KR100996640B1 - 압력센서 및 이를 이용한 타이어 압력 측정장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제 1 전극층; 제 1 전극층 하단에 구비된 제 1 절연부; 제 1 절연부 하단에 구비된 제 2 전극층; 제 2 전극층 하단에 구비된 제 2 절연부; 및 제 2 절연부 하단에 구비된 제 3 전극층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 구현하였다. 또한, 본 발명의 다른 카테고리로써 제 1 전극판, 제 1 절연부, 제 2 전극판, 제 2 절연부, 제 3 전극판 및 인덕터로 이루어진 센서; 센서에서 측정된 정전용량을 주파수로 변환하여 외부로 송신하는 송신부; 및 송신부에 전원을 공급하는 전원부;로 이루어진 것을 특징으로 하는 타이어 압력 측정장치를 구현한 바,본 발명에 따르면 압력센서는 마이크로 프로세서 없이, 하나의 트랜지스터로 구현이 가능하여 간단한 구성으로 제작이 가능하다. 이로 인해 생산 단가가 감소하고, 낮은 전력으로도 동작이 가능하며, 소형화할 수 있고, 구조가 간단하기 때문에 부품의 고장율이 낮고, 이로 인해 내구성이 향상되는 효과가 있다. 또한, RFID 모듈과 접목해서 무선 송신이 가능하여 주행 중에도 타이어의 압력을 지속적으로 측정할 수 있고, 타이어의 압력에 문제가 발생하는 경우 운전자가 이를 바로 확인할 수 있어 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.
압력, 측정, 센서, 타이어, 주행
Description
본 발명은 압력센서 및 이를 이용한 타이어의 압력 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 RFID 모듈을 사용하여 주행 중에도 각각의 타이어의 압력을 측정할 수 있는 압력센서 및 이를 이용한 타이어 압력 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 타이어의 압력은 타이어에 공기를 주입한 차륜에 의해 운행되는 차량의 수명과 안전성 및 승차감에 매우 중요한 요소이며, 타이어의 마모 정도는 타이어의 압력에 의해 결정된다.
또한, 차량의 종류와 타이어의 종류에 따라 적정 공기압이 각각 다르고, 타이어에 주입된 공기는 타이어의 손상 등에 따라 공기압이 변화하므로 수시로 타이어의 압력을 측정하여야 한다.
종래의 타이어 압력을 측정하기 위해서는 정전용량(CDG) 방식을 이용한 MEMS 센서 또는 표면 음파 센서를 이용한 측정기를 사용하여 타이어의 압력을 측정하였다.
이러한 타이어의 압력을 측정하기 위해서는 측정기를 구비한 정비공장 또는 수리점을 방문하여 타이어의 공기압을 측정하여야 하기 때문에 타이어의 압력을 측정하기가 번거러운 문제점이 있다. 또한, 정비공장 또는 수리점에서 타이어의 압력을 측정한 후 다시 측정을 하기 전까지는 타이어의 압력 변화를 쉽게 파악하기 어려운 문제점이 있다. 이러한 문제점으로 인해 타이어의 압력에 문제가 발생한 경우에도 이를 모르고 차량을 운행하다 타이어의 압력 부족으로 인해 타이어의 마모 정도가 향상하고, 이로 인해 타이어가 파손되어 사고를 유발하게 되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 휴대용 압력 측정장치가 개발되었지만, 이러한 휴대용 압력 측정장치 역시 사용자가 수시로 압력을 측정하여야 하고, 운행 중에 타이어 손상으로 인해 압력이 변화하는 것은 파악하기 어려운 문제점이 있다. 이러한 문제점으로 인해 운행중 타이어 파손으로 인한 사고 유발 가능성은 여전히 존재하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 타이어 일측에 구비되어 타이어의 압력을 측정하는 측정기가 개발되었다. 하지만, 종래의 압력 측정기는 마이크로 프로세서를 기반으로 제작되었기 때문에 만개 이상의 트랜지스터를 사용하여 많은 전력이 사용되고, 구조가 복잡하여 소형화가 어렵고, 제조 단가가 높은 문제점이 있다. 또한, 복잡한 구조로 인해 측정기의 고장이 많고, 내구성이 약한 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, RFID 모듈을 사용하여 차량이 정차 또는 운행중에도 타이어의 압력을 수시로 확인하여 타이어 압력에 문제가 발생하여도 이를 바로 운전자가 확인할 수 있는 타이어 압력 측정 장치 및 이에 사용되는 압력센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 제 1 전극층; 제 1 전극층 하단에 구비된 제 1 절연부; 제 1 절연부 하단에 구비된 제 2 전극층; 제 2 전극층 하단에 구비된 제 2 절연부; 및 제 2 절연부 하단에 구비된 제 3 전극층;을 포함하여 압력에 따라 상기 제 1, 2 전극층(110, 130) 사이의 정전용량(C1)과 상기 제 2, 3 전극층(130, 150) 사이의 정전용량(C2)의 변화를 출력하는 것을 특징으로 하는 압력센서에 의해 달성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 카테고리로써 제 1 전극층, 제 1 전극층 하단에 구비된 제 1 절연부, 제 1 절연부 하단에 구비된 제 2 전극층, 제 2 전극층 하단에 구비된 제 2 절연부, 제 2 절연부 하단에 구비된 제 3 전극층 및 상기 제 1 전극층과 제 3 전극층의 일측에 구비된 인덕터(160)로 이루어진 압력센서(100); 센서에서 측정된 정전용량을 주파수로 변환하여 외부로 송신하는 송신부; 및 송신부에 전원을 공급하는 전원부;로 이루어진 것을 특징으로 하는 타이어 압력 측정장치 및 측정방 법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명에 따르면 압력센서는 마이크로 프로세서 없이, 하나의 트랜지스터로 구현이 가능하여 간단한 구성으로 제작이 가능하다. 이로 인해 생산 단가가 감소하고, 낮은 전력으로도 동작이 가능하며, 소형화할 수 있고, 구조가 간단하기 때문에 부품의 고장율이 낮고, 이로 인해 내구성이 향상되는 효과가 있다. 또한, RFID 모듈과 접목해서 무선 송신이 가능하여 주행 중에도 타이어의 압력을 지속적으로 측정할 수 있고, 타이어의 압력에 문제가 발생하는 경우 운전자가 이를 바로 확인할 수 있어 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
<압력센서의 구성>
도 1은 본 발명에 따른 압력센서의 측면도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 압력센서(100)는 제 1 전극층(110) 내지 제 3 전극층(150) 및 각각의 전극층(110, 130, 150) 사이에 구비된 제 1 절연부(120) 및 제 2 절연부(140)로 이루어진다. 여기서, 제 1 전극층(110) 내지 제 3 전극층(150)은 실리콘, 스테인레스 스틸 또는 게르마늄과 같은 박막형상의 도체 또는 반도체로 이루어진 것이 좋다.
본 발명에 따른 제 1 절연부(120) 및 제 2 절연부(140)는 종이, 플라스틱 필름 또는 진공과 같은 절연체를 사용하는 것이 좋다.
전술한 구성을 갖는 압력센서(100)는 제 1 전극층(110) 및 제 3 전극층(150)의 일측에 인덕터(160)를 더 구비할 수 있고, 제 1 전극층(110) 내지 제 3 전극층(150)과 인덕터(160)의 일측에는 회로 접속을 위한 회로접속단자(170)가 더 구비된다. 이때, 회로접속단자(170)의 사용 여부에 따라 콜피츠(Colpitts) 형 및 하틀리(Hartley) 형의 회로구성이 가능하고 사용 용량 역시 C1, C2 또는 C1//C2의 3가지 구성이 가능하다. 이때, C2는 공진 주파수(f1)의 초기 조정이 용이하도록 하는 역할을 한다.
<타이어 압력 측정장치의 구성>
(제 1 실시예)
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 타이어 압력 측정장치의 평면도를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 타이어 압력 측정장치(1000)는 전술한 구성을 갖는 압력센서(100)를 구비한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 송신부(200)는 압력센서(100)의 일측에 구비되어 압력센서(100)에서 측정된 정전용량을 공진 주파수(f1)로 변환하여 외부로 송신하기 위한 것이다. 이러한 송신부(200)는 RFID 모듈을 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 전원부(300)는 송신부(200)에 전원을 인가하기 위한 것으로서, 시계 배터리와 같은 소형 배터리(310)를 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 타이어 압력 측정장치(1000)는 송신부(200)에 서 송신되는 공진 주파수(f1)를 검출하기 위한 수신부(500)를 더 구비한다. 수신부(500)는 차량의 일측에 구비되고, 공진 주파수(f1)를 검출하는 주파수 검출부(510) 및 검출된 공진 주파수(f1)를 압력(P)으로 변환하는 압력 변환부(520)로 이루어진다. 여기서, 주파수 검출부(510)는 송신부(200)에서 송신되는 공진 주파수(f1)를 검출하는 장치로서, 라디오 주파수 검출 방식은 가변 콘덴서(Variable Condenser)와 동일한 원리로 작동된다. 그리고, 압력 변환부(520)는 주파수 검출부(510)에서 검출된 공진 주파수(f1)를 압력(P)으로 변환하는 장치로서, 이러한 목적을 달성할 수 있는 압력 변환 장치를 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 타이어 압력 측정장치(1000)는 필요에 따라 압력 변환부(520)에서 출력되는 압력(P)이 타이어(2000)의 적정 압력(P)에서 벗어나는 경우 이를 사용자에게 경고하기 위한 경보음 발생기 또는 경보등과 같은 경보장치(미도시)를 더 구비할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 타이어 압력 측정장치의 회로도를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 전원부(300)에서 회로에 전원이 인가되면 압력센서(100)가 발진하고, 송신부(200)인 RFID 모듈의 안테나를 통하여 신호가 복사되며 공진 주파수(f1)를 송신한다. 이렇게 송신된 공진 주파수(f1)는 타이어 압력 측정장치(1000)의 외부에 구비된 수신부(500)인 무선 주파수 검출기로 수신하여 압력(P)을 계측한다.
이러한 구성을 갖는 타이어 압력 측정장치(1000)는 타이어(2000) 내부에 주입된 공기의 압력(P)에 의해 압력센서(100)의 제 1 전극층(110)이 변형되고, 이에 의해 제 1 전극층(110)과 제 2 전극층(120) 사이의 정전용량(C1)이 변화한다. 정전용량(C1)의 변화에 의해 공진주파수(f1)는 수학식 1에 의해 변화하게 된다.
변화된 공진 주파수(f1)는 트랜지스터에 의해 증폭되고, 송신부(200)의 RFID 모듈에 의해 외부로 송신된다. 송신부(200)에서 송신된 공진 주파수(f1)는 수신부(500)에 구비된 주파수 검출부(510)에서 검출하여 압력 변환부(520)에서 압력(P)으로 변환하여 압력(P)의 변화를 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 타이어 압력 측정장치의 결합상태를 나타내는 도이다. 본 발명의 제 1 실시예에 따른 타이어 압력 측정장치(1000)는 도 4에 도시된 바와 같이, 자동차 또는 이륜차 등에 구비된 타이어(2000)의 내벽면 일측에 고정하여 타이어(2000)의 내부 압력(P)을 측정한다.
(제 2 실시예)
도 5은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 타이어 압력 측정장치의 평면도를 도 시한 것이고, 도 6은 도 5의 A-A 단면도를 도시한 것이다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 타이어 압력 측정장치(1000)는 제 1 실시예와 동일한 압력센서(100)를 사용한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 전원부(300)는 압력센서(100)의 일측에 구비되어 후술하는 송신부(200)에 전원을 인가하기 위한 것이다. 이러한 전원부(300)는 주행하는 타이어(2000)의 진동에 의해 전기를 발생시키는 피에조(320)를 사용하는 것이 좋다. 이러한 피에조(320)는 자동차가 정차 중이라도 엔진 시동으로 인한 진동으로도 전원발생이 가능하다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 송신부(200)는 전원부(300)의 일측에 구비된다. 이러한 송신부(200)는 제 1 실시예에 따른 송신부(200)와 동일한 구성을 갖는다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 타이어 압력 측정장치의 회로도를 도시한 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 타이어 압력 측정장치(1000)의 회로는 전체적으로 제 1 실시예와 동일한 회로를 갖는다. 하지만, 배터리(310) 대신 피에조(320)를 전원부(300)로 사용하는 차이가 있다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 타이어 압력 측정장치의 결합상태를 나타내는 도이다. 본 발명의 제 2 실시예에 따른 타이어 압력 측정장치(1000)는 도 7에 도시된 바와 같이, 자동차 또는 이륜차 등에 구비된 타이어(2000)의 내벽면 일측에 송신부(200)를 타이어(2000) 내부로 결합하여 고정시킨다.
<타이어 압력 측정장치의 사용양태>
도 9는 본 발명에 따른 타이어 압력 측정장치의 사용양태도를 도시한 것이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 차량의 각각의 타이어(2000)에 본 발명에 따른 타이어 압력 측정장치(1000)를 설치한다. 그리고, 차량의 일측에는 각각의 타이어 압력 측정장치(1000)에서 송신되는 공진 주파수(f1)를 검출하는 하나 이상의 수신부(500)를 설치한다. 각각의 타이어 압력 측정장치(1000)는 정차 및 주행 중에도 타이어(2000)의 압력(P)을 일정 시간마다 지속적으로 측정한다.
이때, 필요에 따라, 타이어(2000)의 압력(P)에 문제가 발생하는 경우 이를 운전자에게 알려주기 위한 경보음 발생기 또는 경보등과 같은 경보장치(미도시)를 더 구비하여 사고를 미연에 방지할 수 있다.
<타이어 압력 측정방법>
도 10은 본 발명에 따른 타이어 압력 측정방법을 나타내는 순서도를 도시한 것이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 먼저, 타이어(2000)의 내부 압력에 의해 압력 센서(100)의 제 1 전극 층(110)이 변형되고, 이에 의해 제 1 전극층(110)과 제 2 전극층(130) 사이의 정전용량(C1)이 변화한다(S100).
다음으로, 변화된 정전용량(C1)에 기초하여 전술한 수학식 1에 의해 공진 주파수(f1)을 산출하고, 송신부(200)의 RFID 모듈을 통해 공진 주파수(f1)를 외부로 전송한다(S200).
다음으로, 수신부(500)의 주파수 검출부(510)에서 공진 주파수(f1)를 수신하여 검출한다(S300).
마지막으로, 수신부(500)의 압력 변환부(520)가 주파수 검출부(510)에서 검출된 공진 주파수(f1)에 기초하여 압력(P)를 산출하여 타이어(2000)의 내부 압력을 측정한다(S400)
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 압력센서의 측면도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 타이어 압력 측정장치의 평면도,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 타이어 압력 측정장치의 회로도,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 타이어 압력 측정장치의 결합상태를 나타내는 도,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 타이어 압력 측정장치의 평면도,
도 6은 도 4의 A-A 단면도,
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 타이어 압력 측정장치의 회로도,
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 타이어 압력 측정장치의 결합상태를 나타내는 도,
도 9는 본 발명에 따른 타이어 압력 측정장치의 사용양태도,
도 10은 본 발명에 따른 타이어 압력 측정방법을 나타내는 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 압력센서 110 : 제 1 전극층
120 : 제 1 절연부 130 : 제 2 전극층
140 : 제 2 절연부 150 : 제 3 전극층
160 : 인덕터 170 : 회로 접속단자
200 : 송신부 300 : 전원부
310 : 배터리 320 : 피에조
500 : 수신부 510 : 공진 주파수 검출부
520 : 압력 변환부 1000 : 압력 측정장치
2000 : 타이어
C1 : 제 1 전극층 및 제 2 전극층 사이의 정전용량
C2 : 제 2 전극층 및 제 3 전극층 사이의 정전용량
f1 : 공진 주파수
P : 압력
Claims (14)
- 제 1 전극층(110);상기 제 1 전극층(110) 하단에 구비된 제 1 절연부(120);상기 제 1 절연부(120) 하단에 구비된 제 2 전극층(130);상기 제 2 전극층(130) 하단에 구비된 제 2 절연부(140);상기 제 2 절연부(140) 하단에 구비된 제 3 전극층(150); 및상기 제 1 전극층(110) 및 제 3 전극층(150)에 구비되는 인덕터;를 포함하여 압력에 따라 상기 제 1, 2 전극층(110, 130) 사이의 정전용량(C1)과 상기 제 2, 3 전극층(130, 150) 사이의 정전용량(C2)의 변화를 출력하는 것을 특징으로 하는 압력센서.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 절연부(120) 및 제 2 절연부(140)는 탄성 절연체 또는 진공을 사용하는 것을 특징으로 하는 압력센서.
- 제 2항에 있어서,상기 탄성 절연체는 종이 또는 플라스틱 필름인 것을 특징으로 하는 압력센서.
- 삭제
- 제 1 전극층(110), 상기 제 1 전극층(110) 하단에 구비된 제 1 절연부(120), 상기 제 1 절연부(120) 하단에 구비된 제 2 전극층(130), 상기 제 2 전극층(130) 하단에 구비된 제 2 절연부(140), 상기 제 2 절연부(140) 하단에 구비된 제 3 전극층(150) 및 상기 제 1 전극층(110)과 제 3 전극층(150)의 일측에 구비된 인덕터(160)로 이루어진 압력센서(100);상기 압력센서(100)에서 측정된 정전용량을 공진 주파수(f1)로 변환하여 외부로 송신하는 송신부(200); 및상기 송신부(200)에 전원을 공급하는 전원부(300);로 이루어진 것을 특징으로 하는 타이어 압력 측정장치.
- 제 5항에 있어서,상기 송신부(200)는 RFID 모듈인 것을 특징으로 하는 타이어 압력 측정장치.
- 제 5항에 있어서,상기 전원부(300)는 배터리 또는 압전 발전기인 것을 특징으로 하는 타이어 압력 측정장치.
- 제 7항에 있어서,상기 압전 발전기는 피에조를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 압력 측정장치.
- 제 5항에 있어서,상기 타이어 압력 측정장치(1000)는 상기 송신부(200)에서 송신되는 공진 주파수(f1)를 수신하는 수신부(500)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 타이어 압력 측정장치.
- 제 9항에 있어서,상기 수신부(500)는 공진 주파수(f1)를 검출하는 주파수 검출부(510) 및 상기 주파수 검출부(510)에서 검출된 공진 주파수(f1)를 압력(P)으로 변환하는 압력 변환부(520)로 이루어진 것을 특징으로 하는 타이어 압력 측정장치.
- 제 9항에 있어서,상기 수신부(500)는 경보장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 타이어 압력 측정장치.
- 제 11항에 있어서,상기 경보장치는 경보음 발생기 또는 경보등을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 압력 측정장치.
- 압력센서(100)에서 압력에 따라 정전용량(C1, C2)이 변화하는 제 1 단계(S100);송신부(200)가 상기 정전용량(C1, C2)에 기초하여 공진 주파수(f1)를 RFID 모듈을 통해 외부로 전송하는 제 2 단계(S200);수신부(500)의 주파수 검출부(510)가 상기 공진 주파수(f1)를 수신하여 검출하는 제 3 단계(S300);수신부(500)의 압력 변환부(520)가 상기 검출된 공진 주파수(f1)에 기초하여 압력(P)을 산출하는 제 4 단계(S400);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 센서를 이용한 타이어 압력 측정방법.
- 제 13항에 있어서,상기 공진 주파수(f1)는 아래의 수학식
에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 타이어 압력 측정방법(L : 인덕턴스, C1 : 제 1 전극층 및 제 2 전극층 사이의 정전용량, C2 : 제 2 전극층 및 제 3 전극층 사이의 정전용량).
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