 감지부(20)에서 지진파를 감지하여(S100) 제어부(30)의 콘트롤러(310)에서 설정 이상의 지진파가 감지되면(S200), 콘트롤(310)는 전기 차단기(610)를 즉시 차단하여 전원을 차단하면서 비상등이 점등되고, 방재제어 대상 시설물(60)의 작동을 중지시키는 신호를 출력하고, 설정된 시간 동안 경보를 발생한다(S300).

이때 바람직하게, 지진파 5도 이상 감지되면 시간지연회로를 구비하는 콘트롤러(310)의 제어신호에 따라 안내방송부(530)에서 17초간 경보가 울리고 그 후 전기 차단기(610)에서 전기를 차단시키게 되며, 지진파 강도가 강하여 건물이 급격히 기울면 17초 이내에도 즉시 주전원 공급부(110)의 전원이 차단되고, 보조 배터리(121)에 의해 야간에는 즉시 경보 발생부(50)가 작동한다.

주전원 공급부(110)에서 콘트롤러(310)로 공급되던 전원이 차단되면, 스위칭부(320)이 전환되어 보조 배터리(121)로부터 보조전원이 콘트롤러(310)에 공급되어 방재 제어를 할 수 있는 상태가 된다.

이러한 즉시 차단기능과 17초 지연기능으로 야간 대피시 비상등(510)의 점등으로 탈출경로 확보가 용이하게 된다.

이때 바람직하게 지진파 감지 후 15초 동안 긴 경보음이 울리고, 2초 동안 빠른 경보음이 울리게 된다. 여기서 2초 동안의 빠른 경보음은 전기 및 연동한 모든 기기들을 2초 후에 차단한다는 의미가 있으며, 음성파일이 송출되게 할 수 있다.

또한 콘트롤러(310)는 전기 차단기(610)에서 전기를 차단시키게 됨과 동시에 가스 공급밸브(620), 냉난방 공급밸브(630), 상수도 공급밸브(640)를 차단시키는 제어명령이 수행된다.

그리고 설정된 시간이 경과되거나(S400) 지진파 5도 이상 감지 후 17초 이내에 스위치부(320)의 리셋 스위치(321)를 누르면(S600) 경보 발생부(50)의 작동과 방재제어 대상시설물(60)에 대한 차단 제어가 해제된다(S500).

지진파가 5도 이상 감지되어 경보가 발생되고 있는 17초 사이에 리셋 스위치(321)를 작동시켜서 시스템이 복구되었때 다시 설정된 진도 이상의 지진이 발생하면 즉시 경보 발생부(50)의 작동과 함께 방재제어 대상 시설물(60)에 대한 차단 제어가 이루어지게 된다.

이와 같은 본 발명은 지진 발생이 감지되는 즉시 차단기능과 비상등을 점등시키는 기능으로 야간 도피시 용이하게 탈출 경로를 확보할 수 있게 한다.

자동 충전기능 내장으로 평상시 자동 충전되고 지진 발생이나 정전시에 자동 점등 기능 작동테스트 기능 버튼을 구비하여, 테스트 버튼을 통해 감지기능이 동작 가능한지를 자가 확인할 수 있게 할 수도 있다.

지금까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 관련된 것이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형된 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

따라서 본 발명은 제시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위에 기재된 기술사상의 균등한 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능한 실시예가 있을 수 있다.

10: 전원 공급부 20: 감지부
30: 제어부 40: 제어신호 송출부
50: 경보 발생부 60: 방재제어 대상 시설물
70: 저장부 80: 디스플레이부
110: 주전원 공급부 120: 보조전원 공급부
121: 보조배터리 122: 충전부
310: 콘트롤러 320: 스위치부
321: 리셋 스위치 510: 비상등
520: 탈출 유도등 530: 안내방송부
610: 전기 차단기 620: 가스 공급밸브
630: 냉난방 공급밸브 640: 상수도 공급밸브

Claims (18)

1. 지진의 진도를 감지하여 건물 및 시설물의 붕괴 위험을 경보하고, 전기, 가스, 냉난방, 상수도 설비의 차단을 위한 방재 조치를 수행하는 장치에 있어서,
   장치 가동을 위한 전원을 공급하는 전원 공급부(10)와;
   지진의 진도를 감지하기 위한 감지부(20)와;
   상기 감지부(20)에서 계측되는 신호를 수신하여 설정된 진도값과 비교 연산하여 설정된 지진의 진도에 도달한 것으로 판단되면 방재 조치를 위한 제어신호를 출력하는 제어부(30)와;
   상기 제어부(30)에서 상기 감지부(20)에서 계측되어 수신되는 진도값과 설정된 진도값을 비교연산하여 설정된 지진의 진도값에 도달한 것으로 판단되면 제어부(30)의 제어신호에 따라 경보를 발생하는 경보 발생부(50)와;
   상기 제어부(30)의 제어신호에 따라 설정된 방재제어 대상 시설물(60)에 대해 방재 조치를 수행하는 제어신호를 송출하는 제어신호 송출부(40)를 구비하되,
   상기 제어부(30)의 방재 제어 명령이 수행된 결과와 상기 감지부(20)에서 계측되어 수신되는 진도값을 디지털 신호로 변환하여 저장하는 저장부(70)와,
   상기 제어부(30)의 방재 제어 명령이 수행된 결과와 상기 감지부(20)에서 계측되어 수신되는 진도값을 디지털 신호로 변환하여 표시하는 디스플레이부(80)를 더 포함하고,
   상기 전원 공급부(10)는 상용 전원을 공급하는 주전원 공급부(110)와 보조 배터리(121)를 구비하는 충전부(122)를 포함하며,
   상기 제어부(30)는,
   개시된 방재 조치가 수행되는 시간을 카운팅하고, 설정된 방재 조치 시간과 비교 연산하며, 그 비교 연산 결과 설정된 방재 조치 시간이 경과되면 방재 조치를 중단하는 콘트롤러(310)와;
   상기 콘트롤러(310)에 의해 방재 조치가 수행된 이후에 설정된 시간이 경과되기 전에 방재 조치를 중단하기 위해 초기화 시키기 위한 스위칭부(320)를 포함하고,
   상기 경보 발생부(50)는,
   비상등(510), 탈출 유도등(520) 및 안내방송 송출부(530)를 포함하며,
   상기 방재제어 대상 시설물(60)은,
   전기 차단기(610), 가스공급밸브(620), 냉난방 공급밸브(630), 상수도 공급밸브(640) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하고,
   상기 콘트롤러(310)는,
   설정된 지진의 진도값 이상이 감지되면 시간지연회로에 의해 설정된 일정 시간 동안 점등이 지연되도록 하여 도피시 탈출 경로를 확보할 수 있는 시간을 제공할 수 있게 되며,
   상기 스위칭부(320)는,
   평상시에 ON 상태를 유지하는 NC단자와, OFF 상태를 유지하는 NO단자로 되는 리셋 스위치로 이루어지며,
   상기 리셋 스위치에 의해 콘트롤러(310)로부터 경보 또는 안내방송을 중단하는 신호가 출력되게 하고, 전기, 가스, 냉난방, 상수도 중에서 적어도 어느 하나의 공급 및 가동을 개시하는 제어 동작을 수행하게 되는 것을 특징으로 하는,
   지진을 감지하여 시설물에 방재 조치를 수행하는 장치.
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