KR102359174B1 - apparatus for measuring seismic acceleration - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an integrated earthquake accelerometer, capable of minimizing the influence of external noise, which comprises: three acceleration sensor boards; a main processor board for transmitting seismic acceleration data to a remote monitoring server; a case body for accommodating an acceleration sensor board and a main processor board; a cover installed with a display board; and a cube support.

Description

일체형 지진 가속도 계측 장치{apparatus for measuring seismic acceleration}Integrated seismic acceleration measuring device

본 발명은 일체형 지진 가속도 계측 장치에 관한 것으로, 특히 X,Y,Z의 각 축에 대해 1축 MEMS 가속도 센서 및 ADC를 구비한 가속도센서 보드를 구비하여 각각의 가속도 센서에서 감지된 가속도 값을 디지털 데이터로 변환하여 전송할 뿐 아니라 각각의 가속도센서 보드를 큐브 구조물에 의해 지지하여 계측 장치 케이스의 바닥면에서 이격시킴으로써 외부 노이즈의 영향을 최소화시킬 수 있도록 한 일체형 지진 가속도 계측 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated seismic acceleration measurement device, and in particular, an acceleration sensor board having a 1-axis MEMS acceleration sensor and ADC for each axis of X, Y, and Z to digitally convert the acceleration value detected by each acceleration sensor It relates to an integrated seismic acceleration measuring device that not only converts and transmits data, but also minimizes the influence of external noise by supporting each accelerometer board by a cube structure and separating it from the bottom surface of the measuring device case.

우리나라는 비교적 안정된 지각판 내부에 존재하지만, 동일본 대지진의 여파로 최근 경주 및 포항 지진과 같이 리히터 지진계로 5.0 이상의 중규모 지진이 빈번하게 발생하고 있어서 더이상 지진 안전 지역이라고 단언할 수 없는 실정이다.Although Korea exists within a relatively stable tectonic plate, in the aftermath of the Great East Japan Earthquake, meso-scale earthquakes of 5.0 or greater on the Richter seismograph have frequently occurred, such as the recent Gyeongju and Pohang earthquakes, so it is no longer possible to assert that it is an earthquake-safe area.

지진에 의한 인명 및 재산 피해를 최소화하기 위해서는 지진의 발생을 조기에 판별하여 이를 경고하고, 최대한 빨리 필요한 조치를 취하는 것이 매우 중요하다.In order to minimize damage to human life and property due to an earthquake, it is very important to detect the occurrence of an earthquake early, warn it, and take necessary measures as soon as possible.

잘 알려진 바와 같이, 지진은 P파(Primary Wave)와 S파(Secondary Wave)로 구분되는데, P파는 수직 방향의 진동을 수반하는 지진파로 수평 방향의 진동을 수반하는 S파보다 약 2배 정도 속도가 빠른 특성을 갖는다(S파: 3~4km/s, P파: 7~8km/s). 또한, 수직 방향의 P파보다 S파의 진동의 크기가 훨씬 크기 때문에 대부분의 피해는 S파에 의해서 발생된다.As is well known, earthquakes are divided into P-waves (Primary Waves) and S-waves (Secondary Waves). P-waves are seismic waves that accompany vertical vibrations, and are about twice as fast as S-waves accompanying horizontal vibrations. has a fast characteristic (S wave: 3-4 km/s, P wave: 7-8 km/s). In addition, since the magnitude of the vibration of the S wave is much larger than that of the P wave in the vertical direction, most of the damage is caused by the S wave.

따라서, P파를 빨리 감지하고 지체 시간을 최소화하면서 방송이나 경보 등을 발령하여 사람들에게 S파가 도달하기 전에 지진 발생 사실을 인지시켜서 대비할 수 있도록 한다면 지진에 의한 피해를 상당 부분 줄일 수 있다. 일반적으로 S파가 도달하기 10초 전에 지진을 인지할 수 있다면 사망 피해의 90%를 줄일 수 있다는 연구 결과도 있다. P파를 빨리 감지하여 사람들에게 곧 S파가 도달한다는 사실을 알리기 위해서는 우선 고성능의 가속도 센서와 함께 고성능의 지진동 기록계가 필요하다.Therefore, if the P wave is detected quickly and the delay time is minimized and broadcasts or warnings are issued so that people can recognize and prepare for an earthquake before the S wave arrives, the damage caused by the earthquake can be significantly reduced. In general, there is a study showing that if an earthquake can be recognized 10 seconds before the S wave arrives, 90% of the fatality damage can be reduced. In order to quickly detect P-waves and inform people that S-waves are arriving soon, high-performance accelerometers and high-performance seismic recorders are needed.

과거부터 센서와 지진 기록계 일체형 지진 감지 장치에서 널리 사용되어오는 FBA(Force Balanced Accelerometer) 방식의 가속도계는 코일과 질량체 사이에 전자기 유도 현상을 활용하여 가속도를 계측하도록 구성함으로써 초고정밀도의 가속도 계측 성능을 확보할 수 있다. 그러나 이를 위해 별도의 아날로그-디지털 변환 장치 및 자료 기록 장치 등의 고가의 부대설비가 필요하기 때문에 한 장소의 가속도 계측을 위해 큰 예산이 필요하다.The FBA (Force Balanced Accelerometer) type accelerometer, which has been widely used in seismic sensing devices with integrated sensors and seismographs from the past, is configured to measure acceleration using electromagnetic induction between a coil and a mass, thereby securing ultra-high precision acceleration measurement performance. can do. However, since expensive auxiliary equipment such as a separate analog-to-digital conversion device and data recording device are required for this purpose, a large budget is required to measure the acceleration in one place.

반면, 최근 전자 기술의 발달로 인하여 상술한 코일-질량체 사이의 전자기 유도 관계를 미소 기계 시스템으로 모사한 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System) 센서 시스템이 개발되어 가속도 계측에 널리 사용되고 있다. 이러한 MEMS 센서는 기존 FBA 센서에 비해 월등히 저렴한 가격으로 생산할 수 있을 뿐 아니라 소형화가 가능해 스마트폰이나 노트북 등의 다양한 전자기기에 활용되고 있다.On the other hand, due to the recent development of electronic technology, a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) sensor system simulating the above-described electromagnetic induction relationship between a coil and a mass has been developed and is widely used in acceleration measurement. These MEMS sensors can be produced at a much lower price than the existing FBA sensors and can be miniaturized, so they are being used in various electronic devices such as smartphones and laptops.

그러나 이를 지진 계측 및 구조물 안전성 평가 분야에서 활용하기에는 노이즈의 영향 등에 의해 그 정밀성이 부족하여 현재까지 MEMS 가속도계를 활용한 지진 가속도 계측기의 보급이 미미한 실정이다.However, it is insufficient to use it in the field of seismic measurement and structural safety evaluation due to the influence of noise, etc., so the distribution of seismic accelerometers using MEMS accelerometers is insignificant so far.

도 1은 선행기술 1에 따른 원칩 타입의 3축 가속도 센서의 구성도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 선행기술 1의 3축 가속도 센서는 X축 또는 Y축의 움직임에 따라 이동하는 제1 질량부(310), 제1 질량부(310)를 소정의 고정 위치에 연결하는 제1 스프링부(320), 제1 질량부(310)의 중앙에 형성된 공간에 설치되고, Z축의 움직임에 따라 이동하는 제2 질량부(330), 제2 질량부(330)를 제1 질량부(310)에 연결하는 제2 스프링부(340) 및 X방향 센싱 전극(350) 및 Y방향 센싱 전극(360)을 포함하여 이루어진다.1 is a configuration diagram of a one-chip type three-axis acceleration sensor according to Prior Art 1. Referring to FIG. As shown in FIG. 1 , the 3-axis acceleration sensor of Prior Art 1 connects a first mass part 310 and the first mass part 310 that move according to the movement of the X-axis or Y-axis to a predetermined fixed position. The second mass part 330 and the second mass part 330 installed in the space formed in the center of the first spring part 320 and the first mass part 310 and moving according to the movement of the Z-axis are combined with a first mass. It includes a second spring unit 340 connected to the unit 310 , an X-direction sensing electrode 350 , and a Y-direction sensing electrode 360 .

하기 선행기술 2에는 MEMS 구조를 채택한 원칩 타입의 3축 가속도 센서를 사용하여 수집한 가속도 데이터를 분석하여 지진 발생 여부를 판단하는 지진 감지 진단 시스템이 개시되어 있다.The following prior art 2 discloses an earthquake detection and diagnosis system that determines whether an earthquake has occurred by analyzing the acceleration data collected using a one-chip type three-axis acceleration sensor adopting a MEMS structure.

하기 선행기술 3에는 FBA 가속도 센서를 채택하되 가속도 센서와 프로세서 및 저장 매체가 일체로 결합된 일체형 지진 감지 장치가 개시되어 있다.The following prior art 3 discloses an integrated seismic sensing device in which an FBA acceleration sensor is adopted, but an acceleration sensor, a processor, and a storage medium are integrally combined.

하기 선행기술 4에는 폐루프 방식을 갖는 MEMS 구조의 가속도 센서가 개시되어 있다.The following prior art 4 discloses an acceleration sensor having a MEMS structure having a closed loop method.

그러나 전술한 선행기술 1 및 2에 따르면, MEMS 구조를 채택한 원칩 타입의 3축 가속도 센서를 개시하고 있기 때문에 지진 발생 여부를 정확하게 판단하기 위한 기초 데이터인 고정밀의 지진 가속도를 측정함에 부족한 점이 있으며, 가속도 센서 칩을 외부의 노이즈로부터 보호하기 위한 구조를 개시하지 못하는 문제점이 있었다.However, according to the aforementioned prior arts 1 and 2, since a one-chip type three-axis acceleration sensor adopting a MEMS structure is disclosed, there is a deficiency in measuring the high-precision earthquake acceleration, which is basic data for accurately determining whether an earthquake has occurred, and the acceleration There is a problem in that it is not possible to disclose a structure for protecting the sensor chip from external noise.

선행기술 1: 10-2019-0131679호 공개특허공보(발명의 명칭 : 3축 멤스 가속도 센서)Prior Art 1: 10-2019-0131679 Publication of Patent Publication (Title of the Invention: 3-axis MEMS acceleration sensor)

선행기술 2: 10-1546074호 공개특허공보(발명의 명칭 : 3축 가속도 신호에 구조물의 지진 감지진단 시스템)Prior Art 2: Patent Publication No. 10-1546074 (Title of the invention: earthquake detection and diagnosis system of structures based on 3-axis acceleration signals)

선행기술 3: 10-2020-0060627호 공개특허공보(발명의 명칭 : 센서와 지진 기록계 일체형 지진 감지 장치)Prior Art 3: 10-2020-0060627 Publication of Patent Publication (Title of Invention: Seismic sensing device integrated with sensor and seismograph)

선행기술 4: 10-2016-0068790호 공개특허공보(발명의 명칭 : 가속도계 제어)Prior Art 4: 10-2016-0068790 Publication of Patent Publication (Title of the Invention: Accelerometer Control)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, X,Y,Z의 각 축에 대해 1축 MEMS 가속도 센서 및 ADC를 구비한 가속도센서 보드를 구비하여 각각의 가속도 센서에서 감지된 가속도 값을 디지털 데이터로 변환하여 전송할 뿐 아니라 각각의 가속도센서 보드를 큐브 구조물에 의해 지지하여 계측 장치 케이스의 바닥면에서 이격시킴으로써 외부 노이즈의 영향을 최소화시킬 수 있도록 한 일체형 지진 가속도 계측 장치를 제공함으로 목적으로 한다.The present invention has been devised to solve the above-described problems, and includes an acceleration sensor board having a 1-axis MEMS acceleration sensor and ADC for each axis of X, Y, and Z, so that the value of acceleration detected by each acceleration sensor is measured. The purpose is to provide an integrated seismic acceleration measuring device that not only converts and transmits digital data, but also minimizes the influence of external noise by supporting each accelerometer board by a cube structure and separating it from the bottom of the measuring device case. .

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일체형 지진 가속도 계측 장치는 각각에 MEMS 구조의 1축 가속도 센서 및 가속도 센서에서 출력된 아날로그 가속도 신호를 디지털 가속도 데이터로 변환하는 ADC가 실장되어 있고, 상호 90°를 이루도록 설치된 3개의 가속도센서 보드 및 각각의 가속도센서 보드에서 출력된 지진 가속도 데이터를 처리, 저장 및 원격 모니터링 서버에 전송하는 메인 프로세서 보드를 포함하되, 각각의 가속도 센서는 그 출력이 입력으로 궤환되는 폐루프 구조로 이루어진다.The integrated seismic acceleration measurement device of the present invention for achieving the above object is equipped with a single-axis acceleration sensor having a MEMS structure and an ADC that converts an analog acceleration signal output from the acceleration sensor into digital acceleration data, respectively, and 90° to each other It includes three accelerometer boards installed to form a main processor board that processes, stores, and transmits seismic acceleration data output from each accelerometer board to a remote monitoring server, wherein each accelerometer has its output fed back as an input It has a closed loop structure.

속이 비고 상부가 개방되어 있는 직육면체 형상으로 이루어지고 가속도센서 보드 및 메인 프로세서 보드가 수납되는 케이스 본체; 케이스 본체의 상부를 분리 가능하도록 덮는 커버 및 속이 비고 하부가 개방되어 있는 정육면체 형상으로 이루어져서 케이스 본체의 일측 단면에 밀착하여 고정되고, 3개의 가속도센서 보드를 상호 직교하는 3면에서 지지하는 큐브 지지체를 더 구비한다.a case body which is hollow and has a rectangular parallelepiped shape with an open top and accommodates an acceleration sensor board and a main processor board; It consists of a cover that covers the upper part of the case body so that it can be separated and a cube shape with a hollow bottom and an open bottom, so that it is fixed in close contact with one end of the case body, and a cube support that supports three acceleration sensor boards on three mutually orthogonal surfaces. have more

각각의 가속도센서 보드는 정사각형의 양면 PCB 기판으로 이루어지고, 가속도센서 보드가 장착되는 큐브 지지체의 센서보드 장착면에는 전자소자 실장 부위에 노출공이나 수납홈이 형성된다.Each of the acceleration sensor boards is made of a square double-sided PCB board, and on the sensor board mounting surface of the cube support on which the acceleration sensor board is mounted, exposed holes or receiving grooves are formed in the electronic device mounting portion.

큐브 지지체의 센서보드 장착면에는 가속도센서 보드의 각 모서리 부위가 유동되지 않도록 잡아주는 "ㄱ"자 형상의 보드 고정 돌기가 형성되어 있다.On the sensor board mounting surface of the cube support, there is formed a "L"-shaped board fixing protrusion that holds each corner of the acceleration sensor board so that it does not flow.

큐브 지지체의 적어도 3개의 측면의 하부에는 각 측면을 케이스 본체의 바닥면에 나사 고정하는 고정 브라켓이 형성된다.A fixing bracket for screwing each side to the bottom surface of the case body is formed in the lower portion of at least three side surfaces of the cube support body.

본 발명의 일체형 지진 가속도 계측 장치에 따르면, 폐루프 구조의 MEMS 가속도 센서를 채택하되 X,Y,Z의 각 축에 대해 1축 가속도 센서 및 ADC가 실장된 가속도센서 보드를 구비함으로써 3축 가속도 센서를 1개 채택했을 때 보다 정밀성이 현저하게 향상될 수 있고, 이에 따라 MEMS 구조의 가속도 센서에 의해 저렴한 비용으로 일체형 지진 가속도 계측 장치를 구현할 수가 있다.According to the integrated seismic acceleration measuring device of the present invention, a 3-axis acceleration sensor by adopting a closed-loop MEMS acceleration sensor, but having an acceleration sensor board on which a 1-axis acceleration sensor and ADC are mounted for each axis of X, Y, and Z Accuracy can be remarkably improved when one is adopted, and accordingly, an integrated seismic acceleration measuring device can be implemented at low cost by an acceleration sensor of a MEMS structure.

이뿐 아니라 각각의 가속도센서 보드를 전기전도성이 없는 특수 플라스틱 재질로 이루어진 정육면체 형상의 속이 빈 큐브 지지체에 상호 직교하도록 설치하되, 2개의 가속도 센서 보드는 본체 바닥면과 직각이 되도록 큐브 지지체의 두 측면에 설치하고 나머지 하나의 가속도 센서 보드는 본체 바닥면과 멀리 떨어지도록 큐브 지지체의 상면에 설치함으로써 계측 장치 본체의 바닥면을 통해 가속도 센서로 유입되는 외부 노이즈의 영향을 최소화할 수 있고 동시에 작업자의 작업 숙련도에 따라 발생할 수 있는 센서 설치 오차를 최소화할 수 있다.In addition, each accelerometer board is installed so as to be orthogonal to each other on a cube-shaped hollow cube support made of a special non-electrically conductive plastic material, but the two accelerometer boards are placed on the two sides of the cube support so that they are perpendicular to the bottom surface of the body. By installing the accelerometer board on the upper surface of the cube support so that it is far away from the bottom surface of the main body, the influence of external noise flowing into the accelerometer through the bottom surface of the measuring device body can be minimized, and at the same time, the operator's work skill It is possible to minimize the sensor installation error that may occur according to this.

도 1은 선행기술 1에 따른 원칩 타입의 3축 가속도 센서의 구성도.
도 2는 본 발명의 일체형 지진 가속도 계측 장치의 블록 구성도.
도 3은 본 발명의 일체형 지진 가속도 계측 장치의 일 실시예에 따른 사시 사진.
도 4는 도 3에서 커버를 펼친 상태에서 본 일체형 지진 가속도 계측 장치의 일 실시예에 따른 사시 사진.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일체형 지진 가속도 계측 장치의 바람직한 실시예에 따른 큐브 지지체를 다른 각도에서 보인 사시 사진.1 is a configuration diagram of a one-chip type three-axis acceleration sensor according to Prior Art 1. FIG.
2 is a block diagram of an integrated seismic acceleration measuring device of the present invention.
3 is a perspective photograph according to an embodiment of the integrated seismic acceleration measuring device of the present invention.
4 is a perspective view according to an embodiment of the integrated earthquake acceleration measuring device viewed from the state in which the cover is opened in FIG. 3 .
5A and 5B are isometric photos showing the cube support according to a preferred embodiment of the integrated seismic acceleration measuring device of the present invention from different angles.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일체형 지진 가속도 계측 장치의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the integrated seismic acceleration measuring device of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일체형 지진 가속도 계측 장치의 블록 구성도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일체형 지진 가속도 계측 장치는 크게 X축 가속도 센서(12X), 바람직하게는 MEMS 구조의 가속도 센서(이하 동일) 및 X축 가속도 센서(12X)에서 출력되는 아날로그 가속도 신호를 상응하는 크기의 디지털 가속도 데이터로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter)(14X)가 함께 실장되어 있는 X축 가속도센서 보드(10X), Y축 가속도 센서(12Y)와 이에 연결된 ADC(14Y)가 함께 실장되어 있는 Y축 가속도센서 보드(10Y) 및 Z축 가속도 센서(12Z)와 이에 연결된 ADC(14Z)가 함께 실장되어 있는 Z축 가속도센서 보드(10Z), X축, Y축 및 Z축 가속도센서 보드(10X),(10Y),(10Z)에서 출력된 지진 가속도 데이터에 포함된 노이즈의 제거, 데이터 저장 및 원격 모니터링 서버(미도시)로의 실시간 신호 전송 등을 수행하는 메인 프로세서 보드를 포함하여 이루어질 수 있다.2 is a block diagram of an integrated seismic acceleration measuring device of the present invention. As shown in FIG. 2, the integrated seismic acceleration measuring device of the present invention is largely an X-axis acceleration sensor 12X, preferably an acceleration sensor having a MEMS structure (hereinafter the same) and analog output from the X-axis acceleration sensor 12X. X-axis accelerometer board (10X) mounted with ADC (Analog to Digital Converter) (14X) that converts acceleration signals into digital acceleration data of the corresponding size, Y-axis accelerometer sensor (12Y) and connected ADC (14Y) ), the Y-axis acceleration sensor board (10Y) and the Z-axis acceleration sensor (12Z) and the connected ADC (14Z) are mounted together. The main processor board that performs the removal of noise included in the earthquake acceleration data output from the axial acceleration sensor boards (10X), (10Y), and (10Z), data storage, and real-time signal transmission to a remote monitoring server (not shown). can be included.

전술한 구성에서, 메인 프로세서 보드는 각각의 가속도센서 보드(10X),(10Y),(10Z)에서 출력된 지진 가속도 데이터의 노이즈 저감을 위해 소정 샘플, 예를 들어 초당 1500 샘플 이상의 데이터를 처리하고, 외부의 원격 모니터링 서버로의 실시간 자료 전송, 저장 및 계측 장치의 운영을 총괄적으로 제어하는 중앙 처리부(20), 각각의 가속도센서 보드(10X),(10Y),(10Z)에서 출력된 지진 가속도 데이터를 저장하는 저장 매체(50), 예를 들어 NAND 플래시 메모리, 계측 장치의 유지 또는 보수를 위해 사용되는 하나 이상의 직렬 포트, 예를 들어 RS-232, RS-485 또는 USB 포트와 원격 모니터링 서버와의 통신을 위한 이더넷 포트 등을 구비한 통신부(60), 정밀한 가속도 계측 및 구조물 안전성 평가를 위해 장비 내 채널 간 또는 복수의 장비 사이의 계측 시간의 동기를 위해 1PPS(Pulse Per Second) 신호를 발생시키는 GPS 수신부(30) 및 계측 장치의 각종 동작 상태를 표시하는 디스플레이(40), 예를 들어 LCD 디스플레이 및 계측 장치의 각부에 필요한 전원을 공급하는 전원 공급부(70)를 포함하여 이루어질 수 있다.In the above configuration, the main processor board processes data of a predetermined sample, for example, 1500 samples per second or more, for noise reduction of earthquake acceleration data output from each of the acceleration sensor boards 10X, 10Y, and 10Z, and , the central processing unit 20, which collectively controls the real-time data transmission, storage, and operation of the measurement device to an external remote monitoring server, and earthquake acceleration output from each acceleration sensor board (10X), (10Y), (10Z) A storage medium 50 for storing data, for example NAND flash memory, one or more serial ports used for maintenance or maintenance of the measuring device, for example RS-232, RS-485 or USB ports, and a remote monitoring server; Communication unit 60 equipped with an Ethernet port for communication of The GPS receiver 30 and the display 40 for displaying various operating states of the measuring device, for example, an LCD display and a power supply unit 70 for supplying power required to each part of the measuring device may be included.

디스플레이(40)는 외부에서 그 표시 내용을 확인할 수 있도록 메인 프로세서 보드와는 별개의 보드로 분리된 채로 계측 장치의 상부 커버에 설치될 수 있다. X축 가속도센서 보드(10X), Y축 가속도센서 보드(10Y) 및 Z축 가속도센서 보드(10Z)는 상호 90°를 이루도록 설치되는데, 이를 위해 각각의 가속도센서 보드(10X),(10Y),(10Z)는 후술하는 바와 같이 속이 빈 큐브 지지체에 설치될 수 있다.The display 40 may be installed on the upper cover of the measurement device while being separated as a separate board from the main processor board so that the displayed contents can be checked from the outside. The X-axis accelerometer board (10X), the Y-axis accelerometer board (10Y) and the Z-axis accelerometer board (10Z) are installed to form a mutual 90°, for this purpose, each of the accelerometer boards (10X), (10Y), (10Z) may be installed on a hollow cube support, as will be described later.

각각의 가속도 센서(12X),(12Y),(12Z)는 노이즈의 영향을 최소화하기 위해 그 출력이 입력으로 궤환되는 폐루프(closed loop) 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.Each of the acceleration sensors 12X, 12Y, and 12Z preferably has a closed loop structure in which an output is fed back to an input in order to minimize the influence of noise.

전술한 바와 같은 본 발명의 일체형 지진 가속도 계측 장치에 따르면, MEMS 구조의 가속도 센서를 채택하되, 각 축에 대해 1축 가속도 센서 3개를 상호 90°를 이루도록 설치함으로써 1개의 3축 가속도 센서를 채택할 때보다 정밀도를 향상시킬 수가 있다.According to the integrated seismic acceleration measuring device of the present invention as described above, an acceleration sensor of a MEMS structure is adopted, but one three-axis acceleration sensor is adopted by installing three single-axis acceleration sensors for each axis to form a mutual 90° angle. The precision can be improved more than when

도 3은 본 발명의 일체형 지진 가속도 계측 장치의 일 실시예에 따른 사시 사진이고, 도 4는 도 3에서 커버를 펼친 상태에서 본 일체형 지진 가속도 계측 장치의 일 실시예에 따른 사시 사진이며, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일체형 지진 가속도 계측 장치의 바람직한 실시예에 따른 큐브 지지체를 다른 각도에서 보인 사시 사진이다.3 is a perspective photograph according to an embodiment of the integrated seismic acceleration measurement apparatus of the present invention, and FIG. 4 is a perspective photograph according to an embodiment of the integrated seismic acceleration measurement apparatus viewed from the state in which the cover is opened in FIG. 3 , FIG. 5a and FIG. 5b is a perspective view of a cube support according to a preferred embodiment of the integrated seismic acceleration measuring device of the present invention from another angle.

도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일체형 지진 가속도 계측 장치(100)는 육면체, 바람직하게는 직육면체 형상의 케이스 본체(102), 예를 들어 상부가 개방된 강화 플라스틱 재질의 케이스 본체(102)에 수납되는데, 케이스 본체(102) 내부에의 접근을 위해 케이스 본체(102)의 상부는 분리 가능한 커버(104)로 덮여있다.3 to 5, the integrated seismic acceleration measuring device 100 of the present invention is a hexahedron, preferably a cuboid-shaped case body 102, for example, a case body made of reinforced plastic material with an open top. Received in 102 , the top of the case body 102 is covered with a removable cover 104 for access to the interior of the case body 102 .

케이스 본체(102)의 상부 단면의 테두리에는 실링 홈이 형성되어 있고, 이러한 실링 홈에 오링(106)이 삽입되어 있어서 케이스 본체(102)에 커버(104)를 결합하면 외부의 수분이 케이스 본체(102) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.A sealing groove is formed on the edge of the upper end face of the case body 102, and an O-ring 106 is inserted into the sealing groove. 102) can be prevented from entering the inside.

케이스 본체(102)의 일측, 바람직하게는 직육면체의 케이스 본체(102)의 일측 단면에 밀착하여 X축, Y축 및 Z축의 3개의 가속도센서 보드(110X),(110Y),(110Z)를 3면에서 지지하는 큐브 지지체(120)가 고정되어 있고, 케이스 본체(102)의 나머지 부위에는 메인 프로세서 보드(130)가 배치되어 있다.One side of the case body 102, preferably in close contact with one end face of the rectangular parallelepiped case body 102, three acceleration sensor boards 110X, 110Y, and 110Z of the X-axis, Y-axis and Z-axis The cube support 120 supported by the surface is fixed, and the main processor board 130 is disposed on the remaining portion of the case body 102 .

커버(104)의 적소에는 디스플레이 노출창이 형성되어 있고, 이러한 디스플레이 노출창에 디스플레이 보드(140)가 고정되어 있다. 물론 디스플레이 노출창과 디스플레이 보드(140) 사이도 밀봉되어 있어서 외부의 수분이 디스플레이 노출창을 통해 케이스 본체(102) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 디스플레이 보드(140)와 메인 프로세서 보드(130)는 커넥터 케이블을 통해 유선으로 연결되어 있다.A display exposure window is formed in the proper place of the cover 104 , and the display board 140 is fixed to the display exposure window. Of course, it is also sealed between the display exposed window and the display board 140, so that external moisture can be prevented from flowing into the case body 102 through the display exposed window. The display board 140 and the main processor board 130 are connected by wire through a connector cable.

큐브 지지체(120)는 속이 비고 하부가 개방된 플라스틱 재질, 예를 들어 강화 플라스틱 재질의 육면체, 바람직하게는 정육면체 형상으로 이루어지고, X축, Y축 및 Z축 가속도센서 보드(110X),(110Y),(110Z)는 큐브 지지체(120)의 상호 직각을 이루는 3면, 즉 큐브 지지체(120)의 상면, 예를 들어 정면 및 우측면에 각각 장착된다.Cube support 120 is made of a hollow plastic material with an open bottom, for example, a hexahedron made of a reinforced plastic material, preferably a cube shape, and an X-axis, Y-axis and Z-axis acceleration sensor board 110X, (110Y) ), (110Z) are mounted on three surfaces forming a mutual right angle of the cube support 120, that is, the upper surface of the cube support 120, for example, the front and right sides, respectively.

이와 같이 본 발명의 일체형 지진 가속도 계측 장치에 따르면, 가속도센서 보드(110X),(110Y),(110Z)가 큐브 지지체(120)에 측면 및 상면에 장착됨으로써 케이스 본체(102)와 이격된 채로 케이스 본체(102)의 바닥면과의 접촉 면적이 최소화되고, 이에 따라 각각의 가속도센서 보드(110X),(110Y),(110Z)가 케이스 본체(102)의 바닥면을 통해 유입되는 외부 노이즈에 의해 받는 영향이 최소화될 수 있다.As described above, according to the integrated seismic acceleration measuring device of the present invention, the acceleration sensor boards 110X, 110Y, and 110Z are mounted on the side and upper surfaces of the cube support 120, thereby leaving the case body 102 and spaced apart from the case. The contact area with the bottom surface of the body 102 is minimized, and accordingly, each of the acceleration sensor boards 110X, 110Y, and 110Z is caused by external noise introduced through the bottom surface of the case body 102 . impact can be minimized.

각각의 가속도센서 보드(110X),(110Y),(110Z)는, 바람직하게는 정사각형으로 이루어지고, 회로의 집적도를 높이기 위해 기판의 하면에도 전자소자가 실장되는 양면 PCB 기판으로 이루어질 수 있다.Each of the acceleration sensor boards 110X, 110Y, and 110Z is preferably made of a square, and may be formed of a double-sided PCB substrate on which an electronic device is mounted on the lower surface of the substrate in order to increase the degree of circuit integration.

가속도센서 보드(110X),(110Y),(110Z)의 양면 PCB의 하면에도 전자소자를 실장할 수 있도록 큐브 지지체(120)의 각각의 센서보드 장착면(122)에는 전자소자 실장 부위에 4각형 형상의 전자소자 노출공(122a)이 형성되어 있다. 큐브 지지체(120)의 각각의 센서보드 장착면(122)에는 가속도센서 보드(110X),(110Y),(110Z)의 각 모서리 부위가 유동되지 않도록 잡아주는 "ㄱ"자 형상의 보드 고정 돌기(122b)가 형성되어 있다. 참조번호 122c는 각각의 가속도센서 보드를 센서보드 장착면(122)에 나사 고정하는 나사 체결공을 나타낸다.Each sensor board mounting surface 122 of the cube support 120 has a rectangular shape at the electronic device mounting site so that the electronic device can be mounted even on the lower surface of the double-sided PCB of the acceleration sensor boards 110X, 110Y, and 110Z. A shape of the electronic device exposure hole 122a is formed. On each sensor board mounting surface 122 of the cube support 120, there is a "L"-shaped board fixing protrusion ( 122b) is formed. Reference numeral 122c denotes a screw fastening hole for screwing each acceleration sensor board to the sensor board mounting surface 122 .

한편, 센서보드 장착면(122)을 제외한 큐브 지지체(120)의 나머지 면은 큐브 지지체(120)의 강도 유지를 위해 중실(solid) 면으로 이루어지는 것이 바람직하다. 큐브 지지체(120)의 후면을 제외한 각 측면의 하부에는 큐브 지지체(120)를 케이스 본체(102)의 바닥면에 고정, 예를 들어 나사로 고정하기 위한 지지체 고정 브라켓(124)이 직각으로 돌출 형성되어 있다. 이러한 구조에 의해 큐브 지지체(120)의 후면을 케이스 본체(102)의 내면에 밀착시킨 상태에서 각 고정 브라켓(124)을 케이스 본체(102)의 바닥면에 나사 고정함으로써 큐브 지지체(120)를 케이스 본체(102)에 더욱 견고하게 고정할 수 있다.On the other hand, the remaining surface of the cube support 120 except for the sensor board mounting surface 122 is preferably made of a solid surface in order to maintain the strength of the cube support 120 . In the lower part of each side except the rear of the cube support 120, a support fixing bracket 124 for fixing the cube support 120 to the bottom surface of the case body 102, for example, with a screw, is formed to protrude at a right angle. have. With this structure, each fixing bracket 124 is screwed to the bottom surface of the case body 102 in a state in which the rear surface of the cube support 120 is in close contact with the inner surface of the case body 102, thereby attaching the cube support 120 to the case. It can be fixed to the body 102 more firmly.

이와 같이, 큐브 지지체(120)의 센서보드 장착면(122)을 제외한 나머지 측면을 속이 채워진 중실 면(124)으로 형성한 상태에서 큐브 지지체(120)의 후면을 케이스 본체(102)의 내면에 밀착한 채로 큐브 지지체(120)의 나머지 면을 케이스 본체(102)의 바닥면에 나사 고정하기 때문에 큰 규모의 지진이나 외력이 인가되더라도 큐브 지지체(120)가 파손되거나 케이스 본체(102)로부터 이탈되는 것을 방지할 수가 있다.In this way, the rear surface of the cube support 120 is in close contact with the inner surface of the case body 102 in a state in which the remaining side surfaces of the cube support 120 except for the sensor board mounting surface 122 are formed as the filled solid surface 124 . Since the remaining surface of the cube support 120 is screwed to the bottom surface of the case body 102, even if a large-scale earthquake or external force is applied, the cube support 120 is damaged or separated from the case body 102 can be prevented

또한, 보드 고정 돌기(122b)에 의해 가속도센서 보드(110X),(110Y),(110Z)를 센서 장착면(122)의 정 위치에 고정하기 때문에 가속도센서 보드(110X),(110Y),(110Z)를 센서 장착면(122)에 장착하는 작업이 수월해질 뿐 아니라 큰 규모의 지진이나 외력이 발생하더라도 가속도센서 보드(110X),(110Y),(110Z)가 큐브 지지체(120)에서 이탈되는 것을 방지할 수가 있다.In addition, since the acceleration sensor boards 110X, 110Y, and 110Z are fixed at the correct positions of the sensor mounting surface 122 by the board fixing protrusion 122b, the acceleration sensor boards 110X, 110Y, and ( 110Z) to the sensor mounting surface 122 not only makes it easier, but also when a large-scale earthquake or external force occurs, the acceleration sensor boards 110X, 110Y, and 110Z are separated from the cube support 120 it can be prevented

각각의 가속도센서 보드(110X),(110Y),(110Z)는 메인 프로세서 보드(130)는 커넥터 케이블에 의해 연결되어 있다.Each of the acceleration sensor boards 110X, 110Y, and 110Z is connected to the main processor board 130 by a connector cable.

도면에서, 참조번호 107은 메인 프로세서 보드(130)의 통신부와 연결된 통신용 커넥터를 나타내고, 108은 통신용 커넥터의 미 결합시 통신용 커넥터(107)를 밀봉하기 위한 커넥터 보호캡을 나타낸다.In the drawing, reference numeral 107 denotes a communication connector connected to the communication unit of the main processor board 130 , and 108 denotes a connector protection cap for sealing the communication connector 107 when the communication connector is not coupled.

이상, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일체형 지진 가속도 계측 장치의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나 이는 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 변형과 변경이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하의 청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.Above, a preferred embodiment of the integrated seismic acceleration measuring device of the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, but this is only an example, and various modifications and changes may be made within the scope of the technical spirit of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be defined by the description of the following claims.

예를 들어, 전자소자 노출공은 구멍이 아니라 수납홈으로 형성될 수도 있을 것이다.For example, the electronic device exposure hole may be formed as a receiving groove instead of a hole.

100: 계측 장치, 102: 본체 케이스,
104: 커버, 106: 오링,
107: 외부 연결 커넥터, 108: 커넥터 보호캡,
110X, 110Y, 110Z: 가속도센서 보드, 120: 큐브 지지체,
122: 센서보드 장착면, 122a: 전자소자 노출공,
122b: 보드 고정 돌기, 122c: 나사 체결공,
124: 지지체 고정 브라켓, 130 : 메인 프로세서 보드,
140: 디스플레이 보드100: measurement device, 102: body case;
104: cover, 106: O-ring,
107: external connection connector, 108: connector protection cap,
110X, 110Y, 110Z: accelerometer board, 120: cube support,
122: sensor board mounting surface, 122a: electronic device exposure hole,
122b: board fixing protrusion, 122c: screw hole,
124: support fixing bracket, 130: main processor board,
140: display board

Claims (5)

삭제delete 각각에 MEMS 구조의 1축 가속도 센서 및 가속도 센서에서 출력된 아날로그 가속도 신호를 디지털 가속도 데이터로 변환하는 ADC가 실장되어 있고, 상호 90°를 이루도록 설치된 3개의 가속도센서 보드;
각각의 가속도센서 보드에서 출력된 지진 가속도 데이터를 처리, 저장 및 원격 모니터링 서버에 전송하는 메인 프로세서 보드;
속이 비고 상부가 개방되어 있는 직육면체 형상으로 이루어지고 가속도센서 보드 및 메인 프로세서 보드가 수납되는 케이스 본체;
케이스 본체의 상부를 분리 가능하도록 덮고 외부에서 확인 가능한 디스플레이 보드가 설치되어 있는 커버;
속이 비고 하부가 개방되어 있는 정육면체 형상으로 이루어져서 메인 프로세서 보드와 분리된 채로 케이스 본체의 일측 단면에 밀착하여 고정되고, 3개의 가속도센서 보드를 상면 및 두 측면의 외측에서 지지하는 큐브 지지체를 포함하되,
각각의 가속도 센서는 그 출력이 입력으로 궤환되는 폐루프 구조로 이루어지고,
가속도센서 보드가 장착되는 큐브 지지체의 센서보드 장착면에는 전자소자 실장 부위에 노출공이나 수납홈이 형성되고 가속도센서 보드가 장착되지 않은 큐브 지지체의 단면은 중실면으로 이루어지며,
각각의 가속도센서 보드는 정사각형의 양면 PCB 기판으로 이루어지고,
케이스 본체의 일측 단면에 밀착되어 고정되지 않은 큐브 지지체의 나머지 3개의 측면의 하부에는 각 측면을 케이스 본체의 바닥면에 나사 고정하는 고정 브라켓이 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 지진 가속도 계측 장치.three accelerometer boards each having a single-axis accelerometer having a MEMS structure and an ADC that converts an analog acceleration signal output from the accelerometer into digital acceleration data, and installed to form a 90° angle with each other;
a main processor board that processes, stores, and transmits seismic acceleration data output from each acceleration sensor board to a remote monitoring server;
a case body which is hollow and has a rectangular parallelepiped shape with an open top and accommodates an acceleration sensor board and a main processor board;
a cover that covers the upper part of the case body so as to be detachably and has a display board that can be checked from the outside;
It consists of a cube shape with an open bottom and is hollow, and is fixed in close contact with one end surface of the case body while separated from the main processor board, and includes a cube support that supports the three acceleration sensor boards from the upper surface and the outer side of the two sides,
Each accelerometer has a closed-loop structure in which its output is fed back as an input,
On the sensor board mounting surface of the cube support on which the acceleration sensor board is mounted, an exposed hole or receiving groove is formed in the electronic device mounting area, and the cross section of the cube support on which the acceleration sensor board is not mounted is made of a solid surface
Each accelerometer board is made of a square double-sided PCB board,
An integrated seismic acceleration measuring device, characterized in that a fixing bracket for screwing each side to the bottom surface of the case body is formed in the lower part of the remaining three sides of the cube support body that is not fixed in close contact with one end surface of the case body. 삭제delete 청구항 2에 있어서,
큐브 지지체의 센서보드 장착면에는 가속도센서 보드의 각 모서리 부위가 유동되지 않도록 잡아주는 "ㄱ"자 형상의 보드 고정 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 일체형 지진 가속도 계측 장치.3. The method according to claim 2,
An all-in-one earthquake acceleration measuring device, characterized in that a "L"-shaped board fixing protrusion is formed on the sensor board mounting surface of the cube support to hold the corners of the acceleration sensor board from flowing. 삭제delete
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