KR20220144796A - 물체의 속성을 결정하기 위한 장치 및 시스템 - Google Patents

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치아헝 첸
치아 츠 수
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치아헝 첸
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Abstract

하나 이상의 물체의 위치, 이동, 또는 심지어 다른 속성을 결정하기 위한 감지 장치 및 결정 시스템이 제공된다. 감지 장치는 하나의 물체에 부착되며, 적어도 트리거 모듈 및 사운드 모듈을 포함한다. 트리거 모듈은 감지 신호를 생성하도록 구성되고, 사운드 모듈은 이에 대응하여 광주파수 음향 신호를 생성 및 전송하도록 구성된다. 결정 시스템은 적어도 하나의 이러한 감지 장치 및 광주파수 음향 신호를 수신 및 분석하도록 구성된 분석 장치를 포함한다. 따라서, 물체(들)의 하나 이상의 속성이 모니터링될 수 있다. 일반적으로, 트리거 모듈은 하나 이상의 수정 발진기를 사운드 모듈과 전기적으로 결합하도록 구성되어, 이에 의해 생성된 발진 신호가 광주파수 음향 신호로 제어 가능하게 변환될 수 있다.

Description

물체의 속성을 결정하기 위한 장치 및 시스템
본 발명은 물체의 속성을 결정하기 위한 장치 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 장치에 의해 전송되는 광주파수 음향 신호의 진폭 및 주파수를 적어도 활용하는 장치 및 시스템에 관한 것이다.
최근, 하나 이상의 물체의 위치, 이동, 심지어 다른 속성의 검출에 대한 요건이 지속적으로 증가하고 있다. 예를 들어, 사물 인터넷(IoT)의 여러 적용분야의 급격한 증가. 예를 들어, 지능형 피트니스 장비뿐만 아니라, 자동화 창고 및 자동화 물류에 대한 수요 증가.
일반적으로 말해서, 지금까지 물체의 하나 이상의 속성을 검출하기 위해 물체에 배치된 센서는 다음 기술 중 하나 이상을 사용한다: 자이로스코프, 모션 센서, 다축 센서, 홀 소자, 압전, 자기계, 이미징 광학계, 적외선 소자, 다른 고정 전자 부품, 및 근접성 등. 또한, 이러한 물체는 검출된 하나 이상의 속성 신호를 전송하기 위해 일반적으로 블루투스, Wi-Fi, 다른 무선 칩 또는 심지어 케이블 라인을 사용한다.
그러나, 현재 이용 가능한 이러한 모든 센서는 여전히 다음과 같은 단점으로 인해 불가피하게 제한된다: (1) 일반적으로 센서와 해당 분석 장치 간의 연결을 제한하는 반면 분석 장치는 다른 센서(들), 심지어 다른 장치(들)와 연결해야 할 수 있는 블루투스 및 Wi-Fi와 같은 무선 연결의 유한 채널; (2) 센서를 구축하는 데 필요한 전력 소비 및 하드웨어 비용; (3) 감도, 신뢰성, 해당 알고리즘의 복잡성, 제한된 신호 전송 거리 및 가능한 라인의 낮은 공간 유연성.
유의미하게, 공간에 분포된 하나 이상의 물체의 하나 이상의 속성을 보다 적절하게 검출하기 위한 새로운 기술을 개발하는 필요가 여전히 있다.
제공된 본 발명은 공간에 분포된 하나 이상의 물체의 위치, 이동, 또는 심지어 다른 속성을 결정하기 위한 감지 장치 및 결정 시스템을 제시한다. 결정 시스템에서, 하나 이상의 물체의 검출된 속성이 센서에 의해 일부 광주파수 음향 신호(예를 들어, 음성 신호 또는 초음파 신호)로 전송되어 분석 장치(예를 들어, 관련 앱이 설치된 스마트폰, 패드 및 랩탑)에 의해 수신 및 분석되도록, 일부 감지 장치는 일부 분리된 물체에 각각 부착된다. 각 감지 장치는 적어도 트리거 모듈 및 사운드 모듈을 포함하며, 전자는 그에 의해 부착된 물체의 하나 이상의 속성을 검출하도록 구성되고 후자는 전자의 검출 결과에 따라 광주파수 음향 신호를 전송하도록 구성된다. 따라서, 물체의 속성이 특정 값을 가질 경우, 그 상에 부착된 트리거 모듈은 이를 검출하고 그 상의 사운드 모듈에 메시지를 전송하여, 대응하는 광주파수 음향 신호는 물체의 속성이 사운드 모듈로부터 전송된 수신 신호를 분석함으로써 결정될 수 있는 대응하는 분석 장치로 전송된다.
일반적으로, 수정 발진기를 사용함으로써, 본 발명의 많은 실시예는 요구되는 광주파수 음향 신호를 간단하고 효과적으로 제공한다. 수정 발진기가 발진 신호를 제공할 수 있기 때문에, 트리거 모듈, 수정 발진기 및 사운드 모듈을 회로로 조립하는 것이 유익하다. 이러한 방식으로, 물체의 속성이 제1 값을 갖는 것으로 검출되면, 트리거 모듈은 트리거링될 수 있어 수정 발진기와 사운드 모듈을 전기적으로 연결하고 이에 따라 발진 신호는 광주파수 음향 신호로 변환된다. 이에 반해, 물체의 속성이 검출되지 않거나 다른 값을 갖는 것으로 검출되면, 트리거 모듈은 트리거링되지 않을 수 있고, 이에 따라 수정 발진기와 사운드 모듈은 전기적으로 연결되지 않으며 광주파수 음향 신호는 발진 신호로 변환되지 않는다.
수정 발진기를 사용하면 적어도 다음과 같은 이점이 있다: a) 많은 이용 가능한 상용 제품을 유연하게 선택할 수 있다. b) 저비용, 저전력 소비 및 작동하기 쉽다. c) 생성된 발진 신호는 간단히 광주파수 음향 신호로 변환될 수 있다. 더욱이, 광주파수 음향 신호를 사용하면 적어도 다음과 같은 이점이 있다: a) 블루투스, Wi-Fi 및/또는 다른 무선 통신과 같은 현재 널리 사용되는 기술과 경쟁하지 않을 것이다. b) 상이한 감지 장치에 의해 전송되는 서로 다른 광주파수 음향 신호의 주파수를 조정함으로써 간섭을 간단히 줄일 수 있다. c) 저비용, 저전력 소비 및 작동하기 쉽다.
신호 주파수가 서로 간의 이동 속도에 따라 좌우되는 도플러 효과 및 신호 진폭이 서로 간의 거리에 반비례하는 현상으로 인해, 사운드 모듈에서 멀리 방금 전송된 광주파수 음향 신호는 분석 장치에 의해 방금 수신한 광주파수 음향 신호와 거의 다름을 유의한다. 합리적으로, 광주파수 음향 신호의 주파수와 진폭 둘 모두의 변화는 분석 장치와 감지 장치 간의 상대 운동 및 상대 거리 둘 모두를 결정하는 데 사용될 수 있다.
게다가, 트리거 모듈을 활성화하는 방법은 제한되지 않는다, 즉 상이한 실시예는 속성 값을 검출하고 사운드 모듈과 공동 작업하기 위해 서로 다른 하드웨어를 사용할 수 있다. 예를 들어, 서미스터를 물체의 온도를 검출하는 데 사용하여 사운드 모듈은 검출된 물체 온도에 따라 물체 온도 상대 신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 자석이 물체가 자기 버튼에 의해 잠금되어 있는지 여부를 검출하는 데 사용될 수 있어, 이러한 메시지는 사운드 모듈에 의해 변환되어 물체의 상태를 분석 장치에 알린다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 트리거 모듈은 속성의 서로 다른 값이 서로 다른 시간에 측정될 때 별도로 트리거링될 수 있으며 이를 통해 서로 다른 수정 발진기에 의해 제공된 서로 다른 발진 신호는 사운드 모듈에 의해 각각 변환될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 트리거 모듈은 연속적으로 트리거링되거나 연속적으로 트리거링되지 않도록 구성되어, 사운드 모듈에서 멀리 방금 전송된 광주파수 음향 신호가 고정되고 수신된 광주파수 음향 신호의 진폭 및/또는 주파수의 변화만이 사용되어 물체의 위치 및/또는 이동이 분석된다.
본 발명의 다른 이점, 목적 및 특징은 첨부 도면을 참조하는 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1a는 결정 시스템과 감지 장치 간의 관계를 개략적으로 도시하고 있고, 도 1b는 일부 감지 장치를 갖는 결정 시스템이 서로 유사하거나 유사하지 않은 일부 물체를 검출하는 데 사용되는 방법을 개략적으로 도시하고 있다.
도 2a 내지 도 2b는 감지 장치의 두 필수 구조를 각각 개략적으로 도시하고 있다.
도 3a 내지 도 3i는 감지 모듈의 일부 변형을 각각 개략적으로 도시하고 있다.
도 4는 감지 모듈의 일 변형과 관련된 일부 실험 결과를 개략적으로 도시하고 있다.
도 5는 결정 시스템의 일 변형과 관련된 일부 실험 결과를 개략적으로 도시하고 있다.
본 발명은 공간에 분포된 하나 이상의 물체의 하나 이상의 속성을 검출할 수 있는 감지 장치 및 결정 시스템을 제공한다. 예를 들어, VOC(휘발성 유기 화합물)에서의 전기화학 센서, 습도 센서, 가스 센서 및 전자 광 센서 등과 같은, 유한한 공간에 분포된 하나 이상의 물체의 위치, 이동 방향, 이동 속도 또는 심지어 온도를 검출하기 위함이다. 결정 시스템에서, 하나 이상의 감지 장치는 각각 하나 이상의 물체에 부착되어 각각 이러한 물체의 하나 이상의 속성에 대응하는 하나 이상의 광주파수 음향 신호를 생성 및 전송하고, 분석 장치(예를 들어, 스마트폰, 패드, 랩탑 또는 앱을 실행할 수 있는 다른 장치)는 이러한 광주파수 음향 신호를 수신 및 분석하는 데 사용되어 이러한 물체 각각의 하나 이상의 속성을 파악한다. 도 1a는 결정 시스템(100)과 감지 장치(101) 사이의 관계를 개략적으로 도시한 것으로, 분석 장치(102)도 도시되어 있다. 또한, 도 1b는 일부 감지 장치(101)를 갖는 결정 시스템(100)이 서로 유사하거나 유사하지 않은 일부 물체(103)를 검출하는 데 사용되는 방법을 개략적으로 도시한 것으로, 감지 장치(101)는 도 1b의 우측 상부에 도시된 바와 같이 물체의 하나 이상의 속성을 검출하는 것이 아니라 공간 내 위치의 하나 이상의 속성(예를 들어, 온도)을 검출하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 주요한 일 특징은 전술한 현재 이용 가능한 센서와 비교함으로써 강조될 수 있다. 유의미하게, 광주파수 음향 신호가 사람이 들을 수 있는 음성 신호나 사람이 들을 수 없는 초음파 신호인지에 관계없이, 또한 광주파수 음향 신호의 주파수가 무엇이든지 관계없이, 광주파수 음향 신호의 사용은 본 발명의 주요 특징이다. 예를 들어, 18-22 KHz 또는 24-48 KHz도 지능형 피트니스 장비와 같은 일부 상업적 적용분야에 충분히 적합할 수 있다. 광주파수 음향 신호 사용의 주요한 하나의 이점은 블루투스, Wi-Fi 또는 다른 현재 이용 가능한 무선 통신으로 제공되는 제한된 수의 채널에 의해 제한되지 않는다는 점이고, 특히 이러한 사용은 일반적으로 블루투스 및/또는 Wi-Fi를 사용하여 무선 채널을 통해 다른 장치와 통신하는 스마트폰, 랩탑 및/또는 패드인 경우 분석 장치의 유한한 무선 통신 채널에 대해 다른 상용 제품과 경쟁할 필요가 없다. 필요한 주파수 대역폭은, 위치, 이동 및/또는 온도 또는 부착된 물체의 다른 속성과 관련된 메시지를 전달하는 데만 사용되지만 노래, 사진 또는 심지어 영화 또는 다른 더 큰 파일의 내용을 전달하는 데는 사용되지 않기 때문에 각 감지 장치에 대해 더 크지 않음을 유의한다. 또한, 분석 장치는 큰 주파수 범위에서 여러 주파수의 서로 다른 음향 신호를 수신할 수 있는 수신기를 간단히 사용하여 다수의 감지 장치와 통신할 수 있다. 이러한 방식으로, 분석 장치는 Wi-Fi, 블루투스 또는 기타 현재 이용 가능한 무선 통신을 사용하여 통신할 수 있는 것보다 더 많은 감지 장치와 통신할 수 있고, 또한 Wi-Fi, 블루투스 또는 기타 현재 이용 가능한 무선 통신을 통해 분석 장치와 기타 장치 간의 통신 간섭을 피할 수 있다.
광주파수 음향 신호 사용의 또 다른 이점은 현재 이용 가능한 상용 제품/기술이 많다는 점이다. 그러므로, 광주파수 음향 신호 사용의 이점은 명백한 기술 및/또는 비용 문제 없이 효과적으로 달성될 수 있다. 또한, 서로 다른 감지 장치(101)는 상이한 주파수를 갖는 상이한 광주파수 음향 신호를 전송하도록 구성되어, 분석 장치(102)는 서로 다른 감지 장치(101)로부터 상이한 신호를 효과적으로 구별할 수 있다. 그러나, 선택적으로, 둘 이상의 감지 장치(101)는, 이러한 감지 장치가 멀리 떨어진 서로 다른 물체에 부착되는 경우에, 심지어 이러한 감지 장치가 서로 멀리 떨어져 있지 않을 때 이러한 신호 간의 혼동 및/또는 간섭이 용인되는 경우에, 동일한 주파수를 갖는 개별 광주파수 음향 신호를 전송할 수 있다.
더 나아가, 감지 장치(200)의 구조는 도 2a에 도시된 바와 같이 본질적으로 트리거 모듈(201) 및 사운드 모듈(202)을 포함하고, 일반적으로 도 2b에 도시된 바와 같이 하나 이상의 수정 발진기 모듈(203)을 포함한다. 트리거 모듈(201)은 감지 장치(200)에 의해 부착된 물체의 하나 이상의 속성(또는 일부 특별한 상황에서 감지 장치(200)가 배치되는 위치의 하나 이상의 속성)에 대응하는 감지 신호를 생성하도록 구성되고, 사운드 모듈(202)은 감지 신호(또는 트리거 모듈(201)의 트리거 상황으로 간주됨)에 따라 광주파수 음향 신호를 생성 및 전송하도록 구성된다. 간단히 말해서, 트리거 모듈(201)이 부착된 물체의 특정 속성 값이 임계 값을 초과하는 것을 검출할 때마다(예를 들어, 부착된 물체의 횡축의 경사 각이 특정 각도보다 클 때마다), 감지 모듈(201)은 감지 신호 값을 1 또는 제1 특정 값으로 설정하고 이에 대응하여 광주파수 음향 신호를 생성 및 전송하기 위해 사운드 모듈(202)에 알린다. 이와 달리, 트리거 모듈(201)이 감지 신호 값을 0 또는 제2 특정 값으로 설정할 때마다, 어떠한 광주파수 음향 신호도 생성 및 전송하지 않거나 또는 심지어 제2 특정 값에 대응하는 다른 광주파수 음향 신호를 생성 및 전송하기 위해 사운드 모듈(202)에 알린다. 요컨대, 부착된 물체의 하나 이상의 속성 값이 어떤 값으로 검출되는지에 따라, 감지 모듈(200)은 어떠한 광주파수 음향 신호도 생성 및 전송할 수 없으며, 또한 서로 다른 값을 갖는 상이한 광주파수 음향 신호를 생성 및 전송할 수도 있다.
특히 강조하자면, Wi-Fi, 블루투스 또는 다른 무선 통신을 대체하기 위해 광주파수 음향 신호의 사용만을 고려하는 경우, 사운드 모듈(202)이 트리거 모듈(201)의 트리거 상황에 따라 광주파수 음향 신호를 생성하는 방법은 본 발명에서 제한되지 않는다. 다시 말해서, 주지의, 개발 중인 및/또는 등장할 기술은 본 발명에 의해 사용되어 필요한 광주파수 음향 신호를 생성 및 전송할 수 있다. 그러나, 임의의 수정 발진기가 발진 신호를, 특히 고정밀 발진 신호를, 제공할 수 있기 때문에, 간단하고 저렴한 접근법은 수정 발진기를 사용하는 것이다. 이러한 접근법에서, 트리거 모듈(201), 수정 발진기 모듈(203) 및 사운드 모듈(202)은 회로를 형성한다. 트리거 모듈(201)이 트리거링될 때, 수정 발진기 모듈(203)에 의해 생성된 발진 신호와 감지 신호 둘 모두는 사운드 모듈(202)로 전송된 후 광주파수 음향 신호를 생성하는 데 사용된다. 이에 반해, 트리거 모듈(201)이 트리거링되지 않을 때, 수정 발진기 모듈(203)에 의해 생성된 발진 신호와 감지 신호 둘 모두는 사운드 모듈(202)로 전송되지 않고 이에 대응하여 어떠한 광주파수 음향 신호도 생성되지 않는다. 더 나아가, 이러한 방식으로, 각 수정 발진기는 개별 발진 신호를 생성하고, 수정 발진기 모듈(203)에 의해 생성된 발진 신호는 하나 이상의 수정 발진기 중 적어도 어느 부분이 트리거 모듈(201) 및 사운드 모듈(202)과 전기적으로 연결되는지에 따라 좌우된다. 그러므로, 하나 이상의 수정 발진기를 갖는 수정 발진기 모듈(203)을 사용하고 수정 발진기 모듈(203)의 작동을 제어 가능하게 조정함으로써, 수정 발진기 모듈(203)에 의해 출력된 발진 신호를 사용하여 광주파수 음향 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 출력된 발진 신호는 약 20 KHz의 주파수를 갖도록 조정될 수 있으며, 그 후 사운드 모듈(202)은 약 20 KHz의 주파수를 갖는 초음파 신호로 변환할 수 있는 혼 다이어프램을 구비할 수 있다. 예를 들어, 출력된 발진 신호는 약 5 KHz의 주파수를 갖도록 조정될 수 있고 감지 신호는 3의 값을 가질 수 있으므로, 사운드 모듈(202)은 혼합 회로 및 혼 다이어프램을 구비할 수 있어 발진 신호와 감지 신호 둘 모두는 혼합된 후 약 15 KHz의 주파수를 갖는 초음파 신호로 변환된다. 물론, 일부 상황에서, 광주파수 음향 신호의 주파수가 고정되어 트리거 작동에 따라 좌우되지 않는다. 예를 들어, 특수 물체의 트리거 모듈(201)은 항상 트리거링될 수 있고 그 후 초음파 사운드 신호는 연속적으로 전송되고, 즉 결정 시스템의 분석 장치는 특수 물체를 연속적으로 모니터링할 수 있다.
더 나아가, 트리거 모듈(201)의 세부사항도 제한되지 않는다. 실제로, 검출될 부착된 물체의 속성에 따라 좌우되고, 동일한 검출될 속성이라도 다른 종류의 트리거 모듈(201)에 의해 검출될 수 있다. 예를 들어, 도 3a 내지 도 3h는 트리거 모듈(201)의 일부 유용한 종류를 각각 개략적으로 도시하고 있다.
도 3a는 트리거 모듈(301)이 서미스터를 포함하여 감지 신호가 서미스터에 의해 검출된 온도와 관련되는 상황과 관련된 것으로, 사운드 모듈(302)은 초음파 센서를 포함한다. 합리적으로, 초음파 신호(즉, 광주파수 음향 신호)의 진폭은 검출된 온도(예를 들어, 부착된 물체의 온도)의 감소에 의해 전기 저항이 증가되는 경우에 감소되고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 여기서, 사운드 모듈(302)의 고유 발진 신호가 고정되어 출력된 초음파 신호는 고유 발진 신호와 감지 신호 둘 모두 서미스터에 의해 검출된 온도 변화에 비례하여 변화하는 함수로 동작하는 것으로 볼 수 있다. 분명히, 이러한 상황에서, 트리거 모듈(301)은 연속적으로 트리거링되어 감지 신호는 연속적으로 출력되고 변경될 수 있다.
도 3b는 트리거 모듈(301)이 파이프(3012) 내부에 위치된 금속 볼과 같은 도체 볼(3011)을 포함하여 감지 신호가 파이프(3012) 내부에 위치된 도체 볼(3011)에 의해 검출된 기울기와 관련되는 상황과 관련된다. 분명히, 감지 장치(300)의 다른 부분(사운드 모듈을 포함하지만 이에 제한되지 않음)(305)에 전기적으로 연결된 전도성 라인(304)이 파이프(3012)의 서로 다른 부분에 전기적으로 연결되기 때문에, 트리거 모듈(301)과 다른 부분(305)은 도체 볼(3011)이 파이프(3012)의 우측 단자에 위치될 때 폐쇄 회로를 형성하지만, 도체 볼(3011)이 파이프(3012)의 다른 부분에 위치될 때 개방 회로를 형성한다. 따라서, 트리거 모듈(301)은 도체 볼(3011)이 파이프(3012)의 우측 단자에서 롤링 오프되지 않을 때만 트리거링되고, 이는 트리거 모듈이 파이프(3012)의 축 방향을 따라 감지 장치(300)에 의해 부착된 물체의 기울기를 검출하는 데 사용될 수 있음을 의미한다.
도 3c는 트리거 모듈(301)이 수은 스위치(3013)를 포함하여 감지 신호가 수은 스위치에 의해 검출된 기울기와 관련되는 상황과 관련된다. 수은 스위치(3013)는 수은 액적이 일부가 도체인 용기 내부에 저장되기 때문에 기울기 및/또는 변화를 측정할 수 있는 주지의 상용 제품이다. 그러므로, 수은 스위치(3013)의 상세한 설명은 본원에서 생략된다. 수은 스위치(3013)의 용기의 두 도체 부분은 전도성 라인(304)을 통해 감지 장치(300)의 다른 부분(사운드 모듈을 포함하지만 이에 제한되지 않음)(305)에 전기적으로 연결된다. 그러므로, 수은 스위치(303)의 기울기는 폐쇄 회로 또는 개방 회로가 형성되는지 여부를 결정할 수 있고, 그 후 이러한 트리거 모듈(301)을 사용하여 수은 스위치(3013)의 용기의 두 도체 부분을 연결하는 방향을 따라 감지 장치에 의해 부착된 물체의 기울기를 검출할 수 있다.
도 3d는 트리거 모듈(301)이 홀 효과 스위치(3014)를 포함하여 감지 신호가 홀 효과 스위치(3014)에 의해 검출된 자기장과 관련되는 상황과 관련된다. 홀 효과 스위치(3014)는 자기장을 검출한 후 검출된 자기장의 강도에 따라 온 및/또는 오프될 수 있는 주지의 상용 제품이다. 그러므로, 홀 효과 스위치(3014)의 상세한 설명은 본원에서 생략된다. 전도성 라인(304)을 사용하여 스위치 온 위치 및 스위치 오프 위치를 감지 장치(300)의 다른 부분(사운드 모듈을 포함하지만 이에 제한되지 않음)(305)과 전기적으로 연결함으로써, 홀 효과 스위치(3014)에 의해 검출된 자기장은 폐쇄 회로 또는 개방 회로가 형성되는지 여부를 결정할 수 있고, 그 후 이러한 트리거 모듈(301)은 감지 장치(300)에 의해 부착된 물체 주변의 자기장 또는 감지 장치가 배치된 위치 주변의 자기장을 검출하는 데 사용될 수 있다.
도 3e는 트리거 모듈(301)이 스프링 스위치(3015)를 포함하여 감지 신호가 스프링 스위치(3015)에 의해 검출된 움직임과 관련되는 상황과 관련된다. 스프링 스위치(3015)의 일 단부는 고정되며 감지 장치(300)의 다른 부분(사운드 모듈을 포함하지만 이에 제한되지 않음)(305)에 전기적으로 연결하는 전도성 라인(304)에 연결되고, 스프링 스위치(3015)의 다른 단부는 자유로우며 감지 장치(300)의 다른 부분(305)에 전기적으로 연결하는 다른 전도성 라인(304)에 폐쇄된다. 그러므로, 스프링 스위치(3015)가 각각 일부 임계 진폭보다 더 큰 진폭에 대해 일부 특정 방향을 따라 스윙할 때 스프링 스위치(3015)는 양자의 전도성 라인(304)을 동시에 터치하고 폐쇄 회로를 형성할 것이지만, 이러한 특정 방향을 따른 스윙이 충분한 진폭을 갖지 않거나 스프링 스위치(3015)가 다른 방향을 따라 스윙하는 경우에 스프링 스위치(3015)는 양자의 전도성 라인(304)을 동시에 터치하지 않을 것이고 개방 회로가 형성된다. 다시 말해서, 감지 장치(300)에 의해 부착된 물체가 이러한 임계 진폭보다 큰 진폭으로 특정 방향을 따라 스윙하는지 여부는 스프링 스위치(3015)를 사용하여 검출될 수 있다.
도 3f는 트리거 모듈(301)이 전도성 튜브(3017)와 절연 튜브(3018)의 조합 내부에 위치된 롤 볼(3016)을 포함하여 롤 볼이 전도성 튜브(3017) 또는 절연 튜브(3018)에 진입하는지 여부에 의해 감지 신호가 결정되는 상황과 관련된다. 합리적으로, 이러한 종류는 도 3a에 도시된 종류의 변형이며 이러한 튜브(3017/3018)의 축 방향을 따라 감지 장치(300)에 의해 부착된 물체의 기울기를 검출하는 데 사용될 수 있다. 여기서, 2개의 전도성 라인(304)은 전도성 튜브(3017)의 두 대향 지점에 그리고 감지 장치(300)의 다른 부분(사운드 모듈을 포함하지만 이에 제한되지 않음)(305)에 연결되고, 그 후 폐쇄 회로 또는 개방 회로가 형성되는지 여부는 롤 볼(3016)이 이동되는 방법에 의해 결정된다.
도 3g는 트리거 모듈(301)이 하나 이상의 전도성 튜브(3017)와 하나 이상의 절연 튜브(3018)의 조합 내부에 위치된 롤 볼(3016)을 포함하여 롤 볼(3016)에 의해 어느 전도성 튜브(3017)가 진입되는지에 의해 감지 신호가 결정되는 상황과 관련된다. 합리적으로, 이러한 종류는 도 3f에 도시된 종류의 추가 변형이며 이러한 튜브(3017/3018)의 축 방향을 따라 감지 장치(300)에 의해 부착된 물체의 기울기를 보다 정확하고 유연하게 검출하는 데 사용될 수 있다. 여기서, 2개의 전도성 라인(304)은 이러한 전도성 튜브(3017) 각각의 두 대향 지점에 또한 감지 장치(300)의 다른 부분(사운드 모듈을 포함하지만 이에 제한되지 않음)(305)에 연결되고, 그 후 폐쇄 회로 또는 개방 회로가 형성되는지 여부는 롤 볼(3016)이 이동되는 방법에 의해 결정된다.
도 3h는 트리거 모듈(301)이 구형 구조(3019)를 포함하는 상황과 관련된 것으로, 일부 전도성 라인(30191) 및 일부 홀(30192)에는 구형 표면의 내부가 내장되고 일부 전도성 볼(30193)은 구형 구조의 내부에 위치된다. 더욱이, 각 전도성 라인(30191)은 하나 이상의 홀(30192)을 갖고 각 홀(30192)은 적어도 하나의 전도성 볼(30193)에 의해 완전히 채워질 수 있다. 합리적으로, 이러한 종류는 도 3g에 도시된 종류의 추가 변형이며 구형 구조(3019)의 내면과 교차되는 여러 방향을 따라 감지 장치(300)에 의해 부착된 물체의 움직임을 보다 정확하고 유연하게 검출하는 데 사용될 수 있다. 일부 홀(30192)을 갖는 전도성 라인(30191)이 일부 전도성 튜브와 절연 튜브의 인터리브 조합으로 동작할 수 있음을 유의하고, 또한 일부 전도성 볼(30193)에 의한 이러한 홀(30192)의 완전 채움은 폐쇄 회로를 형성하기 위해 양자의 전도성 라인과 전기적으로 연결하는 것으로 볼 수 있음을 유의한다. 게다가, 서로 다른 방향을 따라 내부 구면의 상이한 부분에 위치된 서로 다른 전도성 라인은 서로 다른 방향을 따라 상이한 위치에서 이러한 전도성 볼(30193)의 분포를 검출하는 데 사용될 수 있으며, 이는 본질적으로 하나의 축만을 따라 단지 변화를 검출하는 위에 나타낸 이러한 종류보다 더 많은 메시지를 검출할 수 있다. 그러므로, 구형 구조를 사용함으로써, 감지 신호는 속도 및 중력 효과를 갖는 다차원 움직임 검출과 관련되고, 즉 감지 모듈(300)에 의해 물체의 다차원 움직임을 잘 검출할 수 있다. 여기에서는, 도면을 간략화하기 위해, 구형 구조(3019)만을 도시하고 있다.
도 3i는 감지 신호가 두 물체(또는 더 큰 물체의 두 부분으로 간주됨) 간의 상대적인 이동과 관련된 상황과 관련된다. 도 3i에 도시된 바와 같이, 두 물체(391, 392)는 서로 폐쇄되고, 물체(391)와 물체(392) 둘 모두는 인접 자기장을 각각 검출할 수 있는 감지 장치(3009)와 자석(3931)에 의해 부착된다. 합리적으로, 감지 장치(3009)에 의해 검출된 자기장의 강도는 자석(3931)의 강도가 고정된 경우 자석(3931)과 감지 장치(3009) 사이의 거리에 비례한다. 다시 말해서, 감지 장치(3009)를 사용하여 인접 자기장의 강도가 임계 값을 초과하는지 여부를 검출함으로써, 물체(391)와 물체(392) 간의 상대적인 이동(또는 상대적인 운동으로 간주됨)은 검출되고 광주파수 음향 신호를 전송하거나 전송하지 않음으로써 알려질 수 있다.
요컨대, 서도 다른 종류의 트리거 모듈을 사용함으로써, 감지 장치에 의해 부착된 물체의 많은 속성이 검출되고 전송된 광주파수 음향 신호의 변화로 나타날 수 있다. 전술한 이러한 실시예는 단지 본 발명의 예일 뿐이며 본 발명의 경계는 아니다. 예를 들어, 일부 예시되지 않은 실시예에서, 트리거 모듈은 가스 유량계를 사용하여 부착된 물체를 통과하는 가스의 유량을 검출한 후 검출된 유량이 임계 값보다 큰 경우에만 감지 신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 일부 예시되지 않은 실시예에서, 트리거 모듈은 조도계를 사용하여 부착된 물체 상의 광 세기를 검출한 후 검출된 광 세기에 비례하는 값을 갖는 감지 신호를 연속적으로 생성할 수 있다. 다른 전기화학 센서는 습도, VOC, 및 가스 농도를 결정할 수 있으며 이들 모두는 이 시스템의 오디오 이미터 모듈과 관련되는 데 사용된다.
또한, 본 발명의 신뢰성을 강조하기 위해, 예시로서 도 3a에 도시된 바와 같은 서미스터를 포함하는 감지 모듈을 사용하여 실제 온도와 검출 온도 간의 차이를 검증하는 실험을 진행한다. 실험은 이러한 감지 모듈을 사용하여 부착된 물체의 온도를 15회 검출한 후 FFT(고속 푸리에 변환)를 사용하여 검출된 결과를 검출된 온도와 FFT 신호 강도의 교정 곡선으로 변환한다. 그 후, 15개의 검출된 온도 중 5개를 선택하여 이러한 검출된 온도에 적합한 선형 방정식을 사용하여 획득된 FFT 온도, FFT 신호 및 대응하는 실제 온도를 비교한다. 표 1은 15개의 검출된 온도와 그 FFT 신호의 값을 나타내고 있고, 도 4는 이러한 검출된 온도, 이러한 대응하는 FFT 신호 및 이들로부터 적합한 선형 방정식을 도시하고 있고, 표 2는 이러한 관련 값 및 이들 사이의 비율 차이를 나타내고 있다. 유의미하게, 검출된 온도가 높을수록 FFT 신호가 커진다. 더욱이, 이러한 검출된 온도와 이러한 FFT 신호 간의 관계는 선형 방정식을 사용하여 직선으로 적절하게 적합할 수 있다: y(온도) = 11.627 x (FFT 신호) + 12.563, R2 = 0.9712. 더 나아가, 이 실험의 검출된 범위 동안, 검출된 범위의 중간 부분 동안 비율 차이가 대부분 10% 미만, 심지어 대략 7% 이하일 것으로 예상한다. 그러므로, 의심할 여지없이, 적어도 감지 모듈을 더욱 최적화하기 위해, 예를 들어 사용된 특수 서미스터 또는 심지어 사용된 특수 수정 발진기를 최적화하기 위해, 더 많은 실험을 처리함으로써, 물체 온도를 보다 정확하게 검출하고 보다 정확하게 광주파수 음향 신호로 변환할 수 있다. 본 발명은 서미스터와 수정 발진기의 임의의 특별한 조합과 같은 감지 모듈의 임의의 특별한 세부사항에 의해 제한되지 않음을 강조한다. 그러므로, 어떠한 혼동도 피하기 위해 더 많은 세부사항은 생략된다.
표 1
Figure pct00001
표 2
Figure pct00002
더 나아가, 제안된 본 발명은 하나 이상의 물체에 부착된 감지 장치가 부착된 물체의 위치 및/또는 움직임을 직접 검출하지 않더라도 하나 이상의 물체의 위치 및/또는 움직임을 검출하는 데 사용될 수 있다. 다시 말해서, 이러한 감지 장치 각각의 경우, 방금 전송된 광주파수 음향 신호가 정적이며 고정적이고, 및/또는 감지 모듈에 의해 전송된 감지 신호조차 정적이며 고정적일지라도이다. 특수 물체 및/또는 분석 장치가 공간에 정적으로 고정되지 않으면 특수 물체와 분석 장치 간의 상대적인 기하학적 관계가 동적으로 변경됨을 유의한다. 따라서, 특수 물체에서 멀리 방금 전송된 광주파수 음향 신호는 분석 장치에 의해 방금 수신된 광주파수 음향 신호와 동적으로 다르고, 그 동적 차이는 특수 물체와 분석 장치 간의 상대 거리 및/또는 상대 운동 속도를 검출하는 데 유용하다.
주지된 바와 같이, 신호의 진폭은 3차원 공간에서 거리의 제곱에 반비례한다. 그러므로, 분석 장치는 감지 장치로부터 전송된 수신된 광주파수 음향 신호의 진폭 변화를 분석하여 그 자체와 감지 장치에 부착된 물체 간의 상대 거리의 변화를 결정할 수 있다. 더욱이, 분석 장치는 신호가 분석 장치에 의해 방금 수신될 때 광주파수 음향 신호의 내부 진폭과 광주파수 음향 신호의 실제 진폭을 비교하여 분석 장치와 특정 감지 장치(또는 특정 감지 장치에 의해 부착된 물체로 간주됨) 간의 상대 거리를 결정한다. 종전과 같이, 분석 장치는 신호가 특정 감지 장치에 의해 방금 전송된 특정 감지 장치의 광주파수 음향 신호의 초기 진폭을 미리 로딩할 수 있다.
도플러 효과로 주지된 바와 같이, 송신기와 수신기 간의 상대 운동은 수신된 파동과 전송된 파동 사이의 주파수 차이를 유도한다.　그러므로, 분석 장치는 감지 장치로부터 전송된 수신된 광주파수 음향 신호의 주파수 변화를 분석하여 그 자체와 감지 장치에 부착된 물체 간의 상대 운동의 변화를 결정할 수 있다. 더욱이, 분석 장치는 신호가 분석 장치에 의해 방금 수신될 때 광주파수 음향 신호의 내부 주파수와 광주파수 음향 신호의 실제 주파수를 비교하여 분석 장치와 특정 감지 장치(또는 특정 감지 장치에 의해 부착된 물체로 간주됨) 간의 상대 운동을 결정한다. 종전과 같이, 분석 장치는 신호가 특정 감지 장치에 의해 방금 전송된 특정 감지 장치의 광주파수 음향 신호의 초기 주파수를 미리 로딩할 수 있다.
제안된 감지 장치 및 제안된 결정 시스템은 여러 적용분야에 적용될 수 있다. 예를 들어, 지능형 피트니스 장비는 본 발명을 사용하여 임의의 피트니스 장비의 임의의 부분의 임의의 움직임을 모니터링할 수 있다. 여기에서, 모니터링 방법은 현재 이용 가능한 지능형 피트니스 장비에 의해 사용된 주지 기술을 사용할 수 있지만, 본 발명에 의해 사용되는 광주파수 음향 신호는 현재 이용 가능한 지능형 피트니스 장비에 의해 사용되는 Wi-Fi, 블루투스 또는 다른 무선 통신을 대체할 수 있다. 예를 들어, IOT는 본 발명을 사용하여 여러 장치 간의 통신을 제공할 수 있는 데, 이는 이러한 감지 장치에 의해 전송된 신호가 서로 주파수가 약간만 변하는 다수의 감지 장치로부터 분석 장치가 신호를 수신할 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명의 신뢰성을 강조하기 위해, 예시로서 32 KHz 주파수의 초음파를 방출하기 위한 사운드 모듈을 포함하는 결정 시스템 및 고해상도 ADC 마이크를 갖는 스마트폰을 포함하는 분석 장치를 사용하여 실제 거리와 예측 거리 간의 차이를 검증하는 실험을 진행한다. 실험은 이러한 결정 시스템을 사용하여 부착된 물체와 분석 장치 간의 상이한 거리를 검출한 후 FFT(고속 푸리에 변환)를 사용하여 검출된 결과를 예측 거리와 FFT 신호 강도의 교정 곡선으로 변환한다. 표 3은 예측 거리, FFT 신호, 실제 거리, 및 예측 거리와 실제 거리 간의 비율 차이의 값을 나타내고 있다. 유의미하게, 예측 거리가 높을수록 FFT 신호가 작아진다. 더욱이, 이러한 예측 거리와 이러한 FFT 신호 간의 관계는 2개의 변수를 갖는 n(n≠1)차 방정식을 사용하여 곡선으로 적절하게 적합할 수 있다: y(거리) = 115.55 x (FFT 신호) - 0.919, R2 = 0.9885. 게다가, 실제 거리와 FFT 신호가 어떻게 존재하든 상관없이, 실제 거리와 FFT 거리(FFT 신호 값과 n(n≠1)차 방정식으로 계산된 거리) 사이의 비율 차이는 일정하게 0% 내지 3%의 범위 내에 있다. 그러므로, 의심할 여지없이, 적어도 결정 시스템을 더욱 최적화하기 위해, 예를 들어 사용된 사운드 모듈, 사용된 분석 장치 또는 심지어 사용된 특수 수정 발진기를 최적화하기 위해, 더 많은 실험을 처리함으로써, 물체 거리를 보다 정확하게 검출하고 보다 정확하게 광주파수 음향 신호로 변환할 수 있다. 본 발명은 사운드 모듈, 분석 장치, 및 수정 발진기의 임의의 특별한 조합과 같은 결정 시스템의 임의의 특별한 세부사항에 의해 제한되지 않음을 강조한다. 그러므로, 어떠한 혼동도 피하기 위해 더 많은 세부사항은 생략된다.
표 3
Figure pct00003
본 발명이 현재 가장 실용적이고 바람직한 실시예로 간주되는 관점에서 설명되었지만, 본 발명이 개시된 실시예로 제한될 필요가 없는 점을 이해해야 한다. 이와 반대로, 이는 이러한 모든 수정 및 유사한 구조를 포함하도록 가장 넓은 해석에 따라야 하는 첨부된 청구 범위의 사상 및 범위 내에 포함된 다양한 수정 및 유사한 배열을 보호하도록 의도된다.

Claims (21)

  1. 감지 장치로서,
    상기 감지 장치에 의해 부착된 물체의 하나 이상의 속성에 대응하는 감지 신호를 생성하도록 구성된 트리거 모듈; 및
    상기 감지 신호에 따라 광주파수 음향 신호를 생성 및 전송하도록 구성된 사운드 모듈을 포함하는, 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    수정 발진기 모듈을 더 포함하여 상기 트리거 모듈, 상기 수정 발진기 모듈 및 상기 사운드 모듈이 회로를 형성하고, 상기 트리거 모듈이 트리거링될 때, 상기 수정 발진기 모듈에 의해 생성된 발진 신호와 상기 감지 신호 둘 모두는 상기 사운드 모듈로 전송된 후 상기 광주파수 음향 신호를 생성하는 데 사용되고, 상기 트리거 모듈이 트리거링되지 않을 때, 상기 수정 발진기 모듈에 의해 생성된 발진 신호와 상기 감지 신호 둘 모두는 상기 사운드 모듈로 전송되지 않고 이에 대응하여 어떠한 광주파수 음향 신호도 생성되지 않는, 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    각 수정 발진기는 개별 발진 신호를 생성하고, 상기 수정 발진기 모듈에 의해 생성된 발진 신호는 하나 이상의 수정 발진기 중 어느 부분이 상기 트리거 모듈 및 상기 사운드 모듈과 전기적으로 연결되는지에 따라 좌우되는, 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광주파수 음향 신호는 음성 신호 및 초음파 신호로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광주파수 음향 신호의 주파수가 고정되는 것; 및
    상기 광주파수 음향 신호의 주파수가 상기 트리거 모듈의 작동에 따라 조정 가능한 것 중 하나를 더 포함하는, 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 트리거 모듈은 서미스터를 포함하여 상기 감지 신호가 상기 서미스터에 의해 검출된 온도와 관련되는, 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 트리거 모듈은 파이프 내부에 위치된 도체 볼을 포함하여 상기 감지 신호가 상기 파이프 내부에 위치된 상기 도체 볼에 의해 검출된 기울기와 관련되는, 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 트리거 모듈은 수은 스위치를 포함하여 상기 감지 신호가 상기 수은 스위치에 의해 검출된 기울기와 관련되는, 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 트리거 모듈은 홀 효과 스위치를 포함하여 상기 감지 신호가 상기 홀 효과 스위치에 의해 검출된 자기장과 관련되는, 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 트리거 모듈은 스프링 스위치를 포함하여 상기 감지 신호가 상기 스프링 스위치에 의해 검출된 움직임과 관련되는, 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 트리거 모듈은 전도성 튜브와 절연 튜브의 조합 내부에 위치된 롤 볼을 포함하여 상기 롤 볼이 상기 전도성 튜브 또는 상기 절연 튜브에 진입하는지 여부에 의해 상기 감지 신호가 결정되는, 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 트리거 모듈은 하나 이상의 전도성 튜브와 하나 이상의 절연 튜브의 조합 내부에 위치된 롤 볼을 포함하여 상기 롤 볼에 의해 어느 전도성 튜브가 진입되는지에 의해 상기 감지 신호가 결정되는, 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 트리거 모듈은 구형 구조를 포함하고, 일부 전도성 라인 및 일부 홀에는 구형 표면의 내부가 내장되며 일부 전도성 볼은 상기 구형 구조의 내부에 위치되고, 각 전도성 라인은 하나 이상의 홀을 갖고, 각 홀은 적어도 하나의 전도성 볼에 의해 완전히 채워질 수 있어 상기 감지 신호는 속도 및 중력 효과를 갖는 다차원 움직임 검출과 관련되는, 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 트리거 모듈은 가스 농도, 습도, VOC를 결정하고 오디오에서 감지 신호에 대한 전압, 저항, 또는 전류를 변경하기 위한 전기화학 센서를 포함하는, 장치.
  15. 결정 시스템으로서,
    하나 이상의 감지 장치로서, 각 감지 장치는 상기 감지 장치에 의해 부착된 물체의 하나 이상의 속성에 대응하는 광주파수 음향 신호를 전송하도록 구성되는, 하나 이상의 감지 장치; 및
    분석 장치를 포함하고, 상기 분석 장치는 상기 하나 이상의 감지 장치로부터 전송된 하나 이상의 광주파수 음향 신호를 수신 및 분석하도록 구성되는, 결정 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상이한 감지 장치는 서로 다른 주파수를 갖는 서로 다른 광주파수 음향 신호를 전송하는, 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    각 광주파수 음향 신호는 음성 신호 및 초음파 신호로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    각 감지 장치는 상기 감지 장치에 의해 부착된 상기 물체의 하나 이상의 속성에 대응하는 감지 신호를 생성하도록 구성된 트리거 모듈 및 상기 감지 신호에 따라 상기 광주파수 음향 신호를 생성 및 전송하도록 구성된 사운드 모듈을 구비한, 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    적어도 하나의 감지 장치는 적어도 하나의 수정 발진기를 갖는 수정 발진기 모듈을 더 구비하여 상기 트리거 모듈, 상기 수정 발진기 모듈 및 상기 사운드 모듈이 회로를 형성하고, 상기 트리거 모듈이 트리거링될 때, 상기 수정 발진기 모듈에 의해 생성된 발진 신호와 상기 감지 신호 둘 모두는 상기 사운드 모듈로 전송된 후 상기 광주파수 음향 신호를 생성하는 데 사용되고, 상기 트리거 모듈이 트리거링되지 않을 때, 상기 수정 발진기 모듈에 의해 생성된 발진 신호와 상기 감지 신호 둘 모두는 상기 사운드 모듈로 전송되지 않고 이에 대응하여 어떠한 광주파수 음향 신호도 생성되지 않는, 시스템.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 분석 장치는 그 자체와 감지 장치에 부착된 물체 간의 상대 거리의 변화를 결정하기 위해 상기 감지 장치로부터 전송된 상기 수신된 광주파수 음향 신호의 진폭 변화를 분석하는 것; 및
    상기 분석 장치는 상기 분석 장치와 감지 장치 간의 상대 거리를 결정하기 위해 상기 신호가 상기 감지 장치에 의해 방금 전송될 때 상기 광주파수 음향 신호의 내부 진폭과 상기 신호가 상기 분석 장치에 의해 방금 수신될 때 상기 광주파수 음향 신호의 실제 진폭을 비교하는 것 중 하나 이상을 더 포함하는, 시스템.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 분석 장치는 그 자체와 감지 장치에 부착된 물체 간의 상대 운동의 변화를 결정하기 위해 상기 감지 장치로부터 전송된 상기 수신된 광주파수 음향 신호의 주파수 변화를 분석하는 것; 및
    상기 분석 장치는 상기 분석 장치와 감지 장치 간의 상대 운동을 결정하기 위해 상기 신호가 상기 감지 장치에 의해 방금 전송될 때 상기 광주파수 음향 신호의 내부 주파수와 상기 신호가 상기 분석 장치에 의해 방금 수신될 때 상기 광주파수 음향 신호의 실제 주파수를 비교하는 것 중 하나 이상을 더 포함하는, 시스템.
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