KR101509264B1 - 전위차계 - Google Patents

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오토 복 헬스케어 프로덕츠 게엠베하
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Abstract

본 발명은 (a) 원주의 테두리(16)에 의해 경계가 이뤄진 접촉 단부(14)를 각각 구비하고, 그들 테두리(16)들 각각의 절단부(18, 20)에 의해 평면에 서로 인접하는 적어도 두 개의 전기적으로 전도성이 있는 세그먼트들(12); 및 제 1 세그먼트 내의 제 1 접촉점(P1)을 상기 제 1 세그먼트와 다른 제 2 세그먼트 내의 적어도 하나의 제 2 접촉점(P2, P3)과 전기적으로 연결하기 위한 연결 장치(38)를 포함하는 전위차계에 관한 것이다.
전위차계, 전기 접점, 회전 각, 확장 각

Description

전위차계{Potentiometer}
본 발명은 (a) 원주의 테두리(circumferential edge)에 의해 범위가 설정된 접촉면들(contact side)을 각각 구비하고, 각각 원주 테두리의 절단부(section)가 평평하도록 서로 인접한 적어도 두 개의 전기적으로 전도성이 있는 세그먼트들(segment); 및 (b) 제 1 세그먼트 내의 제 1 접촉점을 제 1 세그먼트와 다른 제 2 세그먼트 내의 적어도 하나의 제 2 접촉점에 전기적으로 연결하기 위한 연결 장치를 포함하는 전위차계와 본 발명에 따른 전위차계를 이용한 구성요소의 각 위치(angular position) 확인 방법에 관한 것이다.
전위차계들은 각 위치를 측정하기 위해 즉, 다른 것에 대해 하나의 몸체의 회전(twisting)을 확인하기 위해 자주 사용된다. 모든 각 위치들이 측정될 수 있도록, 즉, 사각(dead angle)이 발생하지 않도록 하기 위해서는, 종래의 전위차계들을 변경할 필요가 있다. 사각이 없는 전위차계는 예를 들면, 한국 공개특허 제10-2001-99256호에 개시되어 있다. 이곳에 개시된 전위차계의 결점은 캡슐화가 어렵다는 것이다. 이에 따라, 더러워지기 쉽다. 다른 결점은 전위차계의 양쪽 부분이 전 류를 전송하는 것이고, 그로 인해, 전위차계는 에러가 발생하기 쉽다.
독일 특허 제34 27 000호는 두 개의 와이퍼(wiper)들이 서로 연결되어 출력 증폭기에 연결된 문제의 형태의 전위차계를 개시하고 있다. 두 개의 와이퍼에 의해 구성요소들에 가해진 전기 전류는 와이퍼로 만들어진 접촉과 함께 구성요소들에서 다른 구성요소로 연결되고, 상기 다른 구성요소에서 스피커(loudspeaker)에 공급된다. 이곳에 기술된 전위차계의 결점은 와이퍼 접촉이 회전 중심점에서 전류원에 연결될 필요가 있다는 것이다. 이 지점에서 변하는 전기 저항은 체계적인 측정 에러가 된다. 또 다른 결점은 전위차계가 0 내지 180°의 각도 범위에서 동작 될 수 있다는 것이다. 그러므로, 그것은 임의의 각도로 배치될 필요가 있는 발명에 대해 사용될 수 없다.
독일 특허 제10 2005 021 890호는 세 개의 동축 전도체들을 구비하는 전위차계를 개시하고 있다. 회전 가능하게 설치된 두 개의 암(arm)들은 두 개의 전도체들을 각각 서로 연결하기 위해 사용될 수 있다. 세 개의 전도체들 중 하나의 중심점은 증가된 전기 저항을 갖는데, 이는 암에 대한 회전 위치를 추측하기 위해 외부와 내부 전기 전도체 사이의 전기 저항을 사용하는 게 가능하다는 것을 의미한다. 전위차계의 결점은 그의 복잡한 설계이다.
독일 특허 제43 39 931호는 자동차 변속기(motor vehicle transmission)의 기어 선택 레버용 위치 센서를 개시하고 있다. 위치 센서의 결점은 회전 운동을 감지하기에 적합하지 않다는 것이다.
발명은 모든 각도에서 구성요소의 각 위치를 감지하기 위해 사용될 수 있는 강한 전위차계를 제안하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전기 접점(electrical contact)이 두 개의 개별 세그먼트들 사이에 항상 배치된 문제의 형태의 전위차계에 의해 문제를 해결한다.
두 번째 관점에 따라, 본 발명은 (a) 구성요소가 이전 청구항들 중 어느 하나에서 청구된 연결 장치 또는 전위차계의 세그먼트에 기계적으로 연결되는 단계; (b) 전기 전류가 적어도 하나의 세그먼트를 통해 흐르도록 전류원 또는 전압원이 전위차계에 연결되는 단계; (c) 전류를 기반으로 전위차계의 일부에 가해지는(drop across) 적어도 하나의 제 1 전압이 확인되는 단계; (d) 상기 적어도 하나의 전압이 연결 장치에 대한 회전 위치를 확인하기 위해 사용되는 단계; 및 (e) 연결 장치의 회전 위치가 구성요소의 각 위치를 확인하기 위해 사용되는 단계를 포함하는 구성요소에 대한 각 위치 확인 방법에 의해 문제를 해결한다.
본 발명에 따른 전위차계의 특징은 회전 가능하게 설치된 구성요소에서 꺼내 지기 위한 전류 또는 전압이 필요하지 않은 것이다. 그것은 단지 세그먼트들 또는 연결 장치 중 어느 하나로 전기 접점을 만드는 게 가능하다. 이것은 전위차계가 두드러지게 강인해진다는 것을 의미한다. 다른 장점은 제조가 간단하여 제조비용이 저렴하다는 것이다. 또한, 그것은 전위차계의 자유로운 설계(open design)를 가능하게 한다.
또 다른 장점은 평면 설계(flat design)로 제조될 수 있다는 것이다. 다른 장점은 회전 가능하게 설치된 구성요소들이 캡슐 안에 필요하지 않도록 전위차계가 캡슐화될 수 있다는 것이다. 이로 인해, 물에서 쉽게 사용될 수 있는 고장 내성(fault-resistant) 전위차계가 얻어진다.
본 발명의 문맥에서, 연결 장치는 두 개의 접촉점들을 서로 명확하게 전기적으로 연결하는 게 가능하나, 필요한 것은 아니다. 예를 들면, 또한, 연결 장치는 세 개의 접촉점들을 서로 명확하게 연결하는 게 가능하다. 또한, 연결 장치가 접촉점들을 서로 영원히 연결하는 게 가능하나, 필요한 것은 아니다. 그러므로, 접점이 간헐적으로 접촉점으로 이루어지지 않는 연결 장치를 사용하는 게 가능하다. 상기 연결 장치는 두 개의 접촉점들을 전기적으로 바이패스(bypass) 할 수 있다. 즉, 연결 장치는 그들을 전위차계의 다른 전기 저항에 비해 낮은 저항과 연결할 수 있고, 그에 따라 바이패스 장치로 동작한다. 그 대신, 상기 연결 장치는 전류가 두 접촉점들을 통해 흐르도록 외부회로에 연결될 수 있는 연결 장치에 의해 접촉점들을 연결할 수 있다. 이 경우, 상기 연결 장치는 연결 장치가 외부회로에 연결되지 않을 때 두 개의 접촉점들이 서로 전기적으로 절연되는 형태일 것이다.
특히, 고리 모양으로 폐쇄된 세그먼트의 배열은 이러한 방법으로 배열된 세그먼트들이 수학적으로 하나씩 결속되지 않는 영역을 형성하는 것을 의미한다는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 상기 영역은 이중으로 결속될 것이다. 이를 위해, 환상 배열(annular arrangment)은 중심점에 홀을 구비하는 게 가능하나, 필요한 것은 아니다. 더욱이, 그것은 정확한 근사치의 전류가 세그먼트들 사이의 중심점을 통해 흐르지 않는 세그먼트들이 환상 배열을 형성할 경우에 충분하다.
특히, 전류원은 소정(prescribed) 전압 또는 소정 전류에서 두 접점들에 전기 전류를 제공하기 위해 사용될 수 있는 장치를 의미한다는 것을 알 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 세그먼트들은 폐쇄된 배열, 특히 고리모양으로 폐쇄된 배열을 형성한다. 이 경우, 회전하는 전위차계는 각도를 측정하기 위해 특히 효과적으로 사용될 수 있도록 얻어진다. 그러나, 세그먼트들을 폐쇄된 배열로 형성할 필요는 없다. 또한, 세그먼트들은 연속으로 배열하여 열로 형성하는 게 가능하다.
바람직하게, 전위차계는 모든 세그먼트들을 통해 흐르는 전기 전류를 가하기 위해 사용될 수 있는 전기 접점들을 포함한다. 전기 접점들에 의해 가해진 전류가 모든 세그먼트들을 통해 끊임없이 흐를 필요는 없다. 예를 들면, 하나의 위치에서 연결 장치는 전기 전류가 이 세그먼트를 통해 흐르지 않거나 또는 단지 매우 작은 비율로 세그먼트를 통해 흐르도록 전체 세그먼트들을 바이패스 하는 게 가능하다. 특히, 한 쌍의 전기 접점들은 모든 세그먼트들을 통해 흐르는 전기 전류를 가하기 위해 사용될 수 있는 연결 장치의 위치가 되기에 충분하다.
바람직한 일 실시예에서, 상기 접촉면들은 평평하고, 공통의 접촉면에 배치된다. 다시 말해, 이는 세그먼트들이 서로 인접하여 그들이 연속으로 부드러운 공통면을 형성한다는 것을 의미한다. 이 경우, 상기 연결 장치는 쉽게 공통의 접촉면 위에 미끄러져 들어갈 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 각각의 세그먼트들은 두 개의 인접 평면(neighbor flush)에 정확히 인접한다. 이는 고리 모양으로 폐쇄된 배열이 된다. 특히, 이 배열에서 각각의 세그먼트는 그들이 서로 인접한 위치에서 양쪽의 인접면들에 전기적으로 연결된다. 그러나, 각각의 세그먼트가 두 개의 인접면에 정확히 인접할 필요는 없다.
바람직한 일 실시예에서, 세그먼트들은 원형 링 세그먼트(circuit ring segment)를 형성한다. 이들 원형 링 세그먼트들은 외부 반경과 내부 반경 사이의 차이에 대응하는 링 폭과 함께 폐쇄된 링을 형성한다. 그때, 각각의 원형 세그먼트는 일부 원둘레에 두 개의 경계 만곡부(boundaries bent)와 원형 링의 중심점에서 만나는 직선에서 경계 러닝의 확장과 함께 직선에서 두 개의 경계 러닝(boundaries running)을 구비한다.
먼저, 세그먼트들은 각각 동일한 크기이다. 그 결과, 제조하기에 특히 단순한 설계가 얻어진다. 세그먼트 내의 고유 전기 저항은 일정한 게 바람직하다. 고유 전기 저항은 소정 간격에서 세그먼트의 두 개의 접촉점들 사이에서 나타나는 전기 저항을 나타낸다. 먼저, 두 개의 인접 세그먼트들의 고유 전기 저항은 다르다. 이 경우, 저항 차이의 크기는 10%보다 크고, 예를 들면, 100%보다 크다. 또한, 두 개의 인접 세그먼트들의 고유 전기 저항은 서로의 크기가 되는 게 가능하다.
먼저, 모든 세그먼트들에서의 고유 전기 저항은 다르다. 이것은 개별 세그먼트들 사이의 전압 측정값이 연결 장치의 회전 위치를 확인하기 위해 사용되는 게 단순하다는 것을 의미한다.
먼저, 연결 장치는 전위차계의 다른 저항들에 비해 두 개의 접촉점들 사이의 저항이 낮도록 두 개의 접촉점들을 정확히 우회한다. 그 결과 연결 장치에 대한 각 위치를 확인하기 위한 전압 신호를 쉽게 평가할 수 있다.
먼저, 연결 장치는 회전의 중심점은 원형 링 중심점과 일치하는 회전의 중심점에 회전 가능하게 설치된다. 이 경우, 전위차계에 의해 확인된 전압 결과는 연결 장치가 회전 중심점의 주위에 제공되는 회전 각으로 쉽게 바뀔 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 연결 장치는 두 개의 개별 접촉점들이 확장 각에 의해 회전의 중심점으로부터 오프셋되고(offset), 확장 각의 적어도 하나가 결합된 접촉점들이 하나의 세그먼트에 배치되지 않는 크기인 세그먼트들의 접촉점들을 전기적으로 연결하기 위한 접촉점들을 만들도록 설계된다. 이것은 불명료한 것을 방지하고, 전위차계에서 측정된 전압들이 연결 장치의 회전 위치를 명백하게 확인하기 위해 항상 사용될 수 있다는 것을 의미한다.
바람직하게, 상기 연결 장치는 접촉점에서 압력에 의해 세그먼트들의 하나와 함께 전기 접점을 초래할 수 있도록 전기적으로 전도성이 있는 세그먼트들에 대해 배열된 폐쇄된 연성 전도체(flexible conductor)를 포함한다. 이를 위해, 예를 들면, 연성 전기 전도체는 세그먼트들의 접촉면에서 물리적인 거리에 배열된다. 접촉점에서의 압력은 연성 전도체를 변형시키고, 세그먼트의 접촉면과 접촉시킨다. 만약, 압력이 제 2 지점에서 연성 전도체에 똑같이 공급된다면, 상기 연성 전도체는 두 지점에서 세그먼트들과 접촉하여 둘 사이에 전기 접점을 만든다. 바람직하게, 연성 전도체는 낮은 전기 저항을 갖는다. 예를 들면, 연성 전도체의 고유 전기 저항은 세그먼트들의 고유 전기 저항에 비해 낮다.
세그먼트들과 연결 장치 특히, 연성 전도체의 일부들은 연성 자켓에 의해 액상 고정 방법으로 둘러싸여 진다. 이것은 액상 고정 회전 센서를 제조하기 위해 사용될 수 있는 액상 고정 전위차계가 된다.
발명에 따라, 전위차계는 적어도 두 개의 접촉점에서 연성 전도체에 압력을 공급하기 위한 결합 수단을 포함한다. 예를 들면, 이 결합 수단은 연결 장치의 일부이다. 예를 들면, 결합 장치는 회전하는 결합 장치가 제 1 세그먼트의 제 1 접촉점을 두 개의 변하는 접촉점들에서 제 2 세그먼트의 제 2 접촉점과 연결하는 연성 전도체가 되도록 회전 가능하게 설치된다. 이 경우, 결합 장치의 회전 위치는 세그먼트들이 액상 고정 자켓들에 의해 둘러싸여 지는 액정 환경에서 감지되는 게 가능하다.
바람직한 일 실시예에서, 전위차계는 전압 확인 장치와 두 개의 개별 접점을 전류원에 연결하고, 두 개의 접점을 전압 확인 장치에 연결하도록 설계된 컨트롤러를 포함한다. 이 경우, 컨트롤러는 아래에 상세히 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 설계된다. 접촉점들은 연결 장치 위에서 세그먼트들 또는 접점들과 연결된 접점들일 것이다.
바람직한 일 실시예에서, 연결 장치는 제 1 세그먼트에 있는 제 1 접촉점을 제 1 세그먼트와 다른 제 2 세그먼트에 있는 제 2 접촉점과 하나의 제 3 접촉점을 연결한다. 우선, 이러한 제 3 접촉점은 제 1 세그먼트들 및 제 2 세그먼트들과 다른 제 3 세그먼트에 항상 배치된다. 명세서의 이득은 팔 또는 손 보형물(prosthesis)과 같은 보형물에서의 회전 센서 각처럼 본 발명에 따른 전위차계의 사용이다. 캡슐화는 보형물이 물 아래에서 사용될 수 있다는 것을 의미한다.
바람직하게, 본 발명에 따른 방법은 제 1 전압이 한 쌍의 전기 접점들 위에서 확인된 이후 한 쌍의 제 2 전기 접점들에 전기 전류를 공급하는 단계를 포함한다.
이는 방법이 단지 하나의 전류원과 단지 하나의 전압 확인 장치로 이루어질 수 있다는 것을 의미한다. 특히, 방법은 n>1이고, n 개의 쌍들이 각각의 연결 장치의 회전 위치가 하나의 출력 전압들의 결합에 대응하도록 선택된 출력 전기 접점 쌍들 사이의 출력 전압들을 확인하는 단계를 포함한다. 이는 연결 장치의 회전 위치가 명확하게 측정된 전압들에서 결합될 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 전위차계는 두 개, 세 개, 네 개 또는 다섯 개의 접촉점들에서 세그먼트들과 접촉되는 연결 장치를 구비할 것이다. 그러나, 단순 설계의 실시예들은 두 개 또는 세 개의 접촉점들보다 많은 것을 요구하지는 않는다.
본 발명의 바람직한 실시 예는 첨부된 도면을 참조하여 이하 더 상세히 설명된다.
도 1a는 세 개의 세그먼트들과 제 1 위치에 있는 연결 장치를 구비하는 본 발명에 따른 제 1 전위차계의 개략도를 나타내는 도면이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 전위차계의 등가 회로도를 나타내는 도면이다.
도 2a는 연결 장치에 대한 다른 위치를 가진 도 1a에 도시된 전위차계를 나타내는 도면이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 위치를 가진 전위차계에 대한 등가 회로도를 나타내는 도면이다.
도 3a는 연결 장치에 대한 제 3 위치에서 도 1a 및 도 2a로부터의 전위차계를 나타내는 도면이다.
도 3b는 도 3a와 결합된 등가 회로도를 나타내는 도면이다.
도 4a는 연결 장치가 제 1 위치에 있는 본 발명에 따른 전위차계의 제 2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4b는 결합된 등가 회로도를 나타내는 도면이다.
도 5a는 연결 장치가 제 2 위치에 있는 도 4a에 도시된 전위차계를 나타내는 도면이다.
도 5b는 결합된 등가 회로도를 나타내는 도면이다.
도 6a는 연결 장치가 제 3 위치에 있는 도 4a에 도시된 전위차계를 나타내는 도면이다.
도 6b는 결합된 등가 회로도를 나타내는 도면이다.
도 7a는 연결 장치가 제 4 위치에 있는 도 4a에 도시된 전위차계를 나타내는 도면이다.
도 7b는 결합된 등가 회로도를 나타내는 도면이다.
도 8a는 연결 장치가 제 5 위치에 있는 도 4a에 도시된 전위차계를 나타내는 도면이다.
도 8b는 결합된 등가 회로도를 나타내는 도면이다.
도 9a는 연결 장치가 제 6 위치에 있는 도 4a에 도시된 전위차계를 나타내는 도면이다.
도 9b는 결합된 등가 회로도를 나타내는 도면이다.
도 10a는 연결 장치가 제 7 위치에 있는 도 4a에 도시된 전위차계를 나타내는 도면이다.
도 10b는 결합된 등가 회로도를 나타내는 도면이다.
도 11a는 연결 장치가 제 8 위치에 있는 도 4a에 도시된 전위차계를 나타내는 도면이다.
도 11b는 결합된 등가 회로도를 나타내는 도면이다.
도 12a는 연결 장치가 제 9 위치에 있는 도 4a에 도시된 전위차계를 나타내는 도면이다.
도 12b는 결합된 등가 회로도를 나타내는 도면이다.
도 13a는 연결 장치가 제 10 위치에 있는 도 4a에 도시된 전위차계를 나타내는 도면이다.
도 13b는 결합된 등가 회로도를 나타내는 도면이다.
도 14a는 연결 장치가 제 11 위치에 있는 도 4a에 도시된 전위차계를 나타내는 도면이다.
도 14b는 결합된 등가 회로도를 나타내는 도면이다.
도 15a는 연결 장치가 제 12 위치에 있는 도 4a에 도시된 전위차계를 나타내는 도면이다.
도 15b는 결합된 등가 회로도를 나타내는 도면이다.
도 16a 및 도 16b는 도 1a 및 도 4a의 A라인에 따른 절단면을 나타내는 도면이다.
도 17a, 도 17b, 도 18a, 도 18b, 도 19a, 도 19b, 도 20a, 도 20b, 도 21a, 도 21b, 도 22a, 및 도 22b는 본 발명에 따른 전위차계의 제 3 실시예와 각각 결합된 등가 회로도를 나타내는 도면이다.
도 23a 및 도 23b는 연결 장치의 회전 각에서 도 4a 내지 도 15bdp 도시된 전위차계의 접촉들에서의 전압 강하 의존 상태를 나타내는 그래프이다.
도 24는 부분 계산으로부터 얻어지는 도 17a 내지 도 22b에 도시된 전위차계에 대한 회전 각의 360° 이상 전압의 곡선 프로파일이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 전위차계
12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.5, 12.6 : 세그먼트
14 : 접촉면 16 : 테두리
18 : 제 1 절단부 20 : 제 2 절단부
22 : 전기 접점 24 : 전류원
26 : 지지부 28 : 내부 공간 링
30 : 외부 공간 링 32 : 압축막
34 : 연성 전도체 36 : 결합 장치
38 : 연결 장치 40 : 제 1 암
42 : 제 2 암 44 : 제 3 암
46 : 제 1 전류 흐름 접점 48 : 제 2 전류 흐름 접점
50 : 측정 접점 I : 전류
Koutside : 외부 원형 링 반경 Kinside : 내부 원형 링 반경
M : 중심점 φ : 회전 각
α : 확장 각 β : 전진 각
P1, P2, P3 : 지점 r : 저항
U : 전압
도 1a는 각각 접촉면(14.1, 14.2, 14.3)을 구비하는 세 개의 세그먼트들(12.1, 12.2, 12.3)을 가진 전위차계(10)를 나타내는 도면이다. 접촉면(14.1)은 세그먼트(12.1) 주위를 둘러싸는 테두리(16.1)에 의해 범위가 설정된다. 이와 같은 방법으로, 상기 접촉면(14.2)은 테두리(16.2)에 의해 범위가 설정되고, 상기 접촉면(14.3)은 테두리(16.3)에 의해 범위가 설정된다. 동일한 형태의 물체는 각각 연속번호로 사용된 다른 접미사와 함께 동일한 참조 부호를 제공한다.
테두리(16.1)는 제 1 절단부(18.1)와 제 2 절단부(20.1)를 구비한다. 동일한 방법으로, 테두리(16.2) 및 테두리(16.3)는 제 1 절단부(18.2, 18.3) 및 제 2 절단 부(20.2, 20.3)를 구비한다. 세그먼트들(12.1, 12.2, 12.3)은 그들이 서로 전기적으로 접촉되도록 각각 평평하게 서로 인접한 제 1 절단부(18) 및 제 2 절단부(20)를 구비한다. 상기 인접은 원형 링 세그먼트 형상인 세그먼트들(12.1, 12.2, 12.3)이 각각의 세그먼트가 그들의 평평한 접촉을 기반으로 두 개의 인접 세그먼트들에 정확히 전기적으로 연결된 폐쇄된 원형 링을 형성한다는 것을 의미한다.
상기 세그먼트들(12.1, 12.2, 12.3)은 각각 크기가 동일하고, 동일 - 즉, 위치에 독립적인 - 고유 전기 저항을 가진다. 그러므로, 상기 세그먼트(12.1)는 세그먼트(12.2)에 대한 고유 전기 저항(r2)과 세그먼트(12.3)에 대한 고유 전기 저항(r3)과 다른 고유 전기 저항(r1)을 가진다.
두 개의 개별 세그먼트들은 그들 사이에 배치된 전기 접점을 가진다. 그러므로, 전기 접점(22.1)은 세그먼트들(12.1, 12.2) 사이에 배치된다. 전기 접점(22.2)은 세그먼트들(12.2, 12.3)) 사이에 배열되고, 전기 접점(22.3)은 세그먼트들(12.3, 12.1) 사이에 배열된다. 상기 전기 접점들(22.1, 22.2, 22.3)은 개별 세그먼트에 가해지는 전압을 확인하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 어느 하나의 실시예에서, 상기 접점들(22)은 세그먼트 위의 임의의 다른 지점들 예를 들면, 개별 세그먼트 중심점에 배열될 것이다.
전기 접점들(22.1, 22.3)은 전류원(24.1)에 의해 출력될 수 있는 소정의 전류(I)을 가하기 위해 사용될 수 있다. 부가적으로, 전압원(24.2)은 예를 들면, 전기 접점들(22.1, 22.3)에 5V의 소정 전압(U1)을 공급하기 위해 제공된다.
도 1에 도시된 세그먼트들(12.1, 12.2, 12.3)은 전위차계(10)에 대한 위치를 형성한다. 도 16a는 A라인을 따른 절단면을 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 전위차계(10)는 도 16a에는 세그먼트(12.2)만 도시하였으나, 세그먼트들(12.1, 12.2, 12.3)이 장착된 지지부(26)를 포함한다. 외부 원형 링 반경(Koutside)과 내부 원형 링 반경(Kinside)을 따라, 세그먼트들은 지지부(26)로부터의 간격에 덮개(covering membrane)(32)를 지지하는 내부 공간 링(28)과 외부 공간 링(30)에 배열된다. 덮개(32)는 원형 링 형상 모형이고, 세그먼트들(12.1, 12.2, 12.3)로부터의 간격에 있는 은도금 층(silver layer)의 형상으로 그곳에 설치된 연성 전도체(34)를 구비한다.
도 16b에 도시된 바와 같이, 덮개(32) 위에서 결합 장치(36)에 의한 압력은 연성 전도체(34)의 모양을 변형시키고, 그 결과 접촉점에서 개별 세그먼트, 이 경우 세그먼트(12.2)와 접촉된다. 이는 연성 전도체(34)와 세그먼트(12.2) 사이의 전기 접점이 이루어진다. 덮개(32), 연성 전도체(34) 및 결합 장치(36)는 연결 장치(38)의 일부이다. 또한, 부가적으로 연결 장치는 회전가능하게 설치된 공지된 와이퍼 접촉들을 포함할 것이다.
도 1a는 회전 각(φ) 주위를 회전시킬 수 있도록 하기 위해 중심점(M)에 설치된 결합 장치(36)를 나타내는 도면이다. 그 끝단에서 결합 장치(36)는 덮개(32)(도 16b) 위에서 두 개의 접촉점들(P1, P2)에 압력을 가하고, 이로 인해 두 개의 접촉점들(P1, P2)에서 세그먼트들, 도 1a에서 세그먼트들(12.1, 12.2)이 적절히 짧아진다. 아래에 더욱 상세히 설명된 바와 같이, 이들은 두 세그먼트들 사이에 강 하하는 전압을 변경한다.
두 개의 접촉점들(P1, P2)은 세그먼트에 의해 펼쳐진 각도 범위보다 큰 확장(spread) 각(α)(도 1a) 본 발명에서는 120°에 의해 중심점(M)에서 서로 떨어져 있다.
도 1b는 회전 각(φ)과 관련된 전위차계(10)에 대한 등가 회로도를 나타내는 도면이다. 각 세그먼트(12.1, 12.2, 12.3)의 전기 저항은 시계방향으로 돌기 전 접촉점들(P1, P2)과 그 이후의 접촉점들의 전기 저항을 나타내는 두 개의 저항 성분으로 나누어진다. 접미사 "a" 또는 "b"로 표시된 저항 성분의 합계는 세그먼트의 전체 저항(r)에 각각 대응된다. 저항 성분의 크기는 두 개의 접촉점들(P1, P2) 중 어느 하나가 적절한 세그먼트에 배치되도록 제공된 회전 각도(φ)에 의존한다.
도 1b에 도시된 등가 회로도는 키르히호프 법칙에 의해 전압(U1, U2, 및 U3)을 확인하기 위해 사용될 수 있고, 상기 전압들은 소정 전류(I) 또는 소정 전압에 따라 세그먼트들(12.1, 12.2, 12.3)에 가해지며, 전기 접점들(22.1, 22.2, 22.3)을 이용하여 측정될 수 있다. 따라서, 소정 전압(U1)이 제공될 때, 전압들(U2, U3)이 계산될 수 있다.
도 2a는 접촉점(P1)이 세그먼트(12.3) 내에 배치되고, 접촉점(P2)이 세그먼트(12.1) 내에 배치되는 것을 의미하는 다른 회전 각도(φ)에 결합 장치(36)가 있는 전위차계(10)를 나타내는 도면이다. 도 2b에 도시된 등가 회로도가 얻어진다.
도 3a는 제 1 접촉점(P1)이 세그먼트(12.2) 내에 배치되고, 제 2 접촉점(P2)이 세그먼트(12.3) 내에 배치된 결합 장치(36)에 대해 제 3 가능 위치를 나타내는 도면이다. 도 3b에 도시된 등가 회로도가 얻어진다.
도 1b, 도 2b, 및 도 3b에 도시된 등가 회로도는 한 쌍이 회전 각(φ)에 유일하게 응답하는 도시된 각각의 회전 각(φ)에 대해 한 쌍의 제 1 전압(U1)과 제 2 전압(U2)을 포함하는 소정 전류(I) 또는 소정 전압(U)을 확인하기 위해 사용될 수 있다. 세 개의 전압(U1, U2, U3) 중 두 개를 확인함으로써, 회전 각(φ)을 정확하게 예측하는 게 가능하다.
도 4a는 여섯 개의 세그먼트들(12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.5, 12.6)을 가진 본 발명에 따른 전위차계(10)의 제 2 실시예를 나타내는 도면이다. 상기 세그먼트들(12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.5, 12.6)은 제 1 실시예에서 기술된 바와 같이 배열된다. 개별 세그먼트들 사이에는 전기 접점들(22.1, 22.2, 22.3, 22.4, 22.5, 22.6)이 배열된다. 접점들(22.1, 22.4)은 예를 들면, 5V의 전기 전압을 제공하기 위해 두 개의 전기 접점들을 사용하고, 모든 세그먼트들(12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.5, 12.6)을 통해 흐르는 전류(I)가 되는 전압원(도시되지 않음)에 연결된다. 도 4b는 결합 장치(36)가 도 4에 도시된 위치에 있을 때 전위차계(10)의 등가 회로도를 나타내는 도면이다. 저항은 i=1, 2, 3, 4, 5, 6인 곳에서 Ri에 의해 순서대로 표시된다.
도 5a, 도 5b, 도 6a, 도 6b, 도 7a, 도 7b, 도 8a, 도 8b, 도 9a, 도 9b, 도 10a, 도 10b, 도 11a, 도 11b, 도 12a, 도 12b, 도 13a, 도 13b, 도 14a, 도 14b, 도 15a, 및 도 15b는 각각 결합 장치(36)에 대한 다른 가능 위치와 등가 회로도를 나타내는 도면이다. 도 23a 및 도 23b의 설명과 관련하여, 이는 전압들이 다른 회전 각(φ)에 대해 개별 전기 접점들(22.1, 22.2, 22.3, 22.4, 22.5, 22.6) 사이에서 측정될 수 있는 아래의 설명으로 추론된다.
도 17a는 테두리들(16.1, 16.2)을 구비하는 두 개의 세그먼트들(12.1, 12.2)을 구비하는 본 발명에 따른 전위차계(10)의 일 실시예를 나타내는 도면이다. 상기 테두리들(16.1, 16.2)은 그들이 서로 전기 접점에 있도록 각각 그들의 절단부들(18.1, 18.2), 한편으로는 그들의 제 2 절단부들(20.1, 20.2)에서 평평하게 서로 인접한다.
두 개의 세그먼트들(12.1, 12.2)은 연결 장치(38)가 중심점(M) 주위에서 회전할 수 있도록 하기 위해 설치된 중심점(M)에서 원형 링 형상 배열을 형성한다. 상기 연결 장치(38)는 제 1 접촉점(P1), 제 2 접촉점(P2), 및 제 3 접촉점(P3)에서 중심점(M)으로부터 떨어진 그들의 단부(end)에서 각각의 세그먼트와 전기 접점에 있는 제 1 암(40), 제 2 암(42) 및 제 3 암(44)을 구비한다. 이러한 방법으로, 와이퍼 접촉들이 형성된다.
제 1 전류 흐름 접점(current-flow contact)(46) 및 제 2 전류 흐름 접점(48)은 전기 전류(I)를 인가하는 전류원(미도시)에 의해 사용되며, 이때 상기 전기 전류(I)는 전류원으로부터 시작하여, 제 1 암(40)을 거치고, 접촉점(P1)을 통하고, 세그먼트(12.1) 또는 세그먼트(12.1, 12.2)를 통하고, 접촉점(P2) 및 제 2 암(42)을 통하여 다시 전류원으로 들어간다. 제 1 암(40)은 제 1 전류 흐름 접점에서 제 2 전류 흐름 접점까지의 전류 흐름이 단지 두 개의 암들(40, 42)을 관통하지 않도록 제 2 암(42)과 전기적으로 절연된다. 부가적으로, 전기 전류(I) 대신, 두 개의 전류 흐름 접점들(46, 48)에 전기 전압(U)을 제공하는 게 가능하다.
상술한 전기 전류를 기반으로, 전기 전압은 접촉점들(P3, P1)과 접촉점들(P3, P2) 사이에 형성되고, 전압 측정 장치(도시되지 않음)에 의해 측정될 수 있다. 이를 위해, 전압은 각각 측정 접점(50), 제 1 전류 흐름 접점 및 제 2 전류 흐름 접점(48) 사이에서 측정된다.
도 17b는 그곳에 도시된 회전 위치 각(φ)을 가진 도 17a에 도시된 전위차계의 등가 회로도를 나타내는 도면이다. 저항에 대한 기호는 상술한 두 개의 바람직한 실시예의 기호와 동일하다.
도 18a는 다른 환상 위치에서의 전위차계를 나타내는 도면이고, 도 18b는 결합된 등가 회로도를 나타내는 도면이다.
도 19a, 도 19b, 도 20a, 도 20b, 도 21a, 도 21b, 도 22a 및 도 22b는 전송장치의 다른 가능 위치들과 각각의 등가 회로도를 나타내는 도면이다.
제 2 실시예에 대한 회전 각을 기반으로 측정된 전압 계산
도 17b, 도 18b, 도 19b, 도 20b, 도 21b 및 도 22b에 도시된 등가 회로도에서, 소정 전류(I)에 대해 제 1 접촉점(P1)과 제 3 접촉점(P3) 사이 및 제 1 접촉점(P2)과 제 3 접촉점(P3)에서 측정된 전압을 다음과 같이 계산하는 게 가능하다.
계산을 위해, 두 개의 구동 요소들 사이의 확장 각(α)은 90°로 가정된다. 단위 길이에 대한 저항을 위해, 1도 마다 10Ω의 가정된다. 각각의 세그먼트(12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.5, 12.6)는 세그먼트의 저항이 600Ω이라는 것을 의미하는 60°를 포함한다.
도 4a와 같이, 만약, 전압이 연결부들(22.1(U=+5V), 22.4(접지)) 사이에 공급되고, 각(φ)이 0° 내지 30° 사이에서 변한다면, 도 4b와 같은 등가 회로도가 얻어진다.
도 4b에서 저항 성분들은 다음과 같이 계산된다.
r1 = φ×10Ω
r2 = (60 - φ)×10Ω
r3 = 600Ω
r4 = 600Ω
r5 = 600Ω
r6 = (30 + φ)×10Ω
r7 = (30 - φ)×10Ω
r8 = 600Ω
키르히호프 법칙은 접점(22.2)과 접지 사이의 전압(U1), 접점(22.3)과 접지 사이의 전압(U2), 접점(22.5)과 접지 사이의 전압(U3), 및 접점(22.6)과 접지 사이의 전압(U4)에 대한 전압 프로파일(0°≤φ≤30°의 범위에 있는 도 23a에 도시된)을 얻기 위해 사용된다.
만약, 전압이 연결부들(22.1(U=+5V), 22.4(접지)) 사이에 공급되고, 각(φ)이 도 5a와 같이 30° 내지 60° 사이에서 변한다면, 도 5b와 같은 등가 회로도가 얻어진다. 도 5b에서의 저항 성분들은 아래와 같이 계산된다.
r1 = φ×10Ω
r2 = (60 - φ)×10Ω
r3 = 600Ω
r4 = 600Ω
r5 = 600Ω
r6 = 600Ω
r7 = (φ - 30)×10Ω
r8 = (90 - φ)×10Ω
키르히호프 법칙은 도 23a와 같이 30°≤φ≤60°의 범위에 있는 전압 프로파일을 얻기 위해 사용된다.
만약 각(φ)이 도 6a과 같이 60° 내지 90° 사이에서 변한다면, 도 6b와 같은 등가 회로도가 얻어진다. 도 6b에서의 저항 성분들은 다음과 같이 계산된다.
r1 = 600Ω
r2 = (φ - 60)×10Ω
r3 = (120 - φ)×10Ω
r4 = 600Ω
r5 = 600Ω
r6 = 600Ω
r7 = (φ - 30)×10Ω
r8 = (90 - φ)×10Ω
키르히호프 법칙은 도 23a와 같이 60°≤φ≤90°의 범위에 있는 전압 프로파일을 얻기 위해 사용된다.
만약, 각(φ)이 도 7a와 같이 90° 내지 120° 사이에서 변한다면, 도 7b와 같은 등가 회로도가 얻어진다. 도 7b에서의 저항 성분들은 다음과 같이 계산된다.
r1 = (φ - 90)×10Ω
r2 = (150 - φ)×10Ω
r3 = (φ - 60)×10Ω
r4 = 600Ω
r5 = 600Ω
r6 = 600Ω
r7 = (φ - 30)×10Ω
r8 = (90 - φ)×10Ω
키르히호프 법칙은 도 23a와 같이 90°≤φ≤120°의 범위에 있는 전압 프로파일을 얻기 위해 사용된다.
만약, 각(φ)이 도 8a와 같이 120° 내지 150° 사이에서 변한다면, 도 8b와 같은 등가 회로도가 얻어진다. 도 8b에서의 저항 성분들은 다음과 같이 계산된다.
r1 = (φ - 90)×10Ω
r2 = (150 - φ)×10Ω
r3 = (φ - 120)×10Ω
r4 = (180 - φ)×10Ω
r5 = 600Ω
r6 = 600Ω
r7 = 600Ω
r8 = 600Ω
키르히호프 법칙은 도 23a와 같이 120°≤φ≤150°의 범위에 있는 전압 프로파일을 얻기 위해 사용된다.
만약, 각(φ)이 도 9a와 같이 120° 내지 180° 사이에서 변한다면, 도 9b와 같은 등가 회로도가 얻어진다. 도 9b에서의 저항 성분들은 다음과 같이 계산된다.
r1 = 600Ω
r2 = (φ - 150)×10Ω
r3 = (210 - φ)×10Ω
r4 = (φ - 120)×10Ω
r5 = (180 - φ)×10Ω
r6 = 600Ω
r7 = 600Ω
r8 = 600Ω
키르히호프 법칙은 도 23a와 같이 150°≤φ≤180°의 범위에 있는 전압 프로파일을 얻기 위해 사용된다.
만약, 각(φ)이 도 10a와 같이 180° 내지 210° 사이에서 변한다면, 도 10b와 같은 등가 회로도가 얻어진다. 도 10b에서의 저항 성분들은 다음과 같이 계산된 다.
r1 = 600Ω
r2 = (φ - 150)×10Ω
r3 = (210 - φ)×10Ω
r4 = 600Ω
r5 = (φ - 180)×10Ω
r6 = (240 - φ)×10Ω
r7 = 600Ω
r8 = 600Ω
키르히호프 법칙은 도 23a와 같이 180°≤φ≤210°의 범위에 있는 전압 프로파일을 얻기 위해 사용된다.
만약, 각(φ)이 도 11a와 같이 210° 내지 240° 사이에서 변한다면, 도 11b와 같은 등가 회로도가 얻어진다. 도 11b에서의 저항 성분들은 다음과 같이 계산된다.
r1 = 600Ω
r2 = 600Ω
r3 = (φ - 210)×10Ω
r4 = (270 - φ)×10Ω
r5 = (φ - 180)×10Ω
r6 = (240 - φ)×10Ω
r7 = 600Ω
r8 = 600Ω
키르히호프 법칙은 도 23a와 같이 210°≤φ≤240°의 범위에 있는 전압 프로파일을 얻기 위해 사용된다.
만약, 전압이 도 4a와 같이 연결부들(22.1(+5V), 22.4(접지)) 사이에 공급되고, 각(φ)이 도 12a와 같이 240° 내지 270° 사이에서 변한다면, 도 12b와 같은 등가 회로도가 얻어진다. 도 12b에서의 저항 성분들은 다음과 같이 계산된다.
r1 = 600Ω
r2 = 600Ω
r3 = (φ - 210)×10Ω
r4 = (270 - φ)×10Ω
r5 = 600Ω
r6 = (φ - 240)×10Ω
r7 = (300 - φ)×10Ω
r8 = 600Ω
키르히호프 법칙은 도 23a와 같이 240°≤φ≤270°의 범위에 있는 전압 프로파일을 얻기 위해 사용된다.
만약, 전압이 도 4a와 같이 연결부들(22.1(+5V), 22.4(접지)) 사이에 공급되고, 각(φ)이 도 13a와 같이 270° 내지 300° 사이에서 변한다면, 도 13b와 같은 등가 회로도가 얻어진다. 도 13b에서의 저항 성분들은 다음과 같이 계산된다.
r1 = 600Ω
r2 = 600Ω
r3 = 600Ω
r4 = (φ - 270)×10Ω
r5 = (350 - φ)×10Ω
r6 = (φ - 240)×10Ω
r7 = (300 - φ)×10Ω
r8 = 600Ω
키르히호프 법칙은 도 23a와 같이 270°≤φ≤300°의 범위에 있는 전압 프로파일을 얻기 위해 사용된다.
만약, 각(φ)이 도 14a와 같이 300° 내지 330° 사이에서 변한다면, 도 14b와 같은 등가 회로도가 얻어진다. 도 14b에서의 저항 성분들은 다음과 같이 계산된 다.
r1 = 600Ω
r2 = 600Ω
r3 = 600Ω
r4 = (φ - 180)×10Ω
r5 = (270 - φ)×10Ω
r6 = 600Ω
r7 = (φ - 330)×10Ω
r8 = (360 - φ)×10Ω
키르히호프 법칙은 도 23a와 같이 300°≤φ≤330°의 범위에 있는 전압 프로파일을 얻기 위해 사용된다.
만약, 각(φ)이 도 15a와 같이 330° 내지 360° 사이에서 변한다면, 도 15b와 같은 등가 회로도가 얻어진다. 도 15b에서의 저항 성분들은 다음과 같이 계산된다.
r1 = 600Ω
r2 = 600Ω
r3 = 600Ω
r4 = 600Ω
r5 = (φ - 330)×10Ω
r6 = (390 - φ)×10Ω
r7 = (φ - 300)×10Ω
r8 = (360 - φ)×10Ω
키르히호프 법칙은 도 23a와 같이 330°≤φ≤360°의 범위에 있는 전압 프로파일을 얻기 위해 사용된다.
0°≤φ≤360°인 동안, 도 23a에 도시된 곡선 프로파일은 전체적으로 얻어진다. 360°보다 더 큰 회전 각에 대해, 회전 각은 항상 360°로 고려될 수 있다.
만약, U=+5V의 전압이 접점(22.2)에 공급되고(도 4a), 접점(22.5)이 접지에 연결되며, 전압(U1)이 22.3에서 측정된다면, 전압(U2)은 22.4에서 측정되고, 전압(U3)은 22.6에서 측정되며, 전압(U4)은 22.1에서 측정되고, 회전 각(φ)에서 -60°이동된 곡선 프로파일은 도 23b와 같이 얻어진다.
측정된 전압으로부터의 회전 각(φ) 확인
먼저, 전압(U=5V)이 접점들(22.1, 22.4)에 공급된다. 접점들이 접지될 필요가 없다는 것은 말할 필요가 없고, 그때, 상술한 전압이 접점(22.4)의 전위에 대해 측정된다. 그때, 검사는 조건들(U4=3.33±0.2V, U3=1.66±0.2V)의 만족 여부를 결정하기 위해 수행된다. 만일 그렇다면, 회전 각은 아래에 상세히 설명된 바와 같이 전압(U4, U3)으로부터 결정된다. 만일 그렇지 않다면, 전압(U)은 시계방향과 반대 방향으로 다음 접점들(22.2, 22.5)을 이용하여 공급된다.
도 4a는 중심점(M)에 대해 접점(22.1)과 전압(U)이 공급된 접점 사이의 각도를 나타내는 전진 각(advancement angle)(β)을 나타내는 도면이다. 만약, 전압(U)이 접점들(22.1, 22.4)에 가해질 때 조건들(U4=3.33±0.2V, U3=1.66±0.2V)이 만족한다면, β=0°이다. 만약, 전압(U)이 22.2 및 22.5에 가해질 때 조건들이 만족한다면, β=60°이다
전압(U)을 공급하기 위해 사용된 접점들은 조건들(U4=3.33±0.2V, U3=1.66±0.2V)이 만족할 때까지 하나의 개별 세그먼트(β=60°)에 의해 전진 된다.
회전 각(φ)은 측정 전압으로부터 아래와 같이 계산될 수 있다.
만약 U1 > 1/2U=2.5V일 때, φ=(β+(900-2.5×U1)/5) 모드(mod) 360이고, 만약 U1 ≤> 1/2U=2.5V일 때, φ=(β+(900-2.5×U2)/5) 모드(mod) 360이다.
이 경우, 모드 360은 (a + z 360°) 모드 360이 0°와 360° 사이의 모든 것에 대한 a와 모든 정수들 z인 것에 대한 보형 함수(modular function)를 나타내는 것이다.
제 3 실시예에 대한 회전 각을 기반으로 측정 전압 계산
도 17a에 도시된 실시예에 대해, 본 발명에 따른 방법은 제 1 전류 흐름 접점(46) 및 제 2 전류 흐름 접점(48)에 의해 전송된 전류(I)에 의해 수행된다. 이를 위해, 전압(U) 또는 전류(I) 중 어느 하나가 공급된다.
다음 계산을 위해, α가 120°인 세 개의 암들(40, 42, 44) 사이의 확장 각(α)이 가정된다. 단위 길이에 대한 저항을 위해, 세그먼트(12.2)에 대해 1°마다 10Ω의 값과 세그먼트(12.1)에 대해 1°마다 100Ω의 값이 가정된다.
제 1 암(40)의 제 1 전류 흐름 접점(46)과 암(44)(도 17a)의 측정 접점(50)은 접촉점들(P1(+5V), P3(접지)) 사이에 전압(U=5V)을 공급하기 위해 사용되고, 각(φ)은 0°와 60° 사이에서 변하며, 도 17b에 도시된 등가 회로도가 얻어진다. 도 17b에서의 저항 성분(ri)은 다음과 같이 계산된다.
r1 = 영향 없음
r2 = 1200Ω
r3 = (60 - φ) × 10Ω
r4 = (60 + φ) × 100Ω
r5 = 영향 없음
만약, 도 18a에 도시된 바와 같이 각(φ)이 60°와 120° 사이에서 변한다면, 도 18b에 도시된 등가 회로도가 얻어진다. 도 18b에서의 저항 성분들은 다음과 같이 계산된다.
r1 = 영향 없음
r2 = (180 - φ) × 10Ω
r3 = (φ - 60) × 100Ω
r4 = 1200Ω
r5 = 영향 없음
만약, 도 19a에 도시된 바와 같이 각(φ)이 120°와 180° 사이에서 변한다면, 도 19b에 도시된 등가 회로도가 얻어진다. 도 19b에서의 저항 성분들은 다음과 같이 계산된다.
r1 = (φ - 120) × 10Ω
r2 = 영향 없음
r3 = (180 - φ) × 10Ω
r4 = (φ - 60) × 100Ω
r5 = (240 - φ) × 100Ω
만약, 도 20a에 도시된 바와 같이 각(φ)이 180°와 240° 사이에서 변한다면, 도 20b에 도시된 등가 회로도가 얻어진다. 도 20b에서의 저항 성분들은 다음과 같이 계산된다.
r1 = (φ - 120) × 10Ω
r2 = 영향 없음
r3 = 영향 없음
r4 = 12000Ω
r5 = (240 - φ) × 100Ω
만약, 도 21a에 도시된 바와 같이 각(φ)이 240°와 300° 사이에서 변한다면, 도 21b에 도시된 등가 회로도가 얻어진다. 도 21b에서의 저항 성분들은 다음과 같이 계산된다.
r1 = (φ - 240) × 10Ω
r2 = 1200Ω
r3 = 영향 없음
r4 = 영향 없음
r5 = (360 - φ) × 100Ω
만약, 도 22a에 도시된 바와 같이 각(φ)이 300°와 360° 사이에서 변한다면, 도 22b에 도시된 등가 회로도가 얻어진다. 도 22b에서의 저항 성분들은 다음과 같이 계산된다.
r1 = (φ - 240) × 10Ω
r2 = (420 - φ) × 10Ω
r3 = 영향 없음
r4 = 영향 없음
r5 = (360 - φ) × 100Ω
전압(U=5V)에 대해, 위의 부분 계산들은 도 24에 도시된 바와 같이 회전 각(φ)을 초과하여 접촉점(P2)과 접촉점(P3) 사이에 공급된 전압(Umeas)에 대한 곡선 프로파일이 된다.
만약, 전압(U)이 연결부들(P2(+5V), P1(접지)) 사이에 공급된다면, 전압(Umeas,2)은 P3에서 측정되고, 그 결과는 -120°인 전진 각(β)을 통해 이동된 곡선 프로파일이다.
만약, 전압이 연결부들(P3(+5V), P2(접지)) 사이에 공급된다면, 전압(Umeas,3)은 P1에서 측정되고, 그 결과는 +120°인 전진 각(β)을 통해 이동된 곡선 프로파일이다.
각도 측정을 위해, 먼저, 전압(U)은 접촉점들(P1, P3) 사이에 공급되고, 그 이후, 접촉점들(P2, P1) 사이에 공급되며, 그 다음에 접촉점들(P3, P1) 사이에 공급된다. 상술한 전압(Umeas, Umeas,2 및 Umeas,3)은 각각 측정된다. 이들 세 개의 전압들의 각각의 결합은 마이크로 프로세서의 형태로 전기 검사 회로의 디지털 메모리에 저장된 테이블에 삽입된 회전 각(φ) 중 어느 하나에 정확히 일치한다.
본 발명에 따른 보형물(prosthesis)은 서로에 대한 회전 각(swivel angle)을 통해 회전될 수 있는 두 개의 성분들을 포함한다. 예를 들어, 만약, 보형물이 의족(knee prosthesis)이라면, 두 개의 다리들(limb)은 넓적다리(thigh)(정강이(shank))와 하퇴부(lower leg)이다. 상기 보형물의 두 개의 다리들은 고유한 방법으로 서로에 대해 회전하는 두 개의 다리들이 세그먼트들에 대한 연결 장치의 회전을 유발하도록 서로 연결된다.
다시 말해, 서로에 대해 회전하는 두 개의 다리들은 세그먼트에 관한 전위차계의 연결 장치의 움직임이 되고, 반대로 전위차계의 세그먼트들에 대한 전위차계의 연결 장치의 회전 운동은 두 개의 다리들이 서로에 대해 움직일 경우에만 수행될 수 있다.
이때, 상기 전위차계는 상술한 바와 같이 예를 들어, 하퇴부가 넓적다리에 대해 향해진 곳에서의 각도를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 만약, 본 발명에 따른 보형물이 예를 들어, 팔뚝(forearm) 보형물일 경우, 두 개의 다리들은 상박(upper arm)(도출부(stub))과 팔뚝이다. 만약, 보형물이 손가락 보형물일 경우, 응답 위치를 적용한다.
특히, 그것은 만약, 세그먼트들과 연성 전도체들이 연성 자켓에 의해 액상 고정 방법(liqiuid tight manner)으로 둘러싸일 경우 유용하다. 이 경우, 상기 보형물은 단락에 대한 두려움 없이 물에 담궈질 수 있다. 전위차계는 전위차계의 회전 위치를 확인하기 위한 전기 컨트롤러를 포함하는 게 가능하다. 그때, 전위차계는 자켓에 의해 둘러싸인다. 컨트롤러는 회전 위치를 무선 또는 전신으로 암호화된 형태로 외부 자켓으로 보내기 위해 설계되는 게 가능하다.

Claims (33)

  1. (a) 원주의 테두리(16)에 인접한 접촉면(14)을 각각 포함하고, 테두리(16)의 절단부(18, 20)가 서로 평평하도록(flush) 위치되고, 폐쇄된 배열로 형성되는 2 개 이상의 전기적으로 전도성이 있는 세그먼트들(12); 및
    (b) 제 1 세그먼트 내의 제 1 접촉점(P1)을, 제 1 세그먼트와는 다른 제 2 세그먼트 내의 적어도 하나의 제 2 접촉점(P2, P3)에 전기적으로 연결하기 위한 연결 장치(38)를 포함하는 전위차계에 있어서,
    (c) 2 개의 세그먼트들(12) 각각 사이에는, 전류가 세그먼트들에 가해질 수 있도록 전기 접점들(22)이 항상 배치되고,
    상기 접촉면(14) 각각은 평평하고 공통면을 형성하기 위해 서로 인접하게 위치하는 전위차계.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전위 차계는, 전기 전류(I)가 모든 세그먼트들을 통해 흐를 수 있는 전기 접점들(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전위차계.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    각 세그먼트(12)는 평평하게 위치하되, 두 개의 인접부들에 정확하게 위치하며, 서로에 대해 평평하게 위치한 지점들에서 상기 2 개의 인접부와 전기 접점을 이루는 것을 특징으로 하는 전위차계.
  5. 청구항 1에 있어서,
    세그먼트들(12)은 원형 세그먼트들이며,
    세그먼트들(12) 각각은 크기가 동일하며, 하나의 세그먼트(12)의 고유 전기 저항은 일정한 것을 특징으로 하는 전위차계.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결 장치(38)는 두 개의 접촉점들(P1, P2)을 정확하게 연결하는 것을 특징으로 하는 전위차계.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 연결 장치(38)는 피봇(M)에 회전 가능하게 설치되고, 이때 피봇(M)은 링의 중심점과 일치하며,
    상기 연결 장치(38)는, 접촉점들(P1, P2)이 하나의 세그먼트(12)에 배치될 수 없는 크기의 확장 각도(α)로 제 1 접촉점(P1)이 제 2 접촉점(P2)으로부터 오프셋되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 전위차계.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결 장치(38)는 폐쇄된 연성 전도체(34)를 포함하며,
    상기 연성 전도체는 하나의 접촉점(P1, P2)에서 압력에 의해 세그먼트들(12) 중 어느 하나와 전기 접점을 이룰 수 있도록 전기적으로 전도성이 있는 세그먼트들(12)에 대해 배열되는 것을 특징으로 하는 전위차계.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 전위 차계는, 적어도 두 개의 접촉점(P1, P2)에서 연성 전도체(34)에 압력을 가하기 위한 결합 장치(36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전위차계.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 전위 차계는 전압 결정 장치, 및 컨트롤러 시스템을 포함하며,
    상기 컨트롤러 시스템은 2 개의 접점들(22)을 전압원 또는 전류원을 전기적으로 연결하며, 그리고 하나 이상의 접점들(22)을 전압 결정 장치에 전기적으로 연결하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 전위차계.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결 장치(38)는 제 1 세그먼트 내의 제 1 접촉점(P1)을, 제 1 세그먼트와는 다른 제 2 세그먼트 내의 제 2 접촉점(P2)과 연결하며, 그리고 제 3 접촉점(P3)을, 서로 다른 세그먼트들에 항상 위치한 3 개의 모든 접촉점(P1, P2, P3)에 정확하게 연결하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 전위차계.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 연결 장치(38)는 제 1 암(40), 제 2 암(42) 및 제 3 암(44)을 포함하며,
    제 1 암(40) 및 제 2 암(42) 각각은 전류 흐름 접점(46, 48)에 의해 전원에 접속될 수 있고,
    제 3 암(44)은 측정 접점(50)에 의해 전압 결정 장치에 연결될 수 있으며, 그리고
    3 개의 암들(40, 42, 44)은 서로 전기적으로 절연된 것을 특징으로 하는 전위차계.
  13. 청구항 1에 있어서,
    적어도 두 개의 인접한 세그먼트들(12)은 서로 다른 전기 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 전위차계.
  14. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4 내지 청구항 13 중 어느 한 항의 전위차계(10)를 포함하는 팔, 손 또는 다리 인공물(prothesis).
  15. 손, 팔 또는 다리 인공물의 2 개의 사지부(limb)의 각도 위치를 계산하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 2 개의 사지부 중 하나의 사지부가 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 따른 전위차계(10)의 세그먼트(12) 또는 연결 장치(38)에 연결되는 단계로서, 이때 상기 2 개의 사지부가 서로 연결됨으로써, 상기 2 개의 사지부의 서로에 대한 회전이 상기 세그먼트에 대한 상기 전위차계의 연결 장치의 움직임을 초래하고, 반대로 상기 세그먼트에 대한 상기 연결 장치의 회전 이동은 상기 2 개의 사지부가 서로에 대해 움직일 경우에만 나타낼 수 있는, 연결 단계;
    (b) 전기 전류(I)가 적어도 하나의 세그먼트(12)를 통해 흐르도록 전류원 또는 전압원이 전위차계(10)에 연결되는 단계;
    (c) 상기 전류(I)를 기반으로 전위차계(10)의 일부에 가해지는 적어도 하나의 제 1 전압(U1, Umeas)이 확인되는 단계;
    (d) 상기 적어도 하나의 제 1 전압이 연결 장치(38)에 대한 회전 위치를 확인하기 위해 사용되는 단계; 및
    (e) 상기 연결 장치(38)의 회전 위치(φ)가 상기 2 개의 사지부의 각도 위치를 확인하기 위해 사용되는 단계를 포함하는 사지부의 각도 위치 계산 방법.
  16. 삭제
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