KR101209302B1 - 센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서 - Google Patents

센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR101209302B1
KR101209302B1 KR1020110078879A KR20110078879A KR101209302B1 KR 101209302 B1 KR101209302 B1 KR 101209302B1 KR 1020110078879 A KR1020110078879 A KR 1020110078879A KR 20110078879 A KR20110078879 A KR 20110078879A KR 101209302 B1 KR101209302 B1 KR 101209302B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor
sensitivity
capacitor
electrode
shape
Prior art date
Application number
KR1020110078879A
Other languages
English (en)
Inventor
구자춘
최혁렬
문형필
이영관
남재도
김백철
정진아
김성기
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교산학협력단 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020110078879A priority Critical patent/KR101209302B1/ko
Priority to US13/569,427 priority patent/US9007072B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101209302B1 publication Critical patent/KR101209302B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • G01D5/241—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes
    • G01D5/2412—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes by varying overlap
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L25/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/165—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605—Measuring capacitance

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

본 발명은 센서 표면에서 발생하는 전단 방향의 힘의 크기 및 방향, 그리고 수직 방향의 힘의 크기를 측정할 수 있고, 센서의 전극 형상을 변경시킴으로써 센서의 민감도를 변화시킬 수 있는 패턴화된 전극을 포함한 1개의 셀로 이루어진 센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서에 관한 것이다.

Description

센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서 {CAPACITOR SENSOR CAPABLE OF CONTROLLING SENSITIVITY OF SENSOR}
본 발명은 센서 표면에서 발생하는 전단 방향의 힘의 크기 및 방향, 그리고 수직 방향의 힘의 크기를 측정할 수 있고, 센서의 전극 형상을 변경시킴으로써 센서의 민감도를 변화시킬 수 있는 패턴화된 전극을 포함한 1개의 셀로 이루어진 센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서에 관한 것이다.
커패시터 센서는 외력의 작용에 의한 커패시턴스(capacitance)의 변화를 측정함으로써 힘을 감지하는 센서로서, 그 구조는 유전 물질(dielectric material)의 양쪽에 전극(electrode)이 위치하고 가운데 유전 물질이 위치하는 커패시터(capacitor)이다.
종래의 정전 용량형 센서는 힘이 가해질 때 그 면적의 변화 및 두께의 변화에 의해 커패시턴스가 변화하고 그 커패시턴스의 변화로부터 힘의 크기 및 방향을 측정하였는데, 그 원리는 도 1에서 보는 것처럼, 4개의 셀을 이용해야지만 각 셀의 커패시턴스의 변화량 등을 통해 힘의 크기 및 방향을 측정할 수 있었다. 이러한 내용은 "Normal and Shear Force Measurement Using a Flexible Polymer Tactile sensor with Embedded Multiple Capacitors", Journal of microelectromechanical systems, vol., 17, No.4, August 2008 에서 개시되어 있다.
이처럼 종래에는 4개의 센서를 이용해야 힘의 크기 및 방향을 알 수 있었으나, 센서의 숫자를 감소시킴으로써 구조를 단순화시키고, 또한 센서의 민감도를 조절할 수 있는 센서에 대한 요구가 항상 있어왔다.
본 발명의 일 실시예는, 비압축성인 합성 유전 탄성체로서 고유의 유전율을 가진 유전 물질로 이루어지며 마주보는 2개의 면을 가진 커패시터; 상기 커패시터의 2개의 면에 각각 하나씩 배치된 2개의 전극으로서, 상기 전극의 형상은 한쪽으로 좁아지는 부분을 갖는 2차원 형상이며, 상기 좁아지는 부분이 서로 마주하도록 대칭적으로 배열된 형상이며, 상기 좁아지는 정도가 가변되는 전극; 및 상기 2개의 전극에 각각 연결된 커패시턴스 측정부를 포함하는, 커패시터 센서로서, 상기 전극이 위치한 면을 면에 대해 수직으로 볼 때 상기 2개의 전극의 면적의 일부가 교차하고, 상기 커패시터 센서에 전단 방향의 힘이 인가되었을 때 상기 교차 면적의 크기가 변화함에 따른 커패시턴스의 변화량을 상기 커패시턴스 측정부가 측정하는, 센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 전극의 형상은, 삼각형, 사다리꼴 또는 포물선 형상이고, 상기 좁아지는 부분은 삼각형의 꼭지점, 사다리꼴의 짧은 변 부분, 또는 포물선의 변곡점인, 센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 전극의 형상이 삼각형 형상일 때 삼각형의 꼭지점이 서로 마주하도록 배치된 경우 삼각형의 꼭지점의 각을 변화시킴으로써 상기 센서의 민감도를 변화시키는, 센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 중심각의 크기가 커질수록 상기 센서의 민감도는 증가하고, 상기 중심각의 크기가 작아질수록 상기 센서의 민감도는 감소하는, 센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 전극의 형상이 포물선 형상일 때 포물선의 변곡점이 서로 마주하도록 배치된 경우 포물선의 꼭지점의 각을 변화시킴으로써 상기 센서의 민감도를 변화시키는, 센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 곡률의 크기가 작아질수록 상기 센서의 민감도는 증가하고, 상기 곡률의 크기가 커질수록 상기 센서의 민감도는 감소하는, 센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 전극의 형상이 사다리꼴일 때 사다리꼴의 둔각들이 서로 마주하도록 배치된 경우 사디리꼴의 둔각을 변화시킴으로써 상기 센서의 민감도를 변화시키는, 센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 둔각의 크기가 커질수록 상기 센서의 민감도는 증가하고, 상기 둔각의 크기가 작아질수록 상기 센서의 민감도는 감소하는, 센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 커패시터 센서에서 상기 합성 유전 탄성체는 합성 고분자, 합성 우레탄, 합성 실리콘 중 어느 하나이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 커패시터 센서에서 상기 전극은 카본 페이스트(carbon paste) 또는 전도성 실리콘으로 이루어진다.
도 1은 종래 기술에 따른 힘의 크기 및 방향을 측정하는 커패시터 센서이다.
도 2는 힘이 인가될 경우 커패시터 센서의 커패시턴스가 변화하는 모습을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 센서를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 센서에 전단 방향의 힘(shear force)이 인가되었을 때의 모습을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 순수한 전단 방향의 힘의 적용을 위한 장치의 예시를 도시한다.
도 6은 전단 방향의 힘이 인가된 방향에 따라 전극의 교차 면적이 변하는 실시예의 예시를 도시한다.
도 7은 전단 방향의 힘에 따른 커패시턴스의 변화의 그래프를 도시한다.
도 8은 전단 방향의 힘이 인가되었을 때 힘에 다른 커패시턴스의 변화를 캘리브레이션한 결과를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 전극의 형상이 변할 경우 센서의 민감도를 나타낸다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여, 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하도록 하겠다.
1. 커패시터 센서에 의한 인가된 힘의 크기의 측정
커패시터 센서는 유전물질로서의 양쪽의 전극과 그 가운데 유전 물질로 이루어진 커패시터의 구성으로 이루어져 있다. 이러한 커패시턴스 센서는, 도 2에서 보는 것처럼, 센서의 표면에 수직 방향의 힘(Normal Force) 또는 전단 방향의 힘(Shear Force)이 인가될 경우, 이때 상부 전극 및 하부 전극의 교차 면적이 변경되거나(△A), 또는 두께가 변화되어(△d) 이에 의해 커패시턴스가 변화되고, 이러한 커패시턴스를 측정함으로써 인가된 힘을 측정할 수 있다.
이때 커패시턴스를 계산하는 식은 아래와 같다.
C=ε0*ε1*A/d
A: 커패시터 플레이트 면적 (m2)
C: 커패시턴스 (farads)
ε0: 자유 공간 내의 절대 유전율 (8.854 x 10-12 F/m)
ε1: 커패시터 플레이트 사이의 유전 물질의 상대 유전율
d: 커패시터 플레이트 사이의 거리(m)
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 센서의 일 실시예를 도시한다. 도 3에서 보는 것처럼, 고유의 유전율을 가진 유전 물질로 이루어진 유전체, 즉 커패시터(100)는 상부 및 하부에 대향면을 갖고, 이 대향면에는 보는 것처럼 각각 전극(110; 120)이 위치한다. 그리고 각각의 전극에는 커패시터의 커패시턴스 변화량을 측정하기 위한 커패시턴스 측정부(미도시)가 연결되어 있다.
이러한 커패시터 센서에 수직 방향의 힘이 인가되면 커패시터의 두께가 변화하게 되고, 이에 의해 커패시턴스가 변하게 되며 이러한 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 수직 방향의 힘의 크기를 측정할 수 있다.
한편, 커패시터 센서에 전단 방향의 힘이 인가되면 커패시터의 상부 및 하부 전극들 사이의 교차 면적이 변화되고, 이에 의해 교차면적의 변화에 따라 커패시턴스가 변화되며, 이러한 커패시턴스를 측정함으로써 전단 방향의 힘의 크기를 측정할 수 있다.
2. 커패시터 센서의 구조
본 발명의 커패시터 센서는, 고유의 유전율을 가진 유전 물질로 이루어진 커패시터를 포함하는데, 이러한 커패시터는 합성 유전탄성체로 이루어져 있다. 이러한 합성 유전탄성체는 합성 고분자, 합성 우레탄, 합성 실리콘 중 어느 하나일 수 있다. 이러한 유전 탄성체 재료는 비압축성(incompressibility) 물질이기 때문에 외부에서 힘을 받아 압력을 받아도 부피는 일정하게 유지되므로 압력의 작용에 따라 면적(A) 또는 두께(d)가 변화될 수 있고, 이에 의해 커패시턴스가 변화하게 된다.
이러한 물질로 제작된 합성 유전탄성체는 두께, 면적, 유전율에 기인하여 일정한 커패시턴스를 갖고 있다. 이때 합성 탄성유전체의 전극은 외부의 작은 압력에도 변형되지 않고 강한 압력에도 영구 변형이 생기지 않도록 해야 센서의 성능과 정확도가 높아질 수 있으므로, 전기전도도가 좋고 유연한 전극을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 전극은, 카본 페이스트(carbon paste) 또는 전도성 실리콘으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 박막 금속 증착이 사용될 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 전극은, 한쪽으로 좁아지는 부분을 갖는 2차원 형상이며, 상기 좁아지는 부분이 서로 마주하도록 대칭적으로 배열된 형상이며, 이러한 좁아지는 정도가 가변되는 전극이다. 즉, 전극의 평면 형상이 2차원 형상으로써 한쪽으로 좁아지는 형상이면 어떠한 형상이라도 가능하고, 이러한 형상은 예를 들어 삼각형 형상, 포물선 형상, 사다리꼴 형상일 수 있다. 또한, 전극의 형상에서 좁아지는 정도가 가변될 수 있는 전극인데, 이러한 가변성은 예를 들어 전극을 부채와 같이 접혔다 펴졌다 할 수 있거나 또는 비전도성 물질이 전극을 가변적으로 가리게 하는 구성 등을 추가함으로써 이루어질 수 있으며, 이러한 가변성을 나타낼 수 있는 어떠한 구성이라도 가능하다.
이러한 경우에, 예를 들어 전극의 형상이 삼각형인 경우에는 삼각형의 꼭지점이 서로 마주하도록 배치된 경우 삼각형의 꼭지점의 각을 변화시킴으로써 상기 센서의 민감도를 변화시킬 수 있고, 예를 들어 전극의 형상이 포물선 형상인 경우에는 포물선의 변곡점이 서로 마주하도록 배치된 경우 포물선의 곡률을 변화시킴으로써 상기 센서의 민감도를 변화시킬 수 있으며, 예를 들어 전극의 형상이 사다리꼴인 경우에는 사다리꼴의 둔각들이 서로 마주하도록 배치된 경우 사다리꼴의 둔각을 변화시킴으로써 상기 센서의 민감도를 변화시킬 수 있다.
예를 들어 삼각형 형상의 전극을 이용한 경우 도 9 및 이하의 설명에서 설명되는 것처럼 삼각형 형상의 꼭지점의 각이 변화됨에 따라 센서의 민감도가 변화되는 것을 확인할 수 있다.
3. 전단 방향의 힘의 크기 및 방향의 측정
도 5는 전단 방향의 힘의 크기 및 방향을 측정하기 위한 순수한 전단 방향의 힘을 적용하기 위한 장치의 예시를 도시한다. 도 5에서 보는 것처럼, 커패시턴스 센서(100) 위에 일정한 중량의 블록(130)이 있고, 이 블록에 전단 방향의 힘을 인가하기 위한 푸쉬-풀 게이지(push-pull gauge; 140)가 위치하고 있다.
도 4에서 보는 것처럼, 왼쪽 방향에서 전단 방향의 힘이 커패시터의 상부에 인가되었을 때 커패시터는 그림과 같이 변형되고, 이에 의해 교차 면적이 변화된다.
도 3과 같은 형상의 전극을 이용함에 의해 상부 전극 및 하부 전극의 교차 면적의 변화가 발생되는데, 이때 전단 방향의 힘이 인가된 방향에 따라서 교차 면적의 변화량이 변하고, 이에 의해 커패시턴스의 변화가 발생된다.
도 6을 참고할 때, 도 6의 가운데는 전단 방향의 힘이 인가되지 아니한 경우를 나타내며, 이때 상부 및 하부 전극의 교차 면적은 보라색 부분으로 나타난다. 한편, 붉은색 삼각형이 상부 전극을 나타내고, 파란색 삼각형이 하부 전극을 나타낸다.
도 6의 왼쪽 그림에서 보는 것처럼, 커패시터의 상부에 좌측 방향에서 전단 방향의 힘이 인가된 경우에 도 4와 같은 층밀림이 일어나고, 이때는 도 6의 왼쪽 그림에서 보는 것처럼 보라색의 교차 면적이 감소하게 된다.
한편, 도 6의 오른쪽 그림에서 보는 것처럼, 커패시터의 상부에 우측 방향에서 전단 방향의 힘이 인가된 경우에는 도 4와 반대 방향으로의 층 밀림이 일어나게 되고, 이때에는 도 6의 오른쪽 그림에서 보는 것처럼 보라색의 교차 면적이 증가하게 된다.
이처럼, 교차 면적의 증가 또는 감소의 변화량에 의한 커패시턴스의 변화값을 측정함에 의해 전단 방향의 힘의 크기 및 그 힘이 인가된 방향을 알 수 있게 된다. 예를 들어, 도 3과 같은 형상의 전극을 가진 커패시터 센서에 전단 방향의 힘이 인가되고, 이에 의해 커패시턴스가 감소하였다면 좌측 방향에서 전단 방향의 힘이 인가되었음을 알 수 있게 된다. 반대로, 커패시턴스가 증가하였다면, 우측 방향에서 전단 방향의 힘이 인가되었음을 알 수 있게 되는 것이다.
본 발명에 따른 커패시터 센서에 의한 힘의 크기의 측정은 미리 저장된 데이터를 이용해서 이루어지게 된다. 특정 커패시터 센서(특정 전극의 형상을 가진 센서)에 순수한 전단 방향의 힘(이미 알고 있는 힘의 크기)이 인가되었을 때 센서의 커패시턴스 변화량을 측정하고, 이를 데이터로 기록한다. 이처럼 특정 센서에 대해 이미 알고 있는 인가되는 힘의 크기에 따른 커패시턴스의 변화량을 각각 측정하여 기록하고 그 결과값은 도 7에서와 같이 나타나며, 이러한 결과값을 도 8에서와 같이 캘리브레이션 하여, 힘의 크기에 따른 커패시턴스 값의 대응을 수식으로 나타낼 수 있다. 이후 실제 센서를 이용할 때 센서가 커패시턴스 변화량을 측정함에 따라 이미 마련된 힘의 크기에 따른 커패시턴스 값의 대응 수식을 이용하여 힘의 크기를 알 수 있게 된다.
4. 센서의 민감도 변화
본 발명의 실시예에 따르면, 전극의 형상을 변화시킴에 의해 센서의 민감도의 조절이 가능하다. 이미 언급한 것처럼, 전극은 형상은 한쪽으로 좁아지는 부분을 갖는 2차원 형상이며, 상기 좁아지는 부분이 서로 마주하도록 대칭적으로 배열된 형상이며, 이러한 좁아지는 정도가 가변되는 전극이다.
도 9에서 보는 것처럼 전극의 형상이 삼각형일 때 삼각형의 마주보는 꼭지점의 각의 크기를 조절함에 의해 센서의 형상이 변화되어 센서의 민감도의 조절이 가능하다.
도 9의 좌측 부분은 교차 면적이 최대일 경우를 보여주고, 도 9의 우측 부분은 교차면적이 0인 지점부터 교차 면적이 증가하기 시작하여 교차가 끝날 때까지의 교차 면적의 변화를 나타낸 것이다. 한편, 우측 부분에서 빨간 점선 부분은 본 발명의 일 실시예에 따라 패턴 형상이 배치될 때의 초기값의 교차 면적의 상태를 도시한다.
도 9에서 보는 것처럼, 삼각형 형상의 전극의 꼭지점의 각의 크기가 30도일 때에 교차면적의 변화율이 가장 작고 따라서 센서의 민감도는 낮으며, 삼각형 형상의 전극의 꼭지점의 각의 크기가 60도 그리고 120도로 증가함에 따라 센서의 민감도가 증가함을 볼 수 있다.
이와 같이 전극의 형상을 조절함에 의해 센서의 민감도가 향상되거나 감소될 수 있으며, 이러한 센서의 민감도 조절은 삼각형 형상의 전극뿐만 아니라 다른 형상의 전극에서도 이용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
본 발명은 상기 예시된 도면 및 상기 예시된 받침대의 실시예에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 청구 범위 및 목적의 범주 내에서 다양하게 변형 실시할 수 있다.

Claims (10)

  1. 비압축성인 합성 유전 탄성체로서 고유의 유전율을 가진 유전 물질로 이루어지며 마주보는 2개의 면을 가진 커패시터;
    상기 커패시터의 2개의 면에 각각 하나씩 배치된 2개의 전극으로서, 상기 전극의 형상은 한쪽으로 좁아지는 부분을 갖는 2차원 형상이며, 상기 좁아지는 부분이 서로 마주하도록 대칭적으로 배열된 형상이며, 상기 좁아지는 정도가 가변되는 전극; 및
    상기 2개의 전극에 각각 연결된 커패시턴스 측정부를 포함하는,
    커패시터 센서로서,
    상기 전극이 위치한 면을 면에 대해 수직으로 볼 때 상기 2개의 전극의 면적의 일부가 교차하고,
    상기 커패시터 센서에 전단 방향의 힘이 인가되었을 때 상기 교차 면적의 크기가 변화함에 따른 커패시턴스의 변화량을 상기 커패시턴스 측정부가 측정하는,
    센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극의 형상은, 삼각형, 사다리꼴 또는 포물선 형상이고,
    상기 좁아지는 부분은 삼각형의 꼭지점, 사다리꼴의 짧은 변 부분, 또는 포물선의 변곡점인,
    센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전극의 형상이 삼각형 형상일 때 삼각형의 꼭지점이 서로 마주하도록 배치된 경우 삼각형의 꼭지점의 각을 변화시킴으로써 상기 센서의 민감도를 변화시키는,
    센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 삼각형의 꼭지점의 각의 크기가 커질수록 상기 센서의 민감도는 증가하고,
    상기 삼각형의 꼭지점의 각의 크기가 작아질수록 상기 센서의 민감도는 감소하는,
    센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 전극의 형상이 포물선 형상일 때 포물선의 변곡점이 서로 마주하도록 배치된 경우 포물선의 변곡점의 각을 변화시킴으로써 상기 센서의 민감도를 변화시키는,
    센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 포물선의 곡률의 크기가 작아질수록 상기 센서의 민감도는 증가하고,
    상기 포물선의 곡률의 크기가 커질수록 상기 센서의 민감도는 감소하는,
    센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 전극의 형상이 사다리꼴일 때 사다리꼴의 둔각들이 서로 마주하도록 배치된 경우 사다리꼴의 둔각을 변화시킴으로써 상기 센서의 민감도를 변화시키는,
    센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 사다리꼴의 둔각의 크기가 커질수록 상기 센서의 민감도는 증가하고,
    상기 사다리꼴의 둔각의 크기가 작아질수록 상기 센서의 민감도는 감소하는,
    센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합성 유전 탄성체는 합성 고분자, 합성 우레탄, 합성 실리콘 중 어느 하나인,
    센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극은 카본 페이스트(carbon paste) 또는 전도성 실리콘으로 이루어진,
    센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서.
KR1020110078879A 2011-08-09 2011-08-09 센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서 KR101209302B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110078879A KR101209302B1 (ko) 2011-08-09 2011-08-09 센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서
US13/569,427 US9007072B2 (en) 2011-08-09 2012-08-08 Capacitor sensor capable of controlling sensitivity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110078879A KR101209302B1 (ko) 2011-08-09 2011-08-09 센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101209302B1 true KR101209302B1 (ko) 2012-12-06

Family

ID=47907077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110078879A KR101209302B1 (ko) 2011-08-09 2011-08-09 센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9007072B2 (ko)
KR (1) KR101209302B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101526113B1 (ko) * 2013-03-15 2015-06-04 인피니언 테크놀로지스 아게 용량성 센싱 디바이스의 감도를 결정하는 장치 및 방법

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10209055B2 (en) * 2014-03-03 2019-02-19 Bando Chemical Industries, Ltd. Sensor device and stretchable structure
FR3023914B1 (fr) 2014-07-18 2017-07-21 Feetme Systeme a reseau de cellules de capteurs capacitifs de pression et de cisaillement et procede de fabrication
US20170045976A1 (en) * 2015-08-10 2017-02-16 Apple Inc. Electronic Devices With Shear Force Sensing
US9887257B2 (en) * 2015-12-01 2018-02-06 Altera Corporation Scalable fixed-footprint capacitor structure
US10267690B2 (en) * 2016-09-13 2019-04-23 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Capacitive force/torque sensor
US11860048B2 (en) * 2017-07-10 2024-01-02 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Capacitive and tactile sensors and related sensing methods
FR3115112B1 (fr) * 2020-10-12 2023-06-16 Commissariat Energie Atomique dispositif de condensateur à surface variable, accéléromètre et gyromètre micromécaniques comprenant un tel dispositif
JP2022111489A (ja) * 2021-01-20 2022-08-01 本田技研工業株式会社 ３軸力センサ

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3189803A (en) * 1961-11-28 1965-06-15 Bell Telephone Labor Inc Tri-stator variable air-capacitor
US3784897A (en) * 1972-02-17 1974-01-08 Landis Tool Co Capacitor transducer
US3860918A (en) * 1973-06-25 1975-01-14 Becton Dickinson Co Capacitive position transducer
NL8304121A (nl) * 1983-12-01 1985-07-01 Richard Mulder Niveaumeter van het capacitieve type.
US4963829A (en) * 1988-03-21 1990-10-16 Wereb John A Shaft rotation analyzer using variable capacitance transducer maintained at a constant voltage
US5136286A (en) * 1990-01-29 1992-08-04 Siecor Corporation Switched capacitance meter reading device using variable width electrodes
US5144841A (en) * 1990-02-23 1992-09-08 Texas Instruments Incorporated Device for measuring pressures and forces
EP0741398A2 (en) * 1995-04-27 1996-11-06 Applied Materials, Inc. Variable capacitor
US8540899B2 (en) * 2007-02-07 2013-09-24 Esionic Es, Inc. Liquid composite compositions using non-volatile liquids and nanoparticles and uses thereof
EP2115411A2 (en) * 2007-02-23 2009-11-11 Philips Intellectual Property & Standards GmbH Shear force and pressure measurement in wearable textiles
US8694249B2 (en) * 2010-07-27 2014-04-08 The University Of Utah Research Foundation Microfabricated flexible ground reaction sensor cluster for navigation in GPS-denied environments

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101526113B1 (ko) * 2013-03-15 2015-06-04 인피니언 테크놀로지스 아게 용량성 센싱 디바이스의 감도를 결정하는 장치 및 방법
US9128136B2 (en) 2013-03-15 2015-09-08 Infineon Technologies Ag Apparatus and method for determining the sensitivity of a capacitive sensing device
US9778302B2 (en) 2013-03-15 2017-10-03 Infineon Technologies Ag Apparatus and method for determining the sensitivity of a capacitive sensing device

Also Published As

Publication number Publication date
US20130093437A1 (en) 2013-04-18
US9007072B2 (en) 2015-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101209302B1 (ko) 센서의 민감도 조절이 가능한 커패시터 센서
JP6980708B2 (ja) 触覚センサ
US9823802B2 (en) Array pressure-sensing imaging device
US6006386A (en) Capacitive transducer
KR0137931B1 (ko) 평면운동을 위한 힌지된 격막을 가진 용량성 반도체 감지기
CN108362410B (zh) 一种三维力柔性传感器
CN105283745B (zh) 一种改进的压力传感器结构
CN107290082A (zh) 一种电容式触觉传感器
KR20070095987A (ko) 적어도 2개의 갭 사이즈와 액티브 커패시터 영역 외부에배치된 트레블 스톱을 갖는 ｚ축 가속도계
KR101436991B1 (ko) 미세 액체금속 액적을 이용한 촉각센서
CN104316224A (zh) 基于电容与压敏橡胶组合的三维力触觉传感单元
KR101991578B1 (ko) 수직 하중과, 전단 하중, 및 비틀림 하중의 측정이 가능한 촉각 센서
SE459887B (sv) Tryckgivare
CN105136344A (zh) 非匀强电场型机器人触觉传感器及其检测方法
US4104595A (en) Signal translating circuit for variable area capacitive pressure transducer
JP2022187868A (ja) 力検出装置
Choi et al. Spatially digitized tactile pressure sensors with tunable sensitivity and sensing range
KR101475487B1 (ko) 3축 힘 측정이 가능한 필름형 센서
KR101182531B1 (ko) 층구조 전극을 포함한 커패시터 센서 및 이를 이용한 힘의 크기 및 방향을 얻는 방법
KR101489302B1 (ko) 압력센서
JP6353162B2 (ja) 変形可能な装置および方法
Wang et al. Flexible tactile sensor array mounted on the curved surface: analytical modeling and experimental validation
KR20190062029A (ko) 압력 센서
JPH085482A (ja) 静電容量式触覚センサ
KR101868704B1 (ko) 정전용량형 압력 센서

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151118

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee