KR102191525B1 - seismic sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 지진 센서에 관한 것으로서, 상세하게는 광섬유 격자를 이용하여 지진을 검출하는 지진 센서에 관한 것이다.The present invention relates to an earthquake sensor, and more particularly, to an earthquake sensor that detects an earthquake using an optical fiber grating.
일반적으로, 지진은 지각의 일부에 변형력이 지속적으로 작용하여 암석들이 쪼개질 때, 이 지점에 국지적으로 모인 탄성, 화학, 중력 에너지가 갑자기 방출되어 생긴 지진파가 지면에 도달하면 일어난다. 규모는 민감한 지진계로만 검출되는 아주 작은 규모의 지진부터 광범위한 지역에 큰 피해를 주는 대규모의 지진까지 다양하다.In general, earthquakes occur when a seismic wave generated by the sudden release of elastic, chemical, and gravitational energy locally collected at this point when the deforming force continuously acts on a part of the crust and the rocks are split, reaches the ground. The scale ranges from very small earthquakes detected only by sensitive seismographs to large earthquakes that cause great damage over a wide area.
전 세계적으로 매일 지구상에서 발생하는 지진은 수천 개에 이른다. 대부분의 지진은 오랜 기간에 걸쳐 대륙의 이동, 해저의 확장, 산맥의 형성 등에 작용하는 지구 내부의 커다란 힘에 의하여 발생 된다. 이 밖에도 화산활동으로 지진이 발생하지만, 이 경우에는 그 규모가 비교적 작다. 또한, 폭발물에 의해 인공적으로 지진이 발생하기도 한다.Worldwide, thousands of earthquakes occur on Earth every day. Most earthquakes are caused by large internal forces acting on continental movement, seafloor expansion, and mountain range formation over a long period of time. In addition, earthquakes occur due to volcanic activity, but in this case the scale is relatively small. In addition, earthquakes may occur artificially by explosives.
이러한 지진을 감지하기 위해 지진계는 대부분 국가, 대학 또는 연구 기관에서, 전국 각지에 설치하여 관리 통제하며, 이러한 지진계로부터 얻은 정보를 기본으로 하여 예를 들면 소방 방재청이나 기상청 등에서 지진 예보를 한다.In order to detect such an earthquake, most of the countries, universities, or research institutes install and control seismographs all over the country, and based on the information obtained from these seismographs, earthquake forecasts are made by, for example, the Fire and Disaster Prevention Agency or the Meteorological Agency.
한편, 지진을 측정하는 센서는 국내 등록특허 제10-1386642호 등 다양하게 개시되어 있다. 그런데, 상기 지진 센서는 지진에 반응하는 질량체가 압전소자를 가압하도록 하여 전기적 신호를 생성하도록 되어 있어 외부의 전기적 노이즈 신호에 의해 측정 정밀도가 떨어질 수 있는 단점이 있다.On the other hand, sensors for measuring earthquakes have been disclosed in various ways such as Korean Patent No. 10-1386642. However, since the seismic sensor generates an electric signal by causing a mass body responding to the earthquake to pressurize the piezoelectric element, there is a disadvantage in that measurement accuracy may be degraded by an external electric noise signal.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 외부의 전기적 노이즈에 영향을 받지 않는 광섬유 격자를 이용하여 지진을 정밀하게 검출할 수 있는 지진 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been invented to improve the above problems, and an object of the present invention is to provide an earthquake sensor capable of accurately detecting an earthquake using an optical fiber grating that is not affected by external electrical noise.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 지진 센서는 베이스 플레이트와; 상기 베이스 플레이트로부터 상방으로 연장된 수직 연장 프레임과; 상기 수직 연장프레임의 상부에 일단이 결합되어 상기 수직 연장프레임의 연장방향과 교차하는 방향을 따라 연장된 감응판과; 상기 수직 연장 프레임에 대해 힌지를 통해 회동가능하게 결합되며 상기 힌지를 중심으로 양측으로 연장되며 상기 감응판이 내부에 수용되게 배치된 회동프레임과; 상기 회동프레임에 상기 감응판의 연장방향을 따라 이동가능하게 장착되어 있고 상기 감응판의 타단이 결합된 슬라이딩부재와; 상기 회동프레임에 대해 복원력을 인가하도록 상기 베이스 플레이트와 상기 회동프레임에 결합된 스프링과; 상기 감응판의 연장방향을 따라 결합된 광섬유격자와; 광원과; 상기 광원에서 출사된 광을 수신받아 제1출력단을 통해 상기 광섬유격자로 이어지는 광전송선으로 전송하고, 상기 광섬유격자로부터 반사되어 수신된 광을 제2출력단을 통해 출력하는 광써큘레이터와; 상기 광써큘레이터의 상기 제2출력단을 통해 출력되는 광을 검출하는 광검출부와; 상기 광검출부에서 검출된 광으로부터 상기 베이스 플레이트를 통해 인가된 진동정보를 산출하여 지진을 측정하는 측정부;를 구비한다.In order to achieve the above object, the seismic sensor according to the present invention includes a base plate; A vertical extension frame extending upward from the base plate; A sensing plate having one end coupled to the upper portion of the vertical extension frame and extending along a direction crossing the extension direction of the vertical extension frame; A rotating frame which is rotatably coupled to the vertically extending frame through a hinge, extending toward both sides around the hinge, and having the sensitive plate accommodated therein; A sliding member mounted to the rotating frame so as to be movable along the extending direction of the sensitive plate and to which the other end of the sensitive plate is coupled; A spring coupled to the base plate and the pivot frame to apply a restoring force to the pivot frame; An optical fiber grid coupled along the extending direction of the sensitive plate; A light source; An optical circulator that receives the light emitted from the light source and transmits it to an optical transmission line leading to the optical fiber grating through a first output terminal, and outputs the light reflected from the optical fiber grating through a second output terminal; A light detector configured to detect light output through the second output terminal of the optical circulator; And a measurement unit for measuring an earthquake by calculating vibration information applied through the base plate from the light detected by the light detection unit.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 감응판은 상기 수직연장 프레임으로부터 상기 슬라이딩부재와 결합된 타단으로 진행될 수록 폭이 점진적으로 좁아지게 형성된다.According to an aspect of the present invention, the width of the sensitizing plate is gradually narrowed as it progresses from the vertical extension frame to the other end coupled with the sliding member.
더욱 바람직하게는 상기 회동 프레임은 상기 감응판이 내부에 수용될 수 있게 상하로 관통된 수용공간을 갖는 사각틀형상으로 형성되어 상기 감응판이 상기 수용공간에 수용되게 상기 수직 연장프레임에 결합되어 있고, 상기 힌지를 중심으로 상기 감응판이 수용되는 위치 반대편에 장착된 무게추를 구비하고, 상기 회동프레임에는 상기 힌지로부터 이격거리가 상호 다른 위치에 상기 무게추를 장착할 수 있도록 되어 있다.More preferably, the rotating frame is formed in the shape of a square frame having a receiving space penetrating vertically so that the sensitive plate can be accommodated therein, and the sensitive plate is coupled to the vertical extension frame to be accommodated in the receiving space, and the hinge The weight is mounted on the opposite side of the position where the sensitive plate is accommodated, and the pivoting frame is configured to mount the weight to a position having a different distance from the hinge.
본 발명에 따른 지진 센서에 의하면, 광섬유 격자를 이용하여 지진을 감지할 수 있어 전기적 노이즈에 의한 영향을 받지 않아 측정 정밀도를 안정적으로 유지할 수 있고, 구조도 단순화시킬 수 있는 장점을 제공한다.According to the seismic sensor according to the present invention, since an earthquake can be detected using an optical fiber grating, it is not affected by electrical noise, so that measurement accuracy can be stably maintained and a structure can be simplified.
도 1은 본 발명에 따른 지진 센서의 작동체를 나타내 보인 사시도이고,
도 2는 도 1의 측면도이고,
도 3은 도 1의 작동체에 장착된 광섬유격자의 신호처리계통을 나타내 보인 블록도이다.1 is a perspective view showing an operating body of an earthquake sensor according to the present invention,
Figure 2 is a side view of Figure 1,
3 is a block diagram showing a signal processing system of an optical fiber grating mounted on the actuator of FIG. 1.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지진 센서를 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, an earthquake sensor according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 지진 센서의 작동체를 나타내 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 측면도이고, 도 3은 도 1의 작동체에 장착된 광섬유격자의 신호처리계통을 나타내 보인 블록도이다.1 is a perspective view showing an actuator of an earthquake sensor according to the present invention, FIG. 2 is a side view of FIG. 1, and FIG. 3 is a block diagram showing a signal processing system of an optical fiber grating mounted on the actuator of FIG. .
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 지진 센서(100)는 광원(110), 광써큘레이터(120), 제1 및 제2 광섬유 격자(135)(136), 광검출부(140), 측정부(150) 및 작동체(160)를 구비한다.1 to 3, the
광원(110)은 넓은 파장범위의 광을 출사하는 광대역 광원을 적용한다.The
광써큘레이터(120)는 광원(110)에서 출사된 광을 수신받아 제1출력단(120a)을 통해 광섬유격자(135)로 이어지는 광전송선(131)으로 전송하고, 제1 및 제2 광섬유격자(135)(136)로부터 반사되어 수신된 광을 제2출력단(120b)을 통해 출력한다.The
제1 및 제2 광섬유격자(135)(136)는 광전송선(131)에 직렬로 상호 이격되어 형성되어 있고, 이 경우 지진 측정 정밀도 및 민감도를 향상시킬 수 있다. 제1 및 제2광섬유 격자(135)(136) 각각은 외력이 인가되지 않은 상태에서 중심파장이 상호 다르게 형성된 것을 적용해도 된다. 도시된 예와 다르게 제2 광섬유격자(136)는 생략될 수 있다.The first and second
광검출부(140)는 광써큘레이터(120)의 제2출력단(120b)을 통해 출력되는 광을 검출하고 전기적신호 변환하여 측정부(150)에 제공한다.The
측정부(150)는 광검출부(140)에서 검출된 광으로부터 제1 및 제2광섬유격자(135)(136)의 격자 간격변화에 의한 중심파장의 이동 및 이동 주기를 검출하고, 이로부터 후술되는 베이스플레이트(161)를 통해 인가된 진동정보를 산출하여 지진을 측정한다.The
즉, 측정부(150)는 후술되는 회동프레임(180)의 상하 방향으로 진동시 연동되어 회동되는 감응판(170)에 설치된 제1 및 제2광섬유격자(135)(136)의 중심 파장 이동 및 이동 주기정보로부터 진동정보를 산출하여 지진을 측정한다.That is, the
측정부(150)는 측정된 지진 정보를 설정된 통신주소로 통신부(미도시)를 통해 전손하도록 구축될 수 있다.The
작동체(160)는 제1 및 제2광섬유 격자(135)(136)가 설치되며 지진에 의한 진동에 감응하도록 되어 있고, 베이스 플레이트(161), 수직 연장 프레임(162), 감응판(170), 회동프레임(180), 슬라이딩부재(185), 무게추(187) 및 스프링(190)을 구비한다.The
베이스 플레이트(161)는 판형상으로 형성되어 측정대상면에 안착시킬 수 있도록 되어 있다.The
수직 연장 프레임(162)은 베이스 플레이트(161)로부터 상방으로 연장되어 있다. 수직 연장 프레임(162)은 상면이 후술되는 감응판(170)이 장착되는 장착영역을 제공하며, 측면은 회동프레임(180)이 힌지(165)를 통해 지지되는 지지기능을 한다.The
도시된 예에서 수직 연장 프레임(162)은 감응판(170)의 장착영역을 제공할 수 있는 간격으로 이격되어 베이스 플레이트(161)로부터 수직상으로 2개가 연장된 구조로 되어 있다. 이와는 다르게, 도시된 이격 간격에 대응되는 폭을 갖는 하나의 수직 연장 프레임을 적용할 수 있음은 물론이다.In the illustrated example, the
감응판(170)은 수직 연장프레임(162)의 상면에 해당하는 상부에 일단이 결합되어 수직 연장프레임(162)의 연장방향과 교차하는 방향인 수평방향을 연장되어 후술되는 슬라이딩부재(185)에 타단이 결합되어 있다.The
감응판(170)은 외력에 의해 휘어짐 또는 이완/수축이 가능하면서도 외력이 해제되면 복원될 수 있는 탄성력을 갖는 판이 적용되는 것이 바람직하다. 감응판(170)은 금속판으로 형성될 수 있음은 물론이다.The
또한, 감응판(170)은 수직 연장프레임(162)으로부터 슬라이딩부재(185)와 결합된 타단으로 진행될 수록 폭이 점진적으로 좁아지게 삼각형상으로 형성되어 있다. 이러한 감응판(170)의 삼각형태로 된 형상은 회동프레임(180)의 미세한 회동에 대해서도 휨 또는 이완 수축에 의한 변형에 대한 민감도를 향상시킬 수 있다.In addition, the
감응판(170)에는 연장방향을 따라 앞서 설명된 제1 및 제2광섬유격자(135)(136)가 형성된 전송선(131)이 부착되어 있다.A
회동 프레임(180)은 수직 연장 프레임(162)에 대해 힌지(165)를 통해 회동가능하게 결합되며 힌지(165)를 중심으로 양측으로 연장되어 있다.The
회동프레임(180)은 지진발생시 발생되는 진동에 대응하여 힌지(165)를 중심으로 상하방향으로 회동되게 설치되어 있다. 여기서, 힌지(165)는 베이스 플레이트(161)의 상면과 나란하면서 감응판(170)의 일단에서 타탄을 연결하는 연장방향에 직교하는 방향인 수직연장 프레임(162)들을 상호 연결하는 방향을 따라 수직 연장 프레임(162)의 상단보다 낮은 위치에 설치되어 있다.The
회동 프레임(180)은 감응판(170)이 내부에 수용될 수 있게 상하로 관통된 수용공간(182)을 갖는 사각틀 형상으로 형성되어 감응판(170)이 수용공간(182)에 수용되게 수직 연장프레임(162)에 힌지(165)를 통해 결합되어 있다.The rotating
회동프레임(180)은 힌지(165)를 기준으로 감응판(170)이 수용되는 수용공간(182) 반대편에 후술되는 스프링(190) 및 무게추(187)를 장착할 수 있도록 되어 있다.The rotating
회동프레임(180)에는 힌지(165)로부터 이격거리가 상호 다른 위치에 무게추(187)를 장착할 수 있도록 연장방향을 따라 상호 이격되게 장착홀(186)이 복수개 형성되어 있다.A plurality of
슬라이딩부재(185)는 회동프레임(180)에 길이방향을 따라 측면에 상호 대향되게 형성된 장공(184)에 삽입되어 감응판(170)의 연장방향을 따라 이동가능하게 장착되어 있다. 슬라이딩부재(185)는 장공(184)에 구속되어 진퇴될 수 있게 봉형상으로 형성된 것이 적용되어 있고, 중앙부분에 감응판(170)의 타단이 결합되어 있다.The sliding
무게추(187)는 회동프레임(170)의 장착홀(186)을 통해 장착되어 있다.The
무게추(187)는 측정하고자 하는 지진의 감도에 따라 회동프레임(180)상에 힌지(165)를 기준으로 이격되는 거리 및 무게를 다양하게 조정하여 장착하면 된다.The
스프링(190)은 힌지(165)를 기준으로 회동프레임(180)의 감응판(170)의 타단이 결합된 슬라이딩부재(185) 반대편의 타측과 베이스 플레이트(161) 사이에 회동 프레임(180)에 대해 복원력을 인가하도록 설치되어 있다.The
이러한 회동 프레임(170)은 상하 방향으로 힌지(165)를 중심으로 회동시 감응판(170)이 회동에 연동되어 이완/수축 또는 휘어짐으로써 제1 및 제2광섬유격자(135)(136) 각각의 격자 간격이 변동된다.When the rotating
이상에서 설명된 지진 센서에 의하면, 광섬유 격자를 이용하여 지진을 감지할 수 있어 전기적 노이즈에 의한 영향을 받지 않아 측정 정밀도를 안정적으로 유지할 수 있고, 구조도 단순화시킬 수 있는 장점을 제공한다.According to the seismic sensor described above, since an earthquake can be detected using an optical fiber grating, it is not affected by electrical noise, so that measurement accuracy can be stably maintained, and a structure can be simplified.
110: 광원 120: 광써큘레이터
135: 광섬유 격자 140: 광검출부
150: 측정부 160: 작동체
161: 베이스 플레이트 162: 수직 연장 프레임
170: 감응판 180: 회동프레임
185: 슬라이딩부재 187: 무게추
190: 스프링110: light source 120: optical circulator
135: optical fiber grating 140: light detection unit
150: measuring unit 160: actuator
161: base plate 162: vertical extension frame
170: sensitive plate 180: rotating frame
185: sliding member 187: weight
190: spring
Claims (3)
상기 베이스 플레이트로부터 상방으로 연장된 수직 연장 프레임과;
상기 수직 연장프레임의 상부에 일단이 결합되어 상기 수직 연장프레임의 연장방향과 교차하는 방향을 따라 연장된 감응판과;
상기 수직 연장 프레임에 대해 힌지를 통해 회동가능하게 결합되며 상기 힌지를 중심으로 양측으로 연장되며 상기 감응판이 내부에 수용되게 배치된 회동프레임과;
상기 회동프레임에 상기 감응판의 연장방향을 따라 이동가능하게 장착되어 있고 상기 감응판의 타단이 결합된 슬라이딩부재와;
상기 회동프레임에 대해 복원력을 인가하도록 상기 베이스 플레이트와 상기 회동프레임에 결합된 스프링과;
상기 감응판의 연장방향을 따라 결합된 광섬유격자와;
광원과;
상기 광원에서 출사된 광을 수신받아 제1출력단을 통해 상기 광섬유격자로 이어지는 광전송선으로 전송하고, 상기 광섬유격자로부터 반사되어 수신된 광을 제2출력단을 통해 출력하는 광써큘레이터와;
상기 광써큘레이터의 상기 제2출력단을 통해 출력되는 광을 검출하는 광검출부와;
상기 광검출부에서 검출된 광으로부터 상기 베이스 플레이트를 통해 인가된 진동정보를 산출하여 지진을 측정하는 측정부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 지진 센서.A base plate;
A vertical extension frame extending upward from the base plate;
A sensing plate having one end coupled to the upper portion of the vertical extension frame and extending along a direction crossing the extension direction of the vertical extension frame;
A rotating frame which is rotatably coupled to the vertically extending frame through a hinge, extending toward both sides around the hinge, and having the sensitive plate accommodated therein;
A sliding member mounted to the rotating frame so as to be movable along the extending direction of the sensitive plate and to which the other end of the sensitive plate is coupled;
A spring coupled to the base plate and the pivot frame to apply a restoring force to the pivot frame;
An optical fiber grid coupled along the extending direction of the sensitive plate;
A light source;
An optical circulator that receives the light emitted from the light source and transmits it to an optical transmission line leading to the optical fiber grating through a first output terminal, and outputs the light reflected from the optical fiber grating through a second output terminal;
A light detection unit for detecting light output through the second output terminal of the optical circulator;
And a measuring unit for measuring an earthquake by calculating vibration information applied through the base plate from the light detected by the light detection unit.
상기 감응판이 내부에 수용될 수 있게 상하로 관통된 수용공간을 갖는 사각틀형상으로 형성되어 상기 감응판이 상기 수용공간에 수용되게 상기 수직 연장프레임에 결합되어 있고, 상기 힌지를 중심으로 상기 감응판이 수용되는 위치 반대편에 장착된 무게추를 구비하고,
상기 회동프레임에는 상기 힌지로부터 이격거리가 상호 다른 위치에 상기 무게추를 장착할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 지진 센서.The method of claim 2, wherein the rotating frame
The sensitive plate is formed in a rectangular frame shape having an accommodation space penetrating vertically so that the sensitive plate is accommodated therein, and the sensitive plate is coupled to the vertical extension frame to be accommodated in the receiving space, and the sensitive plate is accommodated around the hinge. Equipped with a weight mounted on the opposite side of the position,
The seismic sensor, characterized in that the weight can be mounted on the pivoting frame at a location having a different distance from the hinge.
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KR1020190156321A KR102191525B1 (en) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | seismic sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1020190156321A KR102191525B1 (en) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | seismic sensor |
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KR102191525B1 true KR102191525B1 (en) | 2020-12-15 |
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KR1020190156321A KR102191525B1 (en) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | seismic sensor |
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2019
- 2019-11-29 KR KR1020190156321A patent/KR102191525B1/en active IP Right Grant
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GRNT | Written decision to grant |