KR102095356B1 - System for measuring bio signal usingmulti channel piezoelectric sensor of film - Google Patents

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KR102095356B1 KR1020180007731A KR20180007731A KR102095356B1 KR 102095356 B1 KR102095356 B1 KR 102095356B1 KR 1020180007731 A KR1020180007731 A KR 1020180007731A KR 20180007731 A KR20180007731 A KR 20180007731A KR 102095356 B1 KR102095356 B1 KR 102095356B1
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Abstract

본 발명은 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템에 관한 것으로서, 인체와 접촉하는 물체에 구비되어 외부에서 가해진 힘에 따라 내부 전하 특성이 변하는 값을 감지하여 생체 신호를 감지하는 센서부; 생체 신호를 디지털로 변환하여 생체 신호 데이터를 생성하는 신호획득부; 탈부착 가능하도록 센서부와 접속된 신호획득부를 수용하는 본체; 및 생체 신호 데이터를 파일 형태로 저장하고, 생체 신호 데이터를 시계열적인 값으로 출력하는 제어부를 포함한다.The present invention relates to a biosignal measurement system using a film type multi-channel piezoelectric sensor, which is provided on an object in contact with a human body and senses a biosignal by sensing a value of an internal charge characteristic changing according to an externally applied force; A signal acquisition unit that converts the bio-signal into digital to generate bio-signal data; A body accommodating a signal acquisition unit connected to the sensor unit to be detachable; And a control unit that stores the biosignal data in a file format and outputs the biosignal data as time-series values.

Description

필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템{SYSTEM FOR MEASURING BIO SIGNAL USINGMULTI CHANNEL PIEZOELECTRIC SENSOR OF FILM}Bio-signal measurement system using film type multi-channel piezoelectric sensor {SYSTEM FOR MEASURING BIO SIGNAL USINGMULTI CHANNEL PIEZOELECTRIC SENSOR OF FILM}

본 발명은 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 압전 필름형 힘센서를 이용하여 무구속 생체신호를 측정하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a bio-signal measuring system using a film-type multi-channel piezoelectric sensor, and more particularly, to a technique for measuring unconstrained bio-signal using a piezoelectric film-type force sensor.

인체의 움직임중 심박, 호흡 등의 기계적 움직임은 움직임에 따른 힘 또는 압력을 발생시킨다. 예를 들어 호흡은 흉곽을 팽창 및 수축 시키므로 맞닿은 면에 압력을 가하게 된다. 심장의 박동 또한 혈류의 이동을 발생시키고 이에 따라 진동이 발생하게 된다.Mechanical movements such as the heartbeat and breathing among the movements of the human body generate force or pressure according to the movements. For example, breathing expands and contracts the rib cage, thus applying pressure to the abutting surface. The heartbeat also causes movement of the bloodstream, and vibration occurs accordingly.

심장 박동에 따라 발생하는 진동을 심탄도(balistocardiogram, BCG)라 하고, 이 진동으로 인해 인체에 진동이 발생된다. 예컨대, 흉부 아래에 센서를 위치시키는 경우, 호흡이나 심박동으로 인한 압력 또는 힘의 변화가 발생하고 이를 측정함으로 호흡 및 심박동을 검출할 수 있다. 센서는 다양한 형태로 배치될 수도 있다.The vibration that occurs according to the heartbeat is called a ballisticocardiogram (BCG), and the vibration causes the human body to vibrate. For example, when the sensor is placed under the chest, a change in pressure or force due to breathing or heartbeat may occur and breathing and heartbeat may be detected by measuring it. The sensor may be arranged in various forms.

인체에서 발생되는 진동을 통해 호흡이나 심박동을 검출하는 기술은 다수가 연구개발중에 있으며, 의자의 쿠션 또는 등받이에 압력 또는 힘 센서를 위치시키고 진동 측정을 통해 호흡이나 심박동을 검출하거나, 운전석 시트 또는 안전벨트에 압력센서, 힘센서 또는 가속도센서를 내장하여 진동을 감지해 심박동이나 호흡을 측정하거나, 발아래 센서를 위치시키고 압력 또는 힘의 변화를 측정하는 형태 등 다양하게 적용될 수 있다.Many techniques for detecting respiration or heartbeat through vibrations generated by the human body are under research and development. Place a pressure or force sensor on the cushion or backrest of a chair and detect respiration or heartbeat through vibration measurement, driver seat or safety Built-in pressure sensor, force sensor, or acceleration sensor on the belt can be applied variously, such as measuring the heart rate or breath by detecting vibration, positioning the sensor under the foot and measuring the change in pressure or force.

또한, 침대 위 또는 매트리스 아래 센서를 부착하여 수면중 호흡 또는 심박동을 측정하되, 매트리스 아래 원형 센서를 위치시켜 영유아의 심박동 또는 호흡을 모니터링하거나, 스트립형태의 힘센서 또는 압력센서를 매트리스 위에 부착시켜 수면중 호흡 또는 심장활동을 측정하는 형태로 적용될 수 있다. In addition, a sensor on the bed or under the mattress is used to measure breathing or heart rate during sleep, but by placing a circular sensor under the mattress, the infant's heart rate or breathing is monitored, or a strip type force sensor or pressure sensor is attached to the mattress to sleep. It can be applied in the form of measuring either respiration or cardiac activity.

그러나, 전술한 바와 같은 종래의 심박동/호흡 모니터링 방법은 그 적용범위가 개인에 한정되어 있고, 채널확장성이 없어 다수의 생체신호를 동시에 측정할 수 없다는 문제점이 있다.However, the conventional heart rate / respiration monitoring method as described above has a problem in that its application range is limited to an individual, and multiple bio signals cannot be simultaneously measured because of no channel expandability.

또한, 대다수의 제품이 블루투스 통신을 이용함에 따라 대역폭이 낮아 원신호 획득이 어려우며, 1:1 통신만이 가능하고, 자체 메모리를 내장하고 있지 않아 블루투스 연결이 유실된 경우 신호 획득이 불가능(신호 소실)한 문제점이 있다.In addition, as most products use Bluetooth communication, it is difficult to acquire the original signal due to low bandwidth, and only 1: 1 communication is possible, and it is impossible to acquire a signal when the Bluetooth connection is lost because it does not have its own memory. ).

아울러, 시중의 제품들은 스트립형으로 한정되어 매트 등 다양한 센서로의 확장이 어렵고, AC전원으로 동작하기 때문에 전원이 소실되면 동작이 정지하는 단점이 있다.In addition, since commercial products are limited to strip type, it is difficult to expand to various sensors such as mats, and since it operates with AC power, operation stops when power is lost.

한국등록특허 제1,634,738호Korean Registered Patent No. 1,634,738

본 발명의 목적은, 커넥터 분리구조를 통해 다채널 센서 확장성을 제공함으로써, 다수의 생체신호를 동시에 측정하는데 있다.An object of the present invention is to provide a multi-channel sensor expandability through a connector separation structure, thereby simultaneously measuring a plurality of biological signals.

본 발명의 목적은, 와이파이를 탑재함으로써, 종래의 블루투스 기반의 1:1 통신에 국한되지 않고, 1:N 통신이 가능하게 하는데 있다.It is an object of the present invention, by mounting a Wi-Fi, it is not limited to the conventional Bluetooth-based 1: 1 communication, it is possible to enable 1: N communication.

본 발명의 목적은, 대역폭을 향상시킴으로써, 고해상도 샘플링된 신호의 실시간 전송시 대역폭이 낮아 끊김이나 딜레이가 발생하는 것을 미연에 방지하여 수신한 신호의 실시간 모니터링이 가능하게 하는데 있다.An object of the present invention is to improve bandwidth, and to prevent real-time monitoring of a received signal by preventing a drop or delay from occurring due to low bandwidth when transmitting a high-resolution sampled signal in real time.

본 발명의 목적은, 센서부를 스트립형으로 한정하지 않고, 압전(Piezoelectric) 필름을 이용한 양극형 전극 패턴의 분리 구조로 구성함으로써, 매트를 포함한 다양한 제품에 적용이 가능하게 하는데 있다.The object of the present invention is not to limit the sensor portion to a strip type, but by configuring a separation structure of an anode type electrode pattern using a piezoelectric film, to be applicable to various products including mats.

본 발명의 목적은, AC전원에 국한되어 구동되는 것이 아니라 배터리를 내장함으로써, 전원 소실에 의해 생체신호 측정이 멈추는 것을 미연에 방지하는데 있다.It is an object of the present invention to prevent the biosignal measurement from being stopped due to the loss of power by incorporating a battery instead of being driven by being limited to AC power.

본 발명의 목적은, 메모리를 내장함으로써, 블루투스 또는 와이파이 연결이 유실된 경우에도 측정된 생체신호 데이터에 대한 백업이 가능하게 하는데 있다.An object of the present invention is to enable the backup of the measured bio-signal data even when a Bluetooth or Wi-Fi connection is lost by embedding a memory.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템으로서, 인체와 접촉하는 물체에 구비되어 외부에서 가해진 힘에 따라 내부 전하 특성이 변하는 값을 감지하여 생체 신호를 감지하는 센서부; 생체 신호를 디지털로 변환하여 생체 신호 데이터를 생성하는 신호획득부; 탈부착 가능하도록 센서부와 접속된 신호획득부를 수용하는 본체; 및 생체 신호 데이터를 파일 형태로 저장하고, 생체 신호 데이터를 시계열적인 값으로 출력하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving such a technical problem is a bio-signal measuring system using a film-type multi-channel piezoelectric sensor, which is provided on an object in contact with the human body and detects a value in which the internal charge characteristic changes according to the force applied from the outside to detect the bio-signal. A sensor unit for sensing; A signal acquisition unit that converts the bio-signal into digital to generate bio-signal data; A body accommodating a signal acquisition unit connected to the sensor unit to be detachable; And a control unit that stores the biosignal data in a file format and outputs the biosignal data in time-series values.

바람직하게는, 센서부는 압전성 소재인 압전 필름 재질의 힘센서로 구성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the sensor unit is characterized by comprising a force sensor made of a piezoelectric film material, which is a piezoelectric material.

센서부는, 양극성 전극(bipolarelectrode)을 포함한 힘센서로 구성되는 것을 특징으로 한다.The sensor unit is characterized by being composed of a force sensor including a bipolar electrode (bipolarelectrode).

양극성 전극은, 그 일단에 구성된 양극의 패턴이 서로 엇갈리도록 도전성 electrode top 및 도전성 Electrode bottom 형태로 설계되는 것을 특징으로 한다.The bipolar electrode is characterized in that it is designed in the form of a conductive electrode top and a conductive electrode bottom so that the patterns of the anodes configured at one end thereof are crossed with each other.

센서부는, 서로 엇갈리는 패턴으로 구성된 양극성 전극을 복수개의 채널 센서로 패키징한 힘센서로 구성되는 것을 특징으로 한다.The sensor unit is characterized in that it consists of a force sensor packaged with a plurality of channel sensors, a bipolar electrode composed of a staggered pattern.

신호획득부는, 블루투스 또는 와이파이를 통해 상기 생체 신호 데이터를 전송하는 무선통신모듈; AC전원이 유실된 경우 충전된 전원을 공급하는 내부배터리; 및 생체 신호 데이터를 저장하는 내부메모리를 수용하기 위한 슬롯 또는 보드에 내장된 (플래시)메모리을 포함하는 것을 특징으로 한다.The signal acquisition unit, a wireless communication module for transmitting the bio-signal data via Bluetooth or Wi-Fi; An internal battery that supplies charged power when AC power is lost; And a (flash) memory embedded in a slot or board for accommodating an internal memory for storing biosignal data.

본체는, 커넥터 분리 구조로 구성되는 것을 특징으로 한다.The main body is characterized by being configured with a connector separating structure.

센서부가 감지한 생체 신호에 대한 전하증폭 및 전압증폭을 포함하는 전처리를 수행하는 전처리회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it further comprises a pre-processing circuit for performing a pre-processing including amplification and voltage amplification of the biological signal detected by the sensor unit.

전처리회로부는, 케이블을 통해 센서부와 접속되어 전처리된 생체 신호를 신호획득부로 인가하는 것을 특징으로 한다.The pre-processing circuit unit is connected to the sensor unit through a cable and is characterized in that the pre-processed bio-signal is applied to the signal acquisition unit.

시계열적인 값은, 아날로그 파형 또는 디지털로 수치화된 값인 것을 특징으로 한다.The time series value is characterized by being an analog waveform or a digitally digitized value.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 커넥터 분리구조를 통해 다채널 센서 확장성을 제공함으로써, 다수의 생체신호를 동시에 측정이 가능한 효과가 있다.According to the present invention as described above, by providing a multi-channel sensor expandability through the connector separation structure, it is possible to measure a plurality of biological signals simultaneously.

본 발명에 따르면, 와이파이를 탑재함으로써, 종래의 블루투스 기반의 1:1 통신에 국한되지 않고, 1:N 통신이 가능한 효과가 있다.According to the present invention, by installing Wi-Fi, it is not limited to the conventional Bluetooth-based 1: 1 communication, and 1: N communication is possible.

본 발명에 따르면, 대역폭을 향상시킴으로써, 고해상도 샘플링된 신호의 실시간 전송시 대역폭이 낮아 끊김이나 딜레이가 발생하는 것을 미연에 방지하여 수신한 신호의 실시간 모니터링이 가능한 효과가 있다.According to the present invention, by improving the bandwidth, in real-time transmission of a high-resolution sampled signal, the bandwidth is low, so that there is no interruption or delay, it is possible to monitor the received signal in real time.

본 발명에 따르면, 센서부를 스트립형으로 한정하지 않고, 압전 필름을 이용한 양극형 전극 패턴의 분리 구조로 구성함으로써, 매트를 포함한 다양한 제품에 적용이 가능한 효과가 있다.According to the present invention, the sensor unit is not limited to a strip type, and is configured as a separation structure of an anode type electrode pattern using a piezoelectric film, thereby being applicable to various products including mats.

본 발명에 따르면, AC전원에 국한되어 구동되는 것이 아니라 배터리를 내장함으로써, 전원 소실에 의해 생체신호 측정이 멈추는 것을 미연에 방지하는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect of preventing the measurement of the bio-signal from being stopped due to the loss of the power supply by incorporating the battery instead of being driven by being limited to the AC power supply.

본 발명에 따르면, 메모리를 내장함으로써, 블루투스 또는 와이파이 연결이 유실된 경우에도 측정된 생체신호 데이터에 대한 백업이 가능한 효과가 있다.According to the present invention, by having a built-in memory, it is possible to back up the measured bio-signal data even when the Bluetooth or Wi-Fi connection is lost.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 센서부의 세부구성을 도시한 도면.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 힘센서를 설계한 측면도.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 힘센서가 완성된 것을 도시한 도면.
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 힘센서를 패키징한 센서부를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 전처리회로를 도시한 블록도.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 신호획득부를 도시한 블록도.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 전처리회로부와 신호획득부를 연결한 것을 도시한 도면.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 본체를 도시한 구성도.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 본체에 전처리회로부 및 신호획득부가 수용되는 것을 도시한 예시도.
도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 전처리회로부 및 신호획득부를 수용한 본체가 센서부 및 제어부와 접속되는 것을 도시한 예시도.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 제어부가 생체 신호 데이터를 출력하는 것을 도시한 예시도.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 제어부에 의해 저장된 생체 신호 데이터 값을 도시한 예시도.1 is a block diagram showing a bio-signal measurement system using a film-type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the detailed configuration of a sensor unit of a biosignal measurement system using a film-type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 3a is a side view of a force sensor design of a bio-signal measurement system using a film type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 3b is a diagram showing that the force sensor of the bio-signal measurement system using a film-type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention is completed.
3C is a view showing a sensor unit packaging a force sensor of a biosignal measurement system using a film type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram showing a pre-processing circuit of a bio-signal measurement system using a film-type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 5a is a block diagram showing a signal acquisition unit of the bio-signal measurement system using a film-type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5B is a diagram illustrating a connection between a preprocessing circuit part and a signal acquisition part of a biosignal measurement system using a film type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 6a is a block diagram showing a main body of a bio-signal measurement system using a film-type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 6b is an exemplary view showing that the pre-processing circuit unit and the signal acquisition unit is accommodated in the body of the bio-signal measurement system using a film-type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 6c is an exemplary view showing that the main body accommodating the pre-processing circuit unit and the signal acquisition unit of the bio-signal measurement system using a film-type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention is connected to the sensor unit and the control unit.
Figure 7a is an exemplary view showing that the control unit of the bio-signal measurement system using a film-type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention outputs bio-signal data.
7B is an exemplary view showing a biosignal data value stored by a control unit of a biosignal measurement system using a film type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.Specific features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the specification and claims are based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of terms in order to best describe his or her invention in the technical spirit of the present invention. It should be interpreted as a matching meaning and concept. In addition, it should be noted that when it is determined that the detailed description of the known functions and configurations related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description is omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템(800)을 도시한 구성도이다.1 is a block diagram showing a bio-signal measurement system 800 using a film-type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 인체와 접촉하는 물체에 구비되어 외부에서 가해진 힘에 따라 내부 전하 특성이 변하는 값을 감지하여 생체 신호를 감지하되, 센서부(801), 신호획득부(803), 본체(805) 및 제어부(807)를 포함하여 구성된다.As illustrated in FIG. 1, a biosignal is detected by detecting a value in which an internal charge characteristic changes according to a force applied from the outside provided on an object in contact with the human body, but a sensor unit 801, a signal acquisition unit 803, It comprises a main body 805 and a control unit 807.

이때, 센서부(801)가 감지하는 생체 신호는 심박, 호흡, 수면, 수면각성, 수면 효율 또는 분당호흡수 중에 어느 하나를 포함할 수 있고, 수면중에 무구속 상태에서 측정될 수 있다.At this time, the biological signal sensed by the sensor unit 801 may include any one of heart rate, breathing, sleep, sleep awakening, sleep efficiency, or breathing per minute, and may be measured in the unconstrained state during sleep.

도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 센서부에 대한 세부구성에 대해 살피면 아래와 같다.Referring to FIG. 2, the detailed configuration of the sensor unit of the biosignal measurement system using the film-type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention is as follows.

도 2에 도시된 바와 같이, 센서부(900)는 외부에서 가해진 힘에 따라 내부 전하 특성이 변하는 압전(piezoelectric) 필름 재질의 힘센서(901)를 포함하여 구성되며, 압전 필름은 PVDF(polyvinylidenefluoride) 재질의 스트립형(strip-type) 으로 구성될 수 있으나, 본 발명이 상기 재질과 타입에 국한되는 것은 아니다.As illustrated in FIG. 2, the sensor unit 900 includes a piezoelectric film material force sensor 901 whose internal charge characteristics change according to an externally applied force, and the piezoelectric film is PVDF (polyvinylidenefluoride). It may be configured as a strip-type of material, but the present invention is not limited to the material and type.

센서부(901)의 힘센서(901)는 스크린프린팅(screen printing)을 사용하여 양극성 전극(bipolarelectrode)(903) 형태로 제작되며, 60℃ 온도 조건에서 30분간 실버페이스트를 열경화(heat curing)하도록 구성된다. 이때, 양극성 전극(903)은 용량성 노이즈(capacitive noise)를 고려하여 그 일단에 구성된 양극의 패턴이 서로 엇갈리도록 도전성 electrode top 및 도전성 electrode bottom 형태로 설계된다. 이때, 힘센서(901)는 실버페이스트(silver paste)로 제작된다.The force sensor 901 of the sensor unit 901 is produced in the form of a bipolar electrode (903) using screen printing, and heat-curing the silver paste for 30 minutes at a temperature of 60 ° C. It is configured to. At this time, the bipolar electrode 903 is designed in the form of a conductive electrode top and a conductive electrode bottom so that the patterns of the anodes configured at one end thereof cross each other in consideration of capacitive noise. At this time, the force sensor 901 is made of silver paste.

센서부(900)에 구비된 힘센서(901)의 크기는 폭 1.2cm, 길이 72cm 및 두께 130㎛의 규격으로 유연한 특성을 갖도록 제작되나, 본 발명이 상기 규격에 국한되는 것은 아니다.The size of the force sensor 901 provided in the sensor unit 900 is manufactured to have flexible characteristics in the specifications of width 1.2 cm, length 72 cm, and thickness 130 μm, but the present invention is not limited to the above specification.

센서부(900)의 힘센서(901)는 서로 엇갈리는 패턴으로 구성된 양극성 전극을 PET(polyethylene terephthalate) 소재를 이용해 2채널 센서로 패키징(packaging) 하여 구성되고, 양극성 전극(903) 사이에는 압전 필름(905)이 구비된다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 패키징이 반드시 2채널에 국한되는 것은 아니며, 2채널 외에 복수개의 채널로 패키징되어 구성될 수 있다.The force sensor 901 of the sensor unit 900 is configured by packaging a bipolar electrode composed of a crossing pattern with a two-channel sensor using a polyethylene terephthalate (PET) material, and a piezoelectric film ( 905) is provided. At this time, the packaging according to an embodiment of the present invention is not necessarily limited to two channels, and may be configured by packaging into a plurality of channels in addition to the two channels.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 힘센서를 설계한 측면도이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 힘센서가 완성된 것을 도시한 도면이며, 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 힘센서를 패키징한 센서부를 도시한 도면이다.3A is a side view designing a force sensor of a biosignal measurement system using a film-type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a film-type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention. It is a view showing that the force sensor of the biosignal measurement system using is completed, and FIG. 3C shows a sensor unit packaging the force sensor of the biosignal measurement system using the film type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention. It is a drawing.

본 발명의 일 실시예에 따른 센서부(1000)는 매우 얇고 유연한 특성(flexible)을 가짐에 따라 사용자의 흉부 아래 설치하였을 때 이질감이 거의 없도록 구성될 수 있으나, 센서로부터 신호획득을 위한 접촉 부분의 제작이 어렵고 쉽게 불안정해진다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 링터미널(ringterminal)과 아일렛(eyelet)을 사용하여 힘센서(1001)의 인터페이스를 구성하였다.The sensor unit 1000 according to an embodiment of the present invention may be configured to have almost no heterogeneity when installed under the user's chest as it has a very thin and flexible characteristic, but the sensor unit 1000 may be configured to obtain a signal from the sensor. There is a problem that it is difficult to manufacture and easily becomes unstable. To solve this problem, the interface of the force sensor 1001 was constructed using a ring terminal and an eyelet.

또한, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 힘센서(1001)는 도전성 electrode(Top) 및 도전성 electrode(bottom)으로 구성된 양극성 전극(1003)을 구성하고, 양극성 전극(1003) 사이에는 압전 필름(1005)이 배치되도록 구성되며, 힘센서(1001)는 PET, PVC, PP 또는 PE 중에 어느 하나로 구성된 polymer 소재로 패키징되어 도 3c에 도시된 바와 같이 제작된다. In addition, as shown in FIGS. 3A and 3B, the force sensor 1001 constitutes a bipolar electrode 1003 composed of a conductive electrode (Top) and a conductive electrode (bottom), and a piezoelectric film between the bipolar electrodes 1003 It is configured to be arranged (1005), the force sensor (1001) is made of a polymer material composed of any one of PET, PVC, PP or PE is produced as shown in Figure 3c.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 전처리회로에 대해 살피면 아래와 같다.Hereinafter, a preprocessing circuit of a biosignal measurement system using a film type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 as follows.

전처리회로(preprocessing circuit)는 힘센서로부터 측정된 원신호(raw data)의 전처리를 위해 전하증폭회로(charge amplifier circuit), 전압증폭회로(voltage amplifier circuit), 및 기준전압(reference voltage) 발생 회로를 포함하여 구성되며, 2채널 신호를 입력 받도록 구성되어 소형화를 위해 2-layer PCB(printed circuit board)로 제작되고, 케이블을 통해 힘센서와 접속되고, 전처리된 생체 신호를 신호획득부로 인가한다.The preprocessing circuit includes a charge amplifier circuit, a voltage amplifier circuit, and a reference voltage generator circuit for preprocessing raw data measured from the force sensor. Included, and configured to receive 2-channel signals, it is made of a 2-layer printed circuit board (PCB) for miniaturization, is connected to a force sensor through a cable, and applies pre-processed bio signals to the signal acquisition unit.

본 발명의 일 실시예에서는 그 설명을 용이하게 하기 위해 전처리회로가 2채널 신호를 입력받는 형태로 기재하였으나, 본 발명이 상기 채널에 국한되는 것은 아니며, 복수개의 힘센서로부터 신호를 입력받는 다채널 형태로 설계 변경될 수 있다.In one embodiment of the present invention, in order to facilitate the description, the pre-processing circuit is described in a form of receiving two-channel signals, but the present invention is not limited to the above channels, and the multi-channel receiving signals from a plurality of force sensors Design can be changed to form.

한편, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 신호획득부에 대해 살피면 아래와 같다.Meanwhile, referring to FIGS. 5A and 5B, a signal acquisition unit of a biosignal measurement system using a film type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention is as follows.

신호획득부(1200)는 힘센서로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털로 변환하되, MCU(micro controller unit)(1201), 무선통신모듈(1203), voltage regulator(1205), oscillator(1207), microSD card slot(1209), 및 내부배터리(1211)를 포함하여 구성된다.The signal acquisition unit 1200 converts the analog signal output from the force sensor into digital, microcontroller unit (MCU) 1201, wireless communication module 1203, voltage regulator (1205), oscillator (1207), microSD card It includes a slot (1209), and an internal battery (1211).

신호획득부(1200)는 저전력 측정 및 14-bit ADC(analog to digital converter) 동작을 위해 MCU(micro controller unit)을 사용하여 24개 채널 입력이 가능하도록 구성된다. 이때, 신호획득부(1200)의 ADC는 14-bit로 구성될 수 있고, 24개 채널 입력이 가능하도록 구성되나, 본 발명의 ADC는 14-bit에 국한되지 않고 확장이 가능하며, 채널 입력 역시 24개 채널 외에 N개의 채널 입력이 가능한 것으로 이해함이 바람직하다.The signal acquisition unit 1200 is configured to enable 24 channels of input using a micro controller unit (MCU) for low power measurement and 14-bit analog to digital converter (ADC) operation. At this time, the ADC of the signal acquisition unit 1200 may be composed of 14-bit, and configured to enable 24 channels, but the ADC of the present invention is not limited to 14-bit and can be extended, and the channel input is also It is desirable to understand that N channels can be input in addition to 24 channels.

또한, 신호획득부(1200)는 블루투스 및 와이파이 기능을 제공하는 무선통신모듈(1203)을 구비하여 힘센서로부터 획득한 생체 신호를 원격지로 전송하여 모니터링이 가능하도록 구성된다. 여기서, 무선통신모듈(1203)은 블루투스 통신 외에 대역폭이 높은 와이파이를 이용한 통신이 가능함에 따라 종래의 블루투스만을 이용한 1:1 통신이 아닌 1:N 통신이 가능하다.In addition, the signal acquisition unit 1200 is configured to be equipped with a wireless communication module 1203 providing Bluetooth and Wi-Fi functions to transmit the bio signals obtained from the force sensor to a remote location for monitoring. Here, since the wireless communication module 1203 can communicate using Wi-Fi with high bandwidth in addition to Bluetooth communication, 1: N communication is possible instead of 1: 1 communication using only conventional Bluetooth.

신호획득부(1200)는 신호획득을 위해 구비된 Timer를 이용하여 생체 신호 데이터 획득 및 송신이 가능하도록 구성되며, 회로 면적 감소, 및 기계적 안정성 확보를 감안하여 설계되었다.The signal acquisition unit 1200 is configured to enable bio signal data acquisition and transmission using a timer provided for signal acquisition, and is designed in consideration of reducing circuit area and securing mechanical stability.

아울러, 신호획득부(1200)는 내부배터리(1211)를 구비함에 따라 전원 소실로 인해 생체 신호 데이터 측정이 중단되는 것을 미연에 방지할 수 있고, 평상시에는 AC전원으로 구동되다가 AC전원이 유실된 경우 내부배터리(1211)에 충전된 전원으로 구동될 수 있다.In addition, the signal acquiring unit 1200 may prevent the measurement of the bio-signal data from being stopped due to the loss of power, as the internal battery 1211 is provided, and when the AC power is lost after being normally driven by AC power. It can be driven by the power charged in the internal battery 1211.

이하, 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 본체를 살피면 아래와 같다.Hereinafter, a body of a biosignal measurement system using a film type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A to 6C as follows.

본체(1300)는 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 그 내부에 전처리회로부(1301) 및 신호획득부(1303) 각각이 탈부착 가능하도록 수용하는 형태로 구성된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 본체(1300)는 커넥터 분리 구조로 구성됨에 따라 다채널 센서 구성을 위한 확장성이 용이하다. 또한, 본체(1300)는 pc(polycarbonate) 소재로 제작될 수 있으나, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다.The main body 1300 is configured to accommodate each of the pre-processing circuit unit 1301 and the signal acquisition unit 1303 to be detachable therein, as illustrated in FIGS. 6A and 6B. That is, the main body 1300 according to an embodiment of the present invention is easily expandable for a multi-channel sensor configuration as it is configured as a connector separation structure. In addition, the main body 1300 may be made of a polycarbonate (pc) material, but the present invention is not limited thereto.

도 6c에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템은, 전처리회로부 및 신호획득부를 수용한 본체(1300)가 센서부 및 제어부와 접속되도록 구성된다.As shown in Figure 6c, the bio-signal measurement system using the film-type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention is configured such that the main body 1300 containing the pre-processing circuit unit and the signal acquisition unit is connected to the sensor unit and the control unit do.

이하, 도 7a 내지 도 7b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 제어부에 대해 살피면 아래와 같다. 그 구체적인 언급을 생략하겠으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템의 제어부는 실시간 2채널 데이터 저장 및 시계열적인 그래프 출력을 위한 어플리케이션이 탑재된 것으로 이해함이 바람직하다. 또한, 어플리케이션은 통신 포트 및 통신 속도를 설정할 수 있다.Hereinafter, a control unit of a biosignal measurement system using a film type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7A to 7B as follows. Although the specific mention will be omitted, it is desirable to understand that the control unit of the bio-signal measurement system using the film-type multi-channel piezoelectric sensor according to an embodiment of the present invention is equipped with an application for real-time two-channel data storage and time-series graph output. Do. In addition, the application can set the communication port and communication speed.

제어부(1400)는 케이블을 통해 유선으로 또는 무선통신모듈을 통해 무선으로 접속된 신호획득부로부터 힘센서에 의해 측정된 생체 신호 데이터를 전송받아 파일 형태로 저장하고, 채널 각각의 생체 신호 데이터를 도 14a에 도시된 바와 같이 시계열적인 값으로 출력하도록 구성된다. 이때, 시계열적인 값은 아날로그 파형에 국한되지 않으며 디지털로 수치화된 값으로 출력될 수 있고, 데이터 저장 형식은 '시간(HH:MM:SS:mmm), DATA1(0~16383), DATA2(0~16383)'와 같이 설정될 수 있다.The control unit 1400 receives the bio-signal data measured by the force sensor from the signal acquisition unit connected to the wired cable through a cable or wirelessly through a wireless communication module, stores the biosignal data measured in a file format, and monitors the biosignal data of each channel. It is configured to output as a time series value as shown in 14a. At this time, the time series value is not limited to the analog waveform, but can be output as a digitally digitized value, and the data storage format is' Time (HH: MM: SS: mmm), DATA1 (0 ~ 16383), DATA2 (0 ~ 16383) '.

또한, 제어부(1400)가 저장하는 생체 신호 데이터는 도 14b에 도시된 바와 같이 신호획득부의 microSD card slot에 삽입되는 내부메모리 또는 무선통신모듈을 통해 접속된 장치나 서버에 저장될 수 있다. 따라서, 제어부(1400)가 센서부와의 통신이 유실될 경우 내부메모리에 저장된 데이터에 대한 백업이 가능하다.In addition, the bio-signal data stored by the control unit 1400 may be stored in a device or a server connected through an internal memory or a wireless communication module inserted into the microSD card slot of the signal acquisition unit as shown in FIG. 14B. Accordingly, when the control unit 1400 loses communication with the sensor unit, it is possible to back up data stored in the internal memory.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등 물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.As described above, the present invention has been described and illustrated in connection with a preferred embodiment for illustrating the technical idea of the present invention, but the present invention is not limited to the configuration and operation as illustrated and described, and deviates from the scope of the technical idea. It will be understood by those skilled in the art that many changes and modifications to the present invention are possible without. Accordingly, all such suitable modifications and modifications and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.

800: 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템
801, 900, 1000: 센서부
803, 1200, 1303: 신호획득부
805, 1300: 본체
807, 1400: 제어부
901, 1001: 힘센서
903, 1003: 양극성 전극
905, 1005: 압전 필름
1201: MCU
1203: 무선통신모듈
1205: voltage regulator
1207: oscillator
1209: microSD card slot
1211: 내부배터리
1301: 전처리회로부800: bio-signal measurement system using a film-type multi-channel piezoelectric sensor
801, 900, 1000: sensor unit
803, 1200, 1303: signal acquisition unit
805, 1300: main body
807, 1400: control unit
901, 1001: Force sensor
903, 1003: bipolar electrode
905, 1005: Piezoelectric film
1201: MCU
1203: wireless communication module
1205: voltage regulator
1207: oscillator
1209: microSD card slot
1211: internal battery
1301: pre-processing circuit

Claims (10)

생체 신호 측정 시스템에 있어서,
인체와 접촉하는 물체에 구비되어 외부에서 가해진 힘에 따라 내부 전하 특성이 변하는 값을 감지하여 생체 신호를 감지하는 센서부;
상기 생체 신호를 디지털로 변환하여 생체 신호 데이터를 생성하는 신호획득부;
탈부착 가능하도록 커넥터 분리 구조로 구성되어 상기 센서부와 접속된 신호획득부를 수용하는 본체;
상기 신호획득부의 microSD card slot에 삽입되는 내부메모리 또는 무선통신모듈을 통해 접속된 장치나 서버에 상기 생체 신호 데이터를 파일 형태로 저장하고, 상기 생체 신호 데이터를 시계열적인 값으로 출력하는 제어부; 및
상기 센서부가 감지한 생체 신호에 대한 전하증폭 및 전압증폭을 포함하는 전처리를 수행하는 전처리회로부를 포함하되,
상기 신호획득부는,
블루투스 또는 와이파이를 통해 상기 생체 신호 데이터를 전송하는 무선통신모듈; AC전원이 유실된 경우 충전된 전원을 공급하는 내부배터리; 및 상기 생체 신호 데이터를 저장하는 내부메모리를 수용하기 위한 슬롯을 포함하고,
상기 전처리회로는,
상기 센서부로부터 측정된 원신호의 전처리를 위해 전하증폭회로, 전압증폭회로, 및 기준전압 발생 회로를 포함하여 구성되며, 2채널 신호를 입력 받도록 구성되어 소형화를 위해 2-layer PCB로 제작되는 것을 특징으로 하는 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템.In the biological signal measurement system,
A sensor unit which is provided on an object in contact with the human body and senses a biosignal by detecting a value in which an internal charge characteristic changes according to a force applied from the outside;
A signal acquisition unit that converts the bio-signals into digital to generate bio-signal data;
A main body configured to be detachably connected to a connector and configured to receive a signal acquisition unit connected to the sensor unit;
A control unit for storing the biosignal data in a file format in a device or a server connected through an internal memory or a wireless communication module inserted into the microSD card slot of the signal acquisition unit, and outputting the biosignal data in time-series values; And
It includes a pre-processing circuit for performing a pre-processing including amplification and voltage amplification of the biological signal detected by the sensor unit,
The signal acquisition unit,
A wireless communication module transmitting the bio-signal data through Bluetooth or Wi-Fi; An internal battery that supplies charged power when AC power is lost; And a slot for accommodating an internal memory for storing the bio-signal data,
The pre-processing circuit,
It consists of a charge amplification circuit, a voltage amplification circuit, and a reference voltage generation circuit for pre-processing the original signal measured from the sensor unit, and is configured to receive a 2-channel signal to be manufactured as a 2-layer PCB for miniaturization. Bio-signal measurement system using a film type multi-channel piezoelectric sensor. 제1항에 있어서,
상기 센서부는,
압전성(piezoelectric) 필름 재질의 힘센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템.According to claim 1,
The sensor unit,
A biosignal measurement system using a film-type multi-channel piezoelectric sensor, characterized in that it consists of a piezoelectric film material force sensor. 제1항에 있어서,
상기 센서부는,
양극성 전극(bipolarelectrode)을 구성한 힘센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템.According to claim 1,
The sensor unit,
Bio-signal measurement system using a film-type multi-channel piezoelectric sensor, characterized in that it consists of a force sensor comprising a bipolar electrode (bipolarelectrode). 제3항에 있어서,
상기 양극성 전극은,
그 일단에 구성된 양극의 패턴이 서로 엇갈리도록 도전성 electrode top 및 도전성 Electrode bottom 형태로 설계되는 것을 특징으로 하는 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템.According to claim 3,
The bipolar electrode,
Biosignal measurement system using a film-type multi-channel piezoelectric sensor, characterized in that it is designed in the form of a conductive electrode top and a conductive electrode bottom so that the patterns of the anodes configured at one end are crossed. 제1항에 있어서,
상기 센서부는,
서로 엇갈리는 패턴으로 구성된 양극성 전극을 복수개의 채널 센서로 패키징한 힘센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템.According to claim 1,
The sensor unit,
Bio-signal measurement system using a film-type multi-channel piezoelectric sensor, characterized in that it consists of a force sensor packaged with a plurality of channel sensors bipolar electrode composed of a staggered pattern. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전처리회로부는,
케이블을 통해 상기 센서부와 접속되어 전처리된 생체 신호를 신호획득부로 인가하는 것을 특징으로 하는 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템.According to claim 1,
The pre-processing circuit unit,
A biosignal measurement system using a film type multi-channel piezoelectric sensor, characterized in that a pre-processed biosignal is connected to the sensor unit through a cable and applied to a signal acquisition unit. 제1항에 있어서,
상기 시계열적인 값은,
아날로그 파형 또는 디지털로 수치화된 값인 것을 특징으로 하는 필름형 다채널 압전 센서를 이용한 생체신호 측정 시스템.According to claim 1,
The time series value,
Bio-signal measurement system using a film-type multi-channel piezoelectric sensor, characterized in that it is an analog waveform or a digitally digitized value.
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