KR101502762B1 - Hybrid pressure sensor using nanofiber web - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하이브리드 압력센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 빠른 주기의 동적인 압력만을 감지할 수 있는 나노섬유 웹 기반의 압전성 압력센서와, 정적인 압력이나 느린 주기의 동적인 압력만을 감지할 수 있는 나노섬유 웹 기반의 압정전용량형 압력센서를 절연층을 사이에 두고 적층하여 하나의 하이브리드 압력센서를 형성하며, 상기 나노섬유 웹 기반의 압전성 압력센서에서 전송되는 미세한 압전신호를 증폭시켜 처리하는 압전신호 증폭기와 상기 나노섬유 웹 기반의 압정전용량형 압력센서에서 전송되는 압정전용량신호를 처리하는 압정전용량신호처리부를 각각 구비함으로써, 하나의 얇은 센서에 의해 동일 지점에 가해지는 정적인 압력뿐만 아니라 모든 주기의 동적인 신호도 함께 감지할 수 있게 한 나노섬유 웹을 이용한 하이브리드 압력센서에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid pressure sensor, and more particularly, to a hybrid pressure sensor, and more particularly, to a hybrid pressure sensor capable of detecting only a dynamic pressure of a fast cycle, A nanofiber web-based tack-free capacitance pressure sensor is laminated with an insulating layer interposed therebetween to form a hybrid pressure sensor, and a piezo-electric pressure sensor that amplifies and processes a fine piezoelectric signal transmitted from the nanofiber web- A signal amplifier and a tack free capacity signal processor for processing a tack capacitive signal transmitted from the nanofiber web-based tack capacitive type pressure sensor, respectively, so that only a static pressure applied at the same point by one thin sensor Hybrids using nanofiber webs that can detect dynamic signals of all cycles To a pressure sensor.
일반적으로 압력센서는 압력의 정도를 전기신호로 바꾸어 어느 정도의 압력이 인가되었는지를 감지하는데 이용되며, 압력을 감지하는 원리에 따라 압저항형 압력센서, 압전형 압력센서, 정전용량형 압력센서 등 다양한 종류가 이용되고 있다.Generally, a pressure sensor is used to detect the degree of pressure applied by converting the degree of pressure into an electric signal. Depending on the principle of sensing the pressure, a pressure resistance type pressure sensor, a pressure type pressure sensor, a capacitance type pressure sensor Various kinds are used.
이러한 여러 종류의 압력센서들은 압력을 측정하는 방식의 차이로 인하여 특정 유형의 압력을 인식하기에는 적합하지만, 다른 유형의 압력은 측정하지 못하게 되는 문제점이 있었는바, 서로 다른 유형의 압력을 측정하고자 할 경우에는 측정하고자 하는 환경에 따른 다수의 압력센서를 모두 구비해야 하는 불편함이 있었다.These various types of pressure sensors are suitable for recognizing a certain type of pressure due to the difference in the method of measuring the pressure, but there is a problem that the other types of pressure can not be measured. In case of measuring different types of pressure It is inconvenient to provide a plurality of pressure sensors according to the environment to be measured.
즉, 압전성 고분자를 이용하는 종래의 압전성 압력센서(Piezoelectric pressure sensor)의 경우에는 빠른 주기의 동적인 압력을 측정하기에는 적합하지만, 체중을 측정하는 경우와 같이 정적인 힘에 의해 발생되는 압력을 감지하기에는 부적합한 문제점이 있었다.That is, in the case of a conventional piezoelectric pressure sensor using a piezoelectric polymer, it is suitable for measuring a dynamic pressure of a fast cycle, but it is not suitable for detecting a pressure generated by a static force, There was a problem.
또한, 두 개의 전극 사이에 위치하는 다이아프램(멤브레인)의 변형에 따른 두 전극 사이의 거리 또는 면적 변화로 야기되는 정전용량(Capacitance) 값의 변화에 의해 압력을 측정하는 정전용량형 압력센서(Piezocapacitive pressure sensor)의 경우에는 압력에 의해 줄어든 두 전극 사이의 거리에 의해 변경된 정전용량 값에 의해 압력을 측정하게 되어 느린 주기의 동적인 압력이나 정적인 압력을 측정하기에는 적합하지만, 압력의 인가와 제거가 빠르게 이루어지는 경우에는 다이아프램(멤브레인)의 충분한 복원이 이루어지지 못하게 되므로 빠른 주기의 동적인 압력을 측정하기에는 부적합한 문제점이 있었다.In addition, a capacitance type pressure sensor (Piezocapacitive) which measures a pressure by a change in a capacitance value caused by a distance or area change between two electrodes due to a deformation of a diaphragm (membrane) located between two electrodes In the case of a pressure sensor, the pressure is measured by the capacitance value changed by the distance between the two electrodes reduced by the pressure, which is suitable for measuring the dynamic pressure or the static pressure in the slow cycle. However, In the case where the pressure is rapidly increased, sufficient restoration of the diaphragm (membrane) can not be performed, which is unsuitable for measuring dynamic pressure in a fast cycle.
또한, 최근에는 스마트 의류에 대한 관심과 연구가 활발해지면서 일상생활 중 또는 운동시에 발생되는 다양한 생체신호를 측정할 수 있게 한 스마트 섬유 등에 대한 연구도 활발하게 이루어지고 있다.Recently, as interest and research on smart clothing have become active, researches on smart fibers that can measure various vital signals generated in daily life or during exercise have been actively conducted.
그에 따라, 본 출원인은 대한민국 등록특허공보 제10-1322838호에 개시된 바와 같이 의류에 적용할 수 있으며 감지하고자 하는 생체신호 이외의 잡음 신호를 최소화하여 목적하는 생체신호를 효과적으로 감지할 수 있게 한 압전성 압력센서를 제안한바 있다.Accordingly, the applicant of the present invention has proposed a method for minimizing a noise signal other than a biological signal to be sensed, which is applicable to clothing, as disclosed in Korean Patent Publication No. 10-1322838, Sensor.
이러한 종래의 압전성 압력센서는 압전성 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 필름과 전극으로 이루어진 압전감지유닛과, 이러한 압전감지유닛을 감싸는 탄성층을 포함하여 이루어진다. 그리고, 이러한 압전성 압력센서에 외부압력이 가해지거나 변형이 발생되면 PVDF 필름에서 쌍극자(Dipole)의 배열이 바뀌며 일정량의 전류가 흐르면서 전압을 야기하게 되고, 이러한 전류 또는 전압을 감지하여 압력이나 변형을 감지할 수 있게 된다.Such a conventional piezoelectric pressure sensor comprises a piezoelectric sensing unit made of a piezoelectric polyvinylidene fluoride (PVDF) film and an electrode, and an elastic layer surrounding the piezoelectric sensing unit. When an external pressure is applied to the piezoelectric pressure sensor or a deformation occurs, the arrangement of the dipole in the PVDF film is changed, and a certain amount of current flows to cause a voltage. By sensing the current or voltage, .
그러나, 이러한 종래의 압전성 압력센서는 외부압력이나 변형이 가해질 때에만 쌍극자의 배열이 바뀌게 되어 이를 감지할 수 있지만, 외부에서 가해진 압력이 일정하게 유지되거나 변형된 상태를 유지하게 될 경우에는 쌍극자의 배열이 바뀌지 않아 전류나 전압이 발생되지 않아 감지할 수 없게 된다.However, such a conventional piezoelectric pressure sensor can detect the change in the arrangement of the dipole only when external pressure or deformation is applied. However, when the pressure applied from the outside is kept constant or deformed, the arrangement of the dipole The current or the voltage is not generated and it can not be detected.
따라서, 종래의 압전성 압력센서는 동적인 압력, 즉 빠른 주기로 변경되는 압력이나 변형은 정확하게 감지할 수 있지만, 체중 측정이나 족압과 같이 정적인 압력은 측정하기 어려운 문제점이 있었는바, 외부압력이나 변형이 빠른 주기로 반복하여 발생될 수 있는 심장박동, 맥파, 호흡, 근육의 움직임 등의 주기적인 생체신호 감지에만 적용될 수 있다는 한계점이 있었다.Therefore, the conventional piezoelectric pressure sensor can accurately detect dynamic pressure, that is, pressure or deformation that changes at a rapid cycle, but there is a problem that it is difficult to measure static pressure such as body weight measurement or foot pressure, It can only be applied to the periodic detection of bio-signals such as heartbeat, pulse wave, respiration, and muscle movement that can be repeated in a fast cycle.
또한, 본 출원인은 대한민국 등록특허공보 제10-1248410호에 개시된 바와 같이 센서의 두께를 얇게 형성하면서도 우수한 감도를 얻을 수 있는 나노섬유 웹을 이용한 정전용량형 압력센서를 제안한바 있다.The applicant of the present invention has proposed a capacitance type pressure sensor using a nanofiber web capable of obtaining excellent sensitivity while forming a thin sensor as disclosed in Korean Patent Publication No. 10-1248410.
이러한 종래의 정전용량형 압력센서는 기공을 가지면서 탄성 회복율이 우수한 나노섬유 웹과, 이러한 나노섬유 웹의 상하면에 형성되는 유연성 전극부를 모두 직물로 얇게 형성함으로써, 외부에서 가해지는 압력에 의해 기공이 압착되면서 줄어드는 유연성 전극부 사이의 거리 변경으로 인한 정전용량 변화에 의해 압력 측정이 가능하게 된다.Such a conventional capacitive pressure sensor has a structure in which a nanofiber web having pores and excellent elastic recovery rate and a flexible electrode portion formed on the upper and lower surfaces of the nanofiber web are thinly formed by a fabric, The pressure can be measured by the capacitance change due to the change of the distance between the flexible electrode portions which is reduced by the squeezing.
그에 따라, 나노섬유 웹을 압착하는 외력이 존재하는 동안에는 변경된 유연성 전극부 사이의 거리를 유지하므로 해당 압력을 지속적을 감지할 수 있게 되며, 이러한 압력이 제거되면 기공으로 공기가 유입되면서 유연성 전극부 사이의 거리가 원래 상태로 복원되고, 그에 따른 정전용량 값의 변화를 감지하여 압력의 변화를 측정할 수 있게 된다.Accordingly, while there is an external force for pressing the nanofiber web, the distance between the flexible electrodes is maintained, so that the pressure can be continuously sensed. When the pressure is removed, air flows into the pores, So that the change of the capacitance value can be detected and the change of the pressure can be measured.
따라서, 종래의 정전용량형 압력센서는 정적인 압력이나, 느린 주기로 반복되는 압력이나 변형은 정확하게 감지할 수 있지만, 빠른 주기로 반복해서 압력이 가해질 경우에는 나노섬유 웹이 원래의 형태로 완전히 복원되기 전에 다시 압력이 가해지기 때문에 나노섬유 웹 두께의 충분한 변화를 감지할 수 없고 그로 인하여 정전용량의 변화 정도를 정확하게 감지하기 어려운 문제점이 있었다.Thus, conventional capacitive pressure sensors can accurately sense static pressure or pressure or strain that is repeated in a slow cycle, but if pressure is applied repeatedly in a fast cycle, the nanofiber web can not be fully restored to its original form There is a problem in that it is difficult to detect a sufficient change in the thickness of the nanofiber web because the pressure is applied again and it is difficult to precisely detect the degree of change in the capacitance.
그에 따라, 정적인 압력과 느린 주기의 동적인 압력뿐만 아니라, 빠른 주기의 동적인 압력도 모두 감지할 수 있는 하나의 압력센서에 대한 필요성이 증가하고 있으며, 특히 두께가 얇아 착화감에 지장을 초래하지 않으면서 스마트 슈즈에 적용할 수 있으면서도, 사용자가 착용한 상태에서 서있거나 걷고 뛰는 등 운동과 일상생활을 영위하는 동안 가해지는 정적인 압력과 느린 주기 및 빠른 주기의 동적인 압력도 모두 측정할 수 있는 새로운 형태의 압력센서에 대한 요구도 증가하고 있다.Accordingly, there is an increasing need for a single pressure sensor capable of detecting both dynamic pressure in a static period and dynamic period in a period, as well as dynamic pressure in a fast period, and it is particularly thin But can also measure both static pressure applied during exercise and daily life, such as standing, walking, and running, worn by the wearer, as well as dynamic pressure at a slow cycle and fast cycle The demand for new types of pressure sensors is also increasing.
본 발명은 빠른 주기의 동적인 압력만을 감지할 수 있는 나노섬유 웹 기반의 압전성 압력센서와, 정적인 압력이나 느린 주기의 동적인 압력만을 감지할 수 있는 나노섬유 웹 기반의 압정전용량형 압력센서를 절연층을 사이에 두고 적층하여 하나의 하이브리드 압력센서를 형성하며, 상기 나노섬유 웹 기반의 압전성 압력센서에서 전송되는 미세한 압전신호를 증폭시켜 처리하는 압전신호 증폭기와 상기 나노섬유 웹 기반의 압정전용량형 압력센서에서 전송되는 압정전용량신호를 처리하는 압정전용량신호처리부를 각각 구비함으로써, 하나의 얇은 센서에 의해 동일 지점에 가해지는 정적인 압력뿐만 아니라 모든 주기의 동적인 신호도 함께 감지할 수 있게 한 나노섬유 웹을 이용한 하이브리드 압력센서를 제공함에 있다.The present invention relates to a nanofibrous web-based piezoelectric pressure sensor capable of sensing only a rapid dynamic pressure, a nanofiber web-based tack-free pressure sensor capable of sensing dynamic pressure at a constant or slow cycle, A piezoelectric signal amplifier for amplifying and processing a fine piezoelectric signal transmitted from the nanofiber web-based piezoelectric pressure sensor, and a piezoelectric sensor for amplifying and processing the fine piezoelectric signal transmitted through the nanofiber web- And a tractive capacity capacity signal processing unit for processing the tractive capacity capacity signal transmitted from the capacitive pressure sensor, thereby detecting not only the static pressure applied to the same point by one thin sensor but also the dynamic signal of all the cycles The present invention provides a hybrid pressure sensor using a nanofiber web.
상기 과제를 해결하기 위한 나노섬유 웹을 이용한 하이브리드 압력센서는, A hybrid pressure sensor using a nanofiber web for solving the above-
전기방사로 형성된 나노섬유 웹으로 이루어지며, 외부에서 인가되는 압력으로 유발되는 쌍극자의 변화에 의해 발생되는 압전신호(Piezoelectric signal)에 의해 빠른 주기의 동적인 압력을 감지하는 압전성 압력센서; 상기 압전성 압력센서의 일면에 적층되며, 외부에서 인가되는 압력에 의해 전기방사로 형성된 나노섬유 웹이 압착되면서 유발되는 두께 변화에 의해 변경된 압정전용량신호(Piezocapacitance signal)에 의해 동적인 압력이나 느린 주기의 압력을 감지하는 압정전용량형 압력센서; 및 상기 압전성 압력센서와 압정전용량형 압력센서 각각을 절연시키는 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.A piezoelectric pressure sensor comprising a nanofiber web formed by electrospinning and sensing a dynamic pressure of a fast cycle by a piezoelectric signal generated by a change of a dipole caused by an external applied pressure; A dynamic pressure or a slow cycle due to a piezocapacitance signal changed due to a change in thickness caused by pressing the nanofiber web formed by electrospinning by the pressure applied from the outside by the pressure applied from the outside, A pressure sensor of a full capacity type which senses the pressure of the pressure sensor; And an insulating layer for insulating each of the piezoelectric pressure sensor and the tack free capacity type pressure sensor.
또한, 상기 압전성 압력센서의 일단에 연결되어 빠른 주기로 인가된 압력에 의해 발생된 압전신호를 증폭하는 압전신호 증폭기; 및 상기 압정전용량형 압력센서의 일단에 연결되어 동적인 압력이나 느린 주기로 인가되는 압력에 의해 변경된 압정전용량신호를 처리하는 압정전용량신호 처리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.A piezoelectric signal amplifier connected to one end of the piezoelectric pressure sensor for amplifying a piezoelectric signal generated by a pressure applied at a fast cycle; And a tack capacity capacitance signal processing unit connected to one end of the tack capacitive pressure sensor for processing a tack capacitive capacitance signal changed by a dynamic pressure or a pressure applied at a slow cycle.
이때, 상기 압전성 압력센서는,Here, the piezoelectric pressure sensor includes:
압전성 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 용액을 전기방사하여 형성된 PVDF 나노섬유 웹(PVDF nanofiber web); 및 상기 PVDF 나노섬유 웹의 상부와 하부에 각각 형성되는 제1전극과 제2전극으로 이루어진 압전 전극부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A PVDF nanofiber web formed by electrospinning a piezoelectric polyvinylidene fluoride (PVDF) solution; And a piezoelectric electrode part composed of a first electrode and a second electrode respectively formed on upper and lower sides of the PVDF nanofiber web.
또한, 상기 압정전용량형 압력센서는,Further, in the above-mentioned tack-free full-displacement type pressure sensor,
폴리우레탄(PU) 용액을 전기방사하여 다수의 기공을 내포하도록 형성되어 있는 폴리우레탄 나노섬유 웹; 및 상기 폴리우레탄 나노섬유 웹의 상부와 하부에 각각 형성되는 제3전극과 제4전극으로 이루어진 압정전용량 전극부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A polyurethane nanofiber web formed by electrospunning a polyurethane (PU) solution to contain a plurality of pores; And a tack free capacitance electrode portion having a third electrode and a fourth electrode formed on the upper and lower portions of the polyurethane nanofiber web, respectively.
또한, 상기 절연층은,In addition,
적층되어 있는 압전성 압력센서와 압정전용량형 압력센서 상호간을 절연시키기 위해 상기 제2전극과 제3전극 사이에 형성되는 내부 절연층; 및 외부로 노출되는 상기 압전성 압력센서와 압정전용량형 압력센서의 일면을 절연시키기 위해 상기 제1전극 상면과 상기 제4전극 저면에 각각 형성되는 외부 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.An inner insulating layer formed between the second electrode and the third electrode to insulate the piezoceramic pressure sensor and the tack free capacity pressure sensor from each other; And an outer insulating layer formed on the top surface of the first electrode and the bottom surface of the fourth electrode to insulate one surface of the tactile capacitive type pressure sensor from the piezoelectric pressure sensor exposed to the outside.
본 발명은 하나의 얇은 센서에 의해 동일 지점에 가해지는 정적인 압력뿐만 아니라, 느린 주기와 빠른 주기의 동적인 압력도 함께 감지할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of detecting not only static pressure applied to the same point by one thin sensor but also dynamic pressure of a slow cycle and a fast cycle.
본 발명은 정적인 압력과 모든 주기의 동적인 압력을 얇은 하나의 센서에서 측정할 수 있으므로, 정적인 압력과 느리거나 빠른 주기의 동적인 압력이 모두 인가될 수 있는 스마트 슈즈에 착화시의 이물감 없이 적용될 수 있는 효과가 있다.Since the static pressure and the dynamic pressure of all the cycles can be measured by a single thin sensor, the present invention can be applied to a smart shoe in which both static pressure and dynamic pressure of a slow or fast period can be applied, There is an effect that can be applied.
도 1은 본 발명에 따른 나노섬유 웹을 이용한 하이브리드 압력센서의 단면 구성도.
도 2는 본 발명에 따라 압전성 압력센서에서 압전신호를 감지하는 것을 나타내는 등가회로 구성도.
도 3은 본 발명에 따라 압정전용량형 압력센서에서 압정전용량신호를 감지하는 것을 나타내는 등가회로 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 나노섬유 웹을 이용한 하이브리드 압력센서를 신발 안창에 부착한 후 압정전용량신호를 측정한 것을 나타내는 예시도.
도 5는 본 발명에 따라 신발 안창에 부착된 3개의 하이브리드 압력센서 각각으로부터 측정된 (A) 압정전용량신호와 (B) 압전신호를 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명에 따라 3km/h와 5km/h의 속도를 걸을 때 신발 안창에 부착된 제3하이브리드 압력센서에서 각각 측정된 (A) 압정전용량신호와 (B) 압전신호를 나타내는 그래프.1 is a cross-sectional view of a hybrid pressure sensor using a nanofiber web according to the present invention.
Fig. 2 is an equivalent circuit diagram showing the detection of a piezoelectric signal in a piezoelectric pressure sensor according to the present invention. Fig.
Fig. 3 is an equivalent circuit configuration diagram showing detection of a tack capacity capacitance signal by a tack capacity full-capacity type pressure sensor according to the present invention. Fig.
FIG. 4 is an exemplary view showing a measurement of a tack free capacity signal after attaching a hybrid pressure sensor using a nanofiber web according to the present invention to a shoe insole. FIG.
5 is a graph showing a tack capacity capacitance signal (A) and a piezoelectric signal (B) measured from each of three hybrid pressure sensors attached to a shoe insole according to the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the tractive capacity capacity signal (A) and the piezoelectric signal (B) measured by the third hybrid pressure sensor attached to the shoe insole when the vehicle is walked at a speed of 3 km / h and 5 km / h according to the present invention.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명에 따른 나노섬유 웹을 이용한 하이브리드 압력센서의 단면 구성도이다.1 is a cross-sectional view of a hybrid pressure sensor using a nanofiber web according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 나노섬유 웹을 이용한 하이브리드 압력센서는, 전기방사로 형성된 나노섬유 웹으로 이루어지며 외부에서 인가되는 압력으로 유발되는 쌍극자의 변화에 의해 발생되는 압전신호에 의해 빠른 주기의 동적인 압력을 감지하는 압전성 압력센서(100)와, 상기 압전성 압력센서의 일면에 적층되며 외부에서 인가되는 압력에 의해 전기방사로 형성된 나노섬유 웹이 압착되면서 유발되는 두께 변화에 의해 변경된 압정전용량신호에 의해 동적인 압력이나 느린 주기의 압력을 감지하는 압정전용량형 압력센서(200)와, 상기 압전성 압력센서와 압정전용량형 압력센서 각각을 절연시키는 절연층(310,320)을 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a hybrid pressure sensor using a nanofiber web according to the present invention comprises a nanofiber web formed by electrospinning. The hybrid pressure sensor is made of a piezoelectric material, A piezoelectric pressure sensor (100) for sensing a dynamic pressure of the cycle; a pressure sensor (100) which is stacked on one surface of the piezoelectric pressure sensor and is pressure- Capacitance type pressure sensor (200) for sensing a dynamic pressure or a slow periodic pressure by a full capacity signal, and insulating layers (310, 320) for insulating the piezoelectric pressure sensor and the tack free capacitive pressure sensor, respectively .
또한, 상기 압전성 압력센서의 일단에 연결되어 빠른 주기로 인가된 압력에 의해 발생된 압전신호(Piezoelectric signal)를 증폭하는 압전신호 증폭기(400)와, 상기 압정전용량형 압력센서의 일단에 연결되어 동적인 압력이나 느린 주기로 인가되는 압력에 의해 변경된 압정전용량신호(Piezocapacitance signal)를 처리하는 압정전용량신호 처리부(500)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.A
상기 압전성 압력센서(100)는, 압전성 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 용액을 전기방사하여 형성된 PVDF 나노섬유 웹(PVDF nanofiber web)(110)과, 상기 PVDF 나노섬유 웹의 상부와 하부에 형성되는 압전 전극부(120,130)를 포함하여 구성된다.The
이때, 상기 PVDF 나노섬유 웹(110)은 비교적 간단한 단량체 구조인 CH2-CF2-를 반복 단위로 하는 선상 고분자로서 분자쇄 내에 존재하는 강한 C-F 쌍극자에 의하여 고분자 재료 중 가장 큰 유전율을 나타내며 유기고분자로 이루어져 부식에 강한 압전성 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)계 압전성 유기 고분자로 이루어진 용액을 전기방사하여 형성된다.In this case, the
그리고, 상기 압전 전극부는 PVDF 나노섬유 웹(110)의 상부와 하부에 코팅되거나 도금되는 제1전극(120)과 제2전극(130)을 포함하여 구성된다. 이러한 제1 및 제2전극(120,130)은 상기 PVDF 나노섬유 웹의 상부와 하부에 은도금 또는 니켈 동도금하여 형성하거나 접착성 전기전도성 직물로 구성된다.The piezoelectric electrode unit includes a
이와 같이 상기 제1전극(Top electrode)과 제2전극(Bottom electrode)이 PVDF 나노섬유 웹의 상부와 하부에 위치하게 되므로, 외부에서 주기적인 압력(Periodic pressure)이 인가될 경우 PVDF 나노섬유 웹(100) 내의 쌍극자(Dipole) 방향이 바뀌면서 생성되는 압전신호(
이처럼 상기 압전성 압력센서(100)에서 주기적인 압력(Periodic pressure)에 의해 유발되는 쌍극자의 변화로 발생되는 압전신호에 의하여 압력을 감지하는 것을 도 2의 등가회로에 나타내었다. 도 2에 도시된 바와 같이, 압전성 압력센서(100)에 가해지는 주기적인 압력에 의해 발생되는 압전신호는 100~1000㏁의 입력저항(Rin)을 갖는 전치 증폭기(Preamplifier)에서 전압모드로 검출되며, 이와 같이 검출된 압전신호에 의해 주기적인 압력의 인가여부를 감지할 뿐만 아니라, 전압모드 또는 전류모드로 검출되는 압전신호의 크기를 통하여 감지된 압력의 크기도 도출할 수 있게 된다.The equivalent circuit of FIG. 2 detects the pressure by the piezoelectric signal generated by the change of the dipole caused by the periodic pressure in the
상기 압정전용량형 압력센서(200)는 상기 압전성 압력센서(100)의 일면에 적층 형성되며, 폴리우레탄(PU) 용액을 전기방사하여 다수의 기공을 내포하도록 형성되어 있는 폴리우레탄 나노섬유 웹(210)과, 상기 폴리우레탄 나노섬유 웹의 상부와 하부에 형성되는 압정전용량 전극부(220,230)를 포함하여 구성된다.The tack-free capacitance
이때, 상기 폴리우레탄(PU) 나노섬유 웹(210)은 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic Polyurethanes, TPU) 용액을 전기방사하여 내부에 다수의 기공이 내포되도록 형성된다. 그에 따라, 외부에서 가해지는 압력에 의해 상기 기공에 충진되어 있는 공기가 출입되면서 두께가 감소 또는 증가되어 상기 압정전용량 전극부(220,230) 사이의 거리를 변경시킬 수 있게 된다. 폴리우레탄(PU)이 다른 열가소성 중합체보다 우수한 회복력을 갖고 있으므로 열가소성 폴리우레탄을 이용하여 나노섬유 웹을 형성하는 것이 바람직하다.At this time, the polyurethane (PU)
그리고, 상기 압정전용량 전극부는 폴리우레탄 나노섬유 웹(210)의 상부와 하부에 코팅되거나 도금되는 제3전극(220)과 제4전극(230)을 포함하여 구성된다. 이러한 제3 및 제4전극은 상기 폴리우레탄(PU) 나노섬유 웹의 상부와 하부에 은도금 또는 니켈 동도금하여 형성하거나 접착성 전기전도성 직물로 구성된다.The tack-free capacitance electrode unit includes a
이와 같이 상기 제3전극과 제4전극이 폴리우레탄(PU) 나노섬유 웹의 상부와 하부에 위치하게 되므로, 외부에서 압력이 인가되어 폴리우레탄(PU) 나노섬유 웹(210)의 기공에 포함되어 있는 공기가 배출되면서 두께가 줄어들 경우 상기 제3전극(220)과 제4전극(230) 사이의 거리 변경을 초래하게 된다. 그리고 이러한 제3전극(220)과 제4전극(230) 사이의 거리 변경은 두 전극 사이의 거리에 반비례하는 정전용량(Capacitance) 값을 변경시키게 되므로, 이러한 정전용량값의 변화를 통하여 압력을 감지할 수 있게 된다.Since the third electrode and the fourth electrode are located on the upper and lower sides of the polyurethane (PU) nanofiber web, pressure is applied from the outside to the pores of the polyurethane (PU)
이처럼 상기 압정전용량형 압력센서(200)에서 외부로부터 가해지는 압력에 의해 폴리우레탄(PU) 나노섬유 웹의 두께 변화로 발생되는 정전용량값의 변화를 나타내는 압정전용량신호에 의하여 압력을 감지할 수 있음을 도 3의 등가회로에 나타내었다.As described above, the pressure is sensed by the pushing capacitance capacity signal indicating the change of the capacitance value caused by the thickness change of the polyurethane (PU) nanofiber web by the pressure externally applied by the
도 3에 도시된 바와 같이 저항(R1)에 직렬 연결된 압정전용량형 압력센서(PU nanoweb sensor, CS)에 10㎑의 주파수와 4.7Vp -p의 크기를 갖는 사인파를 인가하면 포인트 1에서의 출력전압은 외부 압력이 없는 t=t0인 시점까지는 동일한 주파수를 갖지만 Vp -p의 값은 감소된 형태의 사인파로 나타난다. 이후 일정한 외력(Force)이 t0에서 t1의 시간 동안 압정전용량형 압력센서(CS)에 가해지면, 주파수는 동일하지만 상기 압정전용량형 압력센서에서의 정전용량 증가로 인하여 증가된 크기를 갖도록 사인파가 변조된다. 즉, 정전용량(C)은 하기의 수학식 1과 같이 두 평행 전극판 사이의 거리(d)에 반비례하기 때문에, 상기 압정전용량형 압력센서에 외력(Force)이 가해져서 폴리우레탄 나노섬유 웹의 기공에 충진되어 있던 공기들이 배출되면 상기 압정전용량 전극부 사이의 거리가 감소되며, 그로 인하여 정전용량의 값이 증가되게 된다. 그리고, t1 시점에 외력(Force)이 제거되면 포인트 1에서의 출력전압은 압력이 가해지기 전에 관찰되던 상태로 복원되며, 상기 압정전용량형 압력센서를 이루는 폴리우레탄 나노섬유 웹의 두께도 원래의 상태로 복원된다.Applying a sine wave having a frequency and magnitude of 4.7
상기 포인트 1을 통과한 출력신호를 적절한 값으로 선택된 저항(R2)과 커패시터(C2)로 이루어진 복조기(Demodulator)(envelope detector) 회로를 통과시키면서 포인트 1에서의 출력신호들에 대한 양의 엔벨로프를 취하면 포인트 2에서는 상기 압정전용량형 압력센서에 가해졌던 외력과 유사한 형태의 출력(V)을 얻을 수 있게 된다.The output signal passed through the
이와 같이 복조기(Demodulator)를 통과한 출력신호를 0.1㎐의 차단주파수를 갖는 고역통과필터(HPF)와 50㎐의 차단주파수를 갖는 저역통과필터(LPF)로 이루어진 대역통과필터에서 노이즈를 제거하면, 상기 압정전용량형 압력센서에 가해진 외력을 나타내는 출력을 얻을 수 있게 된다.When noise is removed from a band pass filter composed of a high pass filter (HPF) having a cutoff frequency of 0.1 Hz and a low pass filter (LPF) having a cutoff frequency of 50 Hz, An output indicating an external force applied to the tack free capacity type pressure sensor can be obtained.
이처럼 폴리우레탄 나노섬유 웹은 외부 압력이 주어질 때 감소하는 두께에 따라 정전용량이 증가하기 때문에 압정전용량형 압력센서로 이용될 수 있게 된다. 이와 같이 폴리우레탄 나노섬유 웹으로 이루어진 압정전용량형 압력센서는 기존에 폴리우레탄 폼 시트로 형성되던 압력센서에 비하여 높은 민감도를 구현할 수 있고, 나노스케일의 두께로 얇게 제조될 수 있으며, 낮은 히스테리시스 곡선을 구현할 수 있게 되어 보다 많은 분야로의 활용이 가능하게 된다.Thus, the polyurethane nanofiber web can be used as a pre-tack pressure sensor because the capacitance increases with decreasing thickness when external pressure is applied. As described above, the tack-free capacity type pressure sensor made of a polyurethane nanofiber web can realize a high sensitivity compared to a pressure sensor formed of a polyurethane foam sheet in the past, can be made thinner with a nanoscale thickness, and has a low hysteresis curve It is possible to utilize it in more fields.
또한, 상기 절연층은, 적층되어 있는 압전성 압력센서와 압정전용량형 압력센서 상호간을 절연시키기 위해 상기 제2전극과 제3전극 사이에 형성되는 내부 절연층(310)과, 외부로 노출되는 상기 압전성 압력센서와 압정전용량형 압력센서의 일면을 절연시키기 위해 상기 제1전극 상면과 상기 제4전극 저면에 각각 형성되는 외부 절연층(320)을 포함하여 구성된다.The insulating layer may include an inner insulating
이와 같이 상기 내부 절연층(310)에 의해 압전성 압력센서에서 발생되는 압전신호와 압정전용량형 압력센서에서 발생되는 압정전용량신호는 서로 영향을 미치지 않으면서 상기 압전신호 증폭기(400)와 압정전용량신호 처리부(500)에서 독립적으로 처리되므로, 빠른 주기의 동적인 압력과 정적인 압력 및 느린 주기의 동적인 압력을 모두 정확하게 감지할 수 있게 된다.
As described above, the piezoelectric signal generated by the piezoelectric pressure sensor and the tack capacitive capacitance signal generated by the tack capacitive type pressure sensor by the inner insulating
다음에는 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 나노섬유 웹을 이용한 하이브리드 압력센서를 신발 안창에 부착하여 트레드밀에서 걷는 동안 측정된 압전신호와 압정전용량신호를 통하여 운동정도를 확인하는 것을 설명한다.Next, a hybrid pressure sensor using the nanofiber web according to the present invention configured as described above is attached to a shoe insole to confirm the degree of motion through a measured piezoelectric signal and a tack free capacity signal while walking on a treadmill.
도 4는 본 발명에 따른 나노섬유 웹을 이용한 하이브리드 압력센서를 신발 안창에 부착한 후 압정전용량신호를 측정한 것을 나타내는 예시도이고, 도 5는 본 발명에 따라 신발 안창에 부착된 3개의 하이브리드 압력센서 각각으로부터 측정된 (A) 압정전용량신호와 (B) 압전신호를 나타내는 그래프이며, 도 6은 본 발명에 따라 3km/h와 5km/h의 속도를 걸을 때 신발 안창에 부착된 제3하이브리드 압력센서에서 각각 측정된 (A) 압정전용량신호와 (B) 압전신호를 나타내는 그래프이다.FIG. 4 is an exemplary view showing a measurement of a tractive capacity capacity signal after a hybrid pressure sensor using the nanofiber web according to the present invention is attached to a shoe insole. FIG. FIG. 6 is a graph showing the (A) tractive capacity signal and the (B) piezoelectric signal measured from each of the pressure sensors. FIG. (A) and (B) piezoelectric signals measured by the hybrid pressure sensor, respectively.
도 4의 (B)에 도시된 바와 같이 좌측과 우측 신발 안창 각각에 3개씩의 하이브리드 압력센서를 부착시킨 후, (A)에 도시된 바와 같이 착화한다. 이때 도 4의 (A)에는 운동화 일측에 하이브리드 압력센서에서 감지된 압전신호나 압정전용량신호를 수신하여 처리하기 위해 전기적인 연결이 이루어진 것을 나타내었으나, 이는 본 발명에 따른 하이브리드 압력센서의 실험을 위한 것일 뿐인바, 별도의 신호처리수단이나 근거리 통신수단을 신발에 구비한 후 이를 통하여 하이브리드 압력센서에서 감지된 압전신호나 압정전용량신호를 사용자의 스마트 단말기 등으로 전송할 수 있게 하여 사용의 편의성을 향상시킬 수 있음은 물론이다.As shown in FIG. 4 (B), three hybrid pressure sensors are attached to each of the left and right shoe inlets, and then, they are ignited as shown in (A). 4A shows that the electric connection is made to receive and process the piezoelectric signal or the tractive capacity signal sensed by the hybrid pressure sensor on one side of the sneaker, but this is an experiment of the hybrid pressure sensor according to the present invention. A separate signal processing means or a short distance communication means may be provided in the shoe and then the piezoelectric signal or tack capacity capacitance signal sensed by the hybrid pressure sensor may be transmitted to the user's smart terminal or the like, Of course, can be improved.
이때, 신발 안창에 설치되는 하이브리드 압력센서는 도 4의 (B)에 도시된 바와 같이, 신발을 착용하고 서 있거나 걸을 때 체중이 가장 많이 실리게 되는 뒤쪽 부분에 1개를 설치하고, 걸을 때 상대적으로 넓은 영역에 걸쳐 가압되는 앞쪽 부분에 2개를 설치하는 것이 바람직하다. 이러한 하이브리드 압력센서는 좌측과 우측 신발 안창에 모두 설치됨으로서, 서있거나 걸을 때 체중이 실리면서 압력이 가해지는 것을 좌측과 우측에 대하여 비교할 수 있게 하여, 올바른 걸음걸이나 운동자세를 교정하기 위한 데이터로 활용할 수 있는 등 스마트 슈즈로서의 활용성을 향상시킬 수 있게 된다.In this case, as shown in FIG. 4 (B), the hybrid pressure sensor installed in the insole of the shoe is provided with one piece at the rear portion where the weight is most increased when standing or walking with shoes, It is preferable to install two of them in the front portion pressed against the large area. This hybrid pressure sensor is installed in both the left and right shoe insole, allowing comparison of the left and right pressures caused by weight gain when standing or walking, and data for correcting gait or exercise posture It is possible to improve the usability as a smart shoe.
이와 같이 신발 안창에 설치되는 하이브리드 압력센서는 우수한 유연성과, 내구성을 가지면서도 가볍기 때문에 체중을 측정하거나 걷거나 뛰는 패턴을 측정하기 위해 신발에 삽입되더라도 걷거나 뛰는 동안 불편함을 느끼지 않을 수 있게 된다.As such, the hybrid pressure sensor installed in the shoe insole is lightweight with excellent flexibility and durability, so that even if it is inserted into the shoe to measure the weight or measure the walking or running pattern, the user can feel uncomfortable during walking or running.
이와 같이 하이브리드 압력센서가 설치된 신발 안창이 삽입된 신발을 착용하고 5km/h의 속도로 이동하는 트래드밀에서 걸을 때, 상기 하이브리드 압력센서를 이루는 압전성 압력센서와 압정전용량형 압력센서에서 측정되는 압전신호(Piezoelectricity)와 압정전용량신호(Piezocapacitance)가 도 5에 도시되어 있다. 이때, 도 5에서는 좌측 신발에 설치되는 3개의 하이브리드 압력센서(①, ②, ③)를 각각 채널 1(ch-1), 채널 2(ch-2) 및 채널 3(ch-3)로 지칭하여 각각에서 측정되는 압전신호와 압정전용량신호를 도시하였다.When the hybrid shoe is worn on a treadmill moving at a speed of 5 km / h while wearing a shoe with shoes fitted with a hybrid pressure sensor, a piezoelectric pressure sensor constituting the hybrid pressure sensor and a piezoelectric sensor The signal Piezoelectricity and Piezocapacitance are shown in Fig. 5, the three hybrid pressure sensors (1, 2, and 3) provided in the left shoe are referred to as channel 1 (ch-1), channel 2 (ch-2), and
도 5에 의하면 우측 발의 뒤쪽에 위치하는 채널 3(ch-3)의 압력센서에서 측정되는 신호가 먼저 감지됨을 알 수 있으며, 그 이후에 채널 2(ch-2)와 채널 1(ch-1)의 압력센서에서 측정되는 신호가 연속적으로 감지됨을 알 수 있다. 따라서, 걷는 동안 채널 3, 채널 2 및 채널 1의 연속적인 순서로 반복되는 신호가 감지됨을 알 수 있게 된다.5, it can be seen that the signal measured by the pressure sensor of the channel 3 (ch-3) located at the rear of the right foot is detected first, and then the channel 2 (ch-2) It can be seen that the signal measured by the pressure sensor of the sensor is continuously detected. Thus, it can be seen that during walking a repeated signal is detected in successive order of
또한, 채널 2의 압력센서는 채널 1의 압력센서와 아주 가깝게 위치하므로, 채널 2와 채널 1의 압력센서들에서 최고값이 측정되는 피크타임(peak time)의 차이가 아주 작음을 확인할 수 있지만, 채널 2와 채널 3의 압력센서들에서 최고값이 측정되는 피크타임(peak time)은 시속 5km/h로 걸을 때 약 0.3초의 차이가 발생하게 됨을 확인할 수 있다.Also, since the pressure sensor of
도 6에서는 트레드밀을 걷는 속도에 따라 채널 3의 압력센서로부터 측정되는 압전반응신호(piezo-response signals)인 압전신호(Piezoelectricity)와 압정전용량신호(Piezocapacitance)를 나타낸다.FIG. 6 shows piezoelectric signals (Piezoelectricity) and Piezocapacitance, which are piezo-response signals measured from the pressure sensor of the
도 6에 의하면, 압력센서의 종류에 관계없이 걷는 속도의 증가함에 따라 압력센서에서 측정되는 주기가 빨라짐을 확인할 수 있게 된다. 따라서, 도 6으로부터 실험자가 3km/h의 속도로 걸을 때, 한 시간 동안 4,336걸음(4,336 steps/h)을 걷게 됨을 알 수 있으며, 한 걸음 동안에는 0.693미터(0.693 m/step)를 이동하게 됨을 산출할 수 있게 된다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the period measured by the pressure sensor increases as the walking speed increases regardless of the type of the pressure sensor. Therefore, it can be seen from FIG. 6 that when the experimenter walked at a speed of 3 km / h, he would walk 4,336 steps (4,336 steps / h) for one hour and 0.693 meters (0.693 m / step) .
또한, 실험자가 5km/h의 속도로 걸을 때에는, 한 시간 동안 6,656걸음(6,656 steps/h)을 걷게 됨을 알 수 있으며, 한 걸음 동안에는 0.751미터(0.751 m/step)를 이동하게 됨을 산출할 수 있게 된다.Also, when the experimenter walked at a speed of 5 km / h, he could walk 6,656 steps (6,656 steps / h) for one hour, and calculate 0.751 meters (0.751 m / step) do.
이와 같이 CF2 쌍극자의 변화로 인하여 아주 넓은 범위의 주파수까지 동적인 압력만을 측정할 수 있는 PVDF 나노섬유 웹 기반의 압전성 압력센서와, 폴리우레탄(PU) 나노섬유 웹의 두께 변화로 인한 정전용량의 변화를 통하여 정적인 압력과 비교적 낮은 주파수의 동적인 압력을 측정할 수 있는 폴리우레탄(PU) 나노섬유 웹 기반의 압정전용량형 압력센서를 적층하여 하나의 하이브리드 압력센서를 구현함으로써, 동일 지점에 빠른 주기로 반복하여 가해지는 동적인 압력뿐만 아니라, 정적인 압력과 느린 주기로 반복하여 가해지는 동적인 압력까지도 모두 측정할 수 있게 된다.Thus, PVDF nanofiber web-based piezoelectric pressure sensors that can measure dynamic pressure up to a very wide range of frequencies due to changes in CF 2 dipole, and capacitive pressure sensors based on polyurethane (PU) nanofiber web thickness By incorporating polyurethane (PU) nanofibrous web-based tack-free capacitive pressure sensors that can measure static pressure and dynamic pressure at relatively low frequencies through the change, a single hybrid pressure sensor can be built, It is possible to measure not only the dynamic pressure repeatedly applied at a fast cycle but also the static pressure and the dynamic pressure repeatedly applied at a slow cycle.
이때, 상기 PVDF 나노섬유 웹 기반의 압전성 압력센서에서 CF2 쌍극자의 변화로 생성되는 압전신호(Piezoelectric signal)는 양의 값과 음의 값을 모두 갖게 되므로, 측정이 이루어졌던 시간에 대하여 그대로 적분할 경우 그 값이 0이 되는바, 측정된 압전신호의 값을 정류한 후 적분함으로써 시간의 흐름에 따른 에너지 소비정도를 올바르게 산출할 수 있게 된다.At this time, in the piezoelectric pressure sensor based on the PVDF nanofibrous web, the piezoelectric signal generated by the change of the CF 2 dipole has a positive value and a negative value, so that the time of the measurement is directly integrated , The value of the measured piezoelectric signal is rectified and integrated so that the degree of energy consumption over time can be calculated correctly.
또한, 상기 폴리우레탄(PU) 나노섬유 웹 기반의 압정전용량형 압력센서에서 압착에 의한 전극 사이의 거리변화로 변경되는 압정전용량신호(Piezocapacitance signal)의 경우 외부압력에 의한 두께 변화로 양의 신호만이 생성되기 때문에, 측정이 이루어졌던 시간에 대하여 그대로 적분하면 걷는 경우보다 압력이 인가된 상태로 가만히 있는 경우에 더 큰 값이 산출될 우려가 있게 된다.In the case of the piezocapacitance signal which is changed by the distance between the electrodes due to compression in the pressure-sensitive full-capacity pressure sensor based on the polyurethane (PU) nanofiber web, Only a signal is generated. Therefore, if the measurement is integrated directly with respect to the time when the measurement is performed, a larger value may be calculated when the pressure is still applied in a state where the pressure is applied rather than when walking.
그러므로, 상기 폴리우레탄(PU) 나노섬유 웹 기반의 압정전용량형 압력센서에서 측정된 압정전용량신호의 기울기에 대한 절대값(
이처럼, 본 발명에 따른 하이브리드 압력센서는 하나의 센서를 이용함으로써 체중에 의해 가해지는 정적인 압력과, 정적인 압력이 가해지고 있던 동일 지점에 걷거나 뛰는 동안 일정주기를 갖고 반복적으로 가해지는 동적인 압력을 모두 측정할 수 있으므로, 신발 안창에 설치되어 족압을 측정하고 그 족압을 바탕으로 에너지 소비정도를 측정하기 위한 스마트 슈즈 또는 스마트 안창으로서의 활용성을 향상시킬 수 있게 된다.As described above, the hybrid pressure sensor according to the present invention is a hybrid pressure sensor in which a static pressure applied by a body weight by using one sensor and a dynamic pressure applied repeatedly with a constant period while walking or jumping at the same point where static pressure is applied It is possible to improve the usability as a smart shoe or smart insole for measuring the foot pressure and measuring the degree of energy consumption based on the foot pressure.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.
100 압전성 압력센서 110 PVDF 나노섬유 웹
120 제1전극 130 제2전극
200 압정전용량형 압력센서 210 폴리우레탄(PU) 나노섬유 웹
220 제3전극 230 제4전극
310 내부 절연층 320 외부 절연층
400 압전신호 증폭기 500 압정전용량신호 처리부100
120
200 Tensile
220
310 inner insulating
400
Claims (5)
상기 압전성 압력센서의 일면에 적층되며, 외부에서 인가되는 압력에 의해 전기방사로 형성된 나노섬유 웹이 압착되면서 유발되는 두께 변화에 의해 변경된 압정전용량신호(Piezocapacitance signal)에 의해 정적인 압력이나 느린 주기의 압력변화를 감지하는 압정전용량형 압력센서; 및
상기 압전성 압력센서와 압정전용량형 압력센서 각각을 절연시키는 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹을 이용한 하이브리드 압력센서.A piezoelectric pressure sensor comprising a nanofiber web formed by electrospinning and sensing a dynamic pressure of a fast cycle by a piezoelectric signal generated by a change of a dipole caused by an external applied pressure;
The piezoelectric pressure sensor is laminated on one side of the piezoelectric pressure sensor. The piezoelectric pressure sensor generates static pressure or a slow cycle due to a piezocapacitance signal, which is changed due to a change in thickness caused by compression of the nanofiber web formed by electrospinning. A full-displacement pressure sensor for sensing a change in pressure of the pressure sensor; And
And a dielectric layer for insulating each of the piezoelectric pressure sensor and the tractive force capacitive pressure sensor from each other.
상기 압전성 압력센서의 일단에 연결되어 빠른 주기로 인가된 압력에 의해 발생된 압전신호를 증폭하는 압전신호 증폭기; 및
상기 압정전용량형 압력센서의 일단에 연결되어 동적인 압력이나 느린 주기로 인가되는 압력에 의해 변경된 압정전용량신호를 처리하는 압정전용량신호 처리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹을 이용한 하이브리드 압력센서.The method according to claim 1,
A piezoelectric signal amplifier connected to one end of the piezoelectric pressure sensor for amplifying a piezoelectric signal generated by a pressure applied at a rapid cycle; And
And a tack capacity capacitance signal processor connected to one end of the tack capacitive pressure sensor for processing the tack capacitive capacitance signal changed by a dynamic pressure or a pressure applied at a slow cycle. Hybrid pressure sensor.
상기 압전성 압력센서는,
압전성 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 용액을 전기방사하여 형성된 PVDF 나노섬유 웹(PVDF nanofiber web); 및
상기 PVDF 나노섬유 웹의 상부와 하부에 각각 형성되는 제1전극과 제2전극으로 이루어진 압전 전극부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹을 이용한 하이브리드 압력센서.3. The method of claim 2,
The piezoelectric pressure sensor includes:
A PVDF nanofiber web formed by electrospinning a piezoelectric polyvinylidene fluoride (PVDF) solution; And
And a piezoelectric electrode part composed of a first electrode and a second electrode formed on upper and lower sides of the PVDF nanofiber web, respectively.
상기 압정전용량형 압력센서는,
폴리우레탄(PU) 용액을 전기방사하여 다수의 기공을 내포하도록 형성되어 있는 폴리우레탄 나노섬유 웹; 및
상기 폴리우레탄 나노섬유 웹의 상부와 하부에 각각 형성되는 제3전극과 제4전극으로 이루어진 압정전용량 전극부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹을 이용한 하이브리드 압력센서.The method of claim 3,
The tack free capacity type pressure sensor includes:
A polyurethane nanofiber web formed by electrospunning a polyurethane (PU) solution to contain a plurality of pores; And
And a tack free capacitive electrode portion having a third electrode and a fourth electrode formed on upper and lower portions of the polyurethane nanofiber web, respectively.
상기 절연층은,
적층되어 있는 압전성 압력센서와 압정전용량형 압력센서 상호간을 절연시키기 위해 상기 제2전극과 제3전극 사이에 형성되는 내부 절연층; 및
외부로 노출되는 상기 압전성 압력센서와 압정전용량형 압력센서의 일면을 절연시키기 위해 상기 제1전극 상면과 상기 제4전극 저면에 각각 형성되는 외부 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹을 이용한 하이브리드 압력센서.5. The method of claim 4,
Wherein the insulating layer
An inner insulating layer formed between the second electrode and the third electrode to insulate the piezoceramic pressure sensor and the tack free capacity pressure sensor from each other; And
And an outer insulating layer formed on the top surface of the first electrode and the bottom surface of the fourth electrode to insulate one surface of the piezoelectric pressure sensor and the tack capacitive type pressure sensor exposed to the outside, Hybrid pressure sensor using.
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