KR100266825B1 - 압력감지센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외력에 의한 압력변화를 인덕턴스로 변환하여 감지할 수 있도록 한 압력감지센서에 관한 것으로, 전류원, 전류원으로부터 전원을 공급받아 외부로부터 가해지는 압력에 따라 인덕턴스량이 변화하도록 마련된 인덕터, 인덕터의 인덕턴스 변화에 따른 전압신호를 검출할 수 있도록 전류원과 인덕터 사이에 접속된 검출부를 구비하며, 상기 인덕터는 벌크 마이크로머시닝 기술 또는 표면 마이크로 머시닝 기술에 의하여 제조된 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면 외력에 의한 압력변화를 인덕턴스의 변화로 변환하여 신호처리함으로써, 압력변화를 효과적으로 측정할 수 있다. 또한, 하나의 인덕터만을 이용하여 외력에 의한 압력을 측정함으로써, 그 구조 및 제조공정이 단순하여 오차 및 제조단가를 낮출 수 있다.

Description

압력 감지 센서

본 발명은 압력 감지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외력에 의한 압력변화를 인덕턴스로 변환하여 감지할 수 있도록 한 압력감지센서에 관한 것이다.

일반적으로 물리량인 압력을 감지하는 압력감지센서는 압저항체를 갖고, 이 압저항체에 외력이 가해질 경우 자체 저항값이 변화하도록 하여, 외력에 비례하는 저항변화를 전류나 전압으로 변환하여 압력을 감지할 수 있도록 한 것이다.

이와 같은 압력감지센서는 도 1에 도시한 바와 같이, 4개의 압저항체(R1-R4)가 브리지형으로 결선되고, 상기 브리지의 두단자는 전원단(Vcc)에, 그리고 나머지 두단자(a,b)는 증폭기(1)에 결선된다. 즉, 증폭기(1)의 출력단으로부터 압력변화에 따른 최종출력을 얻을 수 있도록 구성된다.

먼저, 외부로부터 가해지는 압력에 의하여 압저항체R1과 압저항체R4의 저항값이 감소(혹은 증가)할 때, 압저항체R2과 압저항체R3는 저항값이 증가(혹은 감소)하여 단자a,b 사이에 미세한 전압차가 발생하며, 이 미세한 전압차는 신호처리에 적합하도록 증폭기(1)를 통하여 증폭된 후 출력된다.

그러나 종래 압력감지센서에서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 종래 압력감지센서는 4개의 압저항체가 브리지회로를 구성하고 있는 바, 각각의 압저항체의 저항값이 제조공정상 오차, 즉 제조공정상의 조립과정 또는 저항형성과정 등에 의한 오차를 갖고 있으므로, 설계 후 복잡한 실측정과정을 거치게 된다. 또한, 압력변화에 따른 검출신호가 미세신호여서 넓은 대역의 압력을 감지하는데 한계가 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 외력에 의한 압력변화를 인덕턴스로 변환하여 감지함으로써, 신호처리가 용이하고 제조공정의 단순화로 제조단가를 절감할 수 있는 압력감지센서를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 압력감지센서의 회로결선도,

도 2는 본 발명에 따른 압력감지센서의 회로결선도,

도 3a는 본 발명에 따른 일 실시예인 인덕터의 정면도,

도 3b는 도 3a의 Ⅲ-Ⅲ의 단면도,

도 4a는 본 발명에 따른 타 실시예인 인덕터의 정면도,

도 4b는 도 4a의 Ⅳ-Ⅳ의 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10:전류원 11:인덕터 12:증폭기

20:유리기판 21,30:실리콘기판 22,32:압저항체

23,35:공간 31:폴리실리콘 구조물

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 전류원, 상기 전류원으로부터 전원을 공급받아 외부로부터 가해지는 압력에 따라 인덕턴스량이 변화하도록 마련된 인덕터, 상기 인덕터의 인덕턴스 변화에 따른 전압신호를 검출할 수 있도록 상기 전류원과 상기 인덕터 사이에 접속된 검출부를 구비한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 따른 압력감지센서의 결선도를 도시한 것이며, 도 3은 본 발명에 따른 인덕터를 도시한 것이다.

먼저, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 압력감지센서의 구성을 설명한다. 동 도에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 압력감지센서는 전류원(10)과, 외부로부터 가해지는 압력에 따라 인덕턴스량(L(P))이 변화하는 인덕터(11), 그리고 전류원(10)과 인덕터(11)의 사이에 접속되며 상기 인덕터(11)에 의한 전압변화량을 검출하여 증폭시키는 증폭기로 구성된다.

여기서, 인덕터(11)에 외압이 가해질 경우 인덕터(11)의 인덕턴스량(L(P))은 변화한다. 또, 이 인덕턴스량(L(P))의 변화로 증폭기(12)의 출력전압(Vout1)이 변화한다. 이때, 변화된 출력전압(Vout1)은 외력에 비례하는 특성이 있는데 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

어떤 회로에 전류가 흐르면 전류의 주위에는 자계가 형성되고, 그 회로는 자신의 전류에 의해서 생긴 자속과 항상 쇄교(鎖交)하게 된다. 이러한 경우에 회로에 흐르는 전류를 변화시키면 자속과 회로 전류와의 쇄교수는 변화가 생겨서 회로 내에는 자속의 변화를 방해하는 방향으로 기전력이 유기되며, 자속의 변화를 방해하는 작용의 세기, 즉 인덕턴스(inductance)가 나타나게 된다. 여기서, 전류를 변화시키면 인덕턴스가 변화함을 알 수 있다.

한편, 본 발명에서는 외력에 의해 압력변화가 발생할 경우 후술하는 벌크 마이크로머시닝 기술 또는 표면 마이크로머시닝 기술에 의해 생성된 구조물에 도핑된 인덕터(일례로 압저항체; 11)의 저항값이 변화하게 되는데, 이 인덕터(11)의 저항값 변화로 인하여 전류가 변화하고, 전류의 변화로 인하여 인덕턴스(L(P))가 변화하게 된다.

여기서, 인덕터(11)의 변화량에 따른 증폭기(12)의 출력전압은 외부로부터 가해지는 압력에 비례하는데, 이는 다음과 같다.

먼저, 증폭기(12)로의 출력전압 Vout1은 다음과 같이 표현할 수 있다.

Vout = L(P) * di/dt

여기서, 시간에 따른 변화량 di/dt를 일정한 값으로 하여 K로 놓으면,

Vout = L(P) * K 가 된다.

여기서, 출력전압 Vout1을 인덕턴스량 L(P) = Lo + ΔL, (Lo:기준값, ΔL:변화량)과 같이 변화량의 함수로 표시하면,

Vout1 = Lo * K + ΔL * K 가 된다.

이때, Lo * K는 알고있는 값(상수)으로 Vout1.0라 놓으면,

Vout1 = Vout1.0 + ΔVout = Lo * K + ΔL * K 이므로

ΔVout = ΔL * K 가 된다.

여기서, 인덕턴스 변화량 ΔL은 외력에 의한 압력(f)에 비례하므로, 결국 출력되는 인덕턴스의 변화량 ΔVout ∝ 압력(f)의 관계가 성립하게 된다.

또한, 증폭기(12)의 증폭도를 A라 하면, 증폭기(12) 출력단에서의 출력전압(Vout2)은,

Vout2 = A * Vout1 = A(Vout1.0 + ΔVout)가 되며, 변화량의 함수로 표현하면(Vout2.0:알고있는 값(상수), ΔVout2:변화량),

Vout2.0 + ΔVout2 = A(Lo * K + ΔL * K) = A * Lo * K + A * ΔL * K 가 된다.

따라서, ΔVout2 = A * ΔL * K 가 된다.

여기서, 인덕턴스 변화량 ΔL은 외력에 의한 압력(f)에 비례하므로, 결국 출력되는 인덕턴스의 변화량 ΔVout2 ∝ A * f 의 관계가 성립하게 된다.

즉, 출력 Vout1과 Vout2의 변화율이 외력에 의한 압력에 비례함을 알 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 인덕터는 반도체 가공기술에 의하여 다양하게 제조되는데, 도 3은 벌크(bulk) 마이크로머시닝 기술에 의한 것이며, 도 4는 표면(surface) 마이크로머시닝 기술에 의한 것이다.

먼저, 도 3은 벌크 마이크로머시닝 기술에 의하여 제조된 인덕터(11)를 도시한 것으로, 도 3a는 인덕터의 정면도, 도 3b는 도 3a의 Ⅲ-Ⅲ 부분의 단면도이다.

상기 도면에 의하면 본 발명에 따른 인덕터(11)는 유리(glass)기판(20)위에 실리콘기판(21)을 형성하고, 실리콘기판(21) 표면에 웰(well)을 형성시켜 인덕터 형상(일례로 압저항체;22)을 도핑형성한다.

또한, 실리콘기판(21) 하부를 진공 실링(sealing), 즉 공간(23)을 형성시켜 외력 작용시 휨력에 의해 인덕터 형상에서 인덕턴스(L(P))가 발생되도록 구성된다.

그리고 전술한 구성부중 실리콘기판(21) 표면에 도핑형성된 압저항체(22)는 인덕턴스가 효과적으로 발생되도록 나선형상으로 구성된다.

전술한 구성부에 의하면, 벌크 마이크로머시닝 기술에 의하여 제조된 인덕터(11)에 외부로부터 압력이 가해지면 압저항체(22)에 의하여 전류의 변화가 생기게 되고, 전류의 변화로 인덕턴스(L(P))량도 변화하게 된다.

따라서, 압저항체(22)의 시작점과 끝점에 콘택트(contact)(24,26)를 구성하여 인출선(25,27)을 통하여 외부로 인덕턴스의 변화량을 출력시킬 수 있게 된다.

그리고 이 출력된 인덕턴스(L(P))의 변화량을 증폭기(12)를 통하여 증폭시키므로서, 외부에서 전해진 압력을 양호하게 검출할 수 있게 된다.

그리고 도 4는 표면(surface) 마이크로머시닝 기술에 의하여 제조된 인덕터(11)를 도시한 것으로, 도 4a는 인덕터의 정면도, 도 4b는 도 4a의 Ⅳ-Ⅳ부분의 단면도이다.

상기 도면을 참조하면 그 구성은, 실리콘기판(30), 실리콘기판(30)위에 표면 마이크로머시닝용 폴리실리콘 구조물(31), 폴리실리콘 구조물(31)에 도핑된 압저항 형상(일례로 압저항체;32)으로 이루어진다.

이때, 폴리실리콘 구조물(31)은 그 내부에 공간(33)이 형성되어 외력 작용시 휨력이 발생되도록하여 압저항체(32)에서 높은 감도를 얻을 수 있도록 구성된다.

그리고 실리콘 구조물(31)에 도핑형성된 압저항체(32)는 외부로부터 가해지는 압력이 양호하게 인덕턴스로 변화하도록 다양한 패턴으로 구성된다.

전술한 구성부에 의하면, 표면 마이크로머시닝 기술에 의하여 제조된 인덕터(11)에 압력이 가해지면, 실리콘 구조물(31)위에 도핑된 압저항체(32)는 외부의 압력에 의하여 전류의 크기변화를 보이게 되는데, 이때 인덕턴스량도 변화하게 된다.

따라서, 압저항체(32)의 시작점과 끝점에 콘택트(contact)(34,36)를 구성하고, 이 콘택트에 인출선(35,37)을 접속시켜 외부로 인덕턴스(L(P))의 변화량을 출력시킬 수 있게 된다.

그리고 이 출력된 인덕턴스(L(P))의 변화량을 증폭기(12)를 통하여 증폭시키므로서, 외부에서 전해진 압력을 양호하게 검출할 수 있게 된다.

따라서, 외부에서 가해지는 압력을 인덕턴스(L(P))의 변화량으로 검출할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 외력에 의한 압력변화를 인덕턴스의 변화로 변환하여 신호처리함으로써, 압력변화를 효과적으로 측정할 수 있다. 또한, 하나의 인덕터만을 이용하여 외력에 의한 압력을 측정함으로써, 그 구조 및 제조공정이 단순하여 오차 및 제조단가를 낮출 수 있다는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 외부로부터 가해지는 압력을 검출하도록 된 압력감지센서에 있어서, 전류원(10)으로부터 전원을 공급받아 외부로부터 가해지는 압력에 따라 인덕턴스량이 변화하도록 벌크 마이크로머시닝 기술에 의하여 제조되며, 유리기판(20)과, 상기 유리기판(20) 위에 형성되며 압력작용시 휨력이 발생하도록 내부에 공간(23)이 형성된 실리콘기판(21)과, 상기 실리콘기판(21)에 휨력이 발생할 경우 상기 전류원(10)으로부터 공급된 전류가 변화하여 인덕턴스량이 변화하도록 상기 실리콘 기판(21) 표면에 웰(well)을 형성시켜 나선 형상으로 도핑된 압저항체(22)로 구성된 인덕터(11)와; 상기 인덕터(11)의 인덕턴스 변화에 따른 전압신호를 검출할 수 있도록 상기 전류원(10)과 상기 인덕터(11) 사이에 접속된 증폭기(12);를 구비한 것을 특징으로 하는 압력감지센서.
2. 외부로부터 가해지는 압력을 검출하도록 된 압력감지센서에 있어서, 전류원(10)으로부터 전원을 공급받아 외부로부터 가해지는 압력에 따라 인덕턴스량이 변화하도록 표면 마이크로머시닝 기술에 의하여 제조되며, 실리콘기판(30)과, 상기 실리콘기판(30) 위에 형성되며 압력작용시 휨력이 발생하도록 내부에 공간이 형성된 폴리실리콘 구조물(31)과, 상기 폴리실리콘 구조물(31)에 휨력이 발생할 경우 상기 전류원(10)으로부터 공급된 전류가 변화하여 인덕턴스량이 변화하도록 상기 실리콘 구조물(31)의 표면에 도핑형성된 압저항체(32)로 구성된 인덕터(11)와; 상기 인덕터(11)의 인덕턴스 변화에 따른 전압신호를 검출할 수 있도록 상기 전류원(10)과 상기 인덕터(11) 사이에 접속된 증폭기(12)를 구비한 것을 특징으로 하는 압력감지센서.

Images