WO2017026829A1 - 진동 검출 장치 - Google Patents

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WO2017026829A1
WO2017026829A1 PCT/KR2016/008866 KR2016008866W WO2017026829A1 WO 2017026829 A1 WO2017026829 A1 WO 2017026829A1 KR 2016008866 W KR2016008866 W KR 2016008866W WO 2017026829 A1 WO2017026829 A1 WO 2017026829A1
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vibration
sensor
vibration detection
detection device
external connection
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김정국
박재현
김민규
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명지대학교 산학협력단
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    • G01H3/04—Frequency
    • G01H3/06—Frequency by electric means

Definitions

  • the present invention relates to a vibration detection device.
  • the present invention can be easily applied to various fields requiring vibration detection, proposes a low-cost disposable or semi-permanent vibration detection sensor and a vibration detection device equipped with the vibration detection sensor.
  • a vibration detection device is disclosed.
  • It includes a vibration detection sensor formed on one surface of the body to detect the vibration from the measurement target, there is a predetermined space between the vibration detection sensor and the surface of the body facing the vibration detection sensor.
  • the vibration sensing sensor is a PVDF sensor.
  • a signal line connected to the vibration sensing sensor and an external connection portion electrically connecting the signal line with an external device to transfer the sensing signal sensed by the vibration sensing sensor to the outside, wherein the signal line penetrates the body. Is connected to the external connection.
  • the fixing part is an adhesive tape installed along the outside of the vibration sensor.
  • the fixing part is installed along the outside of the vibration sensor, and is a support extending outwardly by a predetermined length in parallel with the surface on which the vibration sensor is formed.
  • the internal space of the body is vacuum or filled with at least one of air, liquid, and gel, so that the internal pressure can be adjusted to detect a signal filtered at a desired frequency.
  • the body is formed of a soft material when the measurement object is curved or soft, such as a human body, and is formed of a hard material when blocking the interference effect of vibrations other than the measurement object.
  • the vibration sensor further includes an object partially covering a center of a surface in contact with the object to be measured, wherein the object serves to amplify the intensity of vibration generated from the object to be measured.
  • the object has a hard or elastic material, and the degree of amplification of the vibration intensity varies according to the thickness or elasticity of the object.
  • the elastic body serves to support the vibration sensing sensor, to select or expand the detectable frequency band of the vibration signal And to protect the vibration detection sensor from strong vibrations.
  • the elastic body and the load sensor is integrally formed.
  • the object further includes the elastic body and the load sensor.
  • a vibration detection device is disclosed.
  • Vibration detection device is a body, a vibration detection sensor formed on one surface of the body to detect the vibration from the measurement object, the electronic device connected to the other surface of the body and the detection signal detected by the vibration detection sensor
  • a signal line for transmitting a to the electronic device, the signal line is electrically connected to the electronic device through the body.
  • the electronic device is integrally formed with the body.
  • the electronic device may further include an external connection unit connecting the signal line to the electronic device, wherein the electronic device is connected to the external connection unit and includes a connector detachable from the external connection unit.
  • wired connector connected to the signal line and the external connection part, the wired connector having a connector detachable to the external connection part and a signal line extending outward to connect to the electronic device.
  • the electronic device processes the detection signal output from the vibration detection sensor and transmits it to the outside through wired or wireless communication.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a structure of a vibration detection device.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a coupling structure of a vibration detection device and a wired connector.
  • FIG. 10 and 11 illustrate a coupling structure of a vibration detection device and a signal processing device.
  • FIG. 12 is a diagram schematically illustrating a configuration of a signal processing device connected with a vibration detection device.
  • one component when one component is referred to as “connected” or “connected” with another component, the one component may be directly connected or directly connected to the other component, but in particular It is to be understood that, unless there is an opposite substrate, it may be connected or connected via another component in the middle.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a structure of a vibration detection device. More specifically, Fig. 1A shows a cross section when the vibration detection device is viewed from the side, and Fig. 1B shows a view of the vibration detection device from the top.
  • the vibration detecting apparatus includes a body 10, a vibration detecting sensor, for example, a polyvinylidene fluoride (PVDF) sensor 20, a fixing part 30, an external connection part 40, and a signal line 50. do.
  • a vibration detecting sensor for example, a polyvinylidene fluoride (PVDF) sensor 20
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the body 10 is formed in a hollow cylindrical shape.
  • the interior space may be vacuum or filled with air, liquid, gel, and the like. Through this, it is possible to adjust the pressure inside the body 10 can be detected only by filtering the desired frequency signal, it can also protect the PVDF sensor film from strong vibrations.
  • the internal space of the body 10 may block vibrations from the outside or reduce external influences, may improve the detection sensitivity of the PVDF sensor 20, and performs a function of protecting the PVDF sensor 20. You may.
  • the body 10 may have a cylindrical shape when the upper part is circular, and the upper part may be embodied as an ellipse, a triangle, a rectangle, and a polygon other than the above. And is shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating various forms of the vibration detection device.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating shapes of the upper part of the vibration detection device including the PVDF sensor 20 and the fixing part 30.
  • (a) to (c) have a circular upper portion of the vibration detection device, and based on the shape of (a), (b) and (c) adjust the area and arrangement of the electrode 22.
  • (d) is an example showing that the upper part of the vibration detection device is elliptical, (e) is a rectangular shape of the upper part of the vibration detection device.
  • the body 10 may be formed of a hard or soft material.
  • the body 10 when the measurement object is curved or soft, such as a human body, the body 10 may be formed of a soft material, and in order to block interference effects of vibrations other than the measurement object, the body 10 may be made of a hard material. It can be formed as.
  • the PVDF sensor 20 is formed on the upper portion of the body 10 and has a PVDF film 21, two electrodes 22 attached to both sides of the PVDF film 21, and a PVDF film 21 and two electrodes 22. ) And two protective films 23 covering both sides.
  • the upper portion of the body 10 in which the PVDF sensor 20 is formed becomes a part in contact with the measurement object.
  • the PVDF sensor 20 since the PVDF sensor 20 has the characteristics of a piezoelectric element, the PVDF sensor 20 outputs an electrical signal in proportion to the amount of change in the intensity of the applied vibration.
  • the PVDF sensor 20 may detect the sensitivity and detection of vibration detection according to the amount of polymer material applied to the PVDF film 21, the shape of the electrode 22 of the PVDF sensor 20, the thickness of the protective film 23, and the like. Characteristics can be adjusted.
  • the fixing part 30 is formed at an upper edge and serves to fix the vibration detecting device to the measurement target.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the type of fixing part 30. 8, (a) shows the case where the fixing part 30 is an adhesive tape, and (b) shows the case where the fixing part 30 is a support stand.
  • the fixing part 30 when the fixing part 30 is an adhesive tape, the adhesive tape may be installed along the edge of the upper portion of the body 10, that is, outside the PVDF sensor 20.
  • the adhesive tape When the object to be measured is attachable with an adhesive tape such as a human body, the adhesive tape may be applied as the fixing part 30.
  • the support when the fixing part 30 is formed as a support, the support may be installed along the outer edge of the upper body 10, that is, the PVDF sensor 20.
  • the support may be formed to extend by a predetermined length to the outside in parallel with the upper surface of the body 10 in order to be fixed to the measurement object using a screw or nail, the screw or nail may be fitted to the extended portion A hole can be formed.
  • a support may be applied as the fixing part 30.
  • the external connection portion 40 is formed on the other surface of the body 10 and serves to connect two electrodes 22 of the PVDF sensor 20 with an external device.
  • two external connecting portions 40 respectively corresponding to the two electrodes 22 of the PVDF sensor 20 may be integrally formed with the body 10 at the lower portion of the body 10, and the shape thereof may be external. It may be preset according to the type of device.
  • the signal line 50 connects the two electrodes 22 of the PVDF sensor 20 and the external connection part 40.
  • the signal line 50 may be embedded in the body 10 when the body 10 is manufactured, and may be integrally formed with the body 10.
  • FIG. 2 to 6 is a view showing another embodiment of the vibration detection device of FIG. Hereinafter, a description overlapping with the configuration of FIG. 1 will be omitted.
  • the vibration detecting apparatus may further include an object 60 partially covering the center of the upper portion of the PVDF sensor 20.
  • the object 60 may have a rigid material or an elastic material that does not easily change its shape, and the strength of vibration so that the intensity of vibration generated at the measurement target is measured in detail by the PVDF sensor 20. It can act to amplify.
  • the amplification degree of the vibration intensity may vary according to the thickness and elasticity of the object 60, and the rigid object 60 may be applied to a measurement target having a weak vibration strength. That is, the PVDF sensor 20 may detect the vibration more sensitively at the portion where the object 60 exists.
  • the vibration detecting apparatus may further include an elastic body 70 that is inserted and attached between the central lower portion of the PVDF sensor 20 and the bottom surface of the body 10 in the inner space of the body 10.
  • the elastic body 70 may serve to support the PVDF sensor 20 and to reduce the cutoff frequency of the PVDF sensor 20 having the differentiation characteristic. That is, the elastic body 70 may be used for the purpose of selecting or extending the detectable frequency band of the vibration signal.
  • the elastic body 70 may serve to protect the PVDF sensor 20 from strong vibration.
  • the vibration detection device is inserted between the center lower portion of the PVDF sensor 20 and the bottom surface of the body 10 in the internal space of the body 10 and the load sensor 80 attached thereto.
  • the elastic body 70 and the load sensor 80 are integrally formed.
  • the vibration detection device may additionally measure the pressure of vibration through the load sensor 80.
  • the load sensor 80 may be attached to the bottom surface of the body 10, the elastic body 70 is sandwiched between the upper portion of the load sensor 80 and the center lower portion of the PVDF sensor 20 attached. Can be installed.
  • the load sensor 80 may be a load cell, and may have a structure in which a load cell is added to the bottom of the elastic body 70 of FIG. 3.
  • the vibration detection apparatus may further include an additional external connection portion 81 that connects the signal line of the load sensor 80 with an external device, such as the external connection portion 40, by the addition of the load sensor 80.
  • the vibration detection device includes a hard object 60 partially covering the center of the upper portion of the PVDF sensor 20, and a central lower portion and the body of the PVDF sensor 20 in the internal space of the body 10. It may further include an elastic body 70 and the load sensor 80 is sandwiched between the bottom of the 10). That is, the vibration detection apparatus shown in FIG. 5 has a structure combining the components added in FIGS. 2 and 4. Thus, the vibration detection device of FIG. 5 may have all of the features of the configurations added in FIGS. 2 to 4.
  • the vibration detection device is connected to the electrolyte gel 90 and the electrolyte gel 90 formed to reach the bottom surface of the inner space of the body 10 from the upper portion of the PVDF sensor 20 and the body 10.
  • the vibration detection apparatus shown in FIG. 6 may have a structure in which the vibration detection apparatus and the ECG electrode of FIG. 1 are combined. That is, in the vibration detecting apparatus shown in FIG. 6, in the vibration detecting apparatus of FIG. 1, after generating a hole in the center of the PVDF sensor 20, the electrolyte gel 90 for ECG measurement is inserted through the generated hole. In order to penetrate the body 10 from the lower portion of the electrolyte gel 90 to the outside of the body 10, the electrode 91 may be generated by inserting an electrode 91 for measuring an electrical electrical signal for detecting an ECG signal. Since the vibration detecting apparatus of FIG. 6 may simultaneously detect the vibration signal and the ECG signal, various bioelectrical signals such as ECG and BCG may be individually or simultaneously detected by one sensor device in the medical field.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a coupling structure of a vibration detection device and a wired connector.
  • the wired connector 100 may be connected to an external connection portion 40 of the vibration detection device, and for this purpose, the wired connector 100 may include a connector detachable from the external connection portion 40. In addition, the wired connector 100 may include a signal line extending outward to be connected to an external device. Through this, the wired connector 100 may electrically connect the vibration detection device and the external device.
  • FIGS. 10 and 11 are diagrams illustrating a coupling structure of a vibration detection device and a signal processing device.
  • the signal processing apparatus 200 illustrated in FIG. 10 may be connected to an external connection portion 40 of the vibration detection device, and for this purpose, the external processing portion 40 may be provided with a detachable connector. have.
  • the signal processing device 200 and the vibration detection device may be integrally formed.
  • the vibration detection device may be implemented in the form of mounting the configuration of the signal processing device 200 in the vibration detection device.
  • FIG. 12 is a diagram schematically illustrating a configuration of a signal processing device connected to a vibration detection device.
  • the signal processing apparatus 200 receives a signal output from the PVDF sensor 20 or an additionally mounted sensor of the vibration detecting apparatus, and reduces the noise component and amplifies the signal.
  • An amplifier and filter disposed in the module, an analog to digital converter (ADC) for converting a pre-processed analog signal into a digital signal, a microprocessor for performing signal processing and analysis using a digital signal, and a detection signal output from the microprocessor. It may include a wired and wireless output unit (communication unit) for transmitting to.
  • the signal processing apparatus 200 may further include a memory that stores the detection signal or an alarm module that performs an alarm according to the signal detection.
  • the signal processing device 200 is not limited to the above components, the configuration and operation of the signal processing device 200 may vary depending on the function of the device. However, the signal transmission to the other external device is expected to be required regardless of the device, and thus the signal processing device 200 may essentially include a communication unit.
  • the vibration detecting device according to the present invention can be easily applied to various fields requiring vibration detection, and can be used at low cost disposable or semi-permanently.
  • the vibration detection device can be applied to various fields such as biological signal measurement, motion detection, collapse prediction, landslide prediction, living noise measurement in construction and civil engineering fields, and a small and light sensor that is easy to use with high sensitivity. Can produce and supply at low cost.

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Abstract

진동 검출 장치가 개시된다. 진동 검출 장치는 내부 공간을 가지는 몸체 및 몸체의 일면에 형성되어 측정 대상으로부터의 진동을 감지하는 진동 감지 센서를 포함하되, 진동 감지 센서와 몸체 중 진동 감지 센서와 대향하는 면 사이에 일정 공간이 존재한다.

Description

진동 검출 장치
본 발명은 진동 검출 장치에 관한 것이다.
의료 분야에서, 심장수축 등과 같은 장기의 운동을 진단하는 데는 전위 또는 임피던스와 같은 전기적 신호나 혈압계, 청진기, 호흡 측정기 등에서 사용되는 진동 신호가 많이 사용되어 왔다. 호흡 측정의 경우, 코 끝에 장착하는 온도센서를 이용하여 들숨과 날숨의 온도변화로 측정하는 방식이나, 가슴에 묶는 끈 형태의 기구를 이용한 용적변화 측정방식이 사용되어 왔으나, 최근에는 가속도 센서를 활용한 호흡 모니터링이 제안되고 있다. 그러나, 가속도 센서를 이용한 호흡 모니터링은 매우 정교한 측정을 요하는 특수한 경우 이외에는 그 효용성이 떨어져 제한적으로 사용되고 있다. 1936년 Isaac Starr에 의해 개발된, 심장의 동적 움직임의 강도를 측정하는 심동도(BCG, ballistocardiography)는 관련 생리학적 기전이 명확히 알려지지 않았고, ECG의 유효성과 대중성에 밀려 그 사용이 최근까지 제한적이었으나, 최근에 센서기술의 개선으로, 그 사용이 다시 증가하고 있는 추세이다. 이와 같이, 의료용으로 생체 진동을 측정하는 경우, 가속도 센서, 스트레인게이지 등의 다양한 센서들이 사용되고 있는데, 관련 장비의 복잡성과 높은 가격 및 측정 과정이 복잡하다는 단점이 있으며, 일반적으로, 곡면인 인체의 표면에 센서를 붙여야 하는 어려움이 있다. 특히, 의료용 진동 센서는 질병 전파 또는 감염 등의 이유로 일회 사용 후 폐기할 수 있는 저가의 일회용 센서의 중요성이 크게 대두되고 있다.
건설 및 토목 분야에서는, 최근 건물, 터널, 교량 등의 붕괴 예측이나 산사태 예측 등이 중요한 문제로 대두되고 있다. 그런데, 이를 위해서는 직접 해당 구조물 및 구조물 주변의 역학 조사 등을 수행해야 하기 때문에, 많은 인력 및 높은 비용으로 말미암아 모든 구조물에 적용하기가 힘든 상황이다. 그래서, 현재 대부분의 경우, 붕괴 방지 시설들이 구축되고 있으나, 이 또한 수시 점검이 필요하기 때문에 많은 어려움이 따른다. 일반적으로, 구조물 또는 건축물, 산사태 등은 물리적 진동을 수반하므로, 저가로 필요한 위치에 효율적으로 적용할 수 있는 센서의 필요성이 강조되고 있다.
생활 소음 분야에서는, 최근 아파트 층간소음이나 도로변 자동차 소음 등이 문제시 되고 있다. 그러나, 현재 이를 해결할 방법이 없을 뿐만 아니라, 그 소음 정도를 확인 할 수 있는 시스템 또한 고가의 장비를 필요로 한다. 이에 따라 가정에서 쉽게 소음 및 진동을 측정하여 생활에 반영할 수 있도록 하는 장비가 절실한 상황이다.
따라서, 저가이면서도 다방면에 사용하기 쉬운 진동 검출 장치가 요구된다.
본 발명은 진동 검출이 필요한 다양한 분야에 용이하게 적용할 수 있으며, 저가의 일회용 또는 반영구적으로 사용할 수 있는 진동 감지 센서와, 그 진동 감지 센서를 탑재한 진동 검출 장치를 제안하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 진동 검출 장치가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 진동 검출 장치는 내부 공간을 가지는 몸체 및
상기 몸체의 일면에 형성되어 측정 대상으로부터의 진동을 감지하는 진동 감지 센서를 포함하되, 상기 진동 감지 센서와 상기 몸체 중 상기 진동 감지 센서와 대향하는 면 사이에 일정 공간이 존재한다.
상기 진동 감지 센서는 PVDF 센서이다.
상기 진동 감지 센서에 의해 감지된 감지 신호를 외부로 전달하기 위하여 상기 진동 감지 센서에 연결되는 신호선 및 상기 신호선을 외부 장치와 전기적으로 연결하는 외부 접속부를 더 포함하되, 상기 신호선은 상기 몸체를 관통하여 상기 외부 접속부에 연결된다.
상기 진동 감지 센서가 형성된 면의 테두리에 형성되어 상기 측정 대상에 고정되는 고정부를 더 포함한다.
상기 고정부는 상기 진동 감지 센서의 외측을 따라 설치된 접착 테이프이다.
상기 고정부는 상기 진동 감지 센서의 외측을 따라 설치되며, 상기 진동 감지 센서가 형성된 면과 평행하게 외측으로 일정 길이만큼 연장된 지지대이다.
상기 몸체의 내부 공간은 진공이거나 공기, 액체, 젤(gel) 중 적어도 하나로 채워짐으로써, 내부 압력의 조절이 가능하여 원하는 주파수로 필터링된 신호가 검출된다.
상기 몸체는 상기 측정 대상이 인체와 같이 굴곡이 있거나 부드러운 경우, 부드러운 재질로 형성되고, 상기 측정 대상 이외의 진동의 간섭 영향을 차단하기 위한 경우, 단단한 재질로 형성된다.
상기 진동 감지 센서가 상기 측정 대상과 접촉하는 면의 중앙을 일부 덮는 물체를 더 포함하되, 상기 물체는 상기 측정 대상에서 발생하는 진동의 세기를 증폭하는 역할을 수행한다.
상기 물체는 단단하거나 탄력있는 재질을 가지며, 상기 물체의 두께 또는 탄력에 따라 진동 세기의 증폭 정도가 달라진다.
상기 몸체의 내부 공간에서, 상기 진동 감지 센서와 상기 몸체의 저면 사이에 끼워져 부착된 탄성체를 더 포함하되, 상기 탄성체는 상기 진동 감지 센서를 지지하는 역할, 진동 신호의 검출 가능한 주파수 대역을 선별하거나 확장하는 역할 및 강한 진동으로부터 상기 진동 감지 센서를 보호하는 역할을 수행한다.
상기 물체 및 상기 탄성체를 더 포함한다.
상기 몸체의 내부 공간에서, 상기 진동 감지 센서와 상기 몸체의 저면 사이에 끼워져 부착된 탄성체 및 하중 센서를 더 포함하되, 상기 탄성체 및 상기 하중 센서는 일체로 형성된다.
상기 물체, 상기 탄성체 및 상기 하중 센서를 더 포함한다.
상기 진동 감지 센서의 상부에서 상기 몸체 내부 공간의 저면에 이르도록 형성된 전해질 젤 및 상기 전해질 젤과 연결되며, 상기 몸체의 외부로 돌출된 생체 전기 신호 측정용 전극을 더 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 진동 검출 장치가 개시된다.
본 발명의 실시예에 진동 검출 장치는 몸체, 상기 몸체의 일면에 형성되어 측정 대상으로부터의 진동을 감지하는 진동 감지 센서, 상기 몸체의 타면에 연결된 전자 기기 및 상기 진동 감지 센서에 의해 감지된 감지 신호를 상기 전자 기기로 전달하기 위한 신호선을 포함하되, 상기 신호선은 상기 몸체를 관통하여 상기 전자 기기로 전기적으로 연결된다.
상기 전자 기기는 상기 몸체와 일체형으로 형성된다.
상기 신호선을 상기 전자 기기와 연결하는 외부 접속부를 더 포함하되, 상기 전자 기기는 상기 외부 접속부와 연결되며, 상기 외부 접속부와 탈부착이 가능한 커넥터를 구비한다.
상기 신호선과 연결되는 외부 접속부 및 상기 외부 접속부와 연결되며, 상기 외부 접속부와 탈부착이 가능한 커넥터와 상기 전자 기기와 연결되기 위하여 외부로 연장된 신호선을 구비한 유선 커넥터를 더 포함한다.
상기 전자 기기는 상기 진동 감지 센서로부터 출력된 검출 신호를 처리하여 유무선 통신을 통해 외부로 전송한다.
도 1은 진동 검출 장치의 구조를 예시한 도면.
도 2 내지 도 6은 도 1의 진동 검출 장치에 대한 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 7은 진동 검출 장치의 다양한 형태를 예시한 도면.
도 8은 고정부의 타입을 예시한 도면.
도 9는 진동 검출 장치와 유선 커넥터의 결합 구조를 예시한 도면.
도 10 및 도 11은 진동 검출 장치와 신호 처리 장치의 결합 구조를 예시한 도면.
도 12는 진동 검출 장치와 연결되는 신호 처리 장치의 구성을 개략적으로 예시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 1은 진동 검출 장치의 구조를 예시한 도면이다. 보다 상세하게, 도 1의 (a)는 진동 검출 장치를 측면에서 바라 보았을 때의 단면을 나타내고, 도 1의 (b)는 진동 검출 장치를 상부에서 바라 본 모습을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 진동 검출 장치는 몸체(10), 진동 감지 센서, 예를 들어 PVDF(Polyvinylidene fluoride) 센서(20), 고정부(30), 외부 접속부(40) 및 신호선(50)을 포함한다. 이하, 설명의 편의를 위하여 진동 감지 센서는 PVDF 센서(20)로 가정하겠다.
몸체(10)는 내부가 빈 통 형상으로 형성된다. 예를 들어, 내부 공간은 진공이거나, 공기, 액체, 젤(gel) 등으로 채워질 수 있다. 이를 통해, 몸체(10) 내부 압력의 조절이 가능하여 원하는 주파수만을 필터링하여 신호를 검출할 수 있으며, 강한 진동으로부터 PVDF 센서필름을 보호 할 수도 있다. 또한, 몸체(10)의 내부 공간은 외부로부터 오는 진동을 차단하거나 외부 영향을 감소시킬 수 있고, PVDF 센서(20)의 감지 감도를 향상시킬 수 있으며, PVDF 센서(20)를 보호하는 기능을 수행할 수도 있다.
예를 들어, 몸체(10)는 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 상부가 원형인 경우, 원통 형태가 될 수 있으며, 상부는 타원형, 삼각형, 사각형 및 이외의 다각형 등으로 구현될 수 있으며, 도 7에서 보여진다.
도 7은 진동 검출 장치의 다양한 형태를 예시한 도면이다. 보다 상세하게, 도 7은 PVDF 센서(20) 및 고정부(30)를 포함하는 진동 검출 장치의 상부의 형태들을 예시한 도면이다. 도 7을 참조하면, (a) 내지 (c)는 진동 검출 장치의 상부가 원형이며, (a)의 형태를 기본으로, (b)와 (c)는 전극(22)의 면적 및 배치를 조정한 예이다. 그리고, (d)는 진동 검출 장치의 상부가 타원형이고, (e)는 진동 검출 장치의 상부가 사각형인 것을 나타낸 예이다.
또한, 몸체(10)는 단단하거나 부드러운 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 측정 대상이 인체와 같이 굴곡이 있거나 부드러운 경우, 몸체(10)는 부드러운 재질로 형성될 수 있고, 측정 대상 이외의 진동의 간섭 영향을 차단하기 위한 경우, 몸체(10)는 단단한 재질로 형성될 수 있다.
PVDF 센서(20)는 몸체(10)의 상부에 형성되며, PVDF 필름(21), PVDF 필름(21)의 양면에 부착되는 두 개의 전극(22) 및 PVDF 필름(21)과 두 개의 전극(22)을 양면으로 덮는 두 개의 보호필름(23)을 포함한다.
즉, PVDF 센서(20)가 형성되는 몸체(10)의 상부가 측정 대상과 접촉하는 부분이 된다.
일반적으로, PVDF 센서(20)는 압전 소자의 특성을 가지고 있기 때문에, 가해지는 진동의 세기 변화량에 비례하여 전기적인 신호를 출력하는 특성을 보인다. 뿐만 아니라, PVDF 센서(20)는 PVDF 필름(21)에 도포되는 고분자 물질의 양이나 PVDF 센서(20)의 전극(22)의 형태, 보호필름(23)의 두께 등에 따라 진동 검출의 민감도 및 검출 특성이 조절 될 수 있다.
고정부(30)는 상부의 테두리에 형성되며, 진동 검출 장치를 측정 대상에 고정시키는 역할을 수행한다. 예를 들어, 도 8은 고정부(30)의 타입을 예시한 도면이다. 도 8을 참조하면, (a)는 고정부(30)가 접착 테이프인 경우를 나타내고, (b)는 고정부(30)가 지지대인 경우를 나타낸다.
즉, (a)와 같이, 고정부(30)가 접착 테이프인 경우, 몸체(10) 상부의 테두리 즉, PVDF 센서(20)의 외측을 따라 접착 테이프가 설치될 수 있다. 측정 대상이 인체와 같이 접착 테이프로 부착 가능한 경우, 고정부(30)로서 접착 테이프가 적용될 수 있다.
그리고, (b)와 같이, 고정부(30)가 지지대로 형성되는 경우, 몸체(10) 상부의 테두리 즉, PVDF 센서(20)의 외측을 따라 지지대가 설치될 수 있다. 지지대는 나사나 못 등을 이용하여 측정 대상에 고정되게 하기 위하여, 몸체(10) 상부면과 평행하게 외측으로 일정 길이만큼 연장되게 형성될 수 있으며, 연장된 부분에 나사나 못 등이 끼워질 수 있는 홀이 형성될 수 있다. 측정 대상이 구조물과 같이 접착 테이프로 부착이 불가능한 경우, 고정부(30)로서 지지대가 적용될 수 있다.
외부 접속부(40)는 몸체(10)의 타면에 형성되며, PVDF 센서(20)의 두 전극(22)을 외부 장치와 연결하는 역할을 한다. 예를 들어, PVDF 센서(20)의 두 전극(22)에 각각 대응하는 두 개의 외부 접속부(40)가 몸체(10)의 하부에 몸체(10)와 일체로 형성될 수 있으며, 그 형태는 외부 장치의 타입에 따라 미리 설정될 수 있다.
신호선(50)은 PVDF 센서(20)의 두 전극(22)과 외부 접속부(40)를 연결한다. 예를 들어, 신호선(50)은 몸체(10) 제작 시, 몸체(10)에 매립되어 몸체(10)와 일체로 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 6은 도 1의 진동 검출 장치에 대한 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 이하에서는, 도 1의 구성과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 2를 참조하면, 진동 검출 장치는 PVDF 센서(20)의 상부의 중앙을 일부 덮는 물체(60)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 물체(60)는 쉽게 형태가 변하지 않는 단단한 재질을 가지거나 탄력 있는 재질을 가질 수 있으며, 측정 대상에서 발생하는 진동의 세기가 PVDF 센서(20)에 의하여 세밀하게 측정되도록 진동의 세기를 증폭하는 역할을 수행할 수 있다. 이 물체(60)의 두께와 탄력에 따라 진동 세기의 증폭 정도가 달라질 수 있으며, 진동 세기가 약한 측정 대상에 단단한 물체(60)가 적용될 수 있다. 즉, PVDF 센서(20)는 물체(60)가 존재하는 부분에서 진동을 더 민감하게 감지할 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하면, 진동 검출 장치는 몸체(10) 내부 공간에서, PVDF 센서(20)의 중앙 하부와 몸체(10)의 저면 사이에 끼워져 부착된 탄성체(70)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 탄성체(70)는 PVDF 센서(20)를 지지하는 역할과 동시에, 미분기 특성을 가지는 PVDF 센서(20)의 cutoff frequency를 감소시키는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 탄성체(70)는 진동 신호의 검출 가능한 주파수 대역을 선별하거나 확장하기 위한 목적으로 사용될 수 있다. 그리고, 탄성체(70)는 강한 진동으로부터 PVDF 센서(20)를 보호하는 역할을 수행할 수도 있다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 진동 검출 장치는 몸체(10) 내부 공간에서, PVDF 센서(20)의 중앙 하부와 몸체(10)의 저면 사이에 끼워져 부착된 탄성체(70) 및 하중 센서(80)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 탄성체(70) 및 하중 센서(80)는 일체로 형성된다. 그래서, 진동 검출 장치는 하중 센서(80)를 통해 추가적으로 진동의 압력을 측정할 수 있다. 예를 들어, 하중 센서(80)는 몸체(10)의 저면에 부착될 수 있으며, 탄성체(70)는 하중 센서(80)의 상부와 PVDF 센서(20)의 중앙 하부 사이에 끼워져 부착된 형태로 설치될 수 있다. 여기서, 하중 센서(80)는 로드셀(Load Cell)이 될 수 있으며, 도 3의 탄성체(70) 하단에 로드셀이 추가된 구조가 될 수 있다.
또한, 진동 검출 장치는 하중 센서(80)가 추가됨으로써, 외부 접속부(40)와 같이, 하중 센서(80)의 신호선을 외부 장치와 연결하는 추가 외부 접속부(81)를 더 포함할 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하면, 진동 검출 장치는 PVDF 센서(20)의 상부의 중앙을 일부 덮는 단단한 물체(60), 몸체(10) 내부 공간에서, PVDF 센서(20)의 중앙 하부와 몸체(10)의 저면 사이에 끼워져 부착된 탄성체(70) 및 하중 센서(80)를 더 포함할 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 진동 검출 장치는 도 2와 도 4에서 추가된 구성들을 결합한 구조를 가진다. 그래서, 도 5의 진동 검출 장치는 도 2 내지 도 4에서 추가된 구성들의 특징을 모두 가질 수 있다.
다음으로, 도 6을 참조하면, 진동 검출 장치는 PVDF 센서(20)의 상부에서 몸체(10) 내부 공간의 저면에 이르도록 형성된 전해질 젤(90) 및 전해질 젤(90)과 연결되며 몸체(10) 외부로 돌출된 생체 전기 신호 측정용 전극(91)을 더 포함할 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 진동 검출 장치는 도 1의 진동 검출 장치에, 생체 전기 신호 측정에 사용되는 전극 형식을 결합한 형태로, 인체에서 발생되는 진동 신호뿐만 아니라, 인체에서 발생하는 전기적 신호까지 함께 검출 할 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 진동 검출 장치는 도 1의 진동 검출 장치와 ECG 전극을 결합한 구조가 될 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 진동 검출 장치는 도 1의 진동 검출 장치에서, PVDF 센서(20)의 중앙에 홀을 생성한 후, 생성된 홀을 통해 ECG 측정을 위한 전해질 젤(90)을 삽입하고, 전해질 젤(90)의 하부에서 몸체(10) 외부로 몸체(10)를 관통하도록, ECG 신호를 검출하기 위한 생체 전기 신호 측정용 전극(91)을 삽입하여 생성될 수 있다. 도 6의 진동 검출 장치는 진동 신호 및 ECG 신호를 동시에 검출할 수 있으므로, 의료 분야에 적용하여 하나의 센서 장치로 ECG, BCG 등의 다양한 생체 전기 신호를 개별적으로 또는 동시에 검출할 수 있다.
도 9는 진동 검출 장치와 유선 커넥터의 결합 구조를 예시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 유선 커넥터(100)는 진동 검출 장치의 외부 접속부(40)와 연결될 수 있으며, 이를 위하여 외부 접속부(40)와 탈부착이 가능한 커넥터를 구비할 수 있다. 또한, 유선 커넥터(100)는 외부 장치와 연결되기 위하여 외부로 연장된 신호선을 구비할 수 있다. 이를 통해, 유선 커넥터(100)는 진동 검출 장치와 외부 장치를 전기적으로 연결할 수 있다.
도 10 및 도 11은 진동 검출 장치와 신호 처리 장치의 결합 구조를 예시한 도면이다.
우선, 도 10을 참조하면, 도 10에 도시된 신호 처리 장치(200)는 진동 검출 장치의 외부 접속부(40)와 연결될 수 있으며, 이를 위하여 외부 접속부(40)와 탈부착이 가능한 커넥터를 구비할 수 있다.
다음으로, 도 11을 참조하면, 신호 처리 장치(200)와 진동 검출 장치는 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 진동 검출 장치 내에 신호 처리 장치(200)의 구성을 탑재하는 형태로 진동 검출 장치가 구현될 수 있다.
이하, 신호 처리 장치(200)에 대해서는 도 12를 참조하여 설명하기로 한다.
도 12는 진동 검출 장치와 연결되는 신호 처리 장치의 구성을 개략적으로 예시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 신호 처리 장치(200)는, 진동 검출 장치의 PVDF 센서(20) 또는 추가로 탑재된 센서로부터 출력된 신호를 수신하여, 잡음 성분을 줄이고 신호의 크기를 증폭시키기 위하여 전처리 단계에 배치되는 증폭기와 필터, 전처리된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 ADC(analog to digital converter), 디지털 신호를 이용하여 신호처리 및 해석을 수행하는 마이크로프로세서 및 마이크로프로세서로부터 출력된 검출 신호를 외부로 전송하는 유무선 출력부(통신부)를 포함할 수 있다. 또한, 신호 처리 장치(200)는 검출 신호를 저장하는 메모리나 신호 검출에 따라 알람을 수행하는 알람 모듈을 더 포함할 수도 있다.
한편, 신호 처리 장치(200)는 위의 구성요소들로 제한되지는 않으며, 신호 처리 장치(200)의 구성 및 동작은 해당 기기의 기능에 따라 달라질 수 있다. 다만, 외부 다른 장치로의 신호 전송은 기기와 상관없이 필요할 것으로 보이며, 따라서 신호 처리 장치(200)는 통신부를 필수적으로 포함할 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 진동 검출 장치는 진동 검출이 필요한 다양한 분야에 용이하게 적용할 수 있으며, 저가의 일회용 또는 반영구적으로 사용할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 진동 검출 장치는 생체신호 측정이나 움직임 검출, 건설 및 토목 분야에서의 붕괴 예측이나 산사태 예측, 생활 소음 측정 등 다양한 분야에 적용 가능하고, 고감도의 사용이 편리한 소형 경량의 센서를 저가로 생산하고 공급할 수 있다.

Claims (20)

  1. 내부 공간을 가지는 몸체; 및
    상기 몸체의 일면에 형성되어 측정 대상으로부터의 진동을 감지하는 진동 감지 센서를 포함하되,
    상기 진동 감지 센서와 상기 몸체 중 상기 진동 감지 센서와 대향하는 면 사이에 일정 공간이 존재하는 것을 특징으로 하는 진동 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진동 감지 센서는 PVDF 센서인 것을 특징으로 하는 진동 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진동 감지 센서에 의해 감지된 감지 신호를 외부로 전달하기 위하여 상기 진동 감지 센서에 연결되는 신호선; 및
    상기 신호선을 외부 장치와 전기적으로 연결하는 외부 접속부를 더 포함하되,
    상기 신호선은 상기 몸체를 관통하여 상기 외부 접속부에 연결되는 것을 특징으로 하는 진동 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 진동 감지 센서가 형성된 면의 테두리에 형성되어 상기 측정 대상에 고정되는 고정부를 더 포함하는 진동 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고정부는 상기 진동 감지 센서의 외측을 따라 설치된 접착 테이프인 것을 특징으로 하는 진동 검출 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 고정부는 상기 진동 감지 센서의 외측을 따라 설치되며, 상기 진동 감지 센서가 형성된 면과 평행하게 외측으로 일정 길이만큼 연장된 지지대인 것을 특징으로 하는 진동 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 몸체의 내부 공간은 진공이거나 공기, 액체, 젤(gel) 중 적어도 하나로 채워짐으로써, 내부 압력의 조절이 가능하여 원하는 주파수로 필터링된 신호가 검출되는 것을 특징으로 하는 진동 검출 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는 상기 측정 대상이 인체와 같이 굴곡이 있거나 부드러운 경우, 부드러운 재질로 형성되고, 상기 측정 대상 이외의 진동의 간섭 영향을 차단하기 위한 경우, 단단한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 진동 검출 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 진동 감지 센서가 상기 측정 대상과 접촉하는 면의 중앙을 일부 덮는 물체를 더 포함하되,
    상기 물체는 상기 측정 대상에서 발생하는 진동의 세기를 증폭하는 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 진동 검출 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 물체는 단단하거나 탄력있는 재질을 가지며, 상기 물체의 두께 또는 탄력에 따라 진동 세기의 증폭 정도가 달라지는 것을 특징으로 하는 진동 검출 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 몸체의 내부 공간에서, 상기 진동 감지 센서와 상기 몸체의 저면 사이에 끼워져 부착된 탄성체를 더 포함하되,
    상기 탄성체는 상기 진동 감지 센서를 지지하는 역할, 진동 신호의 검출 가능한 주파수 대역을 선별하거나 확장하는 역할 및 강한 진동으로부터 상기 진동 감지 센서를 보호하는 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 진동 검출 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 물체 및 상기 탄성체를 더 포함하는 진동 검출 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 몸체의 내부 공간에서, 상기 진동 감지 센서와 상기 몸체의 저면 사이에 끼워져 부착된 탄성체 및 하중 센서를 더 포함하되,
    상기 탄성체 및 상기 하중 센서는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 진동 검출 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 물체, 상기 탄성체 및 상기 하중 센서를 더 포함하는 진동 검출 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 진동 감지 센서의 상부에서 상기 몸체 내부 공간의 저면에 이르도록 형성된 전해질 젤; 및
    상기 전해질 젤과 연결되며, 상기 몸체의 외부로 돌출된 생체 전기 신호 측정용 전극을 더 포함하는 진동 검출 장치.
  16. 몸체;
    상기 몸체의 일면에 형성되어 측정 대상으로부터의 진동을 감지하는 진동 감지 센서;
    상기 몸체의 타면에 연결된 전자 기기; 및
    상기 진동 감지 센서에 의해 감지된 감지 신호를 상기 전자 기기로 전달하기 위한 신호선을 포함하되,
    상기 신호선은 상기 몸체를 관통하여 상기 전자 기기로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 진동 검출 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전자 기기는 상기 몸체와 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 진동 검출 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 신호선을 상기 전자 기기와 연결하는 외부 접속부를 더 포함하되,
    상기 전자 기기는 상기 외부 접속부와 연결되며, 상기 외부 접속부와 탈부착이 가능한 커넥터를 구비하는 것을 특징으로 하는 진동 검출 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 신호선과 연결되는 외부 접속부; 및
    상기 외부 접속부와 연결되며, 상기 외부 접속부와 탈부착이 가능한 커넥터와 상기 전자 기기와 연결되기 위하여 외부로 연장된 신호선을 구비한 유선 커넥터를 더 포함하는 진동 검출 장치.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 전자 기기는 상기 진동 감지 센서로부터 출력된 검출 신호를 처리하여 유무선 통신을 통해 외부로 전송하는 것을 특징으로 하는 진동 검출 장치.
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