KR20110074523A

KR20110074523A - 이머전시 존재 검출을 위한 시스템, 디바이스 및 방법

Info

Publication number: KR20110074523A
Application number: KR1020117008003A
Authority: KR
Inventors: 빌렘 프랑케 파스페르; 로히르 페테르 안나 델노에이
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2011-06-30
Also published as: EP2324370A1; WO2010029463A1; CN102150061A; JP2012502270A; TW201015099A; US20110163872A1; RU2011113834A

Abstract

검출 디바이스 및 방법은 지정된 영역에 위치되고 트리거 이벤트에 응답하여 영역의 초음파 스윕을 실행하도록 구성된 트랜스듀서 어레이(20)를 포함한다. 트랜스듀서 어레이는 초음파 스윕에 따라 영역에서 생명(16)의 존재를 결정할 수 있다. 전원(21)은 정전시에 트랜스듀서 어레이에 전력을 제공하고 초음파 스윕을 가능하게 하도록 트랜스듀서 어레이에 결합된다. 송신기(23)는 영역에서 생명의 존재의 결정 및 생명의 위치를 이벤트에 응답하는 인원에게 제공하기 위해 초음파 스윕의 결과를 송신하도록 구성된다.

Description

이머전시 존재 검출을 위한 시스템, 디바이스 및 방법{SYSTEM, DEVICE AND METHOD FOR EMERGENCY PRESENCE DETECTION}

본 발명은 존재 검출에 관한 것이고, 특히 일정 영역에 사람들 또는 동물들의 존재를 검출하기 위해 이머전시(emergency) 또는 다른 이벤트 동안 상기 영역을 스캔하도록 구성된 시스템, 방법 및 디바이스에 관한 것이다.

예를 들면, 빌딩에 화재가 났을 때와 같은 이머전시 상황들 동안, 경보가 연기 검출기들에 의해 트리거링(triggering)된다. 그러나, 빌딩의 방들의 사람들의 존재는 추적 또는 검출하기가 어려울 수 있다. 이는 연기 또는 화재의 존재시에 가시성의 결핍에 기인할 수 있고, 사람들이 의식불명일 수 있고/있거나 사람들이 갇혀 있을 수 있다. 화재 상황에서, 소방관들은 빌딩에 진입하고 빌딩에 여전히 존재할 수 있는 사람들을 위해 각 방을 조사해야 한다. 빌딩내의 사람들의 수 및 그들의 위치에 관한 정보가 응답 시간에 작업자들을 구출하는데 이용가능한 경우 유리할 수 있다.

본 발명의 목적은 존재 검출을 제공하는 것이고, 특히 일정 영역에 사람들 또는 동물들의 존재를 검출하기 위해 이머전시 또는 다른 이벤트 동안 상기 영역을 스캔하도록 구성된 시스템, 방법 및 디바이스를 제공하는 것이다.

본 원리들에 따라, 현재의 이머전시 조명 또는 이머전시 전력 시스템에 쉽게 통합될 수 있는 존재 검출 시스템, 디바이스 및 방법이 제공된다. 하나의 실시예에서, 디바이스는 연기 검출기 등에 통합된다. 존재 검출은 방이 연기로 차있을 때조차 사람들(또는 애완 동물들)의 존재를 위해 방을 스캔할 수 있다.

하나의 실시예에서, 할당된 영역을 스캔하고 사람들 또는 애완 동물들이 방과 같은 영역에 있는지를 중앙 스테이션(central station), 저장 메모리 또는 실시간 콘솔 또는 휴대가능한 디바이스에 리포트(report)할 수 있는 트랜스듀서 어레이(transducer array)가 제공된다. 유용한 실시예들에서, 다수의 생명체들 및 그들의 위치들이 제공된다. 이 정보는 특히 소방관들 또는 구조 작업자들이 영역내의 사람 또는 애완 동물 존재에 관한 동시성 정보가 요구되는 이머전시 상황들에 특히 유리하다. 본 원리들은 작업자들을 구조하기 위해 생명들을 구하고 부상을 방지할 수 있는 저 에너지 해결책을 제공한다.

검출 디바이스 및 방법은 영역의 초음파 스윕(ultrasonic sweep)을 실행하도록 구성된 트랜스듀서 어레이를 포함한다. 트랜스듀서 어레이는 지정된 영역에 생명의 존재를 결정할 수 있다. 이머전시 전원은 정전시에 트랜스듀서 어레이에 전력을 제공하도록 트랜스듀서 어레이에 결합된다. 출력 디바이스는 영역에서 생명의 존재 및 생명의 위치의 결정을 이벤트에 응답하는 인원에게 제공하기 위해 초음파 스윕의 결과를 수신하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 검출 디바이스는 이러한 디바이스의 능력들을 개선하기 위해 화재 또는 연기 검출기 디바이스에 제공될 수 있다.

검출 디바이스 및 방법은 지정된 영역에 배치되고 트리거 이벤트에 응답하여 영역에 초음파 스윕을 실행하도록 구성된 트랜스듀서 어레이를 포함한다. 트랜스듀서 어레이는 초음파 스윕에 따라 영역에서 생명의 존재를 결정할 수 있다. 전원은 정전시에 트랜스듀서 어레이에 전력을 제공하고 초음파 스윕을 가능하게 하도록 트랜스듀서 어레이에 결합된다. 송신기는 영역에서 생명의 존재의 결정 및 생명의 위치를 이벤트에 응답하는 인원에게 제공하기 위해 초음파 스윕의 결과를 송신하도록 구성된다.

본 발명의 상기 및 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 이하의 예시적인 실시예들의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이고, 이는 첨부 도면들과 연계하여 판독된다.

본 발명은 이하의 도면들을 참조하여 이하의 양호한 실시예들의 설명을 상세히 제공할 것이다.

도 1은 하나의 예시적인 실시예에 따라 존재 검출을 위한 디바이스/시스템을 도시하는 블록도.
도 2는 생명들이 영역에 존재하는지의 여부를 결정하기 위해 초음파 에너지를 모니터링하기 위한 트랜스듀서 디바이스를 도시하는 도면.
도 3은 하나의 실시예에 따라 트랜스듀서들의 어레이를 도시하는 블록도.
도 4a 및 도 4b는 본 시스템의 하나의 실시예에 따라 압전 재료의 일 측 상에 전극들을 가지는 트랜스듀서를 도시하는 도면들.
도 5는 초음파 파형들을 이용하여 생명체의 존재를 검출하기 위한 시스템/방법을 도시하는 블록/흐름도.

본 발명은 방 또는 빌딩내의 이머전시 상황의 견지에서 존재 검출 시스템, 디바이스 및 방법을 기술한다. 이러한 애플리케이션(application)은 단순히 예시적이고 본 발명은 복수의 애플리케이션들 및 시나리오들에서 활용성을 찾는다는 것을 이해해야 한다. 예를 들면, 존재 검출 시스템은 보트들 또는 배들, 차량들, 광업 동작들 또는 사람들 또는 애완 동물들이 이머전시 상황들에서 발견되도록 요구되는 다른 시나리오들에서 이용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 존재 검출 디바이스는 반도체 칩, 인쇄 회로 보드 또는 다른 기판 상에서 구현된다. 디바이스는 최소량의 전력을 소비하도록 구성되고 두드러짐 없이 쉽게 전개될 수 있다.

특히 유용한 실시예들에서, 빌딩에서 화재가 난 경우와 같이 방에 연기로 차있는 동안 방에서 사람들을 검출할 수 있는 디바이스가 제공된다. 빌딩내의 화재 경보가 연기 검출 센서들에 의해 활성화될 때, 디바이스는 방에 여전히 존재하는 사람들을 스캔하기 위해 방을 통해 초음파 검출 스윕을 활성화 및 실행되도록 트리거링된다. 측정의 결과는 중앙 디스플레이에 통신되고, 도달시에 구조 작업자들은 방 또는 빌딩내에 남아있을 수 있는 사람들 또는 애완 동물들을 쉽게 발견할 수 있다. 통신은 무선으로 또는 유선 링크를 통해 제공될 수 있다.

도면들에서 도시된 다양한 엘리먼트들(elements)의 기능들은 적절한 소프트웨어와 연계하여 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어 뿐만 아니라, 전용 하드웨어의 이용을 통해 제공될 수 있다. 처리기에 의해 제공될 때, 기능들은 단일의 전용 처리기에 의해, 단일의 공유 처리기에 의해, 또는 일부가 공유될 수 있는 복수의 개별 처리기들에 의해 제공될 수 있다. 또한, 용어 "처리기(processor)" 또는 "제어기"의 명시적인 이용은 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어를 배타적으로 지칭하는 것으로 해석되어선 안 되고, 디지털 신호 처리기(digital signal processor; "DSP") 하드웨어, 소프트웨어 저장용 판독-전용 메모리(read-only memory; "ROM"), 랜덤 액세스 메모리(ramdon access memory; "RAM"), 및 비-휘발성 메모리를 제한 없이 잠재적으로 포함할 수 있다. 또한, 여기서 본 발명의 원리들, 양태들, 및 실시예들 및 그 특정예들을 인용하는 모든 언급들은 그 구조적 및 기능적 등가물들을 포함하도록 의도된다. 또한, 이러한 등가물들은 현재 알려진 등가물들 및 앞으로 개발되는 등가물들 양쪽 모두(즉, 구조에 무관하게 동일한 기능을 실행하는 임의의 개발된 엘리먼트들)를 포함하도록 의도된다.

따라서, 예를 들면, 당업자들은 여기에 제공된 블록도들이 예시적인 시스템 성분들 및/또는 본 발명의 원리들을 이용하는 회로의 개념적인 뷰들을 표현한다는 것을 이해할 것이다. 유사하게, 임의의 흐름 차트들, 흐름도들, 상태 천이도들, 의사코드(pseudocode) 등은 컴퓨터 판독가능한 매체들에서 실질적으로 표현될 수 있는 다양한 처리들을 표현하고 및 이에 따라 컴퓨터 또는 처리기가 명시적으로 도시됐던 안됐던 간에 이 매체들은 컴퓨터 또는 처리기에 의해 실행된다는 것을 이해할 것이다. 도면들에 도시된 엘리먼트들은 하드웨어의 다양한 조합들로 구현될 수 있고, 단일의 엘리먼트 또는 다수의 엘리먼트들에서 조합될 수 있는 기능들을 제공한다.

이제, 유사한 번호들은 동일한 또는 유사한 엘리먼트들을 표현하는 도면들을 참조하여, 우선 도 1을 참조하면, 시스템(100)은 방 또는 영역(10)에서 사람들(16) 및 애완 동물들(18)의 이머전시 검출을 제공한다. 영역(10)은 빌딩내의 방, 차량,또는 다른 모니터링되는 영역을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 트랜스듀서 어레이(20)는 이머전시 검출 또는 경보 시스템(14)에 연결된다. 이머전시 검출 시스템(14)은 화재 검출기, 연기 검출기, 일산화탄소 검출기, 강도 경보 또는 임의의 다른 검출 시스템 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이머전시 검출 시스템(14)이 트리거링되면, 트랜스듀서 어레이(20)는 존재할 수 있는 사람들(16) 또는 애완 동물들(18)을 찾기 위해 영역(10)을 스캔하기 시작한다. 또한, 스캔은 간헐적으로 또는 일정하게 실행될 수 있다.

트랜스듀서 어레이(20)는 사람들의 존재를 확인하기 위해 방(10)의 전체 스캔을 실행할 수 있는 박막 초음파 트랜스듀서들의 어레이를 포함한다. 이러한 박막 초음파 트랜스듀서의 예시적인 예는 이하에 기술될 것이다. 초음파 해결책은 방이 연기로 완전히 차있을 때 특히 유용하다. 신뢰할 수 있는 전원이 트랜스듀서(20)에 전력을 공급하기 위해 필요로 된다. 하나의 실시예에서, 전력은 이머전시 전력 또는 조명 시스템(12)에 의해 제공된다. 트랜스듀서 어레이(20)는 이용가능한 이머전시 하드웨어에 통합될 수 있는데, 이는 매우 작은 크기 및 저 전력 소비로 인해 가능하다. 하나의 실시예에서, 트랜스듀서 어레이(20)는 그 자신의 배터리 또는 백-업 에너지 시스템(21)을 포함하여 정규적인 전력 그리드가 고장이 났을 때 또는 고장이 난 경우 기능을 보장한다.

트랜스듀서 어레이(20)는 경보 시스템(14)에 결합되기 때문에, 트랜스듀서(20)는 모니터링 스테이션(22)을 이용하여 원격으로 모니터링될 수 있다. 모니터링 스테이션(22)은 많은 경보 또는 이머전시 시스템들에서 이용되는 중앙 스테이션 모니터링 서비스(또는 예를 들면, 소방서 등과 같은 다른 스테이션)를 포함할 수 있다. 모니터링 스테이션(22)은 액티비티들(activities) 또는 이벤트들의 기록을 생성하고 빌딩의 하나 이상의 영역들의 트랜스듀서 스캔들로부터 결과들 및 데이터를 저장하기 위한 메모리 저장장치(26)를 포함할 수 있다. 모니터링 스테이션(22)은 무선으로 또는 유선 연결을 통해 통신할 수 있다.

하나의 실시예에서, 휴대가능한 디바이스(30)가 이용될 수 있다. 휴대가능한 디바이스들(30)은 사람들 또는 애완 동물들이 빌딩 내부에 남아있는지의 여부에 관한 표시를 이머전시 인원들에게 제공하기 위해 트랜스듀서(20) 또는 경보 시스템(14) 출력 신호들에 동조될 수 있다. 이는 이머전시 인원들에 의해 액세스가능한 특별 신호 채널(34)을 이용함으로써 구현될 수 있다. 디바이스들(30)은 예를 들면, 휴대 전화 또는 GPS 디바이스의 크기 및 형상을 갖고 위치 정보 또는 GPS 맵이 디스플레이될 수 있는 비디오 디스플레이를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 무선 통신들을 가능하게 하기 위해, 트랜스듀서(23)는 휴대가능한 디바이스(30) 및/또는 중앙 스테이션(22) 간의 라디오 주파수(RF) 통신들을 허용하도록 이용될 수 있다.

소프트웨어 프로그램들은 이머전시 인원들이 빌딩 위치에서 트랜스듀서들의 스캔 결과들을 액세스하는데 적절한 인터페이스를 제공하기 위해 기록될 수 있다. 하나의 예에서, 소방관은 해당 주소지에 진입하거나 주어진 위치에서 경보 또는 보안 시스템(14)과의 상호-참조를 위한 GPS 데이터를 이용할 수 있다. 이는 주어진 위치에서 존재 검출에 관한 정보를 전송하고 있는 통신 채널을 찾기 위해 룩-업 테이블(look-up table)을 상호-참조하는 것을 포함할 수 있다. 디바이스(30)의 이용에서, 보안 프로토콜들은 소방관들이 빌딩내의 사람들의 존재 및 위치를 결정하도록 스캔의 결과들에 액세스하는 것을 허용할 수 있다. 또한, 빌딩 평면도는 디바이스(30)(또는 스테이션(22))의 이용을 통해 이용가능하게 될 수 있다. 이러한 방식으로, 이머전시 인원들은 사람이 빌딩내에 위치할 수 있는 장소에 관한 상세한 매핑을 가질 수 있고, 진입 및 탈출 경로를 결정할 수 있다.

하나의 실시예에서, 트랜스듀서 어레이(20)는 사람이 존재할 때 경보 트리거링된 스캔에 의해 검출된 것으로서 독특한 사운드 경보를 트리거링할 수 있다. 독특한 사운드 경보는 이런 유형의 애플리케이션과 연관되어, 구조 작업자들이 청취가능한 경보를 듣고 반응할 수 있는 것이 바람직하다. 청취가능한 경보는 구조 작업자들을 음향 정보 하나만에 기초하여 사람의 위치로 이끌 수 있다.

트랜스듀서(20)는 방(10)의 복수의 방향들로 지향된 또는 형상화될 수 있는 초음파 트랜스듀서들의 어레이를 포함하는 것이 바람직하다. 초음파 파형들(11)은 전-방향이고 벽들, 바닥 등에 반사하여 생명체들(16, 18) 및 트랜스듀서(20) 사이의 직선의 시야가 필요로 되지 않는다. 초음파 파형들은 방(10)에서 밀도 변화들(상이한 밀도들의 영역들)을 결정할 수 있고 영상들 및 데이터의 시퀀스를 비교함으로써 이러한 상이한 밀도의 영역들이 움직이는지의 여부를 결정(움직임 감지)할 수 있다. 초음파 기술은 다른 애플리케이션 분야들에서 알려져 있다.

일 예시적인 시나리오에서, 빌딩내의 화재는 화재 경보를 트리거링한다. 화재 경보는 영역(10)의 스캔을 시작하도록 트랜스듀서 어레이(20)를 트리거링한다. 사람(16) 또는 애완 동물(18)은 영역(10)에 갇혀있거나 의식불명일 수 있다. 스캔은 사람(16) 또는 애완 동물(18)을 검출하기 위해 연기와 같은, 임의의 가시적인 방해물을 통과하도록 초음파 파형들을 이용한다. 스캔이 사람 또는 애완 동물을 발견하는 경우, 트랜스듀서(20)는 모니터링 스테이션(22)의 하나 이상에 시그널링함으로써 휴대가능한 디바이스 또는 디바이스들(30)에 반응하고/반응하거나 청취가능한 경보가 울린다. 그렇지 않으면, 스캔 정보는 단순히 저장될 수 있다(예를 들면, 원격 메모리(26)에)

도 2를 참조하면, 트랜스듀서 어레이(20)는 초음파 파형을 생성하고 수신된 존재 검출 신호들을 처리할 수 있는 마이크로제어기에 연결되는 박막 초음파 트랜스듀서들의 어레이(202)를 가지는 디바이스(200)를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 박막 초음파 트랜스듀서 어레이(202)는 예를 들면, 수백 마이크로미터들의 엘리먼트 피치를 갖고 총 디바이스 크기가 약 10 x 10 mm인 약 10-20 엘리먼트들(트랜스듀서들)을 포함할 수 있다. 여기서 주어진 크기 및 치수들은 예시적인 목적을 위한 것이고, 제한으로서 해석되선 안 된다. 디바이스(200)의 크기는 가정에서 이용되는 현재 표준 디바이스들인 연기 검출기들을 포함하는 임의의 경보 시스템에서 전개를 쉽게 한다. 트랜스듀서 어레이의 크기 및 치수들은 외형 및 에너지 효율면에서 두드러지지 않는 것이 바람직하다.

디바이스(200)가 트랜스듀서 어레이(202)를 갖기 때문에, 디바이스(200)는 스윕 또는 스캔을 실행할 수 있다. 또한, 원형이 되는 디바이스(200)는 놀랍게 적는 전력 소비로 대기에서의 송신 효율을 보여준다. 하나의 예시적인 실시예에서, 말하자면 5 볼트 피크-피크 전력 레벨에서, 몇 밀리와트들로 약 2.5 미터들을 커버(cover)하는 것이 가능하다. 이는 추가로 최적화될 수 있지만, 예시적은 목적을 위해 기술되었다.

유리하게는, 초음파 디바이스(200)는 이머전시 조명을 위해 이미 존재하는 전원에 연결될 수 있다(통상적으로 이머전시 애플리케이션들에 대한 엄격한 요건들에 순응함). 이 전원의 이용은 초음파 트랜스듀서 어레이(202)의 저 전력 소비로 인해 어떤 이슈도 제공하지 않을 것이다. 디바이스(200)는 조명 하드웨어에 통합될 수 있거나 안전한 방식으로 하드웨어에 연결될 수 있다. 이러한 통합 또는 연결은 디바이스(200)의 작고 평탄한 특성들로 인해 단순하게 된다.

예시적인 실시예들에 따라, 예를 들면, 대기에서 뿐만 아니라, 유체 및 고체의 실시간 이미징(imaging)을 위해 이용될 수 있는 트랜스듀서 및/또는 트랜스듀서들의 어레이가 제공된다. 트랜스듀서들은 도플러 효과들을 이용함으로써 예를 들면, 부동 및 생기없는 및 생기있는 오브젝트(object)(들)를(을) 포함하는 오브젝트(들)의 존재 및/또는 움직임 검출, 및 속도, 움직임 방향, 위치, 및/또는 오브젝트(들)의 수와 같은 다양한 파라미터들(parameters)의 결정을 위해 이용된다. 하나의 실시예에서, 트랜스듀서는 전면 기판 위에 형성된 막(membrane)을 포함하는 박막이다. 압전 층은 활성 부의 막 위에 형성되고, 주변부들은 활성 부에 인접한다. 원하는 경우, 압전 층은 패터닝(patterning)될 수 있다. 제 1 및 제 2 전극들을 포함하는 패터닝된 도전 층은 압전 층 위에 형성된다. 또한, 활성 부에 인접한 주변부들에 위치한 지지부들을 갖는 배면 기판 구조가 제공된다. 지지물의 높이는 패터닝된 압전 층 및 패터닝된 도전 층의 조합된 높이보다 크다. 다수의 트랜스듀서들이 어레이를 형성하기 위해 연결될 수 있고, 여기서 제어기는 어레이 빔의 조절과 같은 어레이의 제어, 및 존재 또는 움직임 검출 및/또는 이미징을 위해 어레이에 의해 수신된 신호들을 처리하기 위해 제공될 수 있다.

다양한 센서들은 임의의 원하는 형상으로 형성될 수 있는 플렉서블 센서들(flexible sensors)을 형성하기 위해 플렉서블 포일들(flexible foils) 상에 제공될 수 있다. 또한, 상이한 유형들의 센서들 또는 검출기들이 초음파 및/또는 적외선 신호들을 검출하기 위해 조합된 초음파 및 초전기 검출기들을 포함하는 멀티-센서와 같은, 단일의 멀티-센서내로 조합 또는 통합될 수 있다. 센서들은 움직임 또는 존재 검출 뿐만 아니라, 이미징(초음파 및/또는 적외선(IR) 이미징)와 같은 다양한 애플리케이션들에 이용될 수 있으며, 여기서 초음파 센서(들)는(은) 초음파 및/또는 IR 신호들의 송신 및/또는 수신을 포함하는 동작을 위해 직선의 시야를 필요로 하는 IR 센서(들)와(과) 대조적으로, 동작을 위해 직선의 시야를 필요로 하지 않는다.

도 3을 참조하여, 일 예시적인 실시예에서, 박막 압전 트랜스듀서 어레이들은 존재 및/또는 움직임 검출 들을 위해 이용되고, 여기서 도 3은 박막 압전 트랜스듀서 엘리먼트들(310)의 어레이(300)를 도시한다. 어레이(300) 및/또는 각 엘리먼트(310)는 임의의 크기 및 형상을 가질 수 있다. 엘리먼트들(310)의 피치(320)는 애플리케이션에 기초하여 선택된다. 움직임 검출기들에 있어서, 대기에서 저 감쇄를 달성하기 위해, 어레이들은 예를 들면, 50 내지 450KHz의 주파수들에서 동작하도록 설계된다. 이 저 주파수들에서 동작하기 위해, 엘리먼트 피치들(320)은 대략적으로 수백 마이크로미터 내지 수천 마이크로미터(예를 들면, 피치는 약 200 마이크로미터 및 약 4000 마이크로미터 사이가 될 수 있음)이다. 피치(320)는 엘리먼트의 폭(330) + 인접한 엘리먼트로부터 하나의 엘리먼트를 분리하는 간극(340)이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 어레이는 이를 테면, 전자장치가 초음파 빔을 조절하는 것을 가능하게 하여 보다 넓은 커버리지 및 사각 지역의 감소 또는 제거하게 하도록 어레이의 제어 및 어레이(300)로부터 수신된 정보의 처리를 위해 미국 특허 번호 6,549,487(Gualtieri)에 기술된 바와 같이 위상 시프터들, 지연 탭들, 변환기들 등과 같은 연관된 전자 장치들을 갖는 제어기 또는 처리기에 연결될 수 있다. 또한, 메모리(360)는 처리기(350)에 의해 실행될 때, 어레이 시스템의 제어 및 동작을 위해 다양한 데이터, 애플리케이션 프로그램들 및 소프트웨어 명령들 또는 코드들을 저장하기 위해 처리기(350)에 동작가능하게 결합될 수 있다. 처리기(350) 및 메모리(360)는 트랜스듀서 어레이에 또는 그 근처에 위치될 수 있거나, 트랜스듀서 어레이와 원격으로 위치될 수 있다.

이러한 트랜스듀서의 어레이(300)는 화재 경보 또는 다른 이머전시 동안 이용될 수 있고, 어레이(300)는 방 또는 영역에 사람들(애완 동물들)이 존재하는지의 여부를 검출하기 위해 스윕을 실행하도록 트리거링된다(항상 켜져있을 수 있음). 원칙적으로, 어레이(300)는 어레이(300)에 의해 생성 및 검출된 초음파 파형들에 기초하여 사람들이 여전히 이동중인지 또는 그들이 정적이 되었는지의 여부를 알 수 있다. 측정의 결과는 "이 방에 여전히 사람이 존재한다"라는 것이 쉽게 가시화될 수 있는 중앙 보드 또는 스테이션(도 1 참조)에 전달될 것이다. 이 통신은 무선 인터페이스 또는 유선 통신선을 통할 수 있다. 무선 애플리케이션에 있어서, 트랜시버 또는 적어도 송신기(345)가 이용된다. 송신기(345)는 처리기(350)를 통해 트랜스듀서 어레이(300)로부터 트랜스듀서 정보를 수신하고, 정보를 수신기 디바이스들(예를 들면, 도 1의 중앙 스테이션(22) 또는 휴대가능한 디바이스들(30))에 송신한다.

처리기 또는 마이크로제어기(350)는 예를 들면, Zigbee 표준에 순응하는 트랜시버(345)에 신호 처리를 제공하지만, 임의의 다른 프로토콜이 이용될 수 있다. 트랜시버(345)는 필요로 되는 콘텐트(content)를 갖는 메시지를 전송하도록 수면 상태 또는 스탠바이로부터 깨어나도록 트리거링된다. 처리기(350), 트랜스듀서 어레이(300), 및 트랜시버(345)는 가능한 낮은 전력 소비를 갖는 것이 바람직하고, 이에 따라 저 전력 성분들이 이용되는 것이 바람직하다.

정보는 소방대가 빌딩에 도달했을 때 매우 유익할 것이다. 유리하게는, 하나의 실시예에서, 초음파 트랜스듀서 어레이(300)는 연기 검출기, 일산화탄소 검출기, 강도 경보기 등에 직접 통합될 수 있어서 통합된 해결책을 제공한다. 특히 유용한 실시예들에서, 센서 디바이스는 빌딩의 방에 여전히 사람들이 존재하는지에 관한 정보를 갖도록 이머전시 조명 시스템에 부가된다. 또 다른 애플리케이션에서, 초음파 트랜스듀서들은 가정 환경의 검출기/센서에 장착될 수 있다.

이러한 박막 초음파 트랜스듀서가 어떻게 형성되는지에 관한 하나의 예로서, 도 4a에 도시된 바와 같은 센서(400)가 제공되고, 여기서 전극들(430, 440 및 430' 440')이 압전 박막의 동일 측 상에서 처리되고, 엘리먼트들은 트랜스듀서의 평면과 동일한 폴링 방향(poling direction)에서 동작한다. 특히, 서로 맞물릴 수 있는 전극들(430, 440 및 430', 440')의 쌍 간의 인-플레인 전계(in-plane electric field)는 차후에 막의 휨 발진(flexural oscillation)을 야기하는 압전 박막의 평면에서 길이방향 응력 발진(longitudinal stress oscillation)을 초래한다. 전극들(430, 440) 사이의 감소한 공간은 저 전압들에서 동작을 허용한다. 이하의 설명에서 '양의' 및 '음의' 전압들은 압전 재료의 전계가 폴링 방향에 평행 또는 반평행(anti-parallel)이라는 것을 각각 표시하기 위해 이용된다.

센서(400)는 막(410)의 이동을 허용하기 위해 센서(400)의 형성 이후에 제거되는 기판 상에 형성된다. 막 아래의 기판의 제거 이외에(벌크 마이크로-머시닝(bulk micro-machining)), 희생 층이 가해질 수 있고, 기판 상의 희생 층은 막 아래에서 처리된다. 이 희생 층은 이동가능한 막을 실현하기 위해 멀리 에칭된다.

압전 재료(420, 420')는 예를 들면, 성능을 증가시키기를 원하는 경우 패터닝될 수 있는 막(410) 상에 형성된다. 또한, 전극들(430, 440, 430', 440')의 쌍은 패터닝된 압전 재료의 각 압전 영역들(420, 420') 위에 형성된다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 양의 전압이 내부 에지 전극(440, 440')에 인가되고, 음의 전압이 외부 에지 전극(430, 430')(대안적으로, 접지될 수 있음)에 인가될 때, 압전 층들의 연장(450)은 도 4b에 도시된 바와 같이 막 스택의 하향 구부림(460)을 초래한다. 전극들 쌍(430, 440 및 430', 440')에 인가된 전압들의 극성의 반전은 막 스택을 상향으로 구부린다. 압전 층들에 인가된 전압 펄스들 또는 임의의 교류(AC) 신호들은 검출을 위해 오브젝트들로부터 반사될 수 있는 초음파 파형들을 생성한다.

막 트랜스듀서의 동작 원리가 도 4b에 도시되고, 여기서 근본적인 구부림 모드가 도시된다. 막의 변위(404)는 섹션들(401, 401' 및 402)의 구부림을 초래한다. 섹션들(403)은 거의 자연스럽게 남아있다. 압전 발동이 하나의 또는 몇 개의 굴곡 섹션들(401, 401', 또는 402)을 구부리는데 이용된다.

원하는 경우, 예를 들면, 압전 재료의 상부 측 상에서와 같이 한 측 대신에, 전극들의 쌍은 압전 재료를 사이에 끼우도록 양 측들 상일 수 있다. 이 경우, 전압은 상 및 하부 전극 쌍들 양단에 제공된다.

압전 박막 트랜스듀서들의 기본 모듈은 도 4a의 참조 번호(410)에 의해 각각 도시된 바와 같이, 박막의 막들의 적층이다. 예시적으로, 막(410)은 질화 규소, 산화 규소, 또는 질화 규소 및 산화 규소의 조합들로부터 형성된다. 막(410)은 예를 들면, 저 압력 기상 화학 침착(CVD) 처리에서 침착될 수 있다. 막들(401)의 상부에서, 예를 들면, 산화 티타늄, 산화 지르코늄 또는 산화 알루미늄의 박막 배리어 층이 필요하면 인가될 수 있다.

막 층(410)의 상부(또는 존재시에 배리어 층의 상부)에서, 압전 박막이 형성, 처리 및 패터닝(필요시에)되어 압전 영역들(420, 420')을 형성한다. 예시적으로 압전 박막은 예를 들면, La로 도핑된 또는 도핑되지 않은 지르코늄티탄산납(lead titanate zirconate)일 수 있지만, 임의의 다른 압전 재료가 이용될 수도 있다. 압전 층(420)은 연속적이거나 발동 섹션(도 4b의 402)과 정합하도록 패터닝될 수 있다. 복수의 트랜스듀서 엘리먼트들은 엘리먼트들의 피치가 엘리먼트의 폭만큼 작은(도 3의 참조 부호(330)에 도시된 바와 같이) 1 또는 2차원 어레이로 배열될 수 있다.

도 3과 연계하여 기술된 바와 같이, 복수의 엘리먼트들(310)은 하나의 엘리먼트로부터 동일한 및/또는 상이한 크기 및/또는 형상의 엘리먼트들의 수십 내지 수백 또는 심지어 수천에 이를 수 있는 어레이(300)로 제공될 수 있다. 예를 들면, 50 내지 450KHz의 주파수들에서 디바이스를 동작시키기 위해, 엘리먼트들은 약 수백 마이크로미터 내지 수천 마이크로미터의 피치들을 갖고 설계된다. 예를 들면, 원형 형상의 막들 또는 엘리먼트들 및 임의의 형상의 어레이와 같이 상기 저 주파수들에서 트랜스듀서의 효율적인 동작을 가능하게 하는 임의의 다른 설계들이 또한 가능하다는 것을 이해해야 한다.

피치(320)는 약 200 마이크로미터 및 약 4000 마이크로미터 사이가 바람직하다. 저 전압들에서 동작을 가능하게 하고, 대략 50 내지 450KHz의 범위의 디바이스들의 원하는 공진 주파수들을 달성하기 위해, 트랜스듀서 엘리먼트는 400 내지 1500㎛의 피치를 가질 수 있고, 이는 서로 맞물린 전극들이 압전 층(420)의 일 측 상에만 형성되는 도 4와 연계된 설계이다.

트랜스듀서 엘리먼트들의 어레이(도 3의 300)는 스캔 및 빔 조절을 위해 형성 및 구성될 수 있는데, 여기서 예를 들면, 400 내지 800㎛의 피치(320)(도 3)를 갖는 엘리먼트들이 병렬로 연결될 수 있다.

전압 신호는 서로 맞물린 전극들(430, 440(430', 440'))에 인가되어 인접한 전극들 상에 상이한 부호(또는 극성) 전압들을 제공하고, 이에 따라 전극들(430, 440) 사이에서 인-플레인 전계를 생성하고, 이에 따라 압전 층(420)을 압전 층(420)의 평면에서 길이방향 발진으로 여기한다. 압전 엘리먼트의 길이의 변화는 막(410)을 발진으로 여기한다. 기계적인 파형(초음파)은 전기적인 신호로 변환하는 역 처리 또한 트랜스듀서들에 의해 실행된다. 이러한 방식으로 초음파 파형들은 어레이(300)의 트랜스듀서들에 의해 생성 및 수신될 수 있다.

여기의 설명을 고려하여 당업자에 의해 인지되는 바와 같은 다양한 변형들이 제공될 수 있다. 예를 들면, 발동 전극들은 막의 중앙 또는 에지들에서 단일의 플레이트 커패시터(plate capacitor)를 형성할 수 있다. 대안적으로, 단일의 플레이트 커패시터는 구동 회로의 동작 전압과 정합하도록 직렬 구성으로 연결될 수 있는 보다 작은 영역들로 분할될 수 있다. 위의 트랜스듀서들, 센서들, 및 시스템들 각각은 추가의 시스템들과 함께 활용될 수 있다. 압전 마이크로-머신 초음파 트랜스듀서들 외에, 용량성의 마이크로-머신 초음파 트랜스듀서들 또한 이용될 수 있다. 일정한 애플리케이션에서, 트랜스듀서 어레이들의 상이한 형성들이 바람직하다. 예를 들면, 반도체 재료의 캐리어 기판들의 석판들 상에 형성된 용량성의 막 초음파 트랜스듀서가 이용될 수 있다. 기판의 2개의 석판들은 분리되거나, 구부림을 허용하는 보다 얇은 기판 브리지에 의해 연결된다. 분리된 또는 얇게 연결된 석판들은 굴곡면을 따라 위치되어 굴곡 어레이를 발생시킬 수 있다. 석판들은 굴곡의 정도를 지탱하는데 충분한 플렉서블한 도전성 상호연결에 의해 연결된다. 예를 들면, 도 3에 도시된 어레이(300)는 적어도 하나의 전방향성 움직임 및 존재 검출기로서 구성된 적어도 하나의 박막 플렉서블 초음파 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 플렉서블 초음파 트랜스듀서(들) 대신 또는 그 외에, 적어도 하나의 박막 플렉서블 초전기 센서(또는 다른 센서)가 또한 제공될 수 있다. 플렉서블 초음파 및 초전기 센서들의 조합은 두 유형들의 센서들, 즉 초전기 및 초음파 센서들을 이용하여 더 적은 잘못된 오프(off)들 또는 잘못된 경보들을 제공하고, 초전기 센서(들)는(은) 예를 들면, 적외선(IR) 신호들(IR 신호 검출을 위해 일직선의 현장을 필요로 하는 단점을 가짐)을 이용하여 온도 변화의 검출에 기초하고, 초음파 센서(들)는(은) 배리어들 주위의 초음파 신호들을 검출하고 직선의 시야를 필요로 하지 않는다.

초음파 및/또는 초전기 트랜스듀서들의 어레이의 유연성은 다양한 형상들의 어레이들의 실현을 가능하게 한다. 이러한 플렉서블 트랜스듀서 어레이들은 예를 들면, 천장위의 콘(cone) 형상과 같은 임의의 원하는 형상으로 형성 및 장착될 수 있다. 이는 초음파 및/또는 IR 신호들의 전방향성 송신 및 검출을 가능하게 한다.

예를 들면, 세라믹 압전 엘리먼트들, 및/또는 박막 트랜스듀서들과 같은 트랜스듀서의 임의의 유형의 트랜스듀서들의 플렉서블 어레이를 포함하는 실시예들이 실현될 수 있다. 초음파 및 초전기 트랜스듀서들은 유사한 처리들을 이용하여 박막으로서 형성될 수 있고, 서로 동시에 또는 일치하여 형성될 수 있다. 압전 재료는 초음파 및 IR 신호들의 생성/송신 및 수신/검출 양쪽 모두를 위해 이용될 수 있다. 상이한 압전 및 초전기 재료들이 또한 이용될 수 있다.

도 5를 참조하여, 이머전시 조건들에서 생명의 존재를 검출하기 위한 방법이 예시적으로 도시된다. 블록(502)에서, 경보 조건은 모니터링된 영역에서 검출된다. 블록(506)에서, 초음파 트랜스듀서 어레이가 트리거링되어 적어도 모니터링된 영역을 스캔하여 경보 조건에 따라 생명을 포함하는 것으로서 적어도 모니터링된 영역의 상태를 결정한다. 트랜스듀서는 약 50KHz 및 약 450KHz 사이의 주파수들에서 동작하는 것이 바람직하고 지정된 영역을 스캔한다. 트리거링 이벤트는 수동 트리거, 온도 트리거, 연기 트리거 또는 임의의 다른 트리거링 메커니즘일 수 있다. 트리거는 원격으로 또는 트랜스듀서 어레이가 위치한 디바이스(예를 들면, 연기 검출기)에 의해 개시될 수 있다.

블록(510)에서, 모니터링된 영역이 생명을 포함한다는 상태 및 생명들의 위치가 인원들 예를 들면, 경보 조건에 응답하는 구조 작업자들에게 리포트된다. 상태는 빌딩내에 남아있는 생명의 존재 및 위치를 응답하는 인원에게 경보하도록 휴대가능한 디바이스 상에 리포트될 수 있다. 리포팅은 스캔의 결과들을 수집하도록 구성된 중앙 스테이션으로의 리포팅을 포함할 수 있다. 상태는 모니터링된 영역에 이머전시 인원들이 도달하면 이들에게 리포트될 수 있다. 결과들은 블록(512)에서 매핑되어, 이들이 잠재적인 희생자들을 발견하는데 이용될 수 있다. 획득된 정보는 트랜스듀서 어레이의 영역에서 생명들이 장소에 관한 정확한 정보를 제공하기 위해 이용될 수 있다. 이 정보는 잠재적인 희생자들을 빠르게 발견 및 구조하는데 이용될 수 있다. 또한, 이 정보는 보다 적은 수동 조사를 실행할 구조 작업자들에 대한 위험을 감소시킨다.

첨부된 청구범위의 해석에 있어서:

a) 단어 "포함하는(comprising)"은 주어진 청구항에서 나열된 것 이외의 다른 엘리먼트들 또는 작용들의 존재를 배제하지 않고;

b) 엘리먼트 앞의 단어 ("a" 또는 "an")는 이 엘리먼트들의 복수의 존재를 배제하지 않고;

c) 청구항들에서 임의의 참조 부호들은 그 범위를 제한하지 않고;

d) 몇몇 "수단(means)"은 동일한 아이템 또는 하드웨어 또는 소프트웨어 구현 구조 또는 기능에 의해 표현될 수 있고;

e) 작용들의 어떠한 특정 시퀀스도 달리 언급되지 않는 한 필요로 되지 않도록 의도한다는 것을 이해해야 한다.

디바이스들, 시스템들 및 방법들의 양호한 실시예들이 기술되었지만(예시적이고 제한하는 것으로 의도되지 않음), 변형물들 및 변동물들은 상기 교시들을 참조하여 당업자들에 의해 만들어질 수 있다는 것에 주의한다. 그러므로, 변경들은 첨부된 청구범위에 의해 윤곽이 드러나는 바와 같이 여기서 개시된 실시예들의 범위 및 사상 내에 있는 개시된 개시물들의 특정한 실시예들에서 행해질 수 있다는 것을 이해한다. 따라서, 상세들 및 특허법에 의해 요구되는 독특성이 기술되었지만, 청구되고 특허증에 의해 보호받고자 하는 것은 첨부된 청구범위에서 기술한다.

10: 방
14: 이머전시 검출 시스템 16: 사람들
18: 애완 동물들 20: 트랜스듀서 어레이
22: 모니터링 스테이션 26: 메모리 저장장치
30: 휴대가능한 디바이스 100: 시스템
200: 디바이스
202: 초음파 트랜스듀서 어레이 300: 트랜스듀서 어레이
345: 트랜시버 350: 처리기
360: 메모리 400: 센서
410: 막 420, 420': 압전 재료
430, 430', 440, 440': 전극들

Claims

검출 디바이스에 있어서:
지정된 영역에 위치되고, 트리거 이벤트(trigger event)에 응답하여 상기 영역의 초음파 스윕(ultrasonic sweep)을 실행하도록 구성된 트랜스듀서 어레이(transducer array)(20)로서, 상기 초음파 스윕에 따라 상기 영역에서 생명(16)의 존재를 결정할 수 있는, 상기 트랜스듀서 어레이(20);
정전시에 상기 트랜스듀서 어레이에 전력을 제공하고 상기 초음파 스윕을 가능하게 하도록 상기 트랜스듀서 어레이에 결합된 전원(21); 및
상기 생명의 존재의 결정 및 상기 영역에서 상기 생명의 위치를 이벤트에 응답하는 인원에게 제공하기 위해 상기 초음파 스윕의 결과를 송신하도록 구성된 송신기(23)를 포함하는, 검출 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 트랜스듀서 어레이(20)는 박막 압전 막 트랜스듀서 어레이(thin-film piezoelectric membrane transducer array)를 포함하는, 검출 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 트랜스듀서 어레이(20)는 동작 주파수들이 약 50KHz와 약 450KHz 사이가 되도록 트랜스듀서들 간의 피치(pitch)(320)를 가지는 복수의 어레이로 구성된 복수의 트랜스듀서들을 포함하는, 검출 디바이스.
제 3 항에 있어서,
상기 피치(320)는 약 200 마이크로미터 및 약 4000 마이크로미터 사이인, 검출 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 전원은 이머전시 조명 시스템(emergency lighting system)(12), 및 배터리(21) 중 적어도 하나를 포함하는, 검출 디바이스.
제 1 항에 있어서,
송신기(23)는 상기 스윕의 결과들을 무선으로 수신하도록 구성된 휴대가능한 디바이스(30)에 송신하는, 검출 디바이스.
제 6 항에 있어서,
상기 휴대가능한 디바이스(30)는 이머전시 인원에 의해 동작되고, 사람들 또는 애완 동물들이 빌딩내에 존재하는지의 여부를 결정하기 위해 상기 스윕의 결과들을 수신하도록 설정된 채널(34)을 포함하는, 검출 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 송신기(23)는 상기 스윕의 결과들을 수집하고 상기 결과들을 상기 이벤트에 응답하는 상기 인원들에게 리포트(report)하도록 구성된 중앙 스테이션(22)에 송신하는, 검출 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 이벤트는 이머전시 이벤트이고, 화재, 침입 및 의료적 이머전시 중 적어도 하나를 포함하는, 검출 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 디바이스는 가정내 연기 검출기를 포함하는, 검출 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 트랜스듀서 어레이(20)는 상기 이벤트에 의해 트리거링될 때 상기 스캔을 실행하도록 구성되는, 검출 디바이스.
검출 시스템에 있어서:
경보 이벤트(alarm event)를 검출하도록 영역에 배치된 경보 디바이스(14);
상기 경보 디바이스에 결합되고, 상기 경보 이벤트에 응답하여 영역의 초음파 스윕을 실행하도록 구성된 트랜스듀서 어레이(20)로서, 상기 트랜스듀서 어레이는 상기 초음파 스윕의 결과로서 상기 영역에서 생명의 존재를 결정할 수 있고, 상기 경보 디바이스는 정전 조건들 동안에도 상기 트랜스듀서 어레이에 전력을 공급하도록 상기 트랜스듀서 어레이에 결합된 이머전시 전원(12)을 포함하는, 상기 트랜스듀서 어레이(20); 및
상기 트랜스듀서 어레이에 링크된 출력 디바이스(22, 30)를 포함하고, 상기 출력 디바이스는 상기 생명의 존재의 결정 및 상기 영역에서 상기 생명의 위치를 이벤트에 응답하는 인원에게 제공하기 위해 상기 초음파 스윕의 결과를 수신하도록 구성되는, 검출 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 트랜스듀서 어레이(20)는 박막 압전 막 트랜스듀서 어레이를 포함하는, 검출 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 트랜스듀서 어레이(20)는 동작 주파수들이 약 50KHz와 약 450KHz 사이가 되도록 트랜스듀서들 간의 피치(320)를 가지는 복수의 트랜스듀서들을 포함하는, 검출 시스템.
제 14 항에 있어서,
상기 피치(320)는 약 200 마이크로미터와 약 4000 마이크로미터 사이인, 검출 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 이머전시 전원(12)은 이머전시 조명 시스템(12) 및 배터리(21) 중 하나를 포함하는, 검출 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 출력 디바이스는 상기 스윕의 결과들을 무선으로 수신하도록 구성된 휴대가능한 디바이스(30)를 포함하는, 검출 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 출력 디바이스는 이머전시 인원에 의해 동작되고, 사람들 또는 애완 동물들이 빌딩내에 존재하는지의 여부를 결정하기 위해 상기 스윕의 결과들을 수신하도록 설정된 채널(34)을 포함하는, 검출 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 출력 디바이스는 상기 스윕의 결과들을 수집하고 상기 결과들을 상기 이벤트에 응답하는 상기 인원들에게 리포트하도록 구성된 중앙 스테이션(22)을 포함하는, 검출 시스템.
이머전시 조건들에서 생명의 존재를 검출하기 위한 방법에 있어서:
모니터링(monitoring)된 영역에서 경보 조건을 검출하는 단계(502);
상기 경보 조건에 따라 생명을 포함하는 것으로서 상기 적어도 모니터링된 영역의 상태를 결정하기 위해 적어도 상기 모니터링된 영역을 스캔하도록 초음파 트랜스듀서 어레이를 트리거링하는 단계(506); 및
상기 적어도 모니터링된 영역이 상기 생명을 포함한다는 상태 및 상기 생명의 위치를 상기 경보 조건에 응답하는 인원에게 리포트하는 단계(510)를 포함하는, 이머전시 조건들에서 생명의 존재를 검출하기 위한 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 트랜스듀서는 약 50KHz와 약 450KHz 사이의 주파수들에서 동작하는, 이머전시 조건들에서 생명의 존재를 검출하기 위한 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 리포트 단계(510)는 빌딩내에 남아있는 생명의 존재 및 위치를 응답하는 인원에게 경보하도록 휴대가능한 디바이스(30)를 통해 상기 상태를 리포트하는 단계를 포함하는, 이머전시 조건들에서 생명의 존재를 검출하기 위한 방법.
제 22 항에 있어서,
상기 리포트 단계(510)는 상기 스윕의 결과들을 수집하도록 구성된 중앙 스테이션(22)에 상기 상태를 리포트하는 단계를 포함하는, 이머전시 조건들에서 생명의 존재를 검출하기 위한 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 모니터링된 영역에 이머전시 인원들이 도달하면 상기 이머전시 인원들에게 상기 상태를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 이머전시 조건들에서 생명의 존재를 검출하기 위한 방법.