KR20100033894A - 3축 가속도 센서와 같은 극미세 전자기계 시스템 센서를 이용한 진동감지형 보안감시 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 극미세 전자기계 시스템(MEMS;Micro Electro Mechanical System)으로 구현된 센서를 이용하여 자연적이지 않은 인위적인 원인에 의한 미세한 진동을 감지하고 감지된 신호를 분석하여 특정 지역에 사람, 동물 또는 차량과 같은 사람에 의해 움직이는 물체의 침범이 있음을 즉각적으로 경고할 수 있는 보안감시 장치이며, 그것의 실현 방법과 이런 장치들이 다수 설치된 영역의 보안감시 방법에 대한 것이다.

본 발명의 장치는 "도 1" 또는 "대표도"에 표현된 구조를 일반적인 구조로 한다. 주변의 충격 등과 같은 원인에 의한 물리적인 변화를 상시 측정하는 센서부(101), 센서부에서 나오는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환해주는 A/D변환부(102), 인위적인 충격 등을 정형화한 데이타나 신호의 기준 등을 저장하는 메모리부(104), A/D변환부에서 나온 데이타와 메모리에 저장된 정형화된 데이타를 비교하는 중앙처리장치부(103), 그리고 중앙처리장치부에서 인위적인 침범임이 판명되었을 때 실질적인 명령을 처리하는 액션부(105)로 구성된다. 여기서 액션부는 경광등이나 싸이렌과 같은 시청각적 효과의 발동이나 출입문 등의 봉쇄일 수 있고, 보안감시 장치와 연계된 통제센터로 유무선 전송방법을 이용하여 침범을 알려주는 수단일 수 있으며, 두 가지의 병행일 수 있다.

MEMS(극미세 전자기계 시스템), Sensor(센서), Accelerometer(가속도계), Surveillance(감시), Security(보안)

Description

3축 가속도 센서와 같은 극미세 전자기계 시스템 센서를 이용한 진동감지형 보안감시 장치 및 그 방법 { Security Surveillance Apparatus and Its method for sensing oscillation with MEMS sensor like 3-axis Accelerometer }

보안감시의 분야에서 가장 널리 이용되는 방식은 카메라를 이용하는 것이다. 일반 감시카메라와 야간에도 사용하기 위한 적외선카메라가 있으며, 더 나아가 매우 고가이지만 열적외선 카메라도 있다. 이외에 열을 감지하여 경보를 울려주거나 적외선을 이용하여 사람, 동물, 물체 등의 접근을 알려주는 방법도 사용된다. 또한 특수한 건물이나 구조물을 감시보안하기 위하여 소리, 열, 광선 등을 복합적으로 사용하기도 하지만 이는 특수은행과 같이 초정밀의 보안감시가 필요한 경우에 사용되며, 가격 또한 매우 고가이다.

극미세 전자기계 장치(MEMS : Micro Electro Mechanical System, 이하 MEMS로 통일하여 기술)의 분야는 MEMS 자체 생산과 관련한 것에서부터 방식에 의하거나 응용 분야에 따라 매우 많고 다양한 기술이 존재한다. 이는 MEMS 개념이 전자, 기계 등과 같이 한 부분에 국한되지 않고 전자와 기계 또는 광 등으로 복합적인 기술분야의 융합으로 진행되기 때문이며, 앞으로도 다양한 분야로의 접목이 이루어지고 있다.

이에 본 발명이 속하는 기술분야는 보안감시를 목적으로 MEMS 센서를 이용하는 것이다.

본 발명을 설명하기 위한 배경기술은 MEMS이다. MEMS의 기술로 구현된 MEMS센서는 자동차, 항공기 등의 항법과 관련한 기술, 의료용 심전도 등 의료용 기술, 근거리 위치 추적, 전자장치의 입력장치, 생활.건강과 관련된 부분 등 수많은 제품 및 매우 다양한 응용 분야를 가지고 있다. 이러한 응용에 많이 쓰이는 MEMS 센서로는 압력, 가속도, 자이로, 지자기 센서 등이 있다.

MEMS 센서 중에 기술적으로 정립이 잘되어 있는 가속도 센서를 기준으로 배경기술을 설명한다. 가속도 센서 내부에는 "도 6"의 물리 구조(603)과 같은 극미세 기계 장치를 갖는다. "도 6"의 물리 구조(603)은 3축으로 구성되어 있으므로 3 축 가속도 센서의 예이다. 2축 또는 1축 가속도 센서는 물리 구조(603)를 통하여 유추할 수 있다.

중력관성계 내에서는 항상 지구 중심으로 중력가속도(g)가 존재한다. "도 3"에서 MEMS 센서(3축 가속도 센서 ; 301)가 외부의 기구물(302)에 의해 고정되어 있고 외부의 기구물(302) 또한 움직이지 않는다면 z축으로 모든 중력가속도(g)를 받는다. 이 경우의 3축 가속도 센서의 출력은 "도 5a"과 같다. x, y축 방향의 가속도 크기(이 경우는 "0")에서 중력가속도(g) 크기만큼 z축의 가속도 값이 포함되어 나타난다. 이 경우의 x, y축의 가속도가 "0"로써 동일해야 하나 동일하지 않고 약간의 차이를 나타나는 것에는 2가지 이유가 있다. 첫째는 "0(zero)"g에 대한 보정(Calibration)이 되지 않았거나, 둘째는 센서 자체가 지구중력 방향으로 직각이 되지않아 "도 5a"의 그림으로 판단하면 y축으로 약간 기울어져 있는 것으로 판단할 수 있다. 또는 두가지가 복합적으로 나타날 수도 있다. "도 5a"은 3축 가속도 센서에서 나오는 가속도 값을 어떤 보정도 거치지 않고 샘플링한 그래프이다.

중력관성계 내에서 MEMS센서(가속도 센서)가 포함된 물체("도 3"의 302)의 움직임에 대한 이해는 몇 가지 측면에서 이루어져야 한다. 중요한 세 가지 정도의 측면을 다루자면 첫째로 물체의 자세 또는 상태 등의 표현으로 사용되는 각 방향으로의 기울어짐에 대한 것이다. "도 4"에서와 같이 물체의 중심(정확히는 센서의 중심)이 고정되고 각 방향으로 회전하는 경우이다. 이때는 "도 4"에서 표현한 중력가속도(g)가 각 방향으로 분산된다. 둘째는 자세가 고정된 상태에서 물체가 평행이동을 하는 경우이다. 이 경우 중력가속도(g)는 각 방향으로 일정하게 분산된 상태에서 실제 운동가속도의 변화만이 있을 것이다. 셋째는 중력관성계라는 절대좌표계와 물체를 중심으로 하는 상대좌표계와의 대응 문제이다.

물체의 자세 또는 상태를 결정하는 것은 오일러각(Euler angle)으로 알려진 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw)의 개념에서 출발한다. 롤(Roll)은 x축을 기준으로 회전을, 피치(Pitch)는 y축을 기준으로 회전을, 요(Yaw)는 z축을 기준으로 회전을 의미하며 그 회전비율인 오일러각 φ,θ,ψ는 inertial angular rate vector p, q, r과 아래의 관계에 있다.

역변환(inverse transformation)은 다음과 같다.

"수학식 1"과 "수학식 2"를 기본으로 하여 몇 가지의 수학적 계산을 통하여 오일러각 φ,θ,ψ를 구할 수 있다. "도 4"에서와 같이 x축으로의 회전에 대한 3축 가속도 센서의 실제 출력은 "도 5b"와 같으며, 이를 계산하면 φ,θ,ψ의 값을 결정할 수 있다. 이것의 의미는 물체의 자세를 알 수 있다는 것이다.

물체의 운동가속도는 자세가 고정된 상태에서는 3축 가속도 센서에서 나오는 각 축의 가속도 크기로 알 수가 있다. 그러나, 문제는 자세가 랜덤하게 변하면서 물체의 운동가속도를 알고자 할 때이다. 여기에 절대좌표계와 상대좌표계의 대응까지 생각한다면 상당한 오차를 가져온다.

절대좌표계와 상대좌표계의 대응을 무시하고 측정된 가속도(

)로부터 실제 운동가속도(

) 를구하는 것은 중력가속도(

)와 함께 "수학식 3"의 관계를 갖는다. 상기에 서술한 바와 같이 중력가속도가 일정하다면 즉, 자세가 고정되어 있다면 실제 운동가속도는 상대적으로 쉽게 구할 수 있으나, 중력가속도가 각 축 방향으로 랜덤하게 바뀌는, 자세가 고정되지 않는 물체의 이동은 결코 쉬운 문제가 아니다. 또한 가속도와 속도, 위치의 관계는 미,적분의 관계이다.

"수학식 4", "수학식 5"에서와 같이 속도와 위치를 계산하기 위하여는 적분상수로 인한 오차도 보정해야 한다. 이와 같은 일련의 문제로 자세가 고정되지 않는 물체의 이동에는 많은 오차가 존재하며, 이 오차를 줄이기 위한 방법이 연구되고 있다.

본 발명의 배경기술로 MEMS 센서가 핵심이다. 그러나, MEMS 센서의 일반적인 배경기술을 사용하지만 그것이 본 발명의 실제 핵심은 아니다. MEMS 내부구조의 일례인 "도 6"에서의 물리 구조(603)처럼 MEMS 센서의 기계적 장치의 구조에 기인한 특성(물리적 특성)을 활용하는 것이 핵심이다.

, k=탄성계수

"도 6"의 물리적 구조(603)처럼 탄성력을 이용하여 가속도를 측정하는 MEMS 센서는 어떤 요인에 의해 가속도가 발생하면, 관성계의 물리법칙에 의해 근본적으로 복원력에 해당하는 반발력을 갖는다. 이는 가해진 가속도의 반대방향으로 복원하려는 힘이다. 위에서 상술된 MEMS 센서를 이용한 배경기술에는 이에 대한 영향이 빠져있지만 이 반발력이 오차의 한 원인으로 작용한다. 그것은 기존의 MEMS 센서를 이용한 응용은 장치의 실제 이동(자세의 변동 포함)에 의해 측정된 가속도를 토대로 속도나 위치 등을 정확하게 표현하여 필요한 응용을 하기 위함이기 때문이다. 그러므로 기계구조에 의한 물리법칙에 따라 발생한 반발력에 의한 가속도는 실제로 장치의 이동에 의한 가속도가 아니므로 일종의 노이즈(Noise)라고 할 수 있다. 순간적으로 가속도의 변화가 큰 경우는 그 영향이 크다. 따라서 기존의 MEMS 센서를 이용한 응용에서 이 부분은 반드시 제거되어야 할 부분인 것이다.

그러나 본 발명은 그것을 최대한 이용하는 것이다. 즉, "도 6"에서 MEMS 센서(601)가 포함된 장치(602 ; 본 발명에서는 감시보안장치)의 주변 임의의 위치에서 충격이 가해졌을 때, 외관상 장치(602)의 변화는 식별하기 어려울 정도로 미세할 것이다. 그러나, 그 충격은 탄성파로 매질을 통해 장치(602) 및 MEMS 센서(601)로 전달된다. 여기에는 두 가지의 중요한 사항이 있다. 첫째는 충격이라는 에너지가 탄성파의 형태로 매질을 통하여 전달되는 과정에서 매질을 포함한 주변을 진동시킨다는 것이다. 둘째는 MEMS 센서(602) 내의 가속도를 측정하기 위한 물리구조(603)에 한번의 힘 또는 가속도가 가해지면 물리구조 자체는 복원력에 의해 단진동을 한다는 것이다.

장치(602)와 접촉되는 환경이 흙, 나무, 금속 등 대부분 고체 물질이며, 임의의 충격이 가해지는 부분도 고체 물질에서 일어난다. 따라서 충격이 여러 형태의 고체 매질을 통과하여 장치(602)에 도달될 때 장치(602)내부의 MEMS 센서(601)는 충격에 의하여 발생한 탄성파에 의해 아주 미약하지만 급격한 변위를 일으키며 또한 그 변위에 의해 발생된 가속도에 대응하는 반발력으로 단진동 현상이 발생한다. 즉, 육안으로 구별이 힘들지만 충격에 의한 변위와 그 변위가 원인이 되어 단 진동이 발생하는 것이다. 그러나 변위가 발생하는 방향은 상황에 따라 매우 다양하다.

충격이 원인이 되어 발생한 에너지는 탄성파의 형태를 띠며, 고체 매질을 통과하는 탄성파는 고체 매질 내부 분자구조의 조밀함으로 인하여 비교적 적은 손실과 빠른 속도로 전달된다. 극적인 예가 지진파를 들 수 있다. 따라서 일반적인 MEMS 센서의 응용분야에서는 오차의 한 원인이 되는 단진동 현상을 극대화시켜 보안감시장치로 활용하는 것이 본 발명의 핵심이다.

실제로 50cm 정도 이격된 위치에서 손가락으로 두 번 가한 미세한 충격에 x축의 가속도 변화를 측정한 것이 "도 7"이다. "도 7"의 그래프에서 보면 크기는 미세하지만 구별 가능한 단진동 파형의 모양이 생성되는 것을 확인할 수 있다. 이는 x축만의 변화가 아니며 y축과 z축 또한 동 시간 대에 그 크기는 동일하지 않지만 같은 형태의 단진동 파형이 검출된다.

충격에 대한 단진동의 파형을 정형화하기는 쉽지 않다. 그것은 MEMS 센서 제조 회사마다 조금은 상이한 공정을 추구하며, 또한 단진동은 실제 대부분의 MEMS 센서에서는 노이즈에 해당하므로 이를 억제하거나 보상하는 방법을 추가하기도 한다. 또한 에너지의 전달이 정형화되지 않은 여러 매질을 통과해야 하므로 그 정량적 해석도 무수히 많은 경우를 가지며, 실제 변위가 발생하는 방향 또한 상황에 따라 여러 가지로 다양하다. 그러나, 중요한 것은 어떤 MEMS 센서도 "도 6"의 센서 내의 물리구조(603)와 동일하거나 비슷한 구조의 극미세한 기계장치를 갖는다면 충격에 의한 단진동 현상은 반드시 발생한다는 것이다. 그것은 일반적으로 관성계에 서의 기본적 물리법칙의 작용이기 때문이다.

참고문헌)

Stelian Florin Persa,

Sensor Fusion in Head Pose Tracking for Augmented Reality,

Printed by Wohrmann Print service, 2006

ISBN-10:90-9020777-5

ISBN-13:978-9020777-3

(Chapter 4. Inertial Navigation and Sensor Data Fusion)

기능과 구현 비용면에서 상대적으로 저렴하면서도 360도의 사각이 없는 가능한 넓은 범위(반경)을 포함하며 인위적인 침범을 감지할 수 있는 감지센서를 실현하고자 한다. 이를 통하여 보다 안전하고 확실한 보안감시체제를 구축하는데 목적이 있다.

종래의 보안감시 체제는 카메라, 열, 적외선 등을 이용하는데 사각 지역이 상당히 존재한다. 카메라의 경우는 가시영역이 미치지 못하거나 장애물이 있는 경우 그 사각이 존재하며, 열 감지는 사람의 체온(36도)과 비슷해지는 여름철에 그 효능이 거의 없으며, 적외선을 이용하는 방법은 그 보안감시 영역이 거리가 유한 하면서도 그 영역 또한 상당히 좁아 많은 사각 영역을 나타낸다. 또한 실내 이외의 실외의 경우는 카메라가 유일한 방법일 수밖에 없다. 그러나, 카메라는 장애물이 있을 경우 그 뒤 영역은 사각지역이 된다.

극미세 기계 장치가 포함된 MEMS 센서를 이용하여 360도 전방위로 일정범위 내에서 물리적인 장애물의 유무에 상관없이 주변의 진동을 감지하여 인위적인 침범이나 인위적 결과를 식별하는 보안감시 장치를 구현한다.

이는 MEMS 센서가 갖는 물리적 특성을 기본적으로 이용하며, 극대화시키는 방법을 통하여 이루어진다. 따라서 MEMS 센서는 이러한 특징을 제공하는 센서는 모두 본 발명의 센서부로 사용이 가능하다. 진동을 감지하여, 감지된 진동에 대한 출력의 형태가 정현파와 같은 형태의 특성을 갖는다. 이를 직접 연산하거나 2차적인 연산을 통하여 새로운 데이터로 변환하여 인위적인 원인에 의한 것인지를 판단하는 것이다. 따라서 임의의 인위적 현상에 대한 감지는 360도 전방위로 사각이 존재하지 않도록 하게 한다. 이는 비용적으로 상대적으로 저렴하면서도 성능은 월등히 향상된 보안감시장치를 제공하게 됨을 의미한다.

상대적으로 구축비용이 저렴하면서도 360도 전방향의 사각 영역이 없는 성능이 월등히 개선된 보안감시체제를 구축할 수 있다. 즉, 본 발명이 실현되면 실내와 실외를 구분하지 않고 보안감시장치가 설치된 지역을 중심으로 사각 지역이 "0"인 보안감시 장치가 되는 것이다. 또한 본 발명의 단독으로도 보안감시 기능이 기존보다 충분히 개선되어 가능하지만 기존의 카메라 등과 연계된다면 매우 높은 안정성을 갖는 보안감시체계가 될 수도 있을 것이다.

본 발명의 장치를 구성하는 기본 구조는 "도 1"과 같다. 3축 가속도 센서와 같은 MEMS 센서가 센서부(101)을 구성한다. 3축 가속도 센서가 센서부를 이루는 경우 센서부 (101)의 출력은 3축(x, y, z축)에 대한 순간의 가속도이다. 이것은 전압의 크기와 같은 아날로그 신호의 형태로 출력된다. A/D변환부(102)는 센선부(101)의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 역할을 담당한다. 메모리부(104)에는 데이터가 저장된다. 저장되는 데이터로는 기본상태의 각축방향의 고정된 가속도 크기의 정보, 인위적 충격에 의한 진동을 구별할 기준에 대한 정보, 발걸음이나 자동차의 이동에 의한 진동 등과 같은 정형화된 진동에 대한 정보, 이외에 보안감시장치로써 동작에 필요한 정보를 저장한다. 중앙처리장치부(103)는 A/D변환부(102)에서 출력되는 정보와 메모리부(104)에 저장된 정보와의 비교,분석을 통하여 인위적 침범 여부를 판단한다. 액션부(105)에는 경광등이나 싸이렌과 같은 시청각효과를 하는 장치가 연결된다.

본 발명에 대한 기본적인 구성과 동작, 제어의 흐름을 간단하게 나타내었다. 이하 첨부 도면 등을 이용하여 구체적인 실시 예를 든다.

MEMS 센서에서 MEMS는 Micro Electro Mechanical System(극미세 전자기계 장치)의 약자이다. 표현에서와 같이 극미세한 기계장치를 통하여 필요한 측정 기능을 수행하여 측정된 값을 전자적 신호로 나타내는 기능을 한다. 본 발명에 응용될 수 있는 대표적인 것으로 가속도, 각가속도, 자이로, 지자기 센서 등을 들 수 있다. 이들 센서의 공통점은 내부에 필요한 물리량(가속도, 각가속도, 방위 등)을 측정하기 위하여 극미세한 형태의 기계장치를 포함하고 있다는 것이다. 이런 극미세한 기계장치는 필요한 물리량을 측정하는 기능을 하지만 관성계 내의 물리법칙 하에서 동작한다. 이런 MEMS 센서의 주 목적은 안정상태에서의 의미있는 물리량을 측정하여 측정된 크기에 대응하는 전기적 신호로 출력하는 것에 있다. 물론 순시적으로 그 값을 출력하기도 한다. MEMS 센서로부터 얻은 물리량에 대한 전기적 신호를 토대로 사용되는 종래의 응용들은 측정된 물리량을 통하여 응용에 따라 필요한 값들을 계산한다.

본 발명이 이용하고자 하는 두 가지의 물리적 현상 중에 하나는 MEMS 센서에 의해 측정되는 실제 물리량이 반드시 실제의 물리적 현상만을 나타내지 않는다는 것이다. 즉, 물리량을 측정하기 위하여 구성된 극미세 장치가 물리 역학적 관계에 의해 실제 물리량과 구조에 의한 물리량이 함께 존재한다는 것이다. 실제 물리량이라 함은 "도 6"의 (603)과 같은 MEMS 센서 내의 기계장치가 어떤 원인에 의해 발생한 물리량을 실제로 측정한 물리량과 그결과로 나오는 전자적 신호를 의미한다. 구조에 의한 물리량이라 함은 기계장치(603)가 어떤 원인에 의해 물리량을 측정하기 위하여 변형된 후에 다시 복원하려는 성질로 발생하는 물리량과 그 결과에 의한 전자적 신호 성분의 가감과 어떤 임의의 원인이 사라져서 기계장치가 초기의 상태로 복원될 때 즉각적으로 복원되지 않고 미약한 단진동과 같은 현상을 일으킴으로써 발생하는 물리량과 그 결과로 나오는 전자적 신호를 의미한다. 구조에 의한 물리량은 MEMS 센서에서는 기계장치를 이용함으로써 필연적으로 따르는 현상이며, 그 크기와 영향이 상대적으로 작다.

예를 들어 가속도 센서의 경우 - 설명의 간단함을 위해 1축 가속도를 예로 들며 상대좌표계와 절대좌표계의 상관관계나 지구중력(g)의 영향을 무시(센서는 자세에서 변화가 없다고 가정)하면 - "도 8"과 같이 센서가 포함된 장치(801)을 아래의 "수학식 7"과 같은 가속도를 가했다고 하자. 최초의 위치와 최초의 속도를 모두 "0"라고 했을 때(v(0)=0, s(0)=0) 시간에 대한 속도와 위치는 "수학식 8", "수학식 9"와 같다.

이상적이라면 이들은 "도 9a", "도 9b", "도 9c"과 같은 결과를 얻을 것이다. 그러나, 실제 측정되어 지는 가속도는 "도 10"과 비슷한 형태로 나타난다. 0에서 2초 사이의 가속도 그래프는 실제 가한 가속도와 100% 일치하지 않으며 그 원인은 상기에 서술한 구조에 의한 물리량을 포함하며, MEMS 센서의 정확도 등 여러 원인이 있을 것이다. 또한 2초 후에는 즉각적으로 "0"의 값을 나타 내어야 하나 "도 10"의 (1001)부분처럼 미세한 단진동 형태를 일시적으로 일으키며, 가속도가 급격히 소멸될 수록 그 현상은 심화될 것이다. 이러한 구조에 의한 물리량은 정량화 하기가 쉽지 않다. 그것은 MEMS 센서 내부의 기계장치가 물리법칙을 따르므로 필연적으로 발생하지만 불필요한 현상이며, 따라서 MEMS 센서 제조회사마다 그것을 완화시키려는 노력과 그 결과가 모두 다르기 때문이다. 그러나, 중요한 것은 기계장치를 사용하여 물리량을 측정하는 MEMS 센서에서는 이런 현상이 미미한 크기라 하더라도 반드시 존재한다는 것이다.

본 발명이 이용하고자 하는 두 가지의 물리적 현상 중에 또 다른 하나는 충격이 가해지면 모든 방향으로 탄성파가 전달된다는 것이다. "도 6"에서 MEMS 센서가 포함된 장치(602)가 공중에 떠 있지 않고 흙, 나무, 시멘트, 금속과 같은 고체 물질에 부착되어 있거나 접촉되어 있는 상태에서 주변에 임의의 충격이 가해진다면 그 충격은 주변 고체 매질을 통하여 장치(602)와 MEMS 센서(601)로 전달된다. 이 전달의 형태는 탄성파이다. 즉, 장치(602)는 탄성파에 의해 요동을 치게 되며 형태는 진동현상과 유사한 형태이다. 또한 내부의 MEMS 센서(602)도 장치(602)와 결합되어 있으므로 같은 진동현상을 나타낸다. 진동의 크기에 영향을 주는 주변 요소로는 충격의 세기와 고체 매질의 종류이다. 미세한 경우는 육안으로 식별이 힘들 수 있으며, 큰 충격이 가까운 곳에서 발생하면 육안으로 식별할 정도로 진동될 것이다. 주변 충격에 의한 장치의 진동은 MEMS 센서에 의해 전자적 신호로 출력되며 출력의 파형은 진동(Oscillation) 형태이다.

상기한 두 가지 물리적 현상 중에 근본 요소는 두 번째 현상인 충격에 의한 탄성파에 의한 진동이다. 이것이 기본이 되어 첫 번째 현상이 부차적으로 일어나며, 이 두 요소가 함께 MEMS 센서에 의해 전자적 신호로 나타날 것이다. 첫 번째 현상에 의한 물리 현상은 구조에 의한 현상이며 부차적이므로 두 번째 현상에 비해 그 기여도가 상대적으로 매우 작다.

본 발명의 장치는 이러한 두 가지의 물리적 현상을 이용하며 또한 극대화시켜 보안감시장치로서 역할을 수행하도록 한다. 특히 두 번째 물리적 현상을 극대화 시키는 방법으로 "도 11"과 같이 MEMS 센서가 실장된 PCB의 위치나 고정 방법 등과 같은 구조적 방법으로 가능하다. MEMS 센서는 내부에 기계장치를 갖지만 출력이 전자적 형태이므로 PCB에 실장 되어 사용된다. PCB(Printed Circuit Board)는 인쇄 배선 회로용 기판의 영어 약자이다. 다른 표현으로 PWB(Printed Wiring Board)라고도 한다. 이하 PCB로 통일하여 표기한다. PCB를 보안감시 장치로 활용될 외곽의 기구물과의 고정을 전체적으로 하지 않고 "도 8"에서와 같이 한쪽 면의 끝만을 활용한다. 이때 MEMS 센서의 위치는 반대편의 면에 가까이 위치한다. 이는 외부의 임의의 위치에서 일어난 충격에 대한 탄성파가 전달되는 과정에서 PCB의 끝 부분에 위치한 MEMS 센서에 도달하면 그 끝이 더 이상 진행할 방향이 없으므로 센서부위의 PCB는 탄성파에 의한 변위가 아래, 위 방향의 떨림 현상으로 극대화되게 된다. 즉 작은 외부의 충격에 의한 원인으로 장치 전체는 작은 변위로 진동하더라도 MEMS 센서부위가 있는 PCB면은 상대적으로 더 큰 변위로 진동하게 됨을 의미한다. 어떤 원인에 의한 충격을 MEMS 센서에 더 큰 효과로 변위 시키기 위한 방법은 "도 11"과 같은 방법이거나 유사한 방법 또는 보안감시 장치의 내부에 물과 같은 액체를 채워 넣고 그 속에 MEMS 센서가 내장된 PCB를 감싼 물체를 띄워 놓은 방법 등 다양한 방법이 있을 수 있다. 목적은 외부의 충격을 더욱 더 크게 MEMS 센서로 전달하여 그 변위를 상대적으로 증폭시켜 미약한 충격에도 구별될 수 있는 신호를 출력함에 있다. 이는 외곽 기구물에 의한 장치의 구조적 방법에 의한 것이라 할 수 있다.

본 발명에 의한 보안감시 장치는 보안감시의 목적을 위해 고정된 위치에 항상 놓인다. 따라서 "도 3"과 같이 고정 위치에서 평상상태에서는 MEMS 센서의 출력은 항상 일정하다. 출력이 항상 일정하다는 의미는 MEMS 센서의 일례인 3축 가속도 센서의 출력파형인 "도 5-1"과 같이 평균적인 값에서 항상 일정하게 유지된다는 것을 의미한다. 즉, 외부에 임의의 인위적인 영향에 의한 충격이 없는 통상적인 상태에서는 장치가 고정되는 최초의 상태에서 출력되는 신호는 일정하게 유지된다. 이때 외부의 임의의 원인에 의해 충격이 가해지고 보안감시 장치로 전달되면 출력은 평상시의 평균적인 값에서 위 아래로 진동과 같은 형태의 값을 일시적으로 갖는다. "도 7"의 그래프와 유사한 파형으로 일반적인 상태와 구별되는 진동형의 파형이 나타나게 되는 것이다.

상기의 서술은 "도 1"의 센서부(101)가 일반적인 상태와는 다르게 주변의 임의의 인위적인 충격에 따른 출력의 결과가 다르게 나타나는 이유와 그 형태를 표현하고 또한 극대화시키는 방법을 나타낸 것이다.

따라서 이를 이용하여 본 발명은 "도 1"의 센서부(101)에서 상시 측정되는 물리량은 전압과 같은 아날로그 형태를 갖는다. 이를 A/D변환부(102)에서 디지털 형태의 정보로 변환한다. A/D는 Analog-to-Digital을 의미한다. A/D변환부(102)에서 디지털로 변환될 때 샘플링 속도와 같은 일정한 시간 간격에 따라 물리량에 대한 정보는 특정한 비트(bit) 수의 정보로 되어 있다. "도 1"의 중앙처리장치부(103)에서는 메모리부(104)에 저장되어 있는 정보를 바탕으로 물리량에 대한 디지털 정보를 직접 비교하거나 다른 연산을 거친 후에 비교하여 일반적인 상태이거나 임의적인 원인에 의한 충격이 가해진 상태였는가를 판단한다. 임의적인 원인에 의한 충격이 가해졌다는 것은 침입을 의미하므로 "도 1"의 액션부(105)에 필요한 조치를 취하도록 명령을 내린다.

구체적으로 MEMS 센서로 가속도 센서가 사용되는 경우를 먼저 설명한다. 일반적으로 가속도 센서가 사용되는 응용은 측정된 가속도를 통하여 속도, 위치 등을 2차적으로 연산하여 장치의 자세 변화나 이동 등을 나타낸다. 이를 통하여 문자와 같은 입력장치나 위치추적 등을 가능하게 한다. 또한 자동차나 비행기와 같은 항법장치에서는 자동차나 비행기의 운행과 관련된 물리량(가속도, 속도 등)의 변화를 측정하고 필요한 응용을 하게 된다. 즉 기존의 응용들은 장치의 이동이나 자세의 변화에 대한 것이기 때문에 속도와 위치를 더욱 정확히 계산해야 하며, 배경기술에 설명되었듯이 여러 가지의 연산을 하게 된다. 그러나 센서 자체의 측정 오차, 2차 연산에 따른 변수(적분상수) 등 많은 어려움이 있다. 이것은 정확한 물리량을 표현하는데 매우 큰 어려움이 있다는 의미이며, 이것을 줄이기 위한 많은 연구와 발명이 이루어지고 있다. 그러나, 본 발명에는 이러한 더욱 정확한 표현을 추가할 이유가 매우 적다. 이유는 본 발명의 장치는 이미 고정되어 있기 때문에 어떤 원 인에 의해 물리량이 발생하여 그 결과가 출련된 후에는 처음과 동일한 위치에 있기 때문이다. 즉, 어떤 가속도가 출력되어도 실제의 결과가 같은 위치로 동일하기에 출력된 가속도를 토대로 계산되는 2차적 형태들인 중간의 진동을 포함한 움직임은 중요한 것이 아니며, 단지 인위적인 원인에 의한 것이냐 아니냐를 판단하는 것이 중요하기 때문이다. 즉, 정확하게 장치의 이동을 표현하기보다는 인위적인 원인에 의한 결과가 평상 시의 상태보다 선명하게 대비되어지게 하는 것이다. 따라서 본 발명이 장치 내부의 가속도 센서가 위치한 PCB를 구조적으로 진동에 민감하게 하는 방법을 포함한다. 이것은 기존 응용에서는 장치와 센서가 동일하게 움직이지 않고 왜곡시키므로 오차를 더욱 크게 하는 방법이기에 오히려 지양해야 할 방법이다.

"도 6"과 같이 본 발명의 장치 주변에 임의의 충격이 가해지면 가속도 센서는 "도 7"과 비슷한 형태로써 정현파 함수(진동 형태)로 대표될 수 있는 가속도가 출력된다. 본 발명의 장치 고정되어 있으므로 충격이 발생하여 장치가 자세의 변화를 포함한 이동이 생기더라도 그것은 과도적 상태(Transient)에 불과하다. 실제적으로는 충격 전후의 안정화된 상태는 동일한 위치이다. "수학식 7"과 같은 가속도라고 가정했을 때 그 속도와 위치는 고정이었으므로 "0"라고 하면 "수학식 8", "수학식 9"와 같을 것이다. "수학식 9"의 결과와 같이 장치는 일정 거리를 이동한 것으로 계산되었으나 실제적으로는 원래 위치에 있다. 기존의 응용들은 이것이 원래 위치에 있도록 하려는 보상을 다각적으로 추가하나 본 발명은 그러지 않는다. 그 이유는 상기에 서술하였다. 단지 출력되는 가속도가 특정한 시간 내에서 평균 상태 보다 양(Plus)의 값이나 음(Minus)의 값으로 변화되는 숫자나, 크기 또는 2차 적 연산에서 얻어진 결과로 속력(스칼라양)이나 거리(스칼라양)가 미리 정한 일정한 크기에서 벗어났는가를 토대로 인위적인 원인인가를 판단하는 근거로 사용할 뿐이다. 진동되는 양의 값과 음의 값의 숫자, 크기, 2차적 계산인 속도, 거리 등을 각각 단독으로 판단의 근거로 삼을 수 있고 복합적으로 사용할 수 있다. 센서부에서 출력되는 가속도 데이타를 중앙처리장치부에서 단독이거나 복합적인 수단으로 인위적인 원인인가를 판단하는 것이다. 물론 실제적인 가속도 데이터들은 "수학식 7"과 같이 단수항의 정현파로 표현되지 않을 것이다. 그러나, 진동형태로 나타날 것이고 2차적 계산을 통하여 반드시 위치를 일치시킬 필요가 없으므로 표현의 편리를 위하여 단수항으로 설명하였다.

본 발명의 장치는 여러 특정 위치나 지역에 설치될 수 있다. 이는 설치 위치에 의해서 가속도 센서에 출력되는 기본 데이터가 센서와 중력의 방향에 따라 달라진다는 의미이다. 따라서 최초 장치의 위치를 고정할 때 기본 데이터를 입력하는 절차가 있어야 한다. 기본 데이터 설정 명령이 있을 때 중앙처리장치부는 센서부에서 입력되는 신호를 일정시간 동안 측정하여 그 평균값이나, 측정하는 동안 특별히 평균값에서 벗어나는 데이터를 제외하는 방법 등을 이용하여 기본 데이터를 설정하게 된다. 본 발명의 장치가 고정될 때 고정되는 위치가 시간의 오랜 경과에도 항상 일정한 위치를 유지할 수 있는 경우도 있지만 그렇지 않을 수도 있다. 시간의 경과에 따라 매우 서서히 위치가 변형될 수 있지만 그 기준 값이 고정되어 있다면 이것은 중앙처리장치부에서 판단할 때 오류가 될 여지가 있다. 따라서 일주일, 한달, 3달 등과 같이 특정한 주기마다 기준 값의 보정을 위한 기준 값 측정을 하여야 하며 이 데이터가 기존의 기준 데이터와 차이가 있을 때, 새로운 기준 데이터로 변경되어야 할 것이다.

본 발명인 보안감시장치가 인위적인 충격과 같이 순간적인 충격을 기본적으로 감지하지만 또한 보안감시장치이므로 이를 제거하려는 의도로 장치의 위치가 수 초 또는 수 분 내에 크게 변경될 수도 있다. 예를 들면 "도 5b"에 표현된 3축 가속도 데이터와 같이 초기 시간대의 상태에 있던 출력이 충격이나 진동이 미미하여 진동 형태의 파형이 나타나지 않더라도 "도 5b"의 마지막 부분처럼 기본 값이 크게 변화되어 있다면 이는 고정된 보안감시 장치의 위치나 자세가 크게 변화됨을 의미한다. 실제로 "도 5b"의 그래프는 초기에 비해 마지막 부분은 90도로 자세가 변경되었음을 의미하며 이는 자연적으로 발생했다기보다는 인위적으로 발생하였을 가능성이 크므로 또한 중앙처리장치부에서는 인위적인 충격과 동일한 경보를 액션부에 보낸다.

가속도 센서는 1축(1 axis), 2축(2 axis), 3축(3 axis) 가속도를 각각 사용하여 본 발명의 센서부를 구성할 수 있다. 또한 비슷한 개념으로 각가속도 센서를 사용할 수 있다. 이때에는 각가속도, 각속도, 각도로써 판단의 근거로 사용될 것이다. 1축보다는 3축으로 구현된 센서부가 보다 정밀할 것이다. 가속도 센서는 "도 1"에서 센서부(101)과 A/D변환부(102)가 분리되어 질 수 있고 한 패키지의 반도체로 구현될 수 있을 것이다.

또한 가속도 센서를 센서부로 이용할 때 "도 2"와 같은 구조로 디지탈 정보를 비교의 수단을 삼지 않고 아날로그 형태로 비교하여 간단하게 구현할 수도 있다. 비교기(202)라고 표현된 블록은 OP AMP와 같은 아날로그 소자를 이용하여 기준신호 대비 입력신호(가속도)가 일정 범위를 넘어서면 출력을 나타나게 하는 방법으로 "도 1"에서의 A/D변환부(102), 중앙처리장치부(103), 메모리부(104)를 대체하여 간단하게 구현한다.

자이로(Gyro) 센서의 경우는 요(Yaw)각을 표현하는 MEMS 센서이다. 이때는 2차적인 연산보다는 1차적으로 출력되는 요(Yaw)각이 평균적인 상태보다 진동형태로 전환되는 횟수나 크기로 인위적 원인인가를 판단하는 근거로 할 수 있다.

지자기 센서의 경우는 일정한 방위를 나타내는 센서이다. 이 또한 인위적 충격이 발생한다면 출력이 진동형태로 일시에 나타난다. 방위의 표현이므로 2차적 연산보다는 1차적으로 출력되는 방위 값이 평균적인 상태보다 진동형태로 전환되는 횟수나 크기로 인위적 원인인가를 판단하는 근거로 할 수 있다.

본 발명에 사용될 수 있는 MEMS 센서는 주변의 진동에 의해 센서가 진동될 때 그 출력이 진동형태를 나타낼 수 있는 센서는 모두 사용 가능하다. 가속도 센서와 같이 출력된 데이터만이거나 2차적 연산을 통하여 좀 더 안정적인 성능을 내게 할 수도 있고, 지자기 센서와 같이 출력 자체의 데이터로만 판단할 수 있게 하느냐의 차이만 있다.

실제로 MEMS 센서를 이 목적에 맞게 설계되어 특화된 제품으로 제작될 수도 있겠지만 이는 한정된 목표로 사용되므로 비용적으로 고가가 될 수 있다. 기존의 MEMS 센서는 다른 응용을 위하여 이미 상용화되어 많은 수가 유통되므로 이를 이용하면 비용적으로 저렴하게 구현할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 장점은 "도 9"에서와 같이 본 발명의 장치를 원점으로 반응을 감시하는 일정 반경의 전체를 감시하는 것이다. "도 9"의 반경 내부에 물리적 장애물이 있어도 반경 내에 있다면 장애물 뒤편의 인위적인 충격도 감지할 수 있다는 것이다. 또한 실내와 실외를 구별하지 않고 설치가 가능하며, 실내의 경우는 바닥이 아니라 벽, 천정 등에 설치가 가능하다. 본 발명의 장치에서 액션부(105)에 유선, 무선 형태의 통신수단이 포함되면 단독의 형태로서가 아니라 "도 13"이나 "도 14"과 같이 여러 개의 존(Zone)을 포괄하여 지역(Area)을 감시하는 체계로 발전할 수 있다. 아울러 기존의 보안감시 체계와 병행하여 사용되어 지면 그 효용은 극대화될 것이다.

단독의 장치로서 응용 예 1

본 발명의 장치의 단독의 응용 예로써 "도1"의 구조를 기본으로 갖는 장치를 구현한다. 3축 가속도 센서와 같은 MEMS 센서를 센서부(101)로 하여 각 축의 가속도 정보를 아날로그 신호 형태로 센서부(101)의 출력으로 한다. 센서부(101)의 출력은 A/D변환부(102)의 입력이 되어 디지털 신호 형태로 변환된다. 변환될 때 A/D변환부(102)의 분해도(Resolution)는 디지털 카운트 "1"에 대응하는 가속도의 크기를 결정한다. 따라서 분해도(Resolution)가 높을수록 더 세밀한 가속도 정보를 얻을 수 있다. 또한 샘플링속도는 정보의 정확도에 관여하므로 높게 설계된다. 메모리부(104)에는 데이타가 저장된다. 저장되는 데이타로는 기본상태의 각축방향의 가속도 크기의 정보, 인위적 충격에 의한 진동을 구별할 기준에 대한 정보, 발걸음이나 자동차의 이동에 의한 진동 등과 같은 정형화된 진동에 대한 정보, 이외에 보안감시장치로써 동작에 필요한 정보를 저장한다. 중앙처리장치부(103)는 A/D변환부(102)에서 출력되는 정보와 메모리부(104)에 저장된 정보와의 비교,분석을 통하여 인위적 침범 여부를 판단한다. 액션부(105)에는 경광등이나 싸이렌과 같은 시청각효과를 하는 장치가 연결된다.

"도 12"의 그림과 같이 중앙에 본 발명인 보안감시장치(901)가 위치하게 되면 5~10m 정도, 또는 그 이상을 감시범위로 하여 그 주변의 인위적인 충격을 감지하게 된다. 실외에 설치된 경우는 발걸음, 차량 등에 의한 진동을 감지하여 상기한 진동한 감지하게 되면, 싸이렌, 경광등을 동작하게 한다. 실내의 경우는 발걸음, 출입문의 개폐, 창문의 개폐 등에 의한 진동을 감지하게 된다.

단독의 장치로서 응용 예 2

실시 예 1에 구현되는 장치에서 센서부(101)과 A/D변환부(102)과 동시에 구현되어 실시 예 1과 같은 기능을 발휘할 수 있다.

단독의 장치로서 응용 예 3

실시 예 1에 구현되는 장치의 구현비용을 최소화 하기 위하여 "도 1"의 구조를 "도 2"의 구조로 최소화 할 수 있다. 즉, 센서부(201)에서 출력되는 신호를 비교기(202)에서 즉각 비교하여 일정이상의 신호레벨에 대하여 액션부(205)의 효과를 발동하는 것이다. 비교기(202)는 아주 간단한 형태, 예를 들면 OP AMP를 이용한 비교기를 구현할 수 있으며, 기준신호에 대하여 센서부 신호를 비교하는 방법으로 사용한다.

시스템으로의 응용 예 4

단독의 장치로서 실시 예 1,2,3으로 사용되는 장치에서 액션부(105또는 205)에 유선, 무선의 전송장치가 추가된다. 무선의 경우는 ZigBee와 같은 근거리 통신이 비용 등의 면에서 효과적일 것이다. "도 12"의 경우처럼 일정한 감지범위를 갖는 단독의 보안감시장치를 셀의 형태로 설치하고 감시하고자 하는 범위 전체를 커버할 수 있도록 설계한다. 전체 범위 중에 내부는 감시의 목적에 따라 외곽보다 더 큰 반경으로 설계될 수도 있을 것이다. "도 13"는 야외를 감시하는 경우를 나타낸다. 차량(1302)이 감시 지역의 외곽부분에 포착되거나, 사람(1303)의 움직임이 각 존으로 설계된 존(zone)2 > 3 > 9 > 7 > 10 > 3의 존(Zone) 등으로의 이동이 감지되면 액션부에서 경광등, 싸이렌 등의 시청각 효과를 즉시 나타낼 수도 있지만, 장치와 연결된 중앙통제센터(1301)로 관련 정보를 전송하여 필요한 조치를 취하게 할 수 있다.

시스템으로의 응용 예 5

실시 예 4는 야외에 대한 내용이며 실내의 감시체계 시스템으로는 "도 14"과 같다. 창문, 출입문, 기타 다른 위치에 본 발병의 장치를 설치한다. "도 14"에서 와 같이 출입문과 창문에 위치하는 본 발명의 장치는 근접한 위치에 설치하면 된다. 창문, 출입문의 개폐로 인한 충격은 장치에 감지되어 유, 무선의 전송 방식으로 중앙통제센터로 전송된다.

또 다른 응용 예 6

본 발명의 장치 단독, 또는 다수개의 조합으로 보안감시를 할 수 있으나 기존의 감시카메라와 연동한다면 더욱 효과적인 보안감시를 수행한다.

또다른 응용 예 7

본 발명의 장치는 진동을 감지한다. 따라서 보안감시의 개념을 확장하면 본 발명의 장치는 지진계로 활용 가능하다. 특정한 충격에 대한 단진동을 감지하도록 설계되어 있으므로 지진과 같은 진동 또한 측정가능하기 때문이다. 따라서 지진파를 감지하고자 하는 지역의 특정위치에 본 발명의 장치를 설치하면 상시 24시간 지진파의 유무와 그 강도를 측정할 수 있다. 다만 기존의 다른 예와는 다르게 기본 에이터에대한 보정(Calibration)이 필수로 추가되어야 할 것이다.

제1도는 본 발명의 기본적인 내부 구성(블록도)을 나타낸 것이다.

제2도는 제1도의 기본적인 내부 구성의 간단한 형태로 변경된 것이다. 비교기(202)는 제1도의 106을 대체한다.

제3도는 센서부로 3축 가속도 센서가 선택되어을 때 각 축의 방향을 표현한 것이다. 또한 장치(302)가 지구 표면에 평행하게 고정되었을 때, 중력가속도 방향을 나타낸 것이다.

제4도는 제3도의 센서를 확대한 것으로 x축 방향으로 센서가 회전하는 것을 나타낸 그림이다.

제5a도는 3축 가속도 센서의 출력을 나타낸 것으로서 제4도의 센서가 초기 지구중력과 평행으로 있을 때 z축으로만 중력가속도가 집중되는 것을 의미한다.

제5b도는 3축 가속도 센서의 출력을 나타낸 것으로서 제4도의 센서가 x축으로 90도 회전할 때의 각 축의 가속도 출력의 변화를 나타낸 것이다. 초기 z축으로만 집중되었던 중력가속도가 서서히 y축으로 분산되고 최종적으로 90회전을 마치고 멈추었을 때 y축으로만 중력가속도가 나타남을 알 수 있다.

제6도는 제3도에서 3축 가속도 센서의 내부의 기계장치의 일례를 표현한 603과 장치 외부의 충격이 있을 때 탄성파의 형태로 장치로 전달되고 이는 장치 602를 실제적로 순간적으로 변위(진동)시키고 내부의 센서 602도 또한 순간적으로 변위를 일으키며 603은 그 변위에 맞게 진동하여 대응하는 출력을 나타낸다. 즉, 장치로 의 주변 임의의 충격이 있을 때의 전달을 나타낸 것이다.

제7도는 제6도에서와 같이 장치 주변 임의의 위치에서 충격(이 경우는 장치에서 약 50cm 이격된 위치에서 손가락으로 두 번 바닥을 두드린 충격이다.)이 있을 때 3축 가속도 센서의 한 축에서 나타나는 출력을 그래프로 나타낸 것이다.

제8도는 장치를 특정한 힘(또는 가속도)를 2초 가한 후에 초기 위치와 최종 위치를 나타낸 것이다. 설명의 편의를 위하여 한 축 방향으로만 나타내었다.

제9a도는 제8도에서 가해진 가속도를 나타낸 그래프이다. x축은 시간이며, y축은 가해진 가속도의 크기이다.

제9b도는 제8도에서 가속도에 대응하는 속도를 나타낸 그래프이다. x축은 시간이며, y축은 대응하는 속도이다.

제9c도는 제8도에서 가속도에 대응하는 위치를 나타낸 그래프이다. x축은 시간이며, y축은 대응하는 위치이다.

제10도는 제8도에서 가해진 가속도를 센서가 실제로 측정하여 출력하는 그래프이다. 제9-1도와 제10도는 같은 그래프여야 하나, 측정 오차나 여러 요인으로 인하여 조금은 상이한 결과가 나타난다.

제11도는 외부의 진동을 센서에서는 더욱 극대화시키기 위하여 센서가 실장된 PCB를 4면 모두 고정하지 않고 한 면만을 고정시켜 센서에는 외부 장치보다 더 큰 진동을 나타낼 수 있는 구조의 한 방법을 나타낸 것이다.

제12도는 장치를 위에서 바라본 평면도이다. 장치가 감지할 수 있는 일정 반경(r) 통상 5~10m 정도로 하여 반경 내부에서는 물리적인 장애물이 있더라도 충 격을 감지할 수 있음을 나타낸 것이다.

제13도는 장치 하나로 구성되는 제12도와 같은 반경의 여러 존(Zone)을 중첩시켜 나타낸 것이다. 전체적으로 감시지역(Area)가 되며, 각 존은 단독으로 사용될 수 있지만 효율성을 높이기 위하여 전체를 총괄하는 통제장치(1301)과 유선 또는 무선으로 연결되어 사용될 수 있음을 나타낸 것이다. 외곽의 자동차(1302)와 같은 운송수단이 지나가면 근처의 존은 이것을 진동으로 감지할 수 있고, 사람(1303)이 각 존을 차례로 지나가면 각 존은 이것을 감지하고 전체적으로 사람(1303)의 이동경로를 통제장치(1301)이 알 수 있음을 나타낸 것이다. 이는 실내보다는 야외를 보안감시하는 경우를 나타낸 것이다.

제14도는 실내를 단수 또는 복수개의 장치로 보안감시하는 것을 나타낸 것이다.

Claims (10)

1. 극미세 기계 장치를 측정의 방법으로 하는 MEMS 센서를 주변의 임의의 인위적인 움직임에 의한 임의의 충격을 감지하는 감지수단으로 ;

   감지된 결과로 출력되는 전자적 신호를 직접 또는 적분과 같은 2차적 연산의 결과에 의한 데이터를 기본적인 정보 데이터와 비교하는 비교판단수단으로 ;

   비교판단의 결과 임의의 침입이나 인위적 결과임을 판단하였을 때 필요한 조치를 수행하게 하는 명령을 보내도록 하는 제어수단으로 구비한 장치
2. 청구항 1에 있어서 MEMS 센서는,

   1축 가속도 센서, 2축 가속도 센서, 3축 가속도 센서, 1축 각가속도 센서, 2축 각가속도 센서, 3축 각가속도 센서, 자이로 센서, 지자기 센서 등과 같은 센서로써 센서 내부에 극미세 기계장치를 포함하고 있으며,

   센서가 동일한 위치나 상태에서는 일정한 출력을 나타내며,

   센서가 미세하거나 큰 원인에 의해 실제 위치나 상태의 변화가 생겼을 때 그 출력이 변화에 따른 결과를 반영하여 나타내는 센서이며,

   이러한 특징을 갖는 센서를 장치 주변의 임의의 인위적인 움직임에 의한 인위적 충격을 감지하는 수단으로 하는 장치.
3. 청구항 1에서 비교판단수단으로,

   센서에서 출력되는 신호를 아날로그 형태나 디지털 형태의 신호 상태에서 비교하며,

   비교의 방법으로 안정상태의 기본 값에서 위로 또는 아래로 변화되는 횟수나 기본값과의 크기 차이가 정해진 수 초 또는 수십 초의 시간 내에서 초과하는가 하지 않는가를 기준으로 판단하는 비교판단수단을 특징으로 하는 장치
4. 청구항 1에서 비교판단수단으로,

   센서에서 출력되는 신호를 센서의 종류에 맞게 미분, 적분과 같은 2차적 연산을 통하여 속도, 위치, 각속도, 각 등과 같은 물리량을 연산하고,

   연산 된 속도, 위치, 각속도, 각 등과 같은 물리량의 스칼라나 벡터의 양이 정해진 수 초 또는 수십 초의 시간 내에서 초과하는가 하지 않는가를 기준으로 판단하는 비교판단수단을 특징으로 하는 장치
5. 청구항 1에서 비교판단수단으로,

   센서에서 출력되는 신호가 1시간이나 이보다 짧은 시간 내에 안정상태의 기본 데이터에서 진동형태의 값이 포함되거나 포함되지 않거나, 최초의 기본 데이터 와 차이가 나는 상이한 값으로 안정적으로 유지될 때는 주변의 임의의 인위적 움직임의 결과로 판단하며, 이를 특징으로 하는 장치
6. 청구항 1에서 비교판단수단으로,

   청구항 3, 청구항 4, 청구항 5의 방법이 각각 개별로 사용될 수 있으며, 또는 복합적으로 사용될 수 있는 비교판단수단을 특징으로 하는 장치
7. 청구항 1에서 제어수단으로,

   비교판단의 결과로 임의의 인위적 결과로 판단되었을 때,

   경보음, 비상등과 같은 시청각적 효과를 즉시 나타낼 수 있도록 명령을 내리거나,

   장치가 있는 장소의 출입문이나 창문과 같이 통로로 활용될 수 있는 공간을 폐쇄시키는 명령을 내리거나,

   장치와 관련된 관계인에게 인위적 결과가 나타났음을 알리는 이동통신용 문자, 신호 등을 보내도록하는 명령을 내리거나,

   장치와 유선 또는 무선으로 연결된 통제장치로 인위적 결과를 판단하게 한 관련 데이터를 전송하게 하거나,

   이러한 명령을 내리는 것을 특징으로 하며, 이런 명령의 단독 또는 복합적인 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 주변의 임의의 인위적 충격에 의한 진동을 극대화할 목적으로 MEMS 센서가 실장 된 PCB를 진동에 민감하도록 구조를 "도 11"에서와 같이 한쪽 부분만을 외곽 기구물과 고정하는 방법이나 다른 구조적 방법을 사용하여 MEMS 센서가 장치의 진동보다 더 크게 진동하도록 하는 구조를 특징으로 하는 장치.
9. 장치가 초기 설치될 때, 안정 상태의 센서 출력의 기본 데이터를 설정할 목적으로 일정시간을 정하여,

   연속적으로 센서 출력 데이터를 각각 저장하고, 저장된 데이터의 평균값을 기본 데이터로 설정하거나,

   저장된 데이터 중에서 평균값에서 상이하게 차이 나는 특정한 데이터들이 있을 경우 이들을 제외하여 제외되고 남은 데이터들로 평균값을 다시 구하여 기본 데이터로 설정하거나,

   출력 데이터들을 저장하지 않고 매 출력될 마다 출력의 이전 평균값과 이 평균을 구하기 위해 출력한 횟수를 토대로 당장 출력되는 크기를 포함하여 새로운 평균값으로 갱신하여 정해진 일정시간 후의 평균값을 기본 데이터로 설정하거나,

   안정 상태의 센서 출력의 기본 데이터를 설정하기 위하여 위의 방법 중에서 한 가지를 선택하거나 다른 방법을 사용하며, 이러한 설정을 명령할 수 있는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치
10. 장치가 사용되어 수 개월이나 수 년이 지나 장치의 위치나 자세가 서서히 변화되어 초기의 설정된 기본 데이터가 아닌 차이가 나는 데이터가 출력되거나, 운용 중에 다른 요인으로 변형되었거나, 특별히 기본 데이터를 새로이 설정할 목적으로 일정한 시간을 정하여

    연속적으로 센서 출력 데이터를 각각 저장하고, 저장된 데이터의 평균값을 기본 데이터로 설정하거나,

    저장된 데이터 중에서 평균값에서 상이하게 차이 나는 특정한 데이터들이 있을 경우 이들을 제외하여 제외되고 남은 데이터들로 평균값을 다시 구하여 기본 데이터로 설정하거나,

    출력 데이터들을 저장하지 않고 매 출력될 마다 출력의 이전 평균값과 이 평균을 구하기 위해 출력한 횟수를 토대로 당장 출력되는 크기를 포함하여 새로운 평균값으로 갱신하여 정해진 일정시간 후의 평균값을 기본 데이터로 설정하거나,

    안정 상태의 센서 출력의 새로운 기본 데이터를 설정하기 위하여 위의 방법 중에서 한 가지를 선택하거나 다른 방법을 사용하며, 이러한 설정을 명령할 수 있는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치

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