KR102998552B1 - 3축 xyz 가속도 센서를 이용한 지능형 휴대용 지진 감지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본체 케이스와, 상기 본체 케이스의 내부 공간의 하부에 배치되며, 3축(X, Y, Z) 가속도 센서 및 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)을 구비하는 지진 감지 보드와, 전원 연결부와 통신부, 및 경보 모듈을 포함하는 휴대용 지진 감지 장치로서, 3축(X, Y, Z) 가속도 센서를 이용하여 진동 데이터를 수집하고, 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)은 초기 기준점을 설정하고, 진동 강도에 따라 가중치를 누적하여 지진 여부를 판단하며, 기준점의 자동 재설정 및 필터링 알고리즘을 통해 장기간 안정적인 감지 성능을 유지할 수 있으며, 경보 모듈에 포함되는 LED 및 스피커를 통해 실시간으로 사용자에게 지진 경보를 제공한다. 본 발명은 휴대성과 실시간 반응성 및 자동 보정 기능을 통한 높은 신뢰성을 동시에 갖춘 실용적인 지진 감지 장치를 제공한다.

Description

3축 XYZ 가속도 센서를 이용한 지능형 휴대용 지진 감지 장치{Intelligent Portable Earthquake Detector Using 3-Axis XYZ Acceleration Sensor}

본 발명은 지진 발생 시의 진동을 감지하여 경보를 제공하는 휴대용 지진 감지 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 3축(X, Y, Z) 가속도 센서를 이용하여 실시간으로 지진파(P파, S파 등)를 감지하고, 지능형 신호처리 알고리즘 및 주기적 기준점 재설정 기능을 포함함으로써 보다 정확하고 신뢰성 있는 지진 감지를 실현하는 휴대용 지진 감지 장치에 관한 것이다.

기존의 지진 감지 시스템은 대부분 고정형으로 설계되어 있어, 설치 시 위치 선정, 기반 구조물 확보, 전원 연결 등에 제약이 따르며, 이에 따른 높은 설치 비용 및 유지 관리 비용이 발생한다. 또한, 이러한 고정형 지진 감지 시스템은 특정 장소에 고정되어 있기 때문에 휴대가 불가능하고, 사용자와의 물리적 거리에 따라 경보 전달에 지연이 발생할 수 있고, 사용자가 이동 중일 경우에는 지진 경보로부터 소외될 가능성이 있다.

예를 들어, 등록특허 제10-1546074호(특허문헌 1)는, 3축 가속도 센서 유닛을 이용하여 다축 데이터를 수집하여 구조물의 지진을 감지·진단하는 시스템을 개시하고 있으나, 해당 특허기술은 고정형 구조물 내 적용을 전제로 하여 휴대성 측면에서는 한계가 있다.

또한, 기존의 지진 감지 장치들은 지진 발생 초기 단계에서 발생하는 미약한 진동인 P파(Primary wave)와, 그 후 도달하는 큰 진동인 S파(Secondary wave)를 명확하게 구분하여 사용자에게 효과적으로 경보를 제공하는 기능이 미비하거나 부재하여 조기 대응의 실효성이 낮아, 조기 경보 시스템으로서의 효과가 제한적이라는 문제가 있었다.

예를 들어, 등록특허 제10-2772882호(특허문헌 2)는, X, Y, Z축의 가속도를 감지하는 3축 가속도 센서 기반의 진동 감지 장치를 이용하여 비교적 정밀한 진동 측정이 가능한 기술을 개시하고 있으나, 진동 파형 분석(P파, S파 구분)에 대한 명시적 기술은 포함하고 있지 않다.

그리고, 가속도 센서를 구비하는 기존의 지진 감지 장치의 경우, 가속도 센서의 기준점을 수동으로 설정하거나 장기간 사용 시 기준점이 변경되어 오탐지 또는 감도 저하가 발생하는 문제점이 있었다.

예를 들어, 등록특허 제10-2793636호(특허문헌 3)는, 가속도값을 분석하여 특정 조건에 따른 경보 시스템을 제공하는 기술을 제시하고 있지만, 실시간 기준점 자동 보정 및 다중 필터링 알고리즘을 통한 오탐 방지에는 한계가 있다.

따라서, 사용자의 휴대성을 확보하면서도, 실시간으로 P파와 S파를 구분하여 지진을 정확도 높게 감지할 수 있고, 또한 기준점 자동 설정·재설정 및 다중 필터링을 통해 오탐률을 낮출 수 있는 지진 감지 장치의 필요성이 대두되고 있다.

[특허문헌 1] 대한민국 등록특허공보 제10-1546074호 [특허문헌 2] 대한민국 등록특허공보 제10-2772882호 [특허문헌 3] 대한민국 등록특허공보 제10-2793636호

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 지진 발생 시 사용자가 신속하고 정확하게 대응할 수 있도록 돕는 휴대용 지진 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 휴대 가능하고 설치 방향이나 위치에 관계없이 사용할 수 있으며, 오탐률을 줄여 지진 감지 및 경보의 정확도를 향상시키고, 사용자에게 직관적인 경고 수단을 제공할 수 있는 지진 감지 장치를 구현함으로써, 기존 기술의 한계를 극복하는 것을 과제로 한다.

상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 휴대용 지진 감지 장치는 3축(X, Y, Z) 가속도 센서를 이용하여 외부 진동 데이터를 실시간으로 수집하고 분석하고, 기준점 자동 설정 및 주기적 초기화를 통해 장기적 정확성을 유지하며, 시각적·청각적 경보를 제공할 수 있다.

본 발명에 있어서, 지진을 감지하고 사용자에게 경보를 제공하기 위한 휴대용 지진 감지 장치는,

본체 케이스와,

상기 본체 케이스의 내부 공간에 배치되며, 3축(X, Y, Z) 가속도 센서 및 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)을 포함하는 지진 감지 보드, 및

상기 지진 보드 상부에 배치되는 경보 모듈을 포함하고,

상기 3축 가속도 센서는 외부 환경으로부터 발생하는 진동 데이터를 수집하도록 구성되고,

상기 마이크로컨트롤러 유닛은 상기 3축 가속도 센서로부터 수집된 데이터를 분석하여,

- 전원이 처음 공급될 때, 현재 가속도 값을 기준점으로 원점 설정하고,

- 상기 기준점과의 차이를 이용하여 각 축의 가속도 변화량을 계산하며,

- 각 축의 가속도 변화량이 미리 설정된 임계값을 초과할 경우 진동 강도를 계산하고,

- 상기 진동 강도에 따라 가중치를 부여하여 누적 카운트를 적산하며,

- 상기 누적 카운트가 미리 정해진 기준값을 초과할 경우 경보 모듈을 통해 지진 경보를 제공하도록 제어하고,

- 지진 감지가 완료된 후 소정 시간이 경과하면, 추가적인 지진 감지를 위해 가속도 센서의 기준점을 재설정하도록 구성되며,

상기 경보 모듈은 사용자에게 시각적 경보 및 청각적 경보를 제공하도록 LED 및 스피커를 포함할 수 있다.

본 발명의 휴대용 지진 감지 장치에 있어서, 상기 MCU는,

일정 시간 간격으로 자동으로 기준점을 재설정하고,

누적 카운트가 경보 기준 이하로 유지되는 경우에도 기준점을 재설정하며,

지진 감지 경보 후 소정 시간이 경과한 후에도 기준점을 재설정하는 기능을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 휴대용 지진 감지 장치에 있어서, 상기 MCU는, 가속도 센서로부터 수집된 데이터에 포함된 외란 또는 일상 생활에서 발생하는 비지진성 진동의 노이즈를 제거하기 위한 칼만 필터 및 일상 생활에서 발생하는 비지진성 진동의 노이즈를 제거하기 위한 이동 평균 필터 중 적어도 하나의 필터링 알고리즘을 적용하여, 진동 신호를 정제하고 오탐률을 감소시키는 기능을 수행할 수 있다.

본 발명의 휴대용 감지 장치에 있어서, 상기 본체 케이스의 내부에, 상기 스피커의 상부에 음량 증폭용 공명관을 더 포함할 수 있고, 상기 본체 케이스의 일측면에 USB 단자를 더 구비할 수 있다.

본 발명에 의한 휴대용 지진 감지 장치는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 장치의 소형화 및 휴대성을 통해 실내외를 포함한 다양한 환경에서 사용자 주변에서 지진을 직접 감지할 수 있어, 기존의 고정형 지진 감지 시스템의 활용 한계를 극복한다.

둘째, 3축 가속도 센서를 기반으로 한 다축 감지와 자동 영점 설정 기능을 통해, 설치 방향이나 위치에 관계없이 동일한 감지 정확도를 확보할 수 있다.

셋째, 지진 감지 알고리즘은 진동 강도를 수치화하고 가중치를 누적하는 방식을 사용하여, P파와 S파의 차이를 인식하고, 이에 따른 경보를 정확히 제공함으로써, 사용자가 지진 발생 초기 단계에서 조기 대응을 할 수 있도록 돕는다.

넷째, 기준점 자동 초기화 및 주기적 재설정 기능을 통해 장기간 사용 시에도 감지 정확도를 유지하며, 이동 평균 필터 및 칼만 필터 등 노이즈 제거 알고리즘의 적용으로 인해 오탐지 가능성을 현저히 낮춘다.

다섯째, LED 및 스피커를 이용한 직관적인 경보 시스템은 다양한 사용자 환경에서도 효과적으로 정보를 전달할 수 있으며, 공명관을 활용한 음향 증폭 설계는 경보의 도달 범위를 향상시켜 비상 상황에서 신속한 대응을 가능하게 한다.

여섯째, USB 단자를 통한 전원 공급 기능은 사용의 편의성을 증가시켜 장치의 범용성과 실용성을 더욱 높인다.

결론적으로, 본 발명의 휴대용 지진 감치 장치에 의하면, 다양한 형태의 환경 진동 속에서도 지진만을 감별하여 감지할 수 있게 하는 지진 감지 정확성을 확보할 수 있을 뿐 아니라, 기존의 고정형 지진 감지 장치에 의해서는 기대하기 어려운 현장성, 실시간성, 경보 효율성 및 지속 사용성의 면에서 모두 향상된 종합적인 솔루션을 제공하는 효과가 있으며, 또한 사용자는 장치를 간편히 설치하거나 휴대할 수 있으므로 실용성이 우수하고, 설치 방향에 상관없이 동일한 성능을 기대할 수 있어 대중적 활용에 매우 유리한 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 휴대용 지진 감지 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 휴대용 지진 감지 장치의 단면도이다.
도 4는 도 3의 휴대용 지진 감지 장치의 지진감지보드와 USB 단자의 상세 평면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구체예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 구체예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 발명의 구체예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 휴대용 지진 감지 장치에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 휴대용 지진 감지 장치(1)는 지진을 감지하고 사용자에게 경보를 제공하기 위한 장치로서, 본체 케이스(10)와, 상기 본체 케이스의 내부 공간에 배치되며, 3축(X, Y, Z) 가속도 센서(21) 및 마이크로컨트롤러 유닛(MCU; 22)을 포함하는 지진 감지 보드(20), 및 상기 지진 감지 보드(20)의 상부에 배치되는 경보 모듈(30)을 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 본체 케이스(10)는 그 형태에 특별한 제한이 없으며, 상기 지진 감지 보드(20) 및 경보 모듈(30)을 내장 또는 구비할 수 있으면서 사용자가 휴대하기 용이한 형태이면 어떠한 형태여도 된다. 본 발명의 휴대용 지진 감지 장치(1)의 본체 케이스(10)의 예시적인 형태는 도 1 및 도 2에 도시되어 있다.

본 발명에 있어서, 상기 지진 감지 보드(20)는 본체 케이스(10)의 내부 공간에 배치되는데, 바람직하게는, 도 3에 도시된 바와 같이, 본체 케이스(10)의 내부 공간의 하부에 수평으로 배치되어 외부로부터 전달되는 진동을 감지할 수 있도록 지지될 수 있다. 상기 지진 감지 보드(20)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 3축 가속도 센서(21) 및 마이크로컨트롤러 유닛(22)을 포함할 수 있고, 선택적으로 전원부(40) 및 통신부(50)를 더 포함할 수도 있다.

상기 3축 가속도 센서(21)는 외부 환경으로부터 발생하는 진동 데이터를 수집하도록 구성되며, 특히 외부 환경으로부터 발생하는 진동을 3방향(X, Y, Z 방향)에서 정밀하게 감지하는 센서이다. 지진 발생 시, 지반의 미세한 떨림(P파)이 먼저 도달하며, 이후 더 큰 진동(S파)가 이어지는데, 상기 3축 가속도 센서는 이 두 파형의 차이를 감지할 수 있을 정도의 민감도를 가지며, 이를 통해 빠른 조기 경보가 가능하고, 또한 일반적인 지진은 모든 방향으로 진동이 퍼지므로, 단일 축이 아닌 3축의 데이터를 통합 분석함으로써 보다 정확한 지진 감지가 가능해진다. 상기 3축 가속도 센서(21)는 초당 수백 회 이상의 샘플링이 가능하며, 미세한 진동 변화도 포착할 수 있고, 어떤 방향으로 놓였는지(수직, 수평, 경사 등)와 무관하게 진동 데이터를 수집하고, 이는 초기 기준점 설정을 통해 보정된다. 외부 진동이 발생하면, 상기 3축 가속도 센서는 실시간으로 각 축별 가속도 값을 측정하여 마이크로컨트롤러 유닛(MCU; 22)으로 전송한다.

본 발명에 있어서, 상기 MCU(22)는 지진 감지 장치의 중앙 제어 장치로서, 상기 3축 가속도 센서(21)로부터 수신된 데이터를 분석하여 지진 여부를 판단하고, 사용자에게 경보를 전달하는 일련의 처리를 수행한다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 MCU(22)는 상기 3축 가속도 센서(21)로부터 수집된 데이터를 분석하여,

- 전원이 처음 공급될 때, 현재 가속도 값을 기준점으로 원점 설정하고,

- 상기 기준점과의 차이를 이용하여 각 축의 가속도 변화량을 계산하며,

- 각 축의 가속도 변화량이 미리 설정된 임계값을 초과할 경우 진동 강도를 계산하고,

- 상기 진동 강도에 따라 가중치를 부여하여 누적 카운트를 적산하며,

- 상기 누적 카운트가 미리 정해진 기준값을 초과할 경우 경보 모듈(30)을 통해 지진 경보를 제공하도록 제어하고,

- 지진 감지가 완료된 후 소정 시간이 경과하면, 추가적인 지진 감지를 위해 상기 3축 가속도 센서(21)의 기준점을 재설정하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 지진 감지 장치(1)에 전원이 공급되면, 상기 MCU(22)는 설치 방향이나 위치에 관계없이 전원이 처음 인가된 시점의 3축 가속도 센서(21)의 현재 상태(초기 상태)를 기준점(영점)으로 자동 설정하며, 이 기준점은 향후 측정되는 진동의 상대적 크기를 판단하는 기준이 된다. 이러한 기준점 설정 기능은 지진 감지 장치(1)의 설치 방향, 기울기, 위치 등에 영향을 받지 않도록 설계되어, 장치의 설치 방향이나 위치에 따라 달라질 수 있는 기본 환경 데이터를 제거하는 역할을 하며, 장치가 수평 또는 수직이 아닌 비정형적인 상태에서도 기준점이 정상적으로 설정되어 정확한 진동 감지가 가능하게 한다.

상기와 같이 기준점이 설정된 후, 3축 가속도 센서(21)는 외부 환경으로부터 수집되는 진동 데이터를 측정하여 X, Y, Z의 3축 각각에 대한 가속도값을 MCU(22)로 전송한다. MCU(22)는 수신된 각 축의 현재 가속도값과 초기 기준점 간의 간의 차이를 계산하여 축별 가속도 변화량(진동 강도)을 계산하고, 각 축의 가속도 변화량을 합산하여 전체 진동 강도를 산출한다. MCU(22)는 측정된 가속도 변화량을 사전에 설정된 임계값과 비교하고, 임계값을 초과할 경우 지진으로 판단하여 해당 진동 강도에 따라 가중치를 부여하고 이를 누적하여, 누적된 가중치가 소정의 수치를 초과할 경우, 경보 모듈(30)을 작동시켜 사용자에게 지진 발생을 알린다. 즉, MCU(22)는 진동 강도가 일정 수준을 초과할 경우 가중치를 부여하게 되며, 부여된 가중치는 누적 카운트(threshold_exceed_count)에 계속 더해지며, 이 누적값이 소정의 수치를 초과하게 되면, MCU(22)는 이를 실제 지진 상황으로 판단하여 경보 모듈을 작동시키므로, 일시적인 진동이나 소음에 의한 오탐지를 방지하며, 실제 지진에만 반응하는 정밀한 감지가 가능하다.

본 발명에 따른 상기 MCU(22)의 작동 예시를 들면 다음과 같다.

각축별 초기 기준점(영점)이,

'zero_xg = 0.1', 'zero_yg = 0.1', 'zero_zg = 0.1'이고,

각축별 현재 가속도 평균값이,

'xg_avg = 0.6', 'yg_avg = 0.4', 'zg_avg = 0.3'이며,

사전에 설정된 임계값이 '0.02'인 경우를 가정하면,

MCU(22)는 다음의 단계별 연산을 수행한다:

1. 기준점과의 차이 계산:

- 'abs(0.6 - 0.1) = 0.5' (x 축)

- 'abs(0.4 - 0.1) = 0.3' (y 축)

- 'abs(0.3 - 0.1) = 0.2' (z 축)

2. 임계값 초과 여부 판단:

- x 축: '0.5 > 0.02' → 초과

- y 축: '0.3 > 0.02' → 초과

- z 축: '0.2 > 0.02' → 초과

3. 강도 계산:

강도(intensity) = abs(0.5) + abs(0.3) + abs(0.2) = 1.0

4. 가중치 결정:

- '강도 > 1.0' 조건에 해당 → 가중치: 10

5. 가중치 부여 및 누적 카운트 계산:

누적 카운트 적산 = 10 + .... ,

6. 경보 모듈 작동

누적 카운트가 50 이상이 되면, 경보 모듈을 작동시켜 60초간 경보 출력

또한, 본 발명에 있어서, 상기 MCU(22)는 기준점이 장시간 사용으로 인해 왜곡되지 않도록 지진 감지 누적값이 임계값에 도달하지 못한 경우에도 기준점을 일정 시간 주기로 주기적으로 재설정하거나, 지진 감지 후 경고 이후에도 일정 시간이 경과하면 자동으로 초기화하여 기준점을 재설정할 수 있고, 이로써 다음 지진 감지를 위한 준비가 완료된다. 즉, 바람직하게는, 상기 MCU(22)는 일정 시간 간격으로 자동으로 기준점을 재설정하고, 누적 카운트가 경보 기준 이하로 유지되는 경우에도 기준점을 재설정하며, 지진 감지 알람 발생 후 소정 시간이 경과한 후에도 기준점을 재설정하는 기능을 갖는다. 이러한 방식으로, 초기 전원 인가 시 자동 영점 설정 및 방향과 무관한 기준점 보정을 통해 사용자의 설치 방식이나 위치 변화에도 유연하게 대응할 수 있고, 장기간 사용 시에도 기준점 재설정에 의해 시간 경과에 따른 데이터 편차를 보정하여 지속적인 감도 유지가 가능하므로 장기적인 정확성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 MCU(22)는 감지 신뢰도를 높여 실제 지진 진동만을 선택적으로 감지할 수 있도록 하기 위해, 센서 노이즈 제거를 위한 칼만 필터 및 이동 평균 필터 중 적어도 하나의 필터링 알고리즘을 적용하여, 진동 신호를 정제하고, 오탐률을 감소시키는 기능을 수행할 수 있다. 바람직하게는, 상기 MCU(22)는 칼만 필터 및 이동 평균 필터의 다중(복합) 필터링 알고리즘을 적용한다. 상기 칼만 필터는, 가속도 센서로부터 수집된 데이터에 포함된 외란 또는 일상 생활에서 발생하는 비지진성 진동의 노이즈를 필터링하여 지속적이고 점진적인 패턴의 노이즈를 제거함으로써 시간에 따라 변화하는 측정 데이터의 정확도를 향상시켜 진동의 패턴을 더 정밀하게 분석할 수 있도록 돕는다. 상기 이동 평균 필터는 일상 생활에서의 일시적인 진동의 노이즈를 필터링함으로써 일시적이고 급격한 스파이크를 제거하여 감지 신뢰성을 높일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 경보 모듈(30)은 사용자에게 지진 감지 결과를 직관적으로 전달하는 출력 장치로서, 시각적 경보 수단 및 청각적 경보 수단 중 적어도 하나의 경보 수단을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 경보 모듈(30)은 시각적 경보 및 청각적 경보의 이중경보 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 경보 모듈(30)은 상기 본체 케이스(10) 내부의 상기 지진 감지 보드(20)의 상부에 배치되며, 도 4에 도시된 바와 같이, 시각적 경보를 위한 LED(31) 및 청각적 경보를 위한 스피커(32)를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구체예에 있어서, 상기 LED(31)는 진동의 강도 또는 지진파 종류(P파, S파 등)에 따라 색상이나 깜박임 속도나 주기가 다르게 작동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 미약한 진동(P파)에는 주황색 LED가 천천히 점등되고, 강한 진동(S파)에는 동일색의 LED가 빠르게 점멸하는 식으로 지진 경보가 구현될 수 있다. 상기 스피커(32)는 경고음을 통해 사용자 또는 주변에 지진 상황을 즉시 알리며, 감지된 진동 강도에 따라 다른 주파수나 음량의 서로 다른 경고음을 출력할 수 있으며, 이를 통해 사용자는 소리만으로도 지진 발생 여부와 강도를 직관적으로 인지할 수 있게 된다. 상기 스피커(32)의 경고음은 일정 시간, 예를 들어 60초 정도 지속될 수 있으며, 경고음 출력 시간은 필요에 따라 설정 가능하다.

상기와 같은 복합 경보 시스템은 청각 또는 시각에 장애가 있는 사용자를 포함한 다양한 환경에서 효과적인 경고 전달을 가능하게 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 구체예에서는, 지진 발생 시 경고음 소리의 확산과 증폭을 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 본체 케이스(10) 내부에, 상기 스피커(32)와 연계되는 공명관(33)이 배치될 수 있다. 상기 공명관(33)은 스피커(32)의 음량을 증폭시킴으로써, 전력 소비 없이 경고음을 보다 넓은 범위에 전달할 수 있게 하며, 실외 또는 소음이 많은 환경에서도 사용자가 경고음을 명확히 인지할 수 있도록 경보의 명료성을 높이고 사용자의 인지율을 높이는데 기여한다.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 휴대용 감지 장치(1)는, 전원 연결의 용이성과 더불어 통신 기능을 갖게 하기 위해, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본체 케이스(10)의 일 측면에 USB 단자(60)를 구비할 수 있다. USB 단자(60)가 구비되는 경우, 외부 전원과 연결되어 외부에서 전원을 공급받거나 범용적인 충전기나 보조 배터리와 연결될 수 있어, 건물, 차량, 개인휴대품 등의 다양한 환경에서 쉽게 충전 및 전원 공급이 가능해진다. 또한, USB 단자(60)를 통해 데이터 통신(예로서, 감지 로그 저장, 설정값 변경 등)이 가능하게 되어, 다양한 응용 환경에 적용이 가능하다.

상기와 같은 본 발명의 휴대용 지진 감지 장치는, 휴대성과 정확한 지진 감지 능력을 동시에 확보함으로써, 사용자에게 실질적인 경보 시스템을 제공하며, 기존의 고정형 지진 감지 시스템이 가지는 설치 제약, 고비용, 제한된 사용 환경 등의 문제를 효과적으로 극복하고, 소형·경량화된 구조와 저전력 설계를 바탕으로 일반 사용자도 손쉽게 사용할 수 있는 유용한 지진 감지 장치이다.

1 .... 휴대용 지진 감지 장치
10 .... 본체 케이스
20 .... 지진 감지 보드
21 .... 3축 가속도 센서
22 .... 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)
30 .... 경보 모듈
31 .... LED
32 .... 스피커
33 .... 공명관
40 .... 전원부
50 .... 통신부
60 .... USB 단자

Claims (4)

1. 본체 케이스와,
   상기 본체 케이스의 내부 공간에 배치되며, 3축(X, Y, Z) 가속도 센서 및 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)을 포함하는 지진 감지 보드, 및
   상기 본체 케이스의 내부 공간에서, 상기 지진 감지 보드의 상부에 배치되는 경보 모듈을 포함하는 휴대용 지진 감지 장치로서,
   상기 3축 가속도 센서는 외부 환경으로부터 발생하는 진동 데이터를 수집하도록 구성되고,
   상기 마이크로컨트롤러 유닛은 상기 3축 가속도 센서로부터 수집된 데이터를 분석하여,
   - 전원이 처음 공급될 때, 현재 가속도 값을 기준점으로 원점 설정하고,
   - 상기 기준점과의 차이를 이용하여 각 축의 가속도 변화량을 계산하며,
   - 각 축의 가속도 변화량이 미리 설정된 임계값을 초과할 경우, 각 축의 가속도 변화량을 합산하여 진동 강도를 계산하고,
   - 상기 진동 강도에 따라 가중치를 부여하여 누적 카운트를 적산하며,
   - 상기 누적 카운트가 미리 정해진 기준값을 초과할 경우 경보 모듈을 통해 지진 경보를 제공하도록 제어하고,
   상기 마이크로컨트롤러 유닛은,
   일정 시간 간격으로 자동으로 기준점을 재설정하고,
   누적 카운트가 경보 기준 이하로 유지되는 경우에도 기준점을 재설정하며,
   지진 감지 경고 후 소정 시간이 경과한 후에도 추가적인 지진 감지를 위해 기준점을 재설정하도록 구성되며,
   상기 경보 모듈은 사용자에게 시각적 경보 및 청각적 경보를 제공하도록 LED 및 스피커를 포함하는, 휴대용 지진 감지 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 LED는 진동 강도에 따라 색상 또는 깜박임 주기가 다르게 작동하도록 구성되고, 상기 스피커는 진동 강도에 따라 다른 주파수나 음량의 서로 다른 경고음을 출력하도록 구성되는, 휴대용 지진 감지 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 MCU는, 가속도 센서로부터 수집된 데이터에 포함된 외란 또는 일상 생활에서 발생하는 비지진성 진동의 노이즈를 제거하기 위한 칼만 필터 및 일상 생활에서 발생하는 비지진성 진동의 노이즈를 제거하기 위한 이동 평균 필터 중 적어도 하나의 필터링 알고리즘을 적용하여, 진동 신호를 정제하고 오탐률을 감소시키는 기능을 수행하는, 휴대용 지진 감지 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 본체 케이스의 내부에, 상기 스피커의 상부에 음량 증폭용 공명관을 더 포함하고, 상기 본체 케이스의 일측면에 구비된 USB 단자를 더 포함하는 휴대용 지진 감지 장치.