KR102353417B1 - 진동 감지 스마트 면진 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 상응하는 형상으로 형성되어 서로 마주보게 배치되는 상부플레이트(100) 및 하부플레이트(200), 상기 상부플레이트(100)과 상기 하부플레이트(200)의 내측면의 서로 수직하는 대각선 방향에 각각 결합하는 LM 가이드레일(300,400), 상기 LM 가이드레일(300,400) 각각을 따라 이동가능하게 결합하는 LM 블록(500,600), 상기 LM 가이드레일(300,400)에 상응하는 길이로 형성되어 상기 LM 가이드레일(300,400) 각각에 연접하여 배치되는 한쌍의 감지라인(820), 상기 LM 블록(500,600)의 일측에 상기 감지라인(820)을 바라보는 위치에 배치되어 감지 신호를 방출하는 감지블록(810), 및 상기 감지라인(820)에서 인가되는 신호에 따라 상기 LM 블록(500,600) 각각의 위치 변화를 산출하는 스마트 면진 제어모듈(900)을 포함하고, 상기 감지블록(810)은 상기 LM 블록(500,600)의 이동에 따라 상기 감지라인(820)을 바라보며 이동하고 상기 감지라인(820)은 상기 감지블록(810)의 상기 감지 신호가 감지되는 위치에 따라 변화되는 전류를 출력하여 상기 스마트 면진 제어모듈(900)에 인가하는 것을 특징으로 하는 진동 감지 스마트 면진 장치를 제공한다.

Description

진동 감지 스마트 면진 장치{VIBRATION DETECTION SMART SEISMIC ISOLATOR}

본 발명은 진동 감지 스마트 면진 장치에 관한 것이다.

지진이 발생한 경우 건물이나 설비 등의 구조물에 상하방향 또는 수평방향으로 진동이 전달되는데, 수평방향으로의 진동은 구조물을 심하게 흔들고 비틀게 된다. 전달되는 진동의 규모가 큰 경우 구조물을 부분적으로 손상시켜 구조물의 안정성을 떨어뜨리고, 심한 경우 구조물을 붕괴시키기도 한다. 이렇게 지진에 의해 구조물이나 장비를 보호하기 위해 다양한 면진 장치들이 개발되어 사용되고 있다.

도 1 은 기존의 면진장치를 도시한 도면이다. 도 1의 면진장치는 사각형의 상부플레이트(10)과 하부플레이트(20)을 포함하고. 사각형 상부플레이트(10)와 하부플레이트(20) 사이에 제1 진동흡수부와 제2진동흡수부가 배치된다. 상부플레이트(10)과 하부플레이트(20) 사각형 프레임의 내측에 대각선을 잇는 대각선 프레임이 형성되고, 그 중심에 사각형 프레임의 각 변을 향하는 꼭지점으로 이루어진 중심사각 프레임이 형성된다. 사각형 프레임의 각 꼭지점에 제1 진동흡수부가 배치되고, 중심사각 프레임에 제2진동흡수부가 배치된다. 제1 진동흡수부는 압축스프링과 인장스프링이 함께 적용되고 제2 진동흡수부는 LM 가이드가 적용될 수 있다.

한편, 면진 장치는 진동 발생 시 이를 감지하는 센서를 채용할 수 있다. 진동 감지 센서를 면진장치에 배치할 경우 사람이 면진 대상 설비를 흔들어 발생하는 진동과 지진 발생에 의한 진동을 구분하지 못하는 문제점이 있다.

또한, 지진 발생 시 면진 대상 설비에 영향을 준 진동의 크기와 피해 정도를 실시간으로 정확히 모니터링하지 못하는 문제점이 있다.

한국 등록 특허 제10-1730418호 한국 등록 특허 제10-0601072호 한국 등록 특허 제10-1196398호

본 발명은 면진 장치에서 발생하는 진동이 지진에 의한 진동인지 인위적인 움직임에 의한 진동인지를 검출할 수 있는 진동 감지 스마트 면진 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 면진 대상 설비에 미치는 진동의 영향을 실시간 3차원으로 모니터링 가능한 진동 감지 스마트 면진 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

서로 상응하는 형상으로 형성되어 서로 마주보게 배치되는 상부플레이트(100) 및 하부플레이트(200);

상기 상부플레이트(100)과 상기 하부플레이트(200)의 내측면의 서로 수직하는 대각선 방향에 각각 결합하는 LM 가이드레일(300,400);

상기 LM 가이드레일(300,400) 각각을 따라 이동가능하게 결합하는 LM 블록(500,600);

상기 LM 가이드레일(300,400)에 상응하는 길이로 형성되어 상기 LM 가이드레일(300,400) 각각에 연접하여 배치되는 한쌍의 감지라인(820);

상기 LM 블록(500,600)의 일측에 상기 감지라인(820)을 바라보는 위치에 배치되어 감지 신호를 방출하는 감지블록(810); 및

상기 감지라인(820)에서 인가되는 신호를 외부로 전달하는 통신모듈(850)을 포함하고,

상기 감지블록(810)은 상기 LM 블록(500,600)의 이동에 따라 상기 감지라인(820)을 바라보며 이동하고 상기 감지라인(820)은 상기 감지블록(810)의 상기 감지 신호가 감지되는 위치에 따라 변화되는 신호를 상기 통신모듈(850)에 인가하는 것을 특징으로 하는 진동 감지 스마트 면진 장치를 제공한다.

상기 감지블록(810)은 자성체를 포함하여 자기력을 방출하고,

상기 감지라인(820)은 복수개의 리드스위치와 저항으로 구성되어 상기 감지블록(810)의 위치에 따라 상기 리드스위치가 on/off 되어 저항이 변화하여 그에 따른 전류를 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 통신모듈(850)을 통해 한쌍의 상기 감지라인(820)에서 인가되는 신호에 따라 면진장치의 x축 변위 벡터 및 y축 변위 벡터를 산출하고, 진동의 크기, 방향, 속도, 또는 인위적 진동인지 지진에 의한 진동인지를 판단하는 스마트 면진 제어모듈(900)을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면,

서로 상응하는 형상으로 형성되어 서로 마주보게 배치되는 상부플레이트(100) 및 하부플레이트(200);

상기 상부플레이트(100)과 상기 하부플레이트(200)의 내측면의 서로 수직하는 대각선 방향에 각각 결합하는 LM 가이드레일(300,400);

상기 LM 가이드레일(300,400) 각각을 따라 이동가능하게 결합하는 LM 블록(500,600);

한쌍의 프레임(710,720) 사이에 진동흡수부재가 배치되어 수직 진동을 흡수하고 상기 LM 블럭(500,600)에 결합하는 진동흡수부를 추가로 포함하고,

상기 한쌍의 프레임(710,720) 사이의 거리의 변화를 감지하여 위치 변화에 따른 신호를 출력하는 변위센서(880)가 상기 진동흡수부에 설치되고,

상기 변위센서(880)에서 인가되는 신호를 외부로 전달하는 통신모듈(850)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 감지 스마트 면진 장치를 제공한다.

상기 통신모듈(850)을 통해 상기 변위센서(880)에서 인가되는 신호에 따라 상기 상부플레이트(100)에 인가되는 적재 하중 또는 수직 진동을 산출하는 스마트 면진 제어모듈(900)을 추가로 포함할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 면진 장치에서 발생하는 진동이 지진에 의한 진동인지 인위적인 움직임에 의한 진동인지를 검출할 수 있는 진동 감지 스마트 면진 장치를 제공할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 면진 대상 설비에 미치는 진동의 영향을 실시간 3차원으로 모니터링 가능한 진동 감지 스마트 면진 장치를 제공할 수 있다.

도 1 은 LM 가이드를 구비한 면진장치를 나타낸 사시도이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 면진 장치를 나타낸 사시도이다.
도 3 은 도 2의 면진 장치 내의 LM 가이드 레일, LM 블럭, LM 진동흡수부, 진동감지부를 나타낸 도면이다.
도 4 는 도 2의 면진 장치의 상부플레이트에 결합하는 LM 가이드 및 진동감지부를 나타낸 도면이다.
도 5 는 도 2의 면진 장치의 하부플레이트에 결합하는 LM 가이드 및 진동감지부를 나타낸 도면이다.
도 6 은 도 2 의 면진 장치의 상부플레이트에 결합하는 LM 가이드 및 진동감지부를 나타낸 도면이다.
도 7 은 본 발명의 실시예에 따른 면진 장치의 진동 감지를 위한 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

본 발명의 면진 장치는 면진 대상 설비의 저면에 결합하여 바닥 또는 이중마루 상에 배치될 수 있다. 면진 대상 설비는 고가의 전산장비나 통신기기 또는 정밀 계측장비가 될 수 있다.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 면진 장치를 나타낸 사시도이고, 도 3 은 도 2의 면진 장치 내의 LM 가이드 레일, LM 블럭, LM 진동흡수부, 진동감지부를 나타낸 도면이고, 도 4 는 도 2의 면진 장치의 상부플레이트에 결합하는 LM 가이드 및 진동감지부를 나타낸 도면이고, 도 5 는 도 2의 면진 장치의 하부플레이트에 결합하는 LM 가이드 및 진동감지부를 나타낸 도면이고, 도 6 은 도 2 의 면진 장치의 상부플레이트에 결합하는 LM 가이드 및 진동감지부를 나타낸 도면이다.

도시되는 바와 같이 진동감지 스마트 면진장치는 LM 가이드를 이용한 면진장치이다. 본 발명의 실시예에 따른 진동감지 스마트 면진장치는 상부플레이트(100), 하부플레이트(200), 상부플레이트(100) 및 하부플레이트(200) 각각에 결합하는 LM 가이드레일(300,400), LM 가이드레일(300,400) 각각을 따라 이동하는 LM 블럭(500,600), LM 블럭(500,600) 사이에 결합하여 수직 진동을 흡수하는 진동흡수부(700), 진동을 감지하는 진동감지부(800)를 포함한다.

상부플레이트(100)와 하부플레이트(200)는 서로 상응하는 형상으로 형성되어 서로 마주보게 배치된다. 상부플레이트(100)와 하부플레이트(200)는 윤곽이 정사각형 또는 정다각형 형상의 프레임으로 형성될 수 있다. 상부플레이트(100)와 하부플레이트(200)는 윤곽이 사각형인 메인플레이트와 메인플레이트의 각 단부에서 수직으로 연장되는 측면프레임으로 구성될 수 있다. 상부플레이트(100)의 상면(외측면)에 면진 대상 설비의 저면이 배치된다. 이하에서 상부플레이트(100)와 하부플레이트(200)의 서로 마주보는 면을 내측면이라 칭하고 그 이면을 외측면이라 칭하기로 한다.

LM 가이드 레일(300,400)는 각각 상기 상부플레이트(100)와 상기 하부플레이트(200)의 내측면의 서로 상응하는 대각선을 잇는 xy 방향으로 결합한다. LM 가이드 레일(300,400)은 서로 수직 방향으로 배치된다. LM 가이드레일(300)을 x 축 가이드레일이라 칭하고, LM 가이드레일(400)을 y축 가이드레일이라 칭하기로 한다.

LM 블록(500)은 x축 LM 가이드 레일(300)을 따라 이동가능하게 결합하고, LM 블록(600)은 y축 LM 가이드레일(400)을 따라 이동가능하게 결합한다. LM 블록(500)은 x축 LM 블록이라 칭하고, LM 블록(600)은 y축 LM 블록이라 칭하기로 한다.

진동흡수부(700)는 한쌍의 LM 블럭(500,600) 사이에 결합하여 한쌍의 LM 블럭(500, 600)이 서로 결합하도록 한다. 진동흡수부(700)는 폴리우레탄 발포성형 패드, 댐퍼, 압축스프링, 판스프링 등 수직 진동을 흡수할 수 있는 진동흡수부재로 구성될 수 있다. 진동흡수부재의 구성에는 제한이 없다. 한편, 진동흡수부(700)는 내부에 스프링과 같은 진동흡수부재가 배치되어 수직 진동을 흡수하는 한쌍의 프레임(710,720)으로 구성될 수 있다. 적재하중에 따라 한쌍의 프레임(710,720) 사이의 거리가 변화된다. 수직 진동에 의해서도 한쌍의 프레임(710,720) 사이의 거리가 변화된다. 한편, 진동흡수부(700)는 하방이 개구되고 상방이 폐쇄된 실린더 형상으로 상면에 복수개의 구멍이 형성되는 피메일 실린더, 상방이 개구되고 하방이 폐쇄된 실린더 형상으로 피메일 실린더의 개구에 상방 개구가 삽입되어 서로 결합되는 메일 실린더, 및 메일실린더와 피메일 실린더 사이 공간에 배치되는 압축 스프링으로 구성될 수 있다. 피메일 실린더와 메일 실린더는 상방에서 가해지는 무게하중에 따라 서로의 거리가 변경될 수 있다. 피메일 실린더와 메일실린더는 전술한 한쌍의 프레임(710,720)에 대응된다. 진동흡수부(700)는 수직(z축) 진동을 흡수한다.

진동감지부(800)는 LM 가이드 레일(300,400)에 상응하는 길이로 형성되어 LM 가이드레일(300,400) 각각에 연접하여 배치되는 감지라인(820), LM블록(500,600)의 일측에 상기 감지라인(820)을 바라보는 위치에 배치되어 감지 신호를 방출하는 감지블록(810), 상기 감지라인(820)에 일측 단부가 연결되어 신호를 인가받아 전달하는 PCB (840), 상기 PCB(840)의 타측 단부에 배치되어 인가받은 신호를 전달하는 통신모듈(850), 통신모듈(850)에 연결되는 신호전송 케이블(860), 외부 연결 커넥터(870), 변위센서(880), 변위센서(880)의 신호를 통신 모듈(850)에 전달하는 가변 케이블(890)을 포함한다. 감지라인(820)과 변위센서(880)로부터 커넥터(850), 신호전송케이블(860)을 통해 감지 신호를 전달 받아 신호 크기에 따른 LM 블록(500,600) 각각의 이동량과 변위센서(880)의 변위량 즉, x,y,z 축 변위 크기를 산출하는 스마트 면진 제어모듈(900)을 포함한다.

감지블록(810)은 자성체를 포함하여 자기력을 방출하고 감지라인(820)은 복수개의 리드스위치와 저항으로 구성되어 감지블록(810)이 LM 블록(500,600)의 이동하면 자기력에 의해 리드스위치가 on/off 되고 이에 따라 저항이 변화하여 출력 전류의 크기가 변화한다. 감지블록(810)의 자성체는 위치에 따라 하나의 리드스위치의 on/off를 전환시킬 수 있도록 크기가 제한될 수 있다. 복수의 리드스위치의 on/off로부터 진동의 크기, 진동의 속도, 방향을 획득할 수 있다.

스마트 면진 제어모듈(900)은 출력 전류 신호에 따라 LM 블록(500,600) 각각의 변위 벡터를 산출한다. 복수의 리드스위치들의 on/off에 따라 저항이 변화하면 출력 전류가 변화하게 되고 통신모듈(850)은 통신신호(RS-232,422,485 등)로 변환하여 스마트 면진 제어모듈(900)로 인가한다. 통신모듈(850)은 디지털 또는 아날로그 신호로 감지 신호를 전달할 수 있다. 통신모듈(850)은 무선통신모듈로 구성될 수 있다. 스마트 면진 제어모듈(900)은 입력 신호를 통해 LM블록(500,600) 각각의 변위 벡터 및 변위센서(880)의 변위 벡터를 산출하여 진동 크기, 진동 종류, 진동 방향을 산출하고, 전류가 변화하는 속도를 통해 진동의 속도를 산출할 수 있다. 감지라인(810)은 리드 스위치 또는 MR 센서(Magneto Resistive Sensor)로 구성될 수 있다.

감지블록(810)과 감지라인(820)은 발광소자와 수광소자로 구현될 수 있다.

감지블록(810)과 감지라인(820)은 특정 금속과 정전용량센서로 구현될 수 있다.

변위센서(880)는 상기 한쌍의 케이스(710,720) 사이의 변위량을 측정하는 비접촉 변위센서로 구현될 수 있다. 변위센서(880)는 레이저 또는 광전 센서로 구현 될 수 있다. 스마트 면진 제어모듈(900)은 통신모듈(850)을 통해 변위센서(880) 신호를 인가받고, 변위센서(880)의 신호는 변위량(변위거리 정밀도 전류의 크기), 변위(진동)속도(=변위거리 반응속도)로 계산될 수 있다. LM 블럭(500,600) 사이에 결합하는 진동흡수부(700)에 배치되는 변위센서(880)는 LM 블럭(500,600)의 이동에 따라 이동하므로 변위센서(880)는 스프링케이블 또는 플렛 케이블과 같은 가변 케이블을 통해 통신모듈(850)에 연결되어 감지 신호를 전달한다.

스마트 면진 제어모듈(900)은 X, Y, Z축(3축)의 각 센서신호에 따른 실시간 고정밀 진동(지진)영향 모니터링 구현할 수 있다.

상부플레이트(100)과 하부플레이트(200) 사이의 네 모서리에 스프링진동흡수부재가 추가로 배치될 수 있다.

상기와 같이 구성된 스마트 면진 장치는 평상 시 작업 또는 인위적인 접근에 의한 면진 대상 설비의 물리적 진동 등 위험을 감지할 수 있고, 지진 발생 여부를 선택적으로 감지할 수 있게 된다. 또한, 지진 발생 시 지진의 규모를 모니터링 할 수 있으며 진동 이력을 저장할 수 있다. 또한, 수평 이동 뿐만 아니라 수직 진동 또한 동시에 감지할 수 있어 3차원 변위 측정을 가능하게 된다. 따라서, 어떠한 환경에서도 내구성을 가지고 진동의 벡터량을 산출 할 수 있는 3축 변위 측정이 가능한 면진 장치를 제공할 수 있게 된다. 본 발명의 실시예에 따른 스마트 면진 장치는 X, Y, Z축(3축)의 각 신호에 따른 실시간 고정밀 진동 영향 모니터링 구현할 수 있다.

Claims (5)

1. 서로 상응하는 형상으로 형성되어 서로 마주보게 배치되는 상부플레이트(100) 및 하부플레이트(200);
   상기 상부플레이트(100)과 상기 하부플레이트(200)의 내측면의 서로 수직하는 대각선 방향에 각각 결합하는 LM 가이드레일(300,400);
   상기 LM 가이드레일(300,400) 각각을 따라 이동가능하게 결합하는 LM 블록(500,600);
   상기 LM 가이드레일(300,400)에 상응하는 길이로 형성되어 상기 LM 가이드레일(300,400) 각각에 연접하여 배치되는 한쌍의 감지라인(820);
   상기 LM 블록(500,600)의 일측에 상기 감지라인(820)을 바라보는 위치에 배치되어 감지 신호를 방출하는 감지블록(810);
   한쌍의 프레임(710,720) 사이에 진동흡수부재가 배치되어 수직 진동을 흡수하고 상기 LM 블록(500,600)에 결합하는 진동흡수부;
   상기 진동흡수부에 설치되어 상기 한쌍의 프레임(710,720) 사이의 거리의 변화를 감지하여 위치 변화에 따른 신호를 출력하는 변위센서(880);
   상기 감지라인(820)과 상기 변위센서(880)에서 인가되는 신호를 외부로 전달하는 통신모듈(850)을 포함하고,
   상기 감지블록(810)은 상기 LM 블록(500,600)의 이동에 따라 상기 감지라인(820)을 바라보며 이동하고 상기 감지라인(820)은 상기 감지블록(810)의 상기 감지 신호가 감지되는 위치에 따라 변화되는 신호를 상기 통신모듈(850)에 인가하고,
   상기 통신모듈(850)을 통해 한쌍의 상기 감지라인(820)에서 인가되는 신호에 따라 면진장치의 x축 변위 벡터 및 y축 변위 벡터를 산출하고, 상기 변위센서(880)에서 인가되는 신호에 따라 면진장치의 z축 변위 벡터를 산출하여 3차원 변위 측정을 통해 진동의 크기, 방향, 속도, 또는 인위적 진동인지 지진에 의한 진동인지를 판단하는 스마트 면진 제어모듈(900)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 감지 스마트 면진 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 감지블록(810)은 자성체를 포함하여 자기력을 방출하고,
   상기 감지라인(820)은 복수개의 리드스위치와 저항으로 구성되어 상기 감지블록(810)의 위치에 따라 상기 리드스위치가 on/off 되어 저항이 변화하여 그에 따른 전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 진동 감지 스마트 면진 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 통신모듈(850)을 통해 상기 변위센서(880)에서 인가되는 신호에 따라 상기 상부플레이트(100)에 인가되는 적재 하중 또는 수직 진동을 산출하는 스마트 면진 제어모듈(900)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 감지 스마트 면진 장치.

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