KR20110069347A - 진동 흡수 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동 흡수 시스템에 관한 것으로, 진동을 감지하고자 하는 대상 물체에 부착되어 상기 대상 물체의 미세 진동을 감지하는 진동 감지 센서; 상기 진동 감지 센서의 출력 신호를 입력받아 노이즈를 제거하고 유효한 주파수에 대한 상쇄 주파수를 생성하는 제어 장치; 및 상기 제어 장치에 의해 생성된 상쇄 주파수에 따라 진동을 발생시키는 진동 생성 장치를 포함하여 구성된다.

진동 흡수, 진동 상쇄, 가속도 센서, 진동 주파수, 상쇄 주파수

Description

진동 흡수 시스템 {VIBRATION ABSORBING SYSTEM}

본 발명은 진동 흡수 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진동 감지 센서를 통해 외부 진동을 측정한 신호에서 노이즈를 제거하고 유효한 주파수에 대한 상쇄 주파수를 생성한 후, 상쇄 주파수에 따라 내부 진동을 발생시킴으로써 외부 진동과 내부 진동이 서로 상쇄되도록 하여 미세 진동을 흡수하는 진동 흡수 시스템에 관한 것이다.

기차, 자동차, 비행기 등과 같은 이동 수단의 운행시 10Hz 내지 100Hz 정도의 미세 진동이 발생하며 이로 인해 탑승자는 불편함을 느끼게 된다. 기존에도 스프링 장치 등을 이용하여 차량의 진동을 흡수하기 위한 장치가 있었으나, 종래의 진동 흡수 장치는 미세 진동에 대해서는 전혀 고려하지 않았다.

따라서, 이동 수단 등과 같이 미세 진동이 발생 가능한 환경에서 미세 진동을 흡수하여 보다 편안한 환경을 제공하기 위한 기술이 필요한 실정이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 진동 감지 센서를 통해 외부 진동을 측정한 신호에서 노이즈를 제거하고 유효한 주파수에 대한 상쇄 주파수를 생성한 후, 상쇄 주파수에 따라 내부 진동을 발생시킴으로써 외부 진동과 내부 진동이 서로 상쇄되도록 하여 미세 진동을 흡수하는 진동 흡수 시스템을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 진동 흡수 시스템은, 진동을 감지하고자 하는 대상 물체에 부착되어 상기 대상 물체의 미세 진동을 감지하는 진동 감지 센서; 상기 진동 감지 센서의 출력 신호를 입력받아 노이즈를 제거하고 유효한 주파수에 대한 상쇄 주파수를 생성하는 제어 장치; 및 상기 제어 장치에 의해 생성된 상쇄 주파수에 따라 진동을 발생시키는 진동 생성 장치를 포함한다.

상기 진동 감지 센서는 3차원 가속도 센서로 구현되어 상기 미세 진동에 따른 가속도를 측정하여 가속도 값을 출력한다.

이 경우, 상기 제어 장치는 상기 진동 감지 센서의 출력 신호를 주파수 영역의 신호로 변환한 후 20KHz 이상의 고주파를 제거하고 유효한 주파수에 대한 상쇄 주파수를 생성한다.

특히, 상기 제어 장치는 상기 진동 감지 센서의 출력 신호를 임의의 시간 단위로 분리한 후 분리된 신호에 대해 이산 푸리에 변환을 수행하고, 변환된 복수의 항 중 크기가 큰 순서로 임의의 개수의 항에 대해 부호를 바꾼 후 역 이산 푸리에 변환을 수행하여 상쇄 주파수를 생성하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 진동 생성 장치는, 상기 상쇄 주파수에 따라 동작하는 모터; 상기 모터에 연결되어 상기 모터의 동작에 따라 회전하는 캠; 및 상기 캠의 상부에 위치하여 상기 캠의 회전에 따라 진동을 발생시키는 스프링부를 포함한다.

한편, 상기 대상 물체는 이동 수단의 의자 또는 침대일 수 있다.

이 경우, 상기 진동 감지 센서와 상기 진동 생성 장치는 상기 의자의 다리에 부착되고, 상기 제어장치는 상기 의자의 내부 또는 외부에 상기 진동 감지 센서 및 상기 진동 생성 장치와 이격되어 위치할 수 있다. 이 때, 상기 진동 감지 센서와 상기 제어장치 사이, 상기 제어장치와 상기 진동 생성 장치 사이는 근거리 무선 통신 기술에 의해 신호를 송수신한다.

또한, 상기 진동 감지 센서 및 상기 진동 생성 장치가 복수개 구비되어 상기 의자의 각 다리마다 부착되고, 하나의 제어장치를 통해 상기 각 다리에 부착된 복수의 진동 생성 장치를 제어할 수도 있다.

본 발명에 의하면, 외부 환경으로 인한 미세 진동과 진동 생성 장치를 통해 인위적으로 발생시킨 내부 진동이 서로 상쇄될 수 있다. 따라서, 이동 수단 등과 같이 미세 진동이 발생 가능한 환경에서 미세 진동을 흡수하여 이용자에게 보다 편안한 환경을 제공할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명에 의한 진동 흡수 시스템의 구성도로, 진동 흡수 시스템(100)은 진동 감지 센서(10), 제어장치(20) 및 진동 생성 장치(30)를 포함하여 구성된다.

진동 감지 센서(10)는 진동을 감지하고자 하는 대상 물체, 예를 들어 이동 수단의 의자나 침대 등에 설치되어 대상 물체의 미세 진동을 감지하기 위한 것이다. 구체적으로, 진동 감지 센서(10)는 3차원 가속도 센서로 구현되어 미세 진동에 따른 가속도를 측정하여 가속도 값을 출력하도록 구현될 수 있다.

제어장치(20)는 진동 감지 센서(10)의 출력 신호를 입력받아 노이즈를 제거하고 유효한 주파수에 대한 상쇄 주파수를 생성하며, 이를 이용하여 진동 생성 장치(30)를 제어한다.

구체적으로 설명하면, 제어장치(20)가 가속도 센서로 구현된 진동 감지 센서(10)로부터 입력받는 신호는 시간축 상에 존재하는 1차원 진동 함수이다. 제어장치(20)는 입력받은 신호를 주파수 영역의 신호로 변환한 후 유효한 주파수에 대한 상쇄주파수를 구한다.

이때, 주파수 영역 신호로의 변환은 푸리에 변환(Fourier Transform)에 의해 수행될 수 있다. 푸리에 변환은 임의의 신호를 정형파(Sin, Cos)의 합으로 변환하는 것으로, 복합적인 여러 성분을 가진 일반적인 신호를 서로 다른 주파수를 갖는 정현파의 분해합으로 표현하는 것을 말한다.

임의의 원신호(f(t))에 대해서 푸리에 변환이 존재할 조건은

이다. 따라서, 본 발명에서는, 입력받은 신호에서 특정 시간 간격에 대해서만 푸리에 변환을 수행함으로써 푸리에 변환의 조건을 만족시킬 수 있다.

특히, 본 발명에서는 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform; DFT)을 이용하여 디지털화된 진동 흡수 시스템을 구현할 수 있다. 이산 푸리에 변환(1차원)은

의 식으로 표현될 수 있으며, 여기서 u 는 주파수 변수이고,

이다.

이를 위해, 제어장치(20)는 입력받은 신호를 임의의 시간 단위(0.1 sec, 샘플링 주파수)로 분리한 후 분리된 신호에 대해 이산 푸리에 변환을 수행한다. 예를 들어, N=10일 경우, F(0), F(1), F(2), ..., F(9)를 구할 수 있다.

이후, 제어장치(20)는 각 항의 크기를 구하는데, F(u)인 주파수 신호의 크기는 |F(u)| 로 표현되며,

에 의해 계산될 수 있다.

이후, 제어장치(20)는 각 항의 크기가 큰 순서대로 소정 개수의 항(예를 들어, 3항)을 선택하여 그 부호를 바꾸어 준 후, 전체 항에 대하여 역 이산 푸리에 변환을 수행하여 다시 시간 영역의 신호로 변환해 준다. 역 이산 푸리에 변환은 주파수 영역의 신호를 시간 영역의 신호로 변환해 주는 것으로

의 식으로 표현될 수 있다.

제어장치(20)는 위와 같은 과정을 거쳐 생성한 신호를 이용하여 진동 생성 장치(30)를 제어할 수 있다.

이처럼, 본 발명에서 제어장치(20)는 입력받은 진동함수를 주파수 영역으로 변환한 후 고주파의 신호를 제거함으로써, 사람이 느낄 수 있는 저주파의 진동에 대해서만 역 신호를 생성하여 진동을 상쇄시키도록 한다. 이때, 입력받은 신호를 분리하는 것은 실험 결과에 따라 적절하게 결정되어야 하나, 약 20KHz 이상의 고주파는 제거되도록 하는 것이 바람직하다.

진동 생성 장치(30)는 제어장치(20)의 제어에 따라 미세 진동을 상쇄시키기 위한 진동을 발생시킨다.

도 2는 본 발명에 의한 진동 흡수 시스템을 의자에 장착한 일 실시예를 도시하는 모식도이다. 도 2는 본 발명에 의한 진동 흡수 시스템이 의자(200)에 적용된 경우를 도시하나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 침대 등과 같이 미세 진동이 발생 가능한 다양한 환경에 적용될 수 있다.

도 2를 참조하면, 진동 감지 센서(10)와 진동 생성 장치(30)는 의자(200)의 다리에 부착되고 제어장치(20)는 의자(200)의 내부 또는 외부에 이격되어 위치한다. 이 경우, 진동 감지 센서(10)와 제어장치(20) 사이, 그리고 제어장치(20)와 진동 생성 장치(30) 사이는 근거리 무선 통신 기술에 의해 신호를 송수신 하도록 구현될 수도 있다.

또한, 진동 감지 센서(10)와 진동 생성 장치(30)는 의자의 각 다리마다 하나씩 부착되어 미세 진동 감지 및 흡수 효과를 높일 수 있다. 의자의 각 다리마다 진동 감지 센서(10)와 진동 생성 장치(30)가 부착된 경우, 하나의 제어장치(20)를 통 해 각 다리에 부착된 진동 생성 장치(30)를 제어하도록 구현될 수도 있다.

도 3은 도 1에 도시된 진동 생성 장치의 상세 구성도이다.

진동 생성 장치(30)는 제어장치(20)의 제어에 따라 미세 진동을 상쇄시키기 위해 진동을 발생시키는 것으로, 제어장치(20)로부터 수신한 상쇄 주파수에 따라 동작하는 모터(31), 모터(31)에 연결되어 모터(31)의 동작에 따라 회전하는 캠(32), 그리고 캠(32)의 상부에 위치하여 캠(32)의 회전에 따라 진동을 발생시키는 스프링부(33)를 포함하여 구성될 수 있으며, 스프링부(33)는 종래의 서스펜션(미도시) 등으로 대체되어 구현될 수도 있다. 이와 같이 발생된 진동은 진동 생성 장치(30)가 부착된 의자나 침대 등으로 전달되어 미세 진동을 상쇄시킨다.

도 4는 본 발명에 의한 진동 흡수 시스템에서의 진동의 흐름을 도시하는 개념도이다.

본 발명에 의한 진동 흡수 시스템의 초기 구동시, 진동 감시 센서는 외부 환경에 의해 발생된 미세 진동(이하, '외부 진동'이라 함)만을 감지한다.

진동 감지 센서는 외부 진동에 따른 가속도 값을 출력하여 제어 장치가 진동 주파수를 계산할 수 있도록 한다.

제어 장치는 가속도 값으로부터 진동 주파수를 계산하고 이에 대한 상쇄 주파수를 생성하게 된다.

진동 생성 장치는 상쇄 주파수에 따라 진동을 발생시키는데, 이를 내부 진동 이라 한다.

이후, 진동 감지 센서는 외부 진동과 내부 진동을 모두 감지하게 된다. 즉, 진동 감지 센서는 외부 진동과 내부 진동이 합해진 진동을 감지하여 가속도 값을 출력한다. 이에 따라 제어장치는 다시 진동 주파수를 계산하고 이에 대한 상쇄 주파수를 생성한다. 진동 생성 장치는 새롭게 계산된 상쇄 주파수에 따라 내부 진동을 발생시킨다.

이와 같은 과정을 반복 수행함에 따라, 외부 진동과 내부 진동의 합이 0으로 수렴하게 되어 결국 외부 환경에 의해 발생되는 미세 진동이 사라지게 된다.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 진동 흡수 시스템의 구성도,

도 2는 본 발명에 의한 진동 흡수 시스템을 의자에 장착한 일 실시예를 도시하는 모식도,

도 3은 도 1에 도시된 진동 생성 장치의 상세 구성도, 그리고

도 4는 본 발명에 의한 진동 흡수 시스템에서의 진동의 흐름을 도시하는 개념도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100: 진동 흡수 시스템 10: 진동 감지 센서

20: 제어장치 30: 진동 생성 장치

Claims (9)

1. 진동을 감지하고자 하는 대상 물체에 부착되어 상기 대상 물체의 미세 진동을 감지하는 진동 감지 센서;

   상기 진동 감지 센서의 출력 신호를 입력받아 노이즈를 제거하고 유효한 주파수에 대한 상쇄 주파수를 생성하는 제어 장치; 및

   상기 제어 장치에 의해 생성된 상쇄 주파수에 따라 진동을 발생시키는 진동 생성 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 진동 감지 센서는 3차원 가속도 센서로 구현되어 상기 미세 진동에 따른 가속도를 측정하여 가속도 값을 출력하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제어 장치는 상기 진동 감지 센서의 출력 신호를 주파수 영역의 신호로 변환한 후 20KHz 이상의 고주파를 제거하고 유효한 주파수에 대한 상쇄 주파수를 생성하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제어 장치는 상기 진동 감지 센서의 출력 신호를 임의의 시간 단위로 분리한 후 분리된 신호에 대해 이산 푸리에 변환을 수행하고, 변환된 복수의 항 중 크기가 큰 순서로 임의의 개수의 항에 대해 부호를 바꾼 후 역 이산 푸리에 변환을 수행하여 상쇄 주파수를 생성하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수 시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 진동 생성 장치는,

   상기 상쇄 주파수에 따라 동작하는 모터;

   상기 모터에 연결되어 상기 모터의 동작에 따라 회전하는 캠; 및

   상기 캠의 상부에 위치하여 상기 캠의 회전에 따라 진동을 발생시키는 스프링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 대상 물체는 이동 수단의 의자 또는 침대인 것을 특징으로 하는 진동 흡수 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 진동 감지 센서와 상기 진동 생성 장치는 상기 의자의 다리에 부착되고, 상기 제어장치는 상기 의자의 내부 또는 외부에 상기 진동 감지 센서 및 상기 진동 생성 장치와 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 진동 감지 센서와 상기 제어장치 사이, 상기 제어장치와 상기 진동 생성 장치 사이는 근거리 무선 통신 기술에 의해 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수 시스템.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 진동 감지 센서 및 상기 진동 생성 장치가 복수개 구비되어 상기 의자의 각 다리마다 부착되고, 하나의 제어장치를 통해 상기 각 다리에 부착된 복수의 진동 생성 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 진동 흡수 시스템.

Images