KR20000074442A - 다용도 충격센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차, 산업공정제어 등 다용도로 사용할 수 있는 다용도 충격센서를 개시한다.

본 발명은 구조가 더욱 단순화되고 소형화할 수 있으면서도 품질을 안정시킬 수 있는 다용도 충격센서를 제공하기 위하여 임의의 면적을 가진 양극판과, 탄성이 있고 복원력이 우수하며 진동이 가능한 음극판과, 양극판과 음극판사이에 설치되는 설정 두께를 갖는 링상스페이서와, 양극판 및 음극판의 배치가 안정되도록 하기 위하여 사용되는 음극판 고정링 및 양극판 고정링 그리고 양극판 고정링하방에 설치되는 PCB와 양극판 사이에 배치되는 증폭수단과, 전술한 모든 소자가 금속케이스에 내장되도록 하여서 된 것이다.

이와 같이 하여 본 발명은 밀폐공간이나 밀폐구조가 불필요할 뿐만 아니라 스프링을 사용할 필요가 없으므로 부피가 크게 줄일 수 있으며, 구조가 단순화되어 조립공정이 단순화되어 생산성을 향상시킬 수 있게 되며, 품질을 안정화시킬 수 있게 된다.

Description

다용도 충격센서 {The Shock Censor for the Various Use}

본 발명은 자동차 도난 경보기나 출입 제한 구역의 보안 시스템에 활용 가능한 다용도 충격센서에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 자동차 도난 경보기나 출입 제한구역의 보안시스템 등에는 충격을 감지하기 위하여 피에조를 이용한 센서나 유동되는 자석에 근접된 코일로 구성된 센서를 사용하였다.

먼저 피에조에 의하여 쇼크를 감지하는 센서를 살펴보면 이는 외부에서 발생되는 충격이 피에조의 진동판에 가하여져 캐패시턴스의 변화가 발생됨에 따라 이신호를 증폭하여 쇼크의 발생을 감지하게 되는 것인 바, 이는 부식성이 강한 금속으로 된 진동판을 이용하는 것이므로 사용수명이 제한되어 신뢰성을 보장하기 위하여 빈번한 교체가 요구되며 그 감도(感度)가 불충분 하다는 문제점이 있는 것이다.

또한 자석과 코일로 구성된 쇼크 센서를 살펴보면 이는 외부에서 발생되는 충격이 고무 등 유연질의 현가(懸架) 수단에 연결된 마그네트에 진동을 가하게 되고 그 결과 이에 근접된 코일에 의하여 유기전압이 얻어지므로 이를 증폭하여 충격을 감지하게 되는 것이다.

그러므로 이는 자석을 매달기 위한 현가 수단이 필요하며 이에 근접하여 자성체를 코어로한 코일을 설치하여야 하는 것이어서 조립 공정이 번거로우며 다른 부품에 비하여 부피가 커지게 되는 문제점이 있는 것이다.

아울러 초음파 센서나 적외선 센서를 이용한 물체의 움직임을 감지하는 센서는 충분한 세기의 초음파나 적외선을 발사 하여야 함으로 전력소모가 상당하게 되고 1조의 발수신 센서 가격이 고가이며 감지 범위가 한정되어 있고 불필요한 물체의 움직임까지도 감지하는 등 용도에 따라 사용처가 극히 제한적이라는 문제점이 있는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본원의 발명자는 1994년 대한민국 특허출원 제 19393호(다용도 쇼크센서 : 이하“선행발명”이라 함)를 출원한 바 있으며, 이의 구조를 살펴보면 콘덴서 마이크를 응용하여 외부의 충격에 의해 밀패된 공간의 공기진동을 감지 하도록 구성된 것이다.

즉, 이는 밀폐된 탄성질의 고무캡 상부에 상, 하, 좌, 우로 작용하는 쇠붙이로 된 추가 있고 하부에 콘덴서 마이크를 내장하여 외부에 충격이 가해지면 쇠붙이로 된 추가 흔들리게 됨으로써 밀폐된 고무캡의 내부 공기는 압력의 변화가 생기고 공기압력(공기진동)은 하부의 콘덴서 마이크 진동판에 전달되어 전기적 신호를 발생 시키게 되는 것이다.

이러한 선행 발명에 의한 충격센서는 피에조를 이용한 센서나 유동되는 자석에 코일을 근접시킨 방식의 충격센서에 비하여 부식의 우려가 없고 감도가 높으면서도 그 부피가 매우 작아지게 되고 제조비용이 크게 절감되며, 적외선이나 초음파센서와는 달리 전력소모가 거의 없으며, 다용도로 활용할 수 있다는 장점이 있으므로 그 보급이 널리 확대되어 왔다.

반면에 이러한 선행발명은 외부의 충격이 콘덴서 마이크의 진동판을 진동시키도록 하기 위해 밀폐된 공간(고무캡)이 있어야 하고 외부의 충격이 아닌 공기의 흐름이나 소음에 의한 오작동을 방지하기 위하여 밀폐된 고무캡 바깥에 또 다른 보호캡을 설치하여야 하며 외부로부터 공기유입을 막기 위하여 특수한 본드 등으로 밀폐하는 제조공정을 거쳐야 하는 것이어서 생산성이 낮고 제작비가 높으므로 이점에서 개선의 여지를 남기고 있는 것이다.

또한 선행발명은 추가 흔들리도록 하기 위하여 스프링을 사용하게 되는 바 이러한 스프링은 부피의 축소를 어렵게 하고 조립공수를 증가시키며, 스프링은 열처리과정 등에서 탄성계수를 정밀하게 일치시키기 어려우므로 감도가 불균일하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 선행발명의 여러 문제점들을 보완하여 구조가 더욱 단순화되고 소형화할 수 있으면서도 품질을 안정시킬 수 있는 다용도 충격센서를 제공함을 목적으로 하는 것이다.

도 1 은 본 발명에 의한 다용도 충격센서의 외관을 보인 사시도

도 2 는 본 발명에 의한 다용도 충격센서의 구조를 보인 분리사시도

도 3 는 본 발명에 의한 다용도 충격센서의 구조를 보인 종단면도

도 4 는 본 발명에 의한 다용도 충격센서의 전기적 구성을 보인 회로도

도 5, 6 는 본 발명의 다른 실시예에 의한 충격센서의 구조를 보인 종단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 중량추 2 : 음극판

3 : 천공부 4 : 링상스페이서

5 : 양극판 6 : 증폭수단

7 : FET 8 : PCB

9 : 케이스 10: 양극판고정링

11: 음극판고정링 14, 14': 단턱

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 임의의 면적을 가진 양극판과, 탄성이 있고 복원력이 우수하며 진동이 가능한 음극판과, 양극판과 음극판사이에 설치되는 설정 두께를 갖는 링상스페이서와, 양극판 및 음극판의 배치가 안정되도록 하기 위하여 사용되는 음극판 고정링 및 양극판 고정링 그리고 양극판 고정링하방에 설치되는 PCB와 양극판 사이에 배치되는 증폭수단과, 전술한 모든 소자가 금속케이스에 내장되도록 하여서 된 것이다.

이와 같이 하여 본 발명은 선행발명과는 달리 밀폐공간이나 밀폐구조가 불필요할 뿐만 아니라 스프링을 사용할 필요가 없으므로 부피가 크게 줄일 수 있으며, 구조가 단순화되어 조립공정이 단순화되어 생산성을 향상시킬 수 있게 되며, 품질을 안정화시킬 수 있게 된다.

이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

1도는 본 발명에 의하여 제조된 센서의 외관을 보였으며 도 2, 3에 그 구체적인 구조를 도시하였다.

이에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명은 비철금속이나 철금속 또는 세라믹 등 무기질재료로 된 원판상의 중량추(1)와, 중량추(1)가 중앙에 접착제로 접착되며, 외부로부터 전달되는 충격으로 중량추(1)가 진동할 때 함께 진동하며, 탄력에 의하여 복원되는 도전성 금속으로 된 음극판(2)과, 음극판(2)의 하방에 설치되며 용도에 따른 정확한 감도를 얻을 수 있도록 정밀한 두께로 제공되며, 중심에 천공부(3)를 갖는 링상스페이서(4)와, 링상스페이서(4)의 하방에 설치되는 도전성 금속이며 외력에 의하여 변형되지 않는 양극판(5)과, 양극판(5)의 하방에 설치되는 FET(7)(FIELD EFFECT TRANSISTOR)로 된 증폭수단(6)과, 증폭수단(6) 및 상기 요소들의 전기적 결선을 위한 패턴을 구비한 PCB(8)와, 전술한 요소들간에 전기적 결선이 이루어지도록 하고 외부 충격이나 전기적 노이즈로부터 차폐하기 위하여 상기한 모든 요소들을 내부에 넣고 그 하단을 구부려 PCB(8)와 접속되도록 한 도전성 케이스(9)와, 음극판(2)과 양극판(5)의 위치가 고정되도록 하기 위하여 도전성 케이스(9)에 함께 수용되는 음극판고정링(11)과 양극판고정링(10)을 구비하여서 된 것으로 미설명 부호 12, 12'는 전원단자이며, 13은 콘덴서, 14, 14'는 단턱이고, 15는 통공이며, 16은 연결간, 17은 안치부이며, 18은 양극판 재치홈, 19는 절연체이다.

아울러 본 발명은 증폭소자의 드레인과 소오스가 각기 통공을 관통하도록 한후 납땜하여 전기적 접속이 완전하게 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명은 전원단자(12, 12')에 전원을 인가하면 증폭수단(6)인 FET(7)의 소오스와 드레인에 전원이 인가되어 정상작동이 개시된다. 이러한 상태에서 충격이나 진동이 발생하는 경우 이는 케이스(9) 내부에 설치된 중량추(1)에 전달되어 중량추(1)가 진동하게 되고 이러한 중량추(1)는 탄성이 있는 음극판(2)을 진동시키게 되는 결과가 된다.

이에 따라 음극판(2)과 양극판(5)사이의 간격이 변화되는 진동이 있게 되는 것이며, 이때 입력임피던스가 높은 증폭소자의 게이트에 연결된 양극판(5)과 증폭소자의 소오스에 연결된 음극판(2)사이의 간격이 변화되어 결국 캐패시턴스가 변화되는 상태가 된다.

이러한 캐패시턴스의 변화는 증폭소자의 드레인으로 증폭되어 출력되고, 이는 콘덴서(13)를 통하여 출력되어 소정의 증폭기를 거쳐 증폭됨으로써 원하는 크기의 신호 출력을 얻을 수 있으므로 이를 이용하여 각종 경보기나 산업용 자동 제어 설비를 제어할 수 있게 된다.

또한 본 발명은 이와 같이 된 본 발명은 외부에서 발생되는 전자파나 분포용량에 의한 영향을 차단하기 위하여 케이스(9)에 내장되어 있으며, 따라서 위치에 구애받지 않고 사용 가능하게 된다.

아울러 본 발명은 링상 스페이서(4)의 링상 천공부(3)의 직경 크기와 링상스페이서(4)의 두께를 조절함으로써 음극판(2)과 양극판(5) 간의 캐패시턴스 변화 범위와 감도를 설정할 수 있는 것이며, 이에 따라 다양한 용도로 사용할 수 있게 된다. 또한 본 발명에서는 음극판(2)과 양극판(5)의 직경을 같은 크기로 하는 것이 바람직하다.

아울러 본 발명에서는 중량추(1)의 무게가 일정하도록 하여야 하므로 중량추(1)를 비철금속이나 철금속재질로 선택함으로써 프레스 금형으로 용이하게 제작할 수 있도록 하는 것이 실용적이다.

또한 본 발명에서는 증폭소자로서 저소비전력형 FET(7)를 사용할 수 있으며, 이외에도 OP앰프 등을 사용할 수도 있다.

또한 본 발명에는 중량추(1)의 무게와 크기를 정함에 있어 주위에서 발생하는 가청주파수의 소음이나 작은 진동에 흔들리지 않는 정도로 할 수 있는 것이어서 오동작을 방지할 수 있게 된다.

또한 본 발명에서는 음극판(2)과 양극판(5)의 상하에 음극판고정링(11)과 양극판고정링(10)을 설치한 예를 도시하고 있으나, 이외에도 도 5로 보인 바와 같이 케이스(9)의 내부에 단턱(14, 14')을 형성하여 음극판(2)과 양극판(5)이 고정되도록 할 수도 있다.

도 6으로 보인 바와 같이 음극판(2)에 복수개의 통공(15)을 형성하고 중앙에 연결간(16)으로 연결된 안치부(17)를 구성하여 중량체(1)를 접착시킴으로써 연결간(16)에 의하여 중량체(1)가 더욱 예민하게 탄력적으로 진동할 수 있도록 할 수 있다.

또한 본 고안에서는 양극판(5)이 케이스에 닿지 않도록 하기 위하여 양극판고정링(10)에 양극판재치홈(18)을 형성하거나 양극판(5)의 둘레에 절연체(19)를 형성하여야 함은 물론이다.

이와 같이 하여 본 발명은 선행 발명과는 달리 밀폐공간, 밀폐구조나 스프링을 사용하지 않고 있는 것이어서 부피를 작게 하고 구조가 간단하게 되는 것이며, 제조원가를 절감하고 조립공정을 단순화 할 수 있게 되는 것이다.

또한 본 발명은 선행발명에서 사용하는 스프링의 열처리과정에서의 오차로 인한 탄성계수의 불균일로 감도가 불균일하게 되는 제작오차가 없으므로 매우 안정된 품질의 제품을 생산할 수 있게 된다.

또한 본 발명에서는 링상 스페이서(4)의 두께와 천공부(3)의 직경을 조절하여 용도에 적합한 균일한 감도를 유지할 수 있게 되어 다용도로 사용할 수 있게 되는 것이다.

아울러 본 발명에서는 저가의 부품만으로 센서를 제조함으로써 제조 공정을 제조원가를 크게 감소시킬 수 있게 되는 등의 많은 효과가 있다.

Claims (9)

1. 중량체가 중심에 고정되어 있고 탄성 및 복원력이 있고 진동이 가능한 음극판(2)과, 임의의 면적을 가진 양극판(5)과, 양극판(5)과 음극판(2)사이에 설치되는 설정 두께를 갖는 절연체인 링상스페이서(4)와, 양극판(5) 하방에 설치되는 PCB(8)와 양극판(5) 사이에 배치되는 증폭수단(6)과, 전술한 모든 소자가 금속으로 된 케이스(9)에 내장되도록 하여서 됨을 특징으로 하는 다용도 충격 센서.
2. 제 1항에 있어서, 중량추(1)가 금속으로 됨을 특징으로 하는 다용도 충격 센서.
3. 제 1항에 있어서, 링상스페이서(4)의 중앙에 천공부(3)가 형성됨을 특징으로 하는 다용도 충격 센서.
4. 제 1항에 있어서, 증폭소자가 FET(7)임을 특징으로 하는 다용도 충격센서.
5. 제 1항에 있어서, 증폭소자가 OP앰프임을 특징으로 하는 다용도 충격 센서.
6. 제 1항에 있어서, 도전체인 케이스(9)의 하단을 구부려 모든 요소가 되도록 수용함과 아울러 PCB(8)와 음극판(2)이 전기적으로 연결되도록 함을 특징으로 하는 다용도 충격 센서.
7. 제 1항에 있어서, 케이스(9) 내측에서 음극판(2) 및 링상 스페이서(4), 양극판(5)의 배치가 안정되도록 하기 위하여 이들의 상하에 음극판고정링(11) 및 양극판고정링(10)을 배치하여서 됨을 특징으로 하는 다용도 충격센서.
8. 제 1항에 있어서, 케이스(9)의 내측에 단턱(14, 14')을 형성하여 음극판(2) 및 링상스페이서(4), 양극판(5)이 고정되도록 함을 특징으로 하는 다용도 충격 센서.
9. 제 1항에 있어서, 복수개의 통공(15)을 형성하며 중앙에 연결간(16)으로 연결된 안치부(17)를 구성하고 이에 중량체(1)를 고정시켜서 된 음극판(2)을 구비함을 특징으로 하는 다용도 충격센서.