KR101268947B1 - 공진 주파수를 이용한 근육 경도 측정장치 및 그 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 근육 경도 측정장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 근육 경도 변화에 대응하여 압전 소자에서 발생하는 신호의 공진 주파수 변화를 측정함으로써 근육 경도 변화의 정도를 알 수 있는 근육 경도 측정장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명의 일예와 관련된 근육 경도 측정장치는 피시험체의 근육 경도 변화를 감지하기 위한 제 1 센싱부, 상기 제 1 센싱부에서 감지한 근육 경도 변화에 대응하여 전기 신호를 발생시키고, 상기 발생시킨 전기 신호에 따라 진동하는 압전부, 상기 압전부에서 발생한 진동을 감지하기 위한 제 2 센싱부와 상기 제 2 센싱부에서 감지한 진동에 대한 신호를 전달받아 공진 주파수에 대한 신호만을 추출하고, 상기 추출한 신호를 증폭하며, 상기 증폭한 신호를 상기 압전부에 전달하고, 상기 증폭한 신호의 크기 및/또는 주파수를 포함하는 정보를 측정하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일예와 관련된 근육 경도 측정장치는 피시험체의 근육 경도 변화를 감지하기 위한 제 1 센싱부, 상기 제 1 센싱부에서 감지한 근육 경도 변화에 대응하여 전기 신호를 발생시키고, 상기 발생시킨 전기 신호에 따라 진동하는 압전부, 상기 압전부에서 발생한 진동을 감지하기 위한 제 2 센싱부와 상기 제 2 센싱부에서 감지한 진동에 대한 신호를 전달받아 공진 주파수에 대한 신호만을 추출하고, 상기 추출한 신호를 증폭하며, 상기 증폭한 신호를 상기 압전부에 전달하고, 상기 증폭한 신호의 크기 및/또는 주파수를 포함하는 정보를 측정하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 근육 경도 측정장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 근육 경도 변화에 대응하여 압전 소자에서 발생하는 신호의 공진 주파수 변화를 측정함으로써 근육 경도 변화의 정도를 알 수 있는 근육 경도 측정장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
인체의 움직임은 신경신호를 통해 활성화된 근육의 길이 수축의 결과이며 이때, 근육 팽창 및 고유진동수 변화, 경화 등의 물리적 변화도 함께 나타난다. 이러한 전기 신호 및 물리적 변화를 측정하여 인체의 움직임을 예측할 수 있다.
근육의 활성상태를 측정할 수 있는 센서로는 근활성도 측정센서가 있고, 이는 일반적으로 근전도 신호를 검출할 수 있는 근전위센서를 주로 이용한다. 근활성도 측정센서의 근육 활성상태 측정 방식은 근전위센서를 사람의 팔이나 다리 등의 신체부위에 부착하고 근육의 수축 정도에 따라 다르게 발생하는 근전도 신호를 검출하는 방식으로 진행된다. 이때, 근전도 신호란 신체의 움직임에 따라 근육 표면으로부터 근섬유를 따라 일어나는 전기적 신호로서 다른 생체 신호들보다 상대적으로 검출이 용이하고 신경신호를 측정하기 때문에 빠른 측정이 가능하여 널리 이용되고 있다.
다만, 전기적 신호가 미약하여 각종 노이즈에 매우 민감하므로 노이즈에 의한 오류가 발생하기 쉽고, 실제 장치에 적용하기 위해서는 미약한 전기적 신호를 증폭하기 위한 별도의 증폭장치가 필요하며, 인체의 특성상 장시간 운동시에는 근전도 신호의 발생이 저하되기 때문에 동일한 조건에서 동일한 신호값을 얻기 힘들고, 피부를 통한 전기적 신호의 검출이므로 피부 상태에 따라 신호값이 많은 영향을 받게 되는 문제점 있었다.
그 밖에 근육 활성화를 측정하고자 하는 기술들이 다양하게 소개되었으나 착용감이 좋지 않아 불편하고, 착용에 필요한 밴드에서 여러 근육을 세부적으로 측정하기 어렵다는 문제점이 존재하므로 이에 대한 해결방안이 요구되는 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 일반적인 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 근육 경도 변화에 대응하여 압전 소자에서 발생하는 신호의 공진 주파수 변화를 측정함으로써 근육 경도 변화의 정도를 알 수 있는 기능을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 근육 경도 측정장치는 피시험체의 근육 경도 변화를 감지하기 위한 제 1 센싱부, 상기 제 1 센싱부에서 감지한 근육 경도 변화에 대응하여 전기 신호를 발생시키고, 상기 발생시킨 전기 신호에 따라 진동하는 압전부, 상기 압전부에서 발생한 진동을 감지하기 위한 제 2 센싱부와 상기 제 2 센싱부에서 감지한 진동에 대한 신호를 전달받아 공진 주파수에 대한 신호만을 추출하고, 상기 추출한 신호를 증폭하며, 상기 증폭한 신호를 상기 압전부에 전달하고, 상기 증폭한 신호의 크기 및/또는 주파수를 포함하는 정보를 측정하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 근육 경도 측정장치는 피시험체의 근육 경도 변화를 감지하기 위한 제 1 센싱부, 상기 제 1 센싱부에서 감지한 근육 경도 변화에 대응하여 전기 신호를 발생시키고, 상기 발생시킨 전기 신호에 따라 진동하는 압전부, 상기 압전부에서 발생한 진동을 감지하기 위한 제 2 센싱부와 상기 제 2 센싱부에서 감지한 진동에 대한 신호를 전달받아 공진 주파수에 대한 신호만을 추출하고, 상기 추출한 신호를 증폭하며, 상기 증폭한 신호를 상기 압전부에 전달하고, 상기 증폭한 신호를 반파 정류 회로 및 제 1 대역통과 필터에 통과시켜 주파수에 무관하고 크기에 따라 변하는 신호를 생성하고, 상기 생성한 신호의 크기만을 포함하는 정보를 측정하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 근육 경도 측정장치는 피시험체의 근육 경도 변화를 감지하기 위한 제 1 센싱부, 상기 제 1 센싱부에서 감지한 근육 경도 변화에 대응하여 전기 신호를 발생시키고, 상기 발생시킨 전기 신호에 따라 진동하는 압전부, 상기 압전부에서 발생한 진동을 감지하기 위한 제 2 센싱부와 상기 제 2 센싱부에서 감지한 진동에 대한 신호를 전달받아 공진 주파수에 대한 신호만을 추출하고, 상기 추출한 신호를 증폭하며, 상기 증폭한 신호를 상기 압전부에 전달하고, 상기 증폭한 신호의 중앙값을 변경하고, 상기 중앙값이 변경된 신호를 증폭하여 이산화된 이진 신호를 생성하고, 상기 생성한 이진 신호의 주파수만을 포함하는 정보를 측정하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
한편, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 근육 경도 측정장치 제어방법은 제 1 센싱부가 피시험체의 근육 경도 변화를 감지하는 단계, 상기 제 1 센싱부에서 감지한 근육 경도 변화에 대응하여 압전부가 전기 신호를 발생시키고, 상기 발생시킨 전기 신호에 따라 진동하는 단계, 제 2 센싱부에서 상기 압전부에서 발생한 진동을 감지하는 단계, 상기 제 2 센싱부에서 감지한 진동에 대한 신호를 전달받아 공진 주파수에 대한 신호만을 추출하는 단계, 상기 추출한 신호를 증폭하는 단계, 상기 증폭한 신호를 상기 압전부에 전달하는 단계와 상기 증폭한 신호의 크기 및/또는 주파수를 포함하는 정보를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 근육 경도 측정장치 제어방법은 제 1 센싱부가 피시험체의 근육 경도 변화를 감지하는 단계, 상기 제 1 센싱부에서 감지한 근육 경도 변화에 대응하여 압전부가 전기 신호를 발생시키고, 상기 발생시킨 전기 신호에 따라 진동하는 단계, 제 2 센싱부에서 상기 압전부에서 발생한 진동을 감지하는 단계, 상기 제 2 센싱부에서 감지한 진동에 대한 신호를 전달받아 공진 주파수에 대한 신호만을 추출하고, 상기 추출한 신호를 증폭하는 단계, 상기 증폭한 신호를 상기 압전부에 전달하는 단계, 상기 증폭한 신호를 반파 정류 회로 및 제 1 대역통과 필터에 통과시켜 주파수에 무관하고 크기에 따라 변하는 신호를 생성하는 단계와 상기 생성한 신호의 크기만을 포함하는 정보를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 근육 경도 측정장치 제어방법은 제 1 센싱부가 피시험체의 근육 경도 변화를 감지하는 단계, 상기 제 1 센싱부에서 감지한 근육 경도 변화에 대응하여 압전부가 전기 신호를 발생시키고, 상기 발생시킨 전기 신호에 따라 진동하는 단계, 제 2 센싱부에서 상기 압전부에서 발생한 진동을 감지하는 단계, 상기 제 2 센싱부에서 감지한 진동에 대한 신호를 전달받아 공진 주파수에 대한 신호만을 추출하고, 상기 추출한 신호를 증폭하는 단계, 상기 증폭한 신호를 상기 압전부에 전달하는 단계, 상기 증폭한 신호의 중앙값을 변경하고, 상기 중앙값이 변경된 신호를 증폭하여 이산화된 이진 신호를 생성하는 단계와 상기 생성한 이진 신호의 주파수만을 포함하는 정보를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 근육 경도 측정장치는 압전 소자에서 발생하는 신호 중 공진 주파수에 대한 신호만을 추출하여, 추출한 신호의 크기 및/또는 주파수에 대한 정보를 측정할 수 있다.
또한, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 근육 경도 측정장치는 추출한 신호의 크기만을 측정하거나 추출한 신호를 이진 신호로 변환하여, 변환된 이진 신호의 주파수만을 측정할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 근육의 경도에 따라 주파수 및 진폭이 변화하는 일례를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 근육 경도 측정장치의 블록 구성도(block diagram).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관련된 동작을 설명하기 위한 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 주파수에 무관하고 크기에 대응하여 변하는 신호를 생성하여, 생성한 신호의 크기만을 측정하는 일례를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 측정된 신호를 이산화된 이진 신호로 변경하여, 변경한 이진 신호로부터 주파수를 측정하는 일례를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 근육의 경도 변화에 따라 공진주파수 또는 신호크기가 변화하는 실험 결과를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 근육 경도 측정장치의 블록 구성도(block diagram).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관련된 동작을 설명하기 위한 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 주파수에 무관하고 크기에 대응하여 변하는 신호를 생성하여, 생성한 신호의 크기만을 측정하는 일례를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 측정된 신호를 이산화된 이진 신호로 변경하여, 변경한 이진 신호로부터 주파수를 측정하는 일례를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 근육의 경도 변화에 따라 공진주파수 또는 신호크기가 변화하는 실험 결과를 나타내는 도면.
전술한 것처럼 종래의 근육 활성도를 측정하는 센서는 전기적 신호가 미약하여 각종 노이즈에 매우 민감하므로 노이즈에 의한 오류가 발생하기 쉽고, 피부에 직접 착용해야 한다는 등의 문제점이 있었다.
따라서 본 발명에서는 근육의 경도 변화에 따른 고유 주파수의 변화를 측정하여 근육 활성 정도를 결정하는 방법을 제공한다.
물체의 경도가 변화하면 고유진동수 변화도 동시에 나타나므로 고유 진동수 변화량을 측정할 수 있다면 근육 경도의 변화를 예측할 수 있고, 결국 근육의 활성도를 측정할 수 있게 된다.
이를 설명하기 위해 도 1을 참조한다.
도 1은 근육의 경도에 따라 주파수 및 진폭이 변화하는 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에서 도시된 센서는 압전 소자를 포함하고, 압전 소자는 전기 신호와 기계적 진동을 변환시켜주는 물질로서 구체적인 내용은 도 2를 참조하여 후술한다.
또한, 도 1에서는 압전 소자가 센서에 포함된 것으로 도시하였으나 이는 설명의 편의를 위한 것이고 압전 소자는 센서 이외의 부분에 위치 가능하다.
공진 주파수는 회로에서 그 회로의 고유 주파수와 전원의 주파수가 일치하면 공진 현상을 일으켜 전류 또는 전압이 최대가 될 때의 주파수를 말한다.
먼저, 도 1a를 참조하면, 압전 소자를 포함하는 센서(101)가 대상 근육(102)과 접촉하게 되면, 압전 소자를 포함하는 센서(101)는 공진 주파수(103)로 대상 근육(102)을 가진시킨다.
다만, 이때 근육의 경도에 따라 가진되는 공진 주파수는 변경될 수 있다. 즉, 근육의 경도가 낮은 경우에는 공진 주파수가 작게 나타나고, 신호의 크기(진폭)은 크게 나타난다. 하지만 근육의 경도가 큰 경우에는 공진 주파수가 크게 나타나고, 신호의 크기(진폭)은 작게 나타난다.
도 1b를 참조하면,수축 근육(104)이 도 1a에서의 근육(102)보다 더욱 수축되어 경도가 크므로, 높은 공진 주파수(105)를 갖는다. 따라서 도 1b의 공진 주파수(105)는 도 1a의 공진 주파수(103)보다 크고, 해당 신호의 크기는 도 1b의 크기가 도 1a의 신호의 크기보다 작게 된다.
따라서 이러한 공진 주파수의 변화를 통해서 근육 경도의 변화를 알 수 있으므로 결과적으로 근육의 활성도를 예측할 수 있다.
한편, 도 1a와 도 1b에서 변경된 신호를 관찰하면, 근육의 경도가 변화함에 따라 변경되는 주파수의 변화폭은 매우 작음에 반해 변경되는 신호 크기의 변화폭은 매우 크다는 것을 확인할 수 있다.
따라서 공진 주파수에 대한 신호를 측정하는 경우, 신호의 크기에 대한 정보만을 추출하여 이용한다면 용이하게 근육 경도의 변화를 확인할 수 있고 이에 대한 내용은 도 3 및 도 4를 참조하여 구체적으로 후술한다.
또한, 획득한 신호를 이산화시켜 이진 신호로 변경하면, 공진 주파수의 변화폭이 작아도 하이 신호와 로우 신호의 두 개의 값만 갖는 신호가 되므로, 주파수에 대한 정보를 추출하여도 쉽게 근육 경도의 변화를 확인할 수 있다. 이에 대한 구체적인 내용은 도 3 및 도 5를 참조하여 후술한다.
이하, 본 발명과 관련된 근육 경도 측정장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 근육 경도 측정장치의 블록 구성도(block diagram)이다.
근육 경도 측정장치(200)는 제 1 센싱부(201), 압전부(202), 제 2 센싱부(203) 및 제어부(207) 등을 포함할 수 있다. 제어부(207)는 공진 회로부(204), 신호 크기 변화부(205) 및 신호 주파수 변화부(206)을 포함할 수 있으나 제어부 내부에 존재하지 않고 별도로 근육 경도 측정장치 내부에 구비될 수도 있다.
도 2에 도시된 구성요소들보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 근육 경도 측정장치가 구현될 수도 있다.
이하, 상기 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.
먼저, 제 1 센싱부(201) 및 제 2 센싱부(203)는 근육 경도 측정장치(200)의 개폐 상태, 근육 경도 측정장치(200)의 위치, 사용자 접촉 유무, 근육 경도 측정장치의 방위 및/또는 근육 경도 측정장치의 가속/감속 등과 같이 근육 경도 측정장치(200)의 현 상태를 감지하여 근육 경도 측정장치(200)의 동작을 제어하기 위한 센싱 신호를 발생시킨다. 예를 들어 제 1 센싱부는 피시험체의 표면에 접촉하여 근육 경도 변화를 센싱할 수 있다. 또한, 제 2 센싱부는 압전부에서 발생한 진동을 감지하여, 이에 대응되는 센싱 신호를 발생시킬 수 있을 것이다. 또한, 전원 공급 여부, 외부 기기 결합 여부 등을 센싱할 수도 있다.
본 발명에서는 제 1 센싱부를 센싱팁으로서 혼용하여 호칭할 수도 있다.
다음으로, 압전부(202)에 대해 설명한다. 압전부(202)는 압전 소자, 압전 장치 또는 피에죠(piezoelectric element) 등의 명칭으로 혼용하여 지칭될 수 있으나 명세서의 간명화를 위해 이하에서는 압전부(202)라 지칭한다.
압전부(202)란 소정의 결정판에 일정한 방향에서 압력을 가하면 판의 양면에 외력에 비례하는 양, 음의 전하를 나타내는 소자를 말한다. 즉, 압전부(202)는 기계적 힘을 주면 전기를 발생시키고, 역으로 전기를 주면 기계적 힘을 발생시킬 수 있다. 수정, 전기석, 로셸염 등이 일찍부터 압전소자의 재료로 이용되었으며, 근래에 개발된 티탄산바륨, 인산이수소암모늄, 타르타르산에틸렌디아민 등의 인공결정도 압전성이 뛰어나 빈번하게 이용되고 있다.
또한, 제어부(controller, 207)는 통상적으로 근육 경도 측정장치(200)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어 신호 획득, 증폭, 측정 등을 위해 관련된 제어 및 처리를 수행한다. 제어부(207)는 공진 회로부(204), 신호 크기 변화부(205) 및 신호 주파수 변화부(206)를 포함할 수 있다. 단, 공진 회로부(204), 신호 크기 변화부(205) 및 신호 주파수 변화부(206)는 제어부 내부에 존재하지 않고 별도로 근육 경도 측정장치 내부에 구비될 수도 있다.
제어부(207)에 포함된 공진 회로부(204)는 전달받은 신호에서 공진 주파수에 대한 신호만을 추출하고, 추출한 신호를 증폭할 수 있다. 또한, 증폭한 신호를 다른 소자에 전달할 수도 있다. 성능 향상을 위해 공진 회로부(204)는 대역통과필터, 증폭기 및 위상 보상기를 추가적으로 구비할 수 있다.
제어부(207)에 포함된 신호 크기 변화부(205)는 전달받은 신호를 주파수에 무관한 크기에 대한 신호로 변경시킬 수 있다. 또한, 신호 주파수 변화부(206)는 전달받은 신호를 주파수에 의해서만 변화하는 신호로 변경시킬 수 있다.
다만, 신호 변화부는 더 다양한 형태로 구현 가능하며 전술한 신호 크기 및 주파수 신호 변화에만 활용되는 것은 아니다.
여기에 설명되는 다양한 실시예는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.
하드웨어적인 구현에 의하면, 여기에 설명되는 실시예는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 일부의 경우에 본 명세서에서 설명되는 실시예들이 제어부(207) 자체로 구현될 수 있다.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다.
본 발명의 구체적인 내용으로 복귀하여, 도 3을 참조하여 본 발명이 제안하는 방법에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관련된 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 제 1 센싱부(201)는 피시험체의 표면에 접촉할 수 있다. 피시험체의 표면의 대표적인 예로서 인체의 피부를 들 수 있으나 본 발명은 옷 위에 접촉하고 있는 경우에도 근육의 경도 변화 측정이 가능하므로 이용 가능하다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 제 1 센싱부(201)는 피부에 밀착하여 구비되어 근육의 경도 변화를 측정하는 것으로 가정한다.
압전부(202)는 전원 공급부로부터 전원을 공급받아 일정하게 진동할 수 있다.
이후, 제 1 센싱부(201)가 근육의 경도 변화를 감지하게 되면(S310), 감지한 근육 경도 변화에 따라 압전부(202)는 기계적 힘을 받게 되고, 이에 따라 전기 신호를 발생시킨다(S320). 또한, 발생한 전기 신호에 따라 압전부(202)를 이루는 판은 진동하게 된다(S320).
압전부가 진동하면, 제 2 센싱부(203)는 상기 압전부에서 발생한 진동을 감지한다(S330).
제 2 센싱부(203)가 압전부(202)에서 발생한 진동을 감지하면, 제어부(207)는 제 2 센싱부(203)로부터 감지한 진동에 대한 신호를 전달받는다. 전달받은 신호에는 초기에 전원 공급부로부터 전원을 공급받아 진동하여 발생한 신호와 근육의 경도 변화로 인해여 발생한 신호가 함께 포함될 수 있다. 이때, 제어부(207)는 전달받은 신호 중 공진 주파수에 대한 신호만을 추출하고 추출한 신호를 증폭시킨다(S340).
여기서는 제어부(207)가 공진 주파수의 추출 및 증폭과 관련된 전반적인 동작을 제어하는 것으로 서술하였으나 공진 회로부(204)가 제어부(207)와 별도로 구비된 경우에는 공진 회로부(204)에서 상기 관련 동작을 수행할 수 있을 것이다.
추출한 신호가 증폭되면, 제어부(207)는 증폭된 신호를 압전부(202)에 전달하여, 압전부(202)가 공진 주파수를 지속적으로 공급받아 계속 진동할 수 있도록 돕는다(S350).
다음으로, 제어부(207)는 증폭한 신호의 크기 및/또는 주파수를 포함하는 정보를 측정한다(S360).
증폭된 신호의 크기 및/또는 주파수를 포함하는 정보를 측정하는 동작과 관련하여 여기서는 제어부(207)가 전반적인 동작을 수행하는 것으로 기술하였으나 이는 단순한 일례에 불과하고, 신호 크기 변화부(205)와 신호 주파수 변화부(206)가 제어부(207)와 별도로 구비된 경우에는 상기 신호 크기 변화부(205)와 신호 주파수 변화부(206)에서 측정 동작을 수행할 수 있다.
여기서 제어부(207)는 증폭한 신호의 크기 및 주파수에 대해 측정할 수 있으나 크기만을 측정하거나 주파수만을 측정하는 것도 가능하다.
이후, 제 1 센싱부(201)가 또 다른 근육 경도 변화를 감지하게 되면, 이에 따라 변경된 공진 주파수에 대한 측정 정보가 생성되므로 사용자는 시간에 따라 측정된 정보를 비교하여 근육 경도 변화를 알 수 있고, 결과적으로 근육의 활성 정도를 예측할 수 있을 것이다.
또한, 전술한 것처럼 근육의 경도가 변화함에 따라 변경되는 공진 주파수의 변화폭은 매우 작음에 반해 변경되는 크기의 변화폭은 매우 크므로 신호 측정시 이를 활용할 수 있다.
즉, 제어부(207)에서 신호 크기 변화부(205) 및 신호 주파수 변화부(206) 등을 이용하여 신호의 전반적인 정보를 측정하지 않고, 획득한 신호를 주파수에 무관한 크기에 대한 신호로 변경하며, 변경된 신호를 측정한다면 근육 경도 변화에 따른 공진 주파수의 변화를 더 명확하게 알 수 있을 것이다.
이를 설명하기 위해 도 4를 참조한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 주파수에 무관하고 크기에 대응하여 변하는 신호를 생성하여, 생성한 신호의 크기만을 측정하는 일례를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 증폭된 신호는 신호 크기 변화부(205)로 바로 입력되지 않고, 반파 정류회로(420)를 통과한 후 저대역 통과 필터(430)을 통과한 신호로 변경된다. 따라서 반파 정류회로(420) 및 저대역 통과 필터(430)를 통과하면 낮은 주파수 대역에서의 크기 신호만을 측정할 수 있으므로 높은 해상도의 데이터를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 근육 경도의 작은 변화까지 감지할 수 있으므로 더 정확한 측정이 가능해진다.
단, 도 4에서는 획득한 신호를 주파수에 무관한 크기에 대한 신호로 변경하기 위해 반파 정류회로(420) 및 저대역 통과 필터(430)를 사용하는 것으로 가정하였으나 이는 단순히 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 내용은 이에 한정되지 않고 다양한 형태로 구현 가능하다.
한편, 전술한 것처럼 근육의 경도가 변화함에 따라 변경되는 공진 주파수의 변화폭은 매우 작지만 획득된 신호를 이진 신호로 변경하여 주파수를 측정하는 경우에는 상기 단점을 극복하고 근육 경도 변화와 관련된 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
즉, 공진 주파수의 변화폭이 작더라도 소정 값을 기준으로 기준보다 낮은 값은 로우 신호, 높은 값은 하이 신호로 취급하는 이진 신호로 처리하여 정보를 획득한다면 근육 경도의 변화를 나타낼 수 있을 것이다.
이를 설명하기 위해 도 5를 참조한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 측정된 신호를 이산화된 이진 신호로 변경하여, 변경한 이진 신호로부터 주파수를 측정하는 일례를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 증폭된 신호는 신호 주파수 변화부(206)로 바로 입력되지 않고, 이진 신호로 다시 생성되는 과정(520)을 거친다.
예를 들어, 증폭된 신호의 중앙값을 변경하고, 중앙값이 변경된 신호를 증폭하여 소정 기준값을 중심으로 상기 기준값보다 작은 값은 0의 로우값, 상기 기준값보다 큰 값은 1의 하이값을 부여할 수 있다.
따라서 0과 1의 이진화된 신호를 가지고 주파수를 측정하게 되면, 작은 주파수 변화 폭과 관계없이 근육의 경도 변화에 대한 구체적인 정보를 획득할 수 있으므로 유리하다.
단, 도 5에서는 획득한 신호를 이진 신호로 변경하기 위해 중앙값을 변경하고 기준값을 중심으로 이산화시키는 것으로 설명하였으나 이는 단순히 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 내용은 이에 한정되지 않고 다양한 형태로 구현 가능하다.
또한, 도 4 및 도 5를 참조하여 전술한 구체적인 측정방법의 결과와 관련하여 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 근육의 경도 변화에 따라 공진주파수 또는 신호크기가 변화하는 실험 결과를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 6a를 참조하면 이는 근육 경도에 따른 공진 주파수만의 크기 변화를 나타내는 결과값이다.
여기서는 기준이 되는 공진 주파수를 기준으로 변화된 값을 Y축에 표시한다. 따라서 도 6a의 결과값에서는 근육 수축 정도가 증가할수록 기준이 되는 공진 주파수에서 변경된 값이 커지는 결과를 나타내고 있다.
다음으로, 도 6b를 참조하면 이는 근육 경도에 따른 신호 크기만의 변화를 나타내는 결과값이다.
도 6b에서는 기준이 되는 신호 크기를 기준으로 변화된 값을 Y축에 표시한다.
결과값을 살펴보면 근육의 수축 정도가 커질수록 기준값을 중심으로 감소하는 신호 크기의 변화폭은 커지므로 상기 변화값이 근육 수축 정도에 따라 비례하여 증가하는 결과값이 도 6b에 도시되어 있다.
따라서 사용자는 근육 경도 변화에 대응하여 압전 소자에서 발생하는 신호의 공진 주파수 변화를 측정하고, 분석함으로써 근육 경도 변화의 정도를 알 수 있으므로 편의가 제공될 것이다.
한편, 본 발명의 일실시예에 의하면, 전술한 방법은, 프로그램이 기록된 매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
상기와 같이 설명된 근육 경도 측정장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
Claims (12)
- 센싱 신호를 발생시켜 피시험체의 근육 경도를 감지하고 감지된 근육 경도에 대응하여 전기 신호를 발생시키는 제 1 센싱부;
상기 제 1 센싱부에서 감지한 근육 경도에 대응하여 상기 발생시킨 전기 신호에 따라 진동하는 압전부;
상기 압전부에서 발생한 진동을 감지하기 위한 제 2 센싱부;
상기 제 2 센싱부에서 감지한 진동에 대한 신호를 전달받아 공진 주파수에 대한 신호만을 추출하고, 상기 추출한 신호를 증폭하며, 상기 증폭한 신호를 상기 압전부에 전달하는 공진회로부;
상기 공진회로부에서 증폭한 신호를 소정의 기준값을 중심으로 상기 기준값보다 작은 부분은 0의 로우(Low) 값, 상기 기준값보다 큰 부분은 1의 하이(High) 값을 할당하여 상기 증폭한 신호를 이진 신호로 생성하는 이진 신호 생성부; 및
상기 이진 신호 생성부에 의해 생성된, 제 1 시점에서 감지된 근육 경도에 대한 제 1 이진 신호 정보와 제 1 시점 이후의 제 2 시점에서 감지된 근육 경도에 대한 제 2 이진 신호 정보를 비교하여 근육 경도 변화를 측정하도록 구성된 제어부를 포함하여 이루어지는, 근육 경도 측정장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 증폭한 신호의 크기만을 포함하는 정보를 측정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 근육 경도 측정장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 공진회로부는 상기 공진 주파수에 대한 신호만을 추출하고, 상기 추출한 신호를 증폭하기 위해 공진 주파수 대역만을 통과시키는 대역통과필터, 증폭기 및 위상 보상기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 근육 경도 측정장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 증폭한 신호를 주파수에 의해서만 변화하는 신호로 변경하는 신호 주파수 변화부를 더 포함하고 상기 제어부가 상기 증폭한 신호의 주파수 또는 크기 중 적어도 하나를 포함하는 정보를 측정하는 것을 특징으로 하는, 근육 경도 측정장치. - 삭제
- 제 1 센싱부가 센싱 신호를 발생시켜 피시험체의 근육 경도를 감지하고 감지된 근육 경도에 대응하여 전기 신호를 발생시키는 단계;
압전부가 상기 제 1 센싱부에서 감지된 근육 경도 변화에 대응하여 발생시킨 전기 신호에 따라 진동하는 단계;
제 2 센싱부에서 상기 압전부에서 발생한 진동을 감지하는 단계;
상기 제 2 센싱부에서 감지한 진동에 대한 신호를 공진회로부에서 전달받아 공진 주파수에 대한 신호만을 추출하고, 상기 추출한 신호를 증폭하며, 상기 증폭한 신호를 상기 압전부에 전달하는 단계;
이진 신호 생성부가 상기 공진회로부에서 증폭한 신호를 소정의 기준값을 중심으로 상기 기준값보다 작은 부분은 0의 로우(Low) 값, 상기 기준값보다 큰 부분은 1의 하이(High) 값을 할당하여 상기 증폭한 신호를 이진 신호로 생성하는 단계; 및
상기 이진 신호 생성부에 의해 생성된, 제 1 시점에서 감지된 근육 경도에 대한 제 1 이진 신호 정보와 제 1 시점 이후의 제 2 시점에서 감지된 근육 경도에 대한 제 2 이진 신호 정보를 제어부가 비교하여 근육 경도 변화를 측정하는 단계를 포함하여 이루어지는, 근육의 경도 측정 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 증폭한 신호의 크기만을 포함하는 정보를 측정하는 것을 특징으로 하는, 근육의 경도 측정 방법. - 삭제
- 제 7 항에 있어서,
상기 공진 주파수에 대한 신호만을 추출하고, 상기 추출한 신호를 증폭하는 단계는 공진 주파수 대역만을 통과시키는 대역통과필터, 증폭기 및 위상 보상기를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는, 근육의 경도 측정 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 증폭한 신호를 주파수에 의해서만 변화하는 신호로 변경하는 신호 주파수 변화부를 더 포함하고 상기 제어부가 상기 증폭한 신호의 주파수 또는 크기 중 적어도 하나를 포함하는 정보를 측정하는 것을 특징으로 하는, 근육의 경도 측정 방법. - 삭제
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