KR101077817B1 - 직물기반 압력센서를 이용한 온/오프 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직물기반의 압력센서를 이용한 온/오프 시스템에 관한 것으로, 절연성 섬유 및 상기 절연성 섬유로 피복된 전도성 소재로 이루어지는 다수의 원사를 포함하여 직조한 원단(직물기반 압력센서), 상기 원단에 연결되어 상기 원사들 사이의 간격의 변화에 따른 정전용량의 변화를 전압 신호로 변환하는 신호 변환부 및 신호 변환부에서 변환된 전압 신호의 크기를 기준 전압과 비교하여 온(ON) 또는 오프(OFF) 출력을 발생시켜 일단에 연결된 어플리케이션을 구동시키는 온/오프작동부를 포함하여, 정전용량 방식의 직물기반의 압력센서에서의 정전용량의 변화량에 대한 신호를 처리하여 제어하고자 하는 제반 장치들의 전원을 점등(ON) 또는 차단(OFF)할 수 있다.

Description

직물기반 압력센서를 이용한 온/오프 시스템{On/Off System Using Texture-based Pressure Sensor}
본 발명은 온/오프 시스템에 관한 것으로, 특히 직물기반의 압력센서를 이용한 온/오프 시스템에 관한 것이다.
근래에 정보기술(IT, Information Technology) 산업의 급속한 발달로 IT 제품을 소재로 한 융합 제품이 개발되고 있으며, 여러 기관들은 섬유 산업에서도 이러한 융합형 제품이 신규 수요를 창출하며 미래시장을 주도할 것으로 전망하고 있다.
섬유 산업에서의 이러한 융합형 제품들은 신호 전송이나 정보통신을 위한 전도성 소재를 기반으로 하고 있으며, IT 제품을 작동시키기 위한 시스템은 압력 신호를 인식하는 센서로 구성된다.
사람의 동작이나 존재를 입력으로 하여 특정 장치를 온/오프 시키는 관련 종래기술로서, 금속박막형 압력센서(공개 제1999-14855호), 무선디지털 광센서(등록 제295572호, 소멸), 생체파를 이용한 전원 점등 시스템(공개 2011-3139호), 6축 힘/모멘트센서를 이용한 보행실험을 위한 힘정보 측정용 지능형 신발(등록 제941058호) 등이 존재한다.
그러나, 금속박막형 압력센서에 대한 종래기술은 금속박막형 압력센서에서 검출되는 전압신호를 조정하여 릴레이 또는 트라이악을 온/오프 시키도록 고안된 장치이고, 무선디지털 광센서 온/오프 장치에 대한 종래기술은 광신호의 입출력을 감지하여 전원을 작동시키는 디지털 전원장치이고, 생체파를 이용한 전원 점등 시스템에 대한 발명은 사람에게서 발생되는 생체파를 인식하여 전등을 점등하고 단락시키는 것을 자동으로 수행할 수 있도록 한 전원 점등 시스템이고, 마지막으로 6축 힘/모멘트센서를 이용한 보행실험을 위한 힘정보 측정용 지능형 신발에 대한 발명은 사람의 보행시 발바닥의 앞꿈치와 뒤꿈치에 가해지는 힘과 모멘트를 동시에 측정하는 보행용 신발에 관한 것으로서, 직물기반으로 하는 압력센서를 이용하고 있지 않아 섬유 산업과 융합된 제품의 수요 창출과는 전혀 무관하다.
본 발명자는 이러한 점에 착안하여 정전용량 원리를 이용한 섬유직물기반의 압력센서에서 압력에 대한 정전용량의 변화 신호를 인식하여 전압신호로 변화하고 그 전압신호를 처리하여 직물기반 압력센서와 연결된 기기를 온/오프시킬 수 있는 시스템을 개발하기에 이른 것이다.
본 발명의 목적은 직물기반 압력센서를 적용한 온/오프 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 차량용 시트, 차량용 온열 시트, 보안용 카펫, 및 낙상방지용 침구류 중 하나 이상에 연결하여 이들을 작동시킬 수 있는 직물기반 압력센서를 적용한 온/오프 시스템을 제공하기 위한 것이다.
기타 본 발명의 목적들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 상세한 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 절연성 섬유 및 상기 절연성 섬유로 피복된 전도성 소재로 이루어지는 다수의 원사를 포함하여 직조한 원단(직물기반 압력센서), 상기 원단에 연결되어 상기 원사들 사이의 간격의 변화에 따른 정전용량의 변화를 전압 신호로 변환하는 신호 변환부 및 신호 변환부에서 변환된 전압 신호의 크기를 기준 전압과 비교하여 온(ON) 또는 오프(OFF) 출력을 발생시켜 일단에 연결된 어플리케이션을 구동시키는 온/오프작동부를 포함한다.
또한, 상기 원단의 경사 및 위사를 모두 다층구조 전도사를 이용하여 제직하거나, 다층구조 전도사 및 일반사를 일정 비율로 혼합하여 제직할 수 있다.
상기 온/오프 작동부는 상기 신호변환부에서 입력된 전압신호를 기준전압과 비교하여 온/오프 신호를 발생시키는 온/오프 신호 발생부, 상기 온/오프 신호를 증폭하는 신호증폭부, 및 상기 온/오프 신호를 출력하는 온/오프 신호출력부를 포함할 수 있고, 상기 출력된 온/오프 신호에 따라 상기 어플리케이션을 구동시킬 수 있다.
또한, 상기 온/오프 신호 발생부는 상기 기준전압을 조정하기 위한 기준전압조정부를 더 포함할 수 있고, 기준전압조정부는 가변저항 소자로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 온/오프 신호 출력부는 릴레이 소자 또는 개폐기로 이루어질 수 있고, 상기 어플리케이션은 차량용 시트, 차량용 온열 시트, 보안용 카펫, 및 낙상방지용 침구류 중 하나 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 직물기반의 압력센서를 이용한 온/오프 시스템에 의하면, 종래의 전압신호, 전기저항, 광신호의 입출력을 감지하여 작동하는 압력센서를 이용한 온/오프 시스템과 달리, 직물기반의 압력센서를 이용하고, 정전용량 방식의 직물기반의 압력센서에서의 정전용량의 변화량에 대한 신호를 처리하여 제어하고자 하는 제반 장치들의 전원을 점등(ON) 또는 차단(OFF)할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 직물기반 압력센서를 이용한 온/오프 시스템을 개략적으로 도시한 블럭도;
도 2는 도 1의 원단(100)의 구조를 도시한 개략적 평면도(a), 본 시스템에 실제 사용된 형태(b), 사시도(c), 원단의 현물 표면 사진(d);
도 3은 도 2의 원단을 구성하는 두 가닥의 원사의 정전용량의 변화를 설명하기 위한 모식도; 그리고
도 4는 도 1의 온/오프 작동부(300)의 구성을 도시한 개략적 회로도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 직물기반 압력센서를 이용한 온/오프 시스템을 개략적으로 도시한 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 온/오프 시스템은 원단(직물기반 압력센서)(100), 신호변환부(200), 온/오프 작동부(300) 및 어플리케이션(400)을 포함한다.
상기 원단(실질적인 직물기반의 압력센서이다)(100)은 절연성 섬유 및 상기 절연성 섬유로 피복된 전도성 소재로 이루어지는 다수의 원사를 포함한다.
상기 신호 변환부(200)는 원단에 연결되어 원사들 사이의 간격의 변화에 따른 정전용량의 변화를 전압 신호로 변환한다. 본 발명에서 활용하는 직물기반 압력센서(100)는 정전용량의 크기에 대한 신호를 발생시킨다. 따라서 본 발명의 시스템의 신호 변환부(200)는 이러한 아날로그식 정전용량의 크기에 대한 신호를 전압 신호로 변환시켜 디지털 신호로 처리하기에 용이하게 하는 것이다. 신호 변환부(200)는 직물기반의 압력센서의 정전용량 신호를 감지하기 위한 입력단자 및 변환된 전압 신호를 온/오프 작동부(300)로 전달하기 위한 출력단자를 포함한다.
상기 온/오프 작동부(300)는 신호 변환부에서 변환된 전압 신호를 입력받아 이 신호의 크기를 기준 전압과 비교하여 온(ON) 또는 오프(OFF) 출력을 발생시켜 일단에 연결된 어플리케이션(400)을 구동시킨다. 온/오프 작동부(300)에 대한 구체적인 설명은 도 4을 참조하여 아래에서 설명한다.
도 2는 도 1의 원단(100)의 구조를 도시한 개략적 평면도(a), 본 시스템에 실제 사용된 형태(b), 사시도(c), 원단의 현물 표면 사진(d)을 각 도시한다. 도 2를 참조하면, 원단은 전도성 소재(140)가 삽입된 다수의 원사(120)가 치밀하게 직조되어 구성되어 있고, 사람이 원단을 밟는 등으로 일정한 압력을 가하여 원사 간 간격을 변경할 수 있도록 구성되어 있음을 알 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예로서 상기 원단의 경사 및 위사를 모두 다층구조 전도사를 이용하여 제직할 수 있으며, 이와 다른 선택으로 상기 원단을 다층구조 전도사 및 일반사를 일정 비율로 혼합하여 제직할 수도 있다. 이와 같은 제직 상의 차이에 따라, 다층구조 전도사의 밀도가 달라질 수 있고, 따라서 정전용량과 정전용량의 변화량 및 센서 민감도가 달라질 수 있다.
도 3은 도 2의 원단을 구성하는 두 가닥의 원사의 정전용량의 변화를 설명하기 위한 모식도이다. 도 3을 참조하면, 정전용량을 이용한 직물기반의 압력센서는 센서의 표면, 즉 섬유의 피복층(120)에 임의의 하중을 가하게 되면, 각 전극(전도성 소재)(140)의 간격이 좁아지게 되고(예를 들어, d에서 d'로 좁아 짐), 이와 반비례하여 아래의 식에 따라 정전용량이 커지게 된다. 이와 같이 직물기반 압력센서 표면에 가해지는 하중에 따라 정전용량은 아날로그 신호로 변화하게 된다.
Figure 112011032567010-pat00001
여기에서 ε은 유전율, S는 전극 면적, d는 전극간 거리이다.
따라서 본 발명의 시스템 또는 모듈은 이와 같은 직물기반의 압력센서와 연결하여 직물기반의 압력센서 표면에 가해지는 하중에 따른 정전용량의 아날로그 신호를 처리하여 직물기반 압력센서에 가해지는 하중의 크기에 따라 기기를 작동 또는 정지(온/오프)시킬 수 있는 것이다.
도 4는 도 1의 온/오프 작동부(300)의 구성을 도시한 개략적 회로도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예로서 온/오프 작동부(300)는 신호 변환부(200)에서 입력된 전압신호를 기준전압과 비교하여 온/오프 신호를 발생시키는 온/오프 신호 발생부; 상기 온/오프 신호를 증폭하는 신호증폭부; 및 상기 온/오프 신호를 출력하는 온/오프 신호출력부;를 포함할 수 있고, 상기 출력된 온/오프 신호에 따라 상기 어플리케이션(400)이 구동된다.
상기 신호증폭부는 온/오프 작동부(300)으로 입력된 전압 신호를 민감도에 적합한 수준으로 증폭하여 점등(ON) 또는 단락(OFF)시키기 위한 기준전압을 안정적으로 설정할 수 있다. 또한, 상기 온/오프 신호 발생부는 상기 기준전압을 조정하기 위한 기준전압조정부를 더 포함할 수 있고, 바람직하게는 기준전압조정부는 가변저항 소자로 이루어질 수 있다.
여기에서, 온/오프 발생부의 동작을 보면, 직물기반 압력센서에서 발생하는 정전용량이 기준전압보다 높은 전압으로 입력될 경우는 점등(ON) 또는 단락(OFF)시키고, 기준전압보다 낮은 전압으로 입력될 경우에는 이와 반대로 단락(OFF) 또는 점등(ON)시킬 수 있다. 바람직하게는, 이러한 출력은 온/오프 신호 출력부에 의하여, 즉 릴레이 소자 또는 개폐기에 의하여 이루어질 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 정전용량을 이용한 직물기반의 압력센서의 온/오프 시스템은 직물기반 압력센서를 다양한 어플리케이션 장치와 연결하여 어플리케이션 장치를 작동시킬 수 있는 스위치로서 활용이 가능한 것이다. 어플리케이션(400)으로 차량용 시트, 차량용 온열 시트, 보안용 카펫, 및 낙상방지용 침구류 등 다양하게 활용될 수 있다.
구체적으로는, 1) 기존의 압력 센서 및 작동 모듈(시스템)은 전기저항 방식에 의한 압력센서가 대부분이며, 정전용량 방식의 압력센서라고 하더라도 직물 형태와는 다른 구조로 설계 제작된다. 이에 대하여 본 발명에서는 전도성 소재의 피복을 섬유 소재로 이용하고 제직 방식으로 제작되어 유연성을 갖춘 직물기반 압력센서를 활용하여 온/오프 기능을 제공할 수 있다. 2) 본 발명의 온/오프 시스템은 자동차의 시트에 설치하여 운전자가 차량에 탑승할 때 발열시트를 작동하거나 에어콘을 작동 하는 등 자동차 내부의 편의시설을 자동으로 동작하도록 할 수 있다. 3) 본 발명의 온/오프 시스템을 카펫으로 제작하여 사람이 밟았을 경우 조명을 점등하고 각종 기기를 작동시키는 등의 기능을 자동으로 수행할 수 있으며, 보안용 카펫으로 활용하여 외부침입자가 밟았을 경우에 경보음을 발생시켜 보안업체로 경보신호를 송출하는 등의 기능을 수행할 수 있다. 4) 또한, 본 발명의 온/오프 시스템을 낙상방지용 침구류로 제작하여 환자가 침대에서 떨어졌을 경우에 응급구조기관 및 의료기관으로 경보신호를 송출하는 등의 기능을 수행할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능하다. 또한, 첨부된 도면으로부터 용이하게 유추할 수 있는 사항은 상세한 설명에 기재되어 있지 않더라도 본 발명의 내용에 포함되는 것으로 보아야 할 것이며, 다양한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

Claims (8)

  1. 절연성 섬유 및 상기 절연성 섬유로 피복된 전도성 소재로 이루어지는 다수의 원사를 포함하여 직조한 원단(직물기반 압력센서);
    상기 원단에 연결되어 상기 원사들 사이의 간격의 변화에 따른 정전용량의 변화를 전압 신호로 변환하는 신호 변환부; 및
    상기 신호 변환부에서 변환된 상기 전압 신호의 크기를 기준 전압과 비교하여 온(ON) 또는 오프(OFF) 출력을 발생시켜 일단에 연결된 어플리케이션을 구동시키는 온/오프작동부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 직물기반 압력센서를 이용한 온/오프 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 원단의 경사 및 위사를 모두 다층구조 전도사를 이용하여 제직한 것을 특징으로 하는 직물기반 압력센서를 이용한 온/오프 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 원단은 다층구조 전도사 및 일반사를 일정 비율로 혼합하여 제직한 것을 특징으로 하는 직물기반 압력센서를 이용한 온/오프 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 온/오프 작동부는 상기 신호변환부에서 입력된 전압신호를 기준전압과 비교하여 온/오프 신호를 발생시키는 온/오프 신호 발생부; 상기 온/오프 신호를 증폭하는 신호증폭부; 및 상기 온/오프 신호를 출력하는 온/오프 신호출력부;를 포함하고, 상기 출력된 온/오프 신호에 따라 상기 어플리케이션을 구동시키는 것을 특징으로 하는 직물기반 압력센서를 이용한 온/오프 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 온/오프 신호 발생부는 상기 기준전압을 조정하기 위한 기준전압조정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직물기반 압력센서를 이용한 온/오프 시스템.
  6. 제5항에 있어서 상기 기준전압조정부는 가변저항 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 직물기반 압력센서를 이용한 온/오프 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 상기 온/오프 신호 출력부는 릴레이 소자 또는 개폐기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 직물기반 압력센서를 이용한 온/오프 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 어플리케이션은 차량용 시트, 차량용 온열 시트, 보안용 카펫, 및 낙상방지용 침구류 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 직물기반 압력센서를 이용한 온/오프 시스템.
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