KR101514324B1 - 탄성체로 이루어진 유압변화감쇠기를 이용한 가상혈압생성기, 방법, 혈압계 시험방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄성체로 이루어진 유압변화감쇠기, 이를 이용한 동압생성기, 동압생성방법, 가상혈압생성기, 가상혈압생성방법, 혈압계 시험방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄성체를 이용하여 탄성력으로 유압의 변화를 감쇠시키는 유압변화감쇠기와 이를 이용한 동압생성기 및 방법, 그리고 이를 이용하여 인체의 혈압과 유사한 형태의 가상혈압을 생성하는 가상혈압생성기 및 방법, 마지막으로 이를 이용한 혈압계의 테스트 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 복잡한 유체요소나 제어기 없이 간단하게 탄성체의 탄성력에 의해 가변유압의 변화를 유연하게 감쇠하는 효과가 있다.

Description

탄성체로 이루어진 유압변화감쇠기를 이용한 가상혈압생성기, 방법, 혈압계 시험방법{Virtual Blood Pressure Generator, Test Method for Sphygmomanometer using Elastic Attenuator}

본 발명은 탄성체로 이루어진 유압변화감쇠기, 이를 이용한 동압생성기, 동압생성방법, 가상혈압생성기, 가상혈압생성방법, 혈압계 시험방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄성체를 이용하여 탄성력으로 유압의 변화를 감쇠시키는 유압변화감쇠기와 이를 이용한 동압생성기 및 방법, 그리고 이를 이용하여 인체의 혈압과 유사한 형태의 가상혈압을 생성하는 가상혈압생성기 및 방법, 마지막으로 이를 이용한 혈압계의 테스트 방법에 관한 것이다.

가변유압을 생성하여 공급하기 위한 장치는 광범위한 산업영역에서 이용되고 있다. 예를 들어, 차량에 장착된 에어컨디셔너에서부터, 각종 의료기기의 팬텀, 플랜트 및 연료전지에서의 액상공급 시, 자동차나 항공기의 엔진에서 연료분사 시, 잉크젯 노즐분사시(특히, 금속나노입자의 프린팅 공정을 이용한 소자가 최근 각광받고 있다), 각종 유압식 구동장치의 이용 시에 유연하게 변화하는 가변유압을 생성할 필요성이 요구된다. 특히, 혈압계의 성능시험을 위한 가상혈압발생 시에도 이용되는 장치이다.

도 1a와 도 1b는 가변유압을 생성하여 공급하기 위한 종래의 컨셉을 도시하고 있는 모식도이다. 도 1a, 1b에 도시된 바와 같이, 종래의 컨셉은 크게 두가지로 나누어 볼 수 있다. 첫째, 일정 유압을 공급하는 압력원과 압력의 제한이 가능한 레귤레이터와의 조합으로 가변유압을 생성할 수 있다. 둘째, 일정유압을 공급하는 다수개의 압력원과 전기신호를 받아 밸브구동을 하는 다수개의 솔레노이드 밸브의 조합으로 가변유압을 생성할 수 있다.

일정 유압을 공급하는 압력원과 압력의 제한이 가능한 레귤레이터와의 조합으로 가변유압을 공급하는 경우, 유압의 변화를 부드럽게 제어할 수 있고, 다양한 형태의 유압공급이 가능한 점이 장점이다. 하지만 레귤레이터에 의해 제한만 가능하고, 정확한 가압력의 유지가 어려운 점, 유연하게 변화하는 가변유압을 만들기 위해서는 복잡한 유체요소나 제어기가 필요한 점이 단점이다.

일정 유압을 공급하는 다수개의 압력원과 전기신호를 받아 밸브구동을 하는 다수개의 솔레노이드 조합으로 가변유압을 생성하는 경우, 전기적 신호를 가지고 구동하는 것이 장점이나, 다수개의 압력원을 이용하므로 구조가 복잡하고 가변유압이 제한적이며, 유압의 패턴이 부드럽지 않은 점이 단점이다. 유압의 변화가 부드럽지 않은 경우, 각종 장치에서는 소음과 진동을 유발하여 수명을 단축시키는 단점이 존재하고, 혈압계 시험장비에서는 인체의 실제 혈압과 유사한 형태로 시험하지 못하게 되는 단점이 존재한다.

등록특허 10-0644751에서는 제어신호에 따라 내부에 구비된 개폐 밸브의 열림 각도를 가변시켜 압축공기의 공급유량을 조절하는 유량 조절 수단을 갖는 능동서보제어 시스템을 제공하고 있다. 이를 통해서 능동적으로 공급유량을 조절하는 것은 가능하지만, 구조가 복잡하다보니 리크(Leak)의 위험이 많고 정확한 가압력 유지가 어려운 점, 유연하게 변화하는 가변유압을 생성하기는 어려운 점이 극복되지 않았다.

등록특허 10-0974742에서는 연료전지 차량의 수소공급 시스템에서의 일체형 압력조절 액츄에이터 어셈블리를 제공하고 있다. 여기서는 종래의 수소공급 시스템에서 압력 레귤레이터와 솔레노이드 밸브를 이용하면서 많은 누설 지점이 발생하는 문제점을 지적하였다. 하지만 이에 대한 대책으로서, 수소 누설로 인한 고장으로 연료전지 시스템이 Shut-Down 되었을 때, 비상운행이 가능하도록 하는 별도의 고장모드(Limp Home Mode)를 바이패스 필터와 시동/정지용 솔레노이드 밸브와의 조합으로 구성하는 방법을 제공할 뿐이었고, 상기 문제점은 여전히 존재하였다.

또한 혈압계에는 수은 혈압계와 오실로메트릭 혈압계 등이 존재하는데, 수은 혈압계는 청진기를 통해 코로트코프음을 이용하는 것이고, 오실로메트릭 혈압계는 전자식 자동혈압계로서 커프에 공기압을 가하였다가 뺄 때 발생하는 압진동의 크기를 감지하여 혈압을 측정하는 방식이다. 헌데, 오실로메트릭 혈압계를 사용하기 전에는 항상 수은 혈압계와 동시에 측정하여 오차가 있는지 선판단해야하는 불편함이 있었다.

게다가 혈압계의 성능시험을 위한 가상혈압발생장치에 있어서, 공개공보 10-2008-0010530은 종래의 컨셉을 이용하여 가변유압을 제공하고 있었고, 상기의 문제점인 구조가 복잡하여 누설 지점이 많은 점, 유연하게 변화하는 가변유압의 생성이 어려운 점은 여전히 존재하였다.

따라서, 간단한 구성으로 누설 위험을 최소화하고, 경제적이며, 유연하게 변화하는 가변유압의 생성을 가능하게 하는 유압변화감쇠기가 필요하다.

등록특허 10-0644751 등록특허 10-0974742 공개공보 10-2008-0010530

따라서 본 발명은 상기 제시된 문제점을 개선하기 위하여 창안되었다.

본 발명의 제1목적은, 탄성체를 이용한 유압변화감쇠기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제2목적은, 탄성체를 이용한 유압변화감쇠방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제3목적은, 탄성체를 이용한 유압변화감쇠기를 이용하여 동압을 생성하는 동압생성기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제4목적은, 탄성체를 이용한 유압변화감쇠기를 이용하여 동압을 생성하는 동압생성방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제5목적은, 탄성체를 이용한 유압변화감쇠기를 이용하여 인체의 혈압과 유사한 맥동을 생성하는 가상혈압생성기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제6목적은, 탄성체를 이용한 유압변화감쇠기를 이용하여 인체의 혈압과 유사한 맥동을 생성하는 가상혈압생성방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제7목적은, 탄성체를 이용한 유압변화감쇠기를 이용하여 인체의 혈압과 유사한 맥동을 생성함으로써 혈압계를 시험하는 혈압계시험방법을 제공하는 데 있다.

이하 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구체적 수단에 대하여 설명한다.

본 발명의 제 1 목적은, 유체(3)가 흐르는 배관(5)의 중단을 대체하도록 구비되고, 내부에 공간을 형성하여 유체(3)가 포화되며, 탄성을 가진 수지재질로 구성되어 탄성력에 의해 유체(3)의 흐름에 의한 유압의 변화가 감쇠되도록 구성되는 탄성체(10);를 포함하고, 탄성체(10)는 탄성체(10) 및 배관(5)과 상호결합하도록 구성되는 커플러(12)에 의해 배관(5)과 연결되는 유압변화감쇠기를 제공하여 달성될 수 있다.

이때, 탄성체(10)는, 배관(5)과 같은 단면형상 및 직경으로 구성될 수 있다.

이때, 탄성체(10)의 단면형상은 원형 또는 다각형으로 구성될 수 있다.

이때, 탄성체(10)는 각각 다른 탄성계수를 가지는 복수개가 적층되어 구성될 수 있다.

이때, 탄성체(10)의 팽창을 제한하도록 탄성체(10)를 감싸며 구성되는 하우징(20);을 더 포함할 수 있다.

또한 하우징(20)의 일측에 구비되어 하우징(20) 내부에 기체(4)를 주입하는 기체주입구(22);를 더 포함하고, 기체(4)를 소정의 압력치로 충전하여 탄성체(10)의 팽창 한계를 조절하도록 구성될 수 있다.

또한 유체(3)가 흐르는 배관(5)의 중단에 구비되고, 내부에 공간을 형성하여 유체(3)가 포화되며, 탄성을 가진 수지재질로 구성되어 탄성력에 의해 유체(3)의 흐름에 의한 유압의 변화가 감쇠되도록 구성되는 탄성체(10); 및 배관(5)과의 결합을 위해 탄성체(10)의 일단에 구비되고, 내부에 유체(3)가 흐르도록 유로공이 구비되는 적어도 하나의 커플러(12);를 포함하고, 탄성체(10)는, 블래더(Bladder) 형태로 구성되며, 배관(5)의 중단에 구비되어 탄성체(10)의 내부로 유체(3)의 흐름을 허용하는 제1분기관(7)과 커플러(12)로 상호연결되는 유압변화감쇠기를 제공하여 달성될 수 있다.

이때 제1분기관(7)과 탄성체(10)의 사이에 구비되어 탄성체(10)에 유체(3)의 유입을 선택적으로 허용할 수 있도록 구성되는 제2흐름제어수단(59);을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제2목적은, 유체(3)가 채워진 탱크(52)에 연결된 펌프(54)가 본 발명의 일실시예에 따른 유압변화감쇠기(1)의 일구성인 탄성체(10)에 유압을 공급하는 유압공급단계; 및 유압의 변화가 탄성체(10)의 탄성력에 의해 감쇠되는 유압변화감쇠단계;을 포함하는 유압변화감쇠방법을 제공하여 달성될 수 있다.

본 발명의 제3목적은, 유체(3)가 내부에 채워진 적어도 하나의 탱크(52); 탱크(52)에 구비되고, 유체(3)를 공급하여 동압을 출력하는 출력단(60)에 유압을 생성하는 적어도 하나의 펌프(54); 펌프(54)에서 공급되는 유체(3)를 단속하는 적어도 하나의 제1흐름제어수단(58); 펌프(54) 또는 제1흐름제어수단(58)의 조절에 의해 발생되는 유압의 변화를 탄성력을 통해 감쇠하기 위한 탄성체(10)와 유체(3)가 흐르는 배관(5)과 탄성체(10)를 상호연결하는 커플러(12)를 포함하는 적어도 하나의 본 발명의 일실시예에 따른 유압변화감쇠기(1); 및 유압변화감쇠기(1)에 의해 유압의 변화가 감쇠된 동압이 출력되는 출력단(60);을 포함하는 동압생성기를 제공하여 달성될 수 있다.

이때 유압변화감쇠기(1)는, 복수개로 구성되고, 각각은 서로 병렬로 배치될 수 있다.

이때 펌프(54)에서 유체(3)가 공급되어 출력단(60)에 생성되는 유압을 조절하는 적어도 하나의 압력제어수단(56)을 더 포함할 수 있다.

이때 제1흐름제어수단(58)는 비례밸브 또는 서보밸브로 구성될 수 있다.

이때 출력단(60)에 구비되어 출력단(60)의 출력압력을 검출하는 압력센서(62); 및 압력센서(62)에서 검출되는 출력단(60)의 출력압력을 통해 펌프(54)의 입력압력 또는 제1흐름제어수단(58)의 개폐시간을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.

또한 제어부는, 제1흐름제어수단(58)의 개폐시간을 달리하여 출력단(60)의 출력압력을 조절할 수 있다.

이때 출력단(60)의 유체(3)가 유입되는 일단부에 구비되며, 출력단(60)에 유입되는 유체(3)의 흐름을 분리하는 제2분기관(64)(branching pipe);을 더 포함하고, 제2분기관(64)에 연결되는 배관(5)은 출력단(60)과 서로 병렬로 연결될 수 있다.

본 발명의 제4목적은, 유체(3)로 채워진 탱크(52)에 연결된 본 발명의 일실시예에 따른 동압생성기(50)의 일구성인 펌프(54)가 동압생성기(50)의 내부에 유압을 생성하는 유압생성단계; 동압생성기(50)의 일구성인 제어부가 유체(3)의 흐름을 단속하는 제1흐름제어수단(58)을 개방하어 동압생성기(50)의 일구성인 출력단(60)의 유압이 상승하고, 동압생성기의 일구성인 유압변화감쇠기(1)에 의해 출력단(60)의 유압변화가 감쇠되는 유압상승단계; 및 제어부가 제1흐름제어수단(58)을 폐쇄하어 출력단(60)의 유압이 하강하고, 유압변화감쇠기(1)에 의해 출력단(60)의 유압변화가 감쇠되는 유압하강단계;를 포함하는 동압생성방법을 제공하여 달성될 수 있다.

본 발명의 제5목적은, 본 발명의 일실시예에 따른 동압생성기(50); 및 동압생성기(50)의 일구성인 출력단(60)에 구비되고, 적어도 일단에 유체(3)가 유입되는 유체도입구 및 유체(3)가 배출되는 유체배출구를 구비하며, 탄성을 가진 합성수지재질로 구성되는 인체모형(70);을 포함하고, 출력단(60)에서 인체모형(70)으로 유체(3)가 흐르도록 유체도입구 및 유체배출구는 출력단(60)과 개방연결되고, 하나의 유로공으로 연결되는 가상혈압생성기를 제공하여 달성될 수 있다.

이때 인체모형(70)은, 일단에 유체도입구를 구비하고, 타단에 유체배출구를 구비하여, 유체(3)가 인체모형(70)의 내부를 관통하며 흐르도록 인체모형(70)의 길이방향으로 유로공이 구성될 수 있다.

이때 인체모형(70)의 출력압력은 인체 혈압의 확장기혈압에 대응되는 가상확장기혈압과 인체 혈압의 수축기혈압에 대응되는 가상수축기혈압으로 구분되며, 가상확장기혈압은 동압생성기(50)의 일구성인 펌프(54)가 작동되지 않거나 동압생성기(50)의 일구성인 제1흐름제어수단(58)이 폐쇄되는 때의 인체모형(70)의 출력압력으로 하고, 가상수축기혈압은 펌프(54)가 작동되고 제1흐름제어수단(58)이 개방되는 때의 인체모형(70)의 출력압력으로 하며, 인체모형(70)의 출력압력은 한 주기에 적어도 하나의 가상수축기혈압을 갖도록 구성될 수 있다.

이때 인체모형(70)에 구비되어 인체모형(70)의 출력압력 또는 출력압력의 맥동을 검출하는 인체모형압력센서; 및 인체모형압력센서에서 검출되는 인체모형(70)의 출력압력을 통해 펌프(54)의 작동시간 또는 제1흐름제어수단(58)의 개폐시간을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제6목적은, 유체(3)로 채워진 탱크(52)에 연결된 본 발명의 일실시예에 따른 가상혈압생성기(2)의 일구성인 펌프(54)가 가상혈압생성기(2)의 내부에 유압을 생성하는 유압생성단계; 가상혈압생성기(2)의 일구성인 제어부가 기설정된 주기로 펌프(54)의 작동을 조절하거나 가상혈압생성기(2)의 일구성인 제1흐름제어수단(58)의 개폐를 조절하여 가상혈압생성기(2)의 일구성인 인체모형(70)의 출력압력에 맥동을 생성하는 맥동생성단계; 및 출력압력이 기설정된 혈압치 및 혈압패턴을 갖도록, 제어부가 펌프(54)의 작동 또는 제1흐름제어수단(58)의 개폐를 조절하거나, 사용자가 가상혈압생성기(2)의 일구성인 탄성체(10)를 변경하는 맥동정정단계;를 포함하는 가상혈압생성방법을 제공하여 달성될 수 있다.

본 발명의 제7목적은, 본 발명의 일실시예에 따른 가상혈압생성기(2)에 전원을 인가하여 가상혈압생성기(2)의 일구성인 인체모형(70)에 맥동이 있는 출력압력을 인가하는 맥동인가단계; 가상혈압생성기(2)의 일구성인 인체모형압력센서에서 가상혈압생성기(2)의 일구성인 인체모형(70)의 출력압력 또는 출력압력의 맥동을 검출하는 맥동검출단계; 출력압력 또는 출력압력의 맥동이 기설정한 혈압치 또는 혈압패턴을 갖도록, 가상혈압생성기의 일구성인 제어부가 가상혈압생성기(2)의 일구성인 펌프(54)의 작동 또는 가상혈압생성기(2)의 일구성인 제1흐름제어수단(58)의 개폐를 조절하거나, 사용자가 가상혈압생성기(2)의 일구성인 탄성체(10)를 변경하는 맥동정정단계; 인체모형(70)을 인체의 혈압을 측정하는 혈압계에 연결하고, 혈압계로 측정한 혈압치와 인체모형(70)의 출력압력을 비교하여 혈압계를 테스트 또는 보정하는 시험 및 보정단계;를 포함하는 혈압계 성능시험방법을 제공하여 달성될 수 있다.

이때 인체모형(70)의 출력압력은 인체 혈압의 확장기혈압에 대응되는 가상확장기혈압과 인체 혈압의 수축기혈압에 대응되는 가상수축기혈압으로 구분되며, 가상확장기혈압은 펌프(54)가 작동하지 않거나 제1흐름제어수단(58)이 폐쇄되는 때의 인체모형(70)의 출력압력으로 하고, 가상수축기혈압은 펌프(54)가 작동하고 제1흐름제어수단(58)이 개방되는 때의 인체모형(70)의 출력압력으로 하며, 인체모형(70)의 출력압력은 한 주기에 적어도 하나의 가상수축기혈압을 갖도록 구성될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 이하와 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명의 일실시예에 의하면 복잡한 유체요소나 제어기 없이 간단하게 탄성체의 탄성력에 의해 가변유압의 변화를 유연하게 감쇠하는 효과가 있다.

둘째, 본 발명의 일실시예에 의하면 탄성체의 물리적 특성을 변화시키는 방법으로 유압변화의 감쇠율을 손쉽게 변경할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 본 발명의 일실시예에 의하면 동압생성기의 구조가 간단하므로 누설위치(Leak Point)가 감소하고, 따라서 누설 위험이 감소하는 효과가 있다.

넷째, 본 발명의 일실시예에 의하면 펌프, 유체 및 탄성체의 다양한 조합으로 다양한 가변유압의 생성이 가능한 효과가 있다.

다섯째, 본 발명의 일실시예에 의하면 종래 수은 혈압계와 비교하여 테스트하던 오실로메트릭 혈압계의 시험방법이 간편하면서도 정확해지는 효과가 있다.

도 1a는 가변유압을 공급하기 위한 종래의 컨셉을 도시하고 있는 모식도,
도 1b는 가변유압을 공급하기 위한 종래의 컨셉을 도시하고 있는 모식도,
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 유압변화감쇠기를 도시한 길이방향 평단면도,
도 2b는 본 발명의 제2실시예에 따른 유압변화감쇠기를 도시한 길이방향 평단면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유압변화감쇠기의 수직단면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유압변화감쇠기에 의한 출력압력을 도시한 그래프,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 동압생성기의 유압흐름을 도시한 블럭도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 동압생성기에 인체모형을 더 구비한 가상혈압생성기의 회로도,
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 동압생성기의 유압흐름을 도시한 블럭도,
도 8은 실제 혈압의 시간에 대한 그래프,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 가상혈압의 시간에 대한 그래프,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 가상혈압생성방법을 도시한 순서도,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 혈압계 시험방법을 도시한 순서도,
도 12는 오실로메트릭 혈압계의 혈압측정방법을 도시한 그래프이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작원리를 상세하게 설명함에 있어서 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

< 유압변화감쇠기 >

<유압변화감쇠기의 구성 및 연결관계>

제1실시예로서, 도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 유압변화감쇠기를 도시한 길이방향 평단면도이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 유압변화감쇠기(1)는 탄성체(10), 커플러(12), 하우징(20) 및 기체주입구(22)로 구성될 수 있다.

탄성체(10)는 탄성을 가진 수지재질로 구성될 수 있고, 이는 천연고무, 합성고무, 천연수지, 플라스틱(합성수지), 실리콘 및 우레탄을 포함할 수 있다. 개방된 일단에 커플러(12)가 삽입되어 배관(5)과 연결될 수 있으며, 내부에 유체(3)가 들어갈 공간을 구비하는 원통형의 형태로 구성될 수 있다. 탄성체(10)의 탄성력에 의해 유압변화가 감쇠되는 것이다.

이때, 양단이 개방되고, 양단에 커플러(12)가 삽입되어 배관(5)에서 유체(3)가 유입되고 배관(5)으로 유체(3)가 유출될 수 있도록 상호연결될 수 있다. 즉 배관(5)의 중단을 대체하도록 구비될 수 있다.

이때, 배관(5)과 같은 직경으로 구성되는 경우, 유체(3)의 탄성체(10)에서의 압력손실을 최소화할 수 있다.

탄성체(10)에 의한 유압변화의 감쇠는 특정한 시상수를 가질 수 있다. 시상수란 시간이 지연되는 정도(relaxation time)을 결정하는 상수이다. 이는 초기 응답(initial response)의 단일 지수함수상의 변화인 1차 지연요소(1st order lag element)에서는 정상값의 1-e^-1가 될때의 시간을 의미한다. 주파수영역에서의 전달함수는

로 나타낼 수 있다(K는 이득, T는 시상수). 이때 탄성체(10)가 발휘하는 고유의 시상수는 탄성체(10)의 탄성계수(영계수, Young's Modulus)와 관련이 있다.

영계수(Young's Modulus)는 정탄성계수와 동탄성계수로 나뉠 수 있다. 전자는 정적하중에 의해 구해지는 stress-strain 곡선으로부터 계산하는 탄성계수를 의미하고, 후자는 공명진동수 혹은 파동전파 속도로부터 계산하는 탄성계수를 의미한다. 본 발명에서는 정탄성계수가 동탄성계수보다 더욱 의미있다. 영계수는 단위 strain에 따른 stress의 크기를 나타내며, 이는 stress-strain 곡선에서 기울기를 의미한다. 즉, 영계수가 큰 탄성체(10)는 같은 strain을 위해서 더욱 큰 stress가 필요하며, 영계수가 작은 탄성체는 같은 strain을 위해서 더욱 작은 stress가 필요하게 되는 것이다. 본 발명에서 탄성체(10)를 선택하는 데 있어서, 영계수는 세 가지 요소로 작용할 수 있다.

첫째로 공급된 압력의 크기에 따라 탄성체(10)가 수축되는 정도를 결정할 때, 고려될 요소가 될 수 있다. 둘째로 영계수가 클수록 탄성체(10)의 진동주기는 빨라지기 때문에, 탄성체(10)의 진동주기를 결정할 때, 고려될 요소가 될 수 있다. 탄성체(10)의 진동주기는 결국 출력단(60)에서 출력되는 출력압력의 진동주기가 된다. 따라서, 고주파의 가압변화가 인가되는 경우에는 영계수가 높은 탄성체(10)를 사용함이 바람직하며, 저주파의 가압변화를 요하는 경우에는 영계수가 낮은 탄성체(10)를 사용함이 바람직하다. 셋째로 영계수는 유압변화 감쇠의 시상수를 결정한다. 영계수가 클수록 짧은 시상수를 갖게 된다. 결국 시간지연효과를 충분히 발휘하려면 영계수가 작은 탄성체(10)를 사용함이 바람직하고, 시간지연효과를 작게 발휘하려면 영계수가 큰 탄성체(10)를 사용함이 바람직하다. 이처럼 시간지연효과를 복잡한 유체요소나 제어기 없이 간단하게 동압생성이 가능해지는 것이다.

이때 탄성체(10)의 단면형상은 원이 아닌 다각형으로 구성될 수 있으며, 이러한 경우 유압변화의 시상수가 일정하지 않은 특징이 있다. 예를 들어, 탄성체(10)의 단면형상이 삼각형인 경우와 원형인 경우를 비교하면, 원형인 경우 모든 면에서 발생하는 탄성력의 방향이 탄성체(10) 단면의 중심을 향한다. 그러나 삼각형인 경우 각 면에서 발생하는 탄성력의 방향이 탄성체(10) 단면의 중심에서 비켜나가게 되는데, 유체(3)의 고압에 의해 삼각형 단면의 탄성체(10)가 팽창되는 경우에는 단면이 원형에 가까워져서 탄성력의 방향이 탄성체(10) 단면의 중심을 향하게 됨을 알 수 있다. 결국, 단면이 원형인 경우 일정한 시상수로 유압변화가 감쇠된다. 그리고 단면이 다각형인 경우 유체(3)의 압력이 높을 경우에는 단면이 원형일 때와 같은 시상수로 유압변화가 감쇠되고, 유체(3)의 압력이 낮을 경우에는 단면이 원형일 때보다 더 긴 시상수값으로 유압변화가 감쇠될 것이다.

탄성체(10)는 전체가 한가지 재질로 구성될 수도 있으며, 다른 탄성계수를 가진 복수개의 층으로 구성될 수 있다. 복수개의 층으로 구성되는 경우, 내곽에는 유체(3)로 주로 사용되는 유류에 부식되지 않는 내유성 합성고무, 외곽에는 내마모성 합성고무로 구성됨이 바람직하다. 이때, 복수개의 층으로 구성되는 경우에는 단일층으로 구성되는 경우에 비하여 탄성피로(Elastic Fatigue)가 더욱 문제될 수 있다.

탄성피로(Elastic Fatigue)란, 탄성체에 반복적으로 응력(Stress)이 가해지거나 제거되거나 하면 강도가 저하되다가 결국에는 파괴되는 성질을 말한다. 이때, stress의 상한치와 하한치의 차이가 어떤 stress범위에 있어서 파괴까지의 반복 횟수를 지배하는 요소가 된다. 본 발명에서 어떤 탄성체(10)를 취하느냐에 따라 탄성피로 상수값이 변동되고 공급되는 유체(3)에 따라 stress의 범위가 결정되므로 이 두 요소에 의해 파괴까지의 반복 횟수가 달라질 수 있다. 이때, 위와 같이 고무소재의 겹침제작에 의해 만들어진 복수개의 층으로 구성되는 탄성체(10)의 경우에는 단일 소재층의 탄성체(10)에 비해 탄성피로가 조기에 오는 결과를 가져올 수 있다(한국콘크리트학회, 고무의 겹침제작 여부에 따른 탄성받침의 전단피로특성 연구, 2008). 이러한 요소들을 기초로 본 발명이 이용되는 분야에서의 특성에 맞게 탄성체(10)의 물성, 크기, 형상 및 구동범위를 선정해야 한다. 또한, 사용자에 의해 기설정된 압력치 및 압력패턴에 맞도록 피드백을 통해 탄성체(10)의 종류를 변경할 수 있다.

커플러(12)는 금속, 수지 또는 실리콘 등으로 이루어질 수 있고, 몸체 내부에 유로공을 포함할 수 있다. 커플러(12) 일단부가 탄성체(10)의 일측 개구부에 착탈 가능하게 체결되고, 커플러(12)의 몸체 자체가 탄성체(10)에 암수결합되도록 구성될 수 있으며, 일단부의 몸체 외주연에 탄성체(10)가 빠지지 않도록 나사선이 형성될 수 있다. 또한 커플러(12)의 타단부에는 배관(5)이 체결될 수 있으며, 커플러(12)의 몸체자체가 배관(5)에 암수결합되도록 구성될 수 있고, 타단부의 몸체 외주연에 배관(5)이 빠지지 않도록 나사선이 형성될 수 있다. 또한 유로공은 탄성체(10)의 개구부와 체결되는 부분에 병목구간을 구비할 수 있으며 이는 탄성체(10) 내부의 유량을 조절해준다. 또한 커플러(12)의 양단에 핀과 같은 별도의 고정부재를 설치하여 배관(5)과 탄성체(10)에 단단하게 고정될 수 있다. 또한 커플러(12)는 탄성체(10)과 암수결합되는 구성뿐만 아니라, 탄성체(10)의 외곽에서 조여주는 구성도 가능하다.

본 발명에서 유효한 탄성체(10)의 성질 중 하나로서 탄성한계가 있다. 탄성한계란 응력(stress)의 한계점을 말한다. 탄성한계 이전에는 외부의 힘을 받아 탄성체(10)가 변형되면 탄성체(10) 내부에서는 외부의 힘에 저항하여 본래 상태로 돌아가려는 복원력이 생긴다. 이때 외부의 힘이 커질수록 응력도 비례하여 커지게 되는데, 탄성한계점을 지나면 외부의 힘을 없애더라도 완전히 본래의 상태로 돌아기지 못하고 변형된 상태로 남게 된다. 따라서 탄성체(10)가 탄성한계점을 지나지 않도록 함이 바람직하다. 탄성체(10)가 탄성한계를 넘지 않도록 하기 위한 장비로서 하우징(20)과 기체주입구(22)가 있다.

하우징(20)은 금속, 수지, 실리콘, 우레탄 또는 고무 등으로 이루어질 수 있고, 탄성체(10)의 팽창에 한계를 부여하도록 탄성체(10)를 감싸며 포함하여 구성될 수 있다. 이는 탄성체(10)가 탄성한계를 넘어서 영구변형을 일으키는 것을 방지하기 위해 탄성체(10)의 strain에 한계를 부여하는 장치이다.

기체주입구(22)는 금속, 수지 또는 실리콘 등으로 이루어질 수 있고, 하우징(20)의 일측에 기공을 포함할 수 있다. 또한 하우징(20) 내부 공간의 밀폐를 위하여 캡을 구비할 수 있으며, 기체(4)의 용이한 충전을 위하여 일종의 커플러 형태로 돌출구를 구비할 수 있다.

하우징(20)에 충전되는 기체(4)의 종류로서 질소 또는 비활성 기체 등이 바람직하다. 탄성체(10)나 하우징(20)에 부식을 유발하는 것은 바람직하지 않기 때문이다.

제2실시예로서, 도 2b는 본 발명의 제2실시예에 따른 유압변화감쇠기를 도시한 길이방향 평단면도이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 유압변화감쇠기는 탄성체(10)를 블래더(bladder)의 형태로 구성할 수 있다. 결국 탄성체(10)는 일단에 개구부를 형성할 수 있다. 본 탄성체(10)의 개구부에 커플러(12)가 체결될 수 있다.

커플러(12)는 배관(5)의 중단부에 설치되는 제1분기관(7)과 암수결합되고, 커플러(12) 외곽면에 구성되는 나사선에 의해 체결될 수 있다. 탄성체(10)가 탄성한계를 넘는 것을 방지하기 위하여 마찬가지로 하우징(20)을 설치할 수 있으며, 하우징(20)은 제1분기관(7)과 연결될 수 있다. 하우징(20)과 관련하여서는 제1실시예와 동일하게 기체주입구(22)를 구비하고, 기체(4)를 충전할 수 있다. 이러한 형태의 장점은 탄성체(10)의 내부에 포함되는 유체(3) 용량을 증가시키기가 용이하다는 점이다.

제2실시예에서는, 제1분기관(7)과 블래더 형태의 탄성체(10) 사이에 제2흐름제어수단(59)을 구비하도록 할 수 있다. 제2흐름제어수단(59)은 유압변화감쇠기(1)의 작동여부를 결정할 수 있다.

<유압변화감쇠기의 작동관계>

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유압변화감쇠기의 수직단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 유압변화감쇠기는 탄성체(10)의 내부에 공간을 형성하고, 그 공간에 유체(3)가 포화되어 유압변화가 탄성압에 의해 감쇠되는 원리이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유압변화감쇠기에 의한 출력압력을 도시한 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 탄성체(10)가 가진 탄성력이 유압의 변화를 완충시켜 시간지연효과를 발휘하는데, 탄성체(10)의 내부에 흐르는 유체(3)의 유압이 증가하게 되면 탄성체(10)가 팽창하면서 유압의 증가속도를 늦추고 정상상태까지 도달하는데 걸리는 시간이 지연되게 된다. 탄성체(10)의 내부에 흐르는 유체(3)의 유압이 감소하게 되면 탄성체(10)가 수축하면서 유압의 감소속도를 늦추고 마찬가지로 정상상태까지 도달하는데 걸리는 시간이 지연되게 된다. 이러한 시간지연효과를 이용하여 복잡한 유체요소나 제어기 없이 간단하게 동압이 생성가능해지는 것이다. 마치 전기회로의 인덕턴스와 같은 역할을 하게된다.

< 동압생성기 >

<동압생성기의 구성 및 연결관계>

제3실시예로서, 도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 동압생성기의 유압흐름을 도시한 블럭도이고, 도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 동압생성기에 인체모형을 더 구비한 가상혈압생성기의 회로도이다. 도 5, 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 동압생성기(50)는 유압변화감쇠기(1), 탱크(52), 펌프(54), 압력제어수단(56), 제1흐름제어수단(58), 출력단(60), 압력센서(62) 및 제2분기관(64)으로 구성될 수 있다. 추가적으로 축압기 또는 유압필터 등도 유압시스템의 기본적인 장비로서 포함될 수 있다.

유압변화감쇠기(1)는 상기에서 살펴본 본 발명의 제1, 2실시예에 따른 유압변화감쇠기(1)를 이용할 수 있다. 또한 본 발명에서 이용되는 유체(3)는 마찰손실이 적고, 점성이 낮으며, 온도에 따른 성질변화가 작고, 화학적 안정성이 높으며, 인화점이 높고, 끓는점이 높으며 부식성이 낮은 조건을 두루 갖춘 작동유를 의미할 수 있다.

탱크(52)는 유체(3)로 채워질 수 있으며, 통기형 또는 밀폐형 수조를 의미할 수 있다. 탱크(52)에는 펌프(54)의 일측에 설치되는 유체도입호스가 유체(3)를 펌핑할 수 있도록 설치될 수 있으며 유체(3)의 양이 사이트 게이지(sight gage) 등을 통해 표시될 수 있다. 유체(3)는 펌프(54)에 의해 탱크(52)에서 배출되며 귀환관에 의해 탱크(52)로 귀환한다. 이때, 귀환관은 탱크(52)의 정상유면 아래에 위치함이 바람직하다. 이는 탱크(52) 안에서 유체(3)의 거품을 방지하여 공기와의 혼합을 최소화하기 위함이다.

펌프(54)는 전기모터구동, 공기터빈 및 유압모터 구동의 펌프를 포함할 수 있다. 유체(3)를 도입하는 유체도입호스를 포함할 수 있고, 탱크(52)의 내부에 유체도입호스를 설치할 수 있다. 펌핑하는 방식은 불문하며 동압생성기(50)의 용도에 맞는 방식을 택할 수 있다. 펌핑된 유체(3)는 동압생성기(50)의 내부를 순환하게 된다.

압력제어수단(56)은 불규칙한 배출압력을 규정 범위로 조절하고, 펌프에 부하가 걸리지 않도록 하는 장치로 유압 레귤레이터, 릴리프밸브(66) 및 감압밸브 등을 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 오리피스와 체크밸브로 이루어진 레귤레이터 뿐만 아니라 다른 형태의 레귤레이터도 사용이 가능하다.

제1흐름제어수단(58)은 일반적인 솔레노이드밸브, 비례밸브, 서보밸브나 체크밸브와 같은 흐름방향 제어장치가 사용될 수 있고, 오리피스나 flow 레귤레이터와 같은 유량 제어장치가 사용될 수도 있다. 유체(3)의 흐름을 단속하고 동압생성기(50)에 공급되는 유압을 조절할 수도 있다. 유량 및 압력을 제어하는 기본적인 방식은 개도기구를 통해서 유량 통과 단면적 및 압력 스프링 텐션을 수동으로 셋팅하던 기존의 방식에서 더욱 발전한 서보밸브나 비례밸브를 이용할 수 있다. 이때, 비례밸브는 밸브를 전기신호의 세기에 비례하여 움직이도록 한 것이고, 서보밸브는 전기신호의 세기에 비례하여 움직이나 움직임을 추적하여 목표값에 근접하도록 지속적인 신호관리를 해주는 것이다. 서보밸브는 전자식 코일에 전자기력으로 비례적으로 개도 및 압력을 조절하는 전기식 제어방법인 비례밸브 보다는 반복정확도(hysteresis)가 좋으나 비싸다는 단점이 있다.

출력단(60)은 본 발명의 제3실시예에 따른 동압생성기(50)에서 출력되는 출력압력을 부하에 연결하는 단부이다. 부하는 유압모터, 유압실린더 등의 액츄에이터(actuator) 또는 단순한 탄성 재질로 이루어진 튜브로 구성될 수 있고, 생성되는 출력압력을 부하에 전달하게 된다.

압력센서(62)는 출력단(60)에 연결되어 출력압력을 검출하여 제어부에 송신하는 장치이며, 유체(3)의 압력을 감압소자에서 전기신호로 변환하여 압력에 맞는 전기신호로 출력하는 전자식 압력센서로 구성될 수 있다. 전자식 압력센서의 종류는 유체(3)가 부식성인지 비부식성인지 여부, 압력기준을 대기압으로 할 것인지 임의의 압력을 기준으로 할 것인지 여부 및 압력포트 모양에 따른 분류로 결정할 수 있다. 본 발명에서는 기계식 압력센서는 압력정보를 전기신호로 출력하지 않고 정확하지 않으므로 바람직하지 않다.

압력센서(62)는 출력단(60), 유압변화감쇠기(1) 직후의 배관 및 유압변화감쇠기(1) 직전의 배관 등에 연결되어 압력정보를 검출할 수 있다. 압력센서(62)에서 발생되는 전기신호는 수시로 제어부로 송신된다. 압력센서(62)에서 검출된 출력압력 또는 기타 압력정보는 동압생성기(50)의 출력압력 피드백에 이용된다.

제2분기관(64)은 유압변화감쇠기(1)와 출력단(60)의 사이에 설치될 수 있으며, 출력단(60)과 병렬로 연결될 수 있다. 이는 출력단(60)에 연결되는 부하에 의해 유압이 상승하는 것을 방지하기 위함이다. 제2분기관(64)의 타단에는 일반적인 배관(5)이 연결될 수 있으며, 유체(3)가 탱크(52)로 귀환하도록 구성된다.

제어부는 압력센서(62), 펌프(54) 또는 제1흐름제어수단(58)과 연결될 수 있다. 즉, 압력센서(62)에서 검출된 출력압력 또는 기타 압력정보를 수신하고, 펌프(54) 또는 제1흐름제어수단(58)을 제어하여 출력압력이 기설정된 압력치 및 압력패턴을 갖도록 피드백하는 역할을 할 수 있다.

축압기(accumulator)는 가압된 유체(3)를 저장하는 수조로서 필요에 따라 고압의 유체(3)를 공급하는 용도로 사용될 수 있다. 펌프(54)와 함께 동압생성기(50)에 설치되어 보조동력원으로서 사용될 수 있다. 이때 유체(3)는 펌프(54)가 작동하는 동안에는 축압기에 저장되어 있다가, 2차 유압원으로 필요하거나, 유압이 더욱 필요할 때에 펌프(54)를 보조하여 저장된 유체(3)를 방출할 수 있다. 이러한 축압기의 사용은 유압유닛의 펌핑용량을 줄여주게 되어 에너지 절감효과와 펌프(54) 설치비용을 절감시켜줄 수 있다.

제4실시예로서, 도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 동압생성기의 유압흐름을 도시한 블럭도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 동압생성기(50)는 유압변화감쇠기(1)를 병렬로 2개 이상 구비할 수 있다. 병렬로 구비되는 유압변화감쇠기(1)도 마찬가지로 본 발명의 제1실시예에 따른 원통형의 유압변화감쇠기(1) 또는 본 발명의 제2실시예에 따른 블래더(bladder)형의 탄성체(10)를 구비하는 유압변화감쇠기(1)로 구성될 수 있다. 이때, 제2실시예에 따른 블래더형의 탄성체(10)를 구비하는 각각의 유압변화감쇠기(1)에는 유체(3)가 유입되는 일단부에 제2흐름제어수단(59)을 설치하여 유압변화감쇠기(1)의 작동여부를 제어할 수 있다. 이는 다양한 시상수를 제공하거나, 유압상승시와 유압하강시에 각기 다른 시상수를 적용하기 위함이다. 작동관계는 이하에서 기술한다.

<동압생성기의 작동관계>

제3실시예의 동압생성기(50)에서는 먼저 펌프(54)가 탱크(52)에 채워진 유체(3)를 동압생성기(50) 내부로 펌핑하여 유압이 생성될 수 있다. 생성된 유압을 제1흐름제어수단(58)이 단속하여 생성되는 입력압력의 변화를 유압변화감쇠기(1)가 감쇠하여 출력단(60)에 출력압력이 걸리게 될 수 있다. 출력단(60)에 걸린 출력압력은 압력센서(62)에 의해 검출되고, 검출된 출력압력은 제어부로 송신될 수 있다. 제어부에서는 출력압력이 기설정된 압력치 또는 압력패턴을 갖도록 제1흐름제어수단(58)이나 펌프(54)를 제어할 수 있다.. 탱크(52)를 떠난 유체(3)는 귀환관을 통해 탱크(52)로 돌아올 수 있다. 이러한 작동관계로 출력단(60)의 출력압력으로서 동압이 인가된다.

제4실시예의 동압생성기(50)에서는 상기의 제3실시예에 따른 동압생성기(50)와 기본적인 구성과 작동관계는 유사하다. 차이점은 부가적으로 연결되는 유압변화감쇠기(1)에 의해 발생한다. 유압변화감쇠기(1)는 각각 직렬 혹은 병렬로 연결될 수 있다. 이하의 표 1은 유압변화감쇠기(1)를 병렬로 연결하고, 병렬로 연결한 유압변화감쇠기(1)를 제2실시예에 따른 블래더 형태의 탄성체(10)를 구비하는 유압변화감쇠기(1)로 구성하였을 때의 출력단(60)에 미치는 영향을 도시한 것이다.

도 7에 도시된 유압변화감쇠기(1)를 각각 제1감쇠기와 제2감쇠기라 명명하고, 그에 따른 감쇠효과도 제1감쇠효과와 제2감쇠효과 라고 명명하여 이하 표를 기재하였다.

1 사이클
제2흐름제어수단 (59) 개폐여부	압력상승시 개방	압력상승시 폐쇄
압력하강시 개방	압력상승시: 제1감쇠+제2감쇠	압력상승시: 제1감쇠
	압력하강시: 제1감쇠+제2감쇠	압력하강시: 제1감쇠-제2감쇠
압력하강시 폐쇄	압력상승시: 제1감쇠-제2감쇠	압력상승시: 제1감쇠
	압력하강시: 제1감쇠	압력하강시: 제1감쇠

표 1에 도시된 바와 같이, 제4실시예에 따른 동압생성기(50)는 병렬로 연결된 제2감쇠기의 제2흐름제어수단(59)의 개폐여부에 의해 작동관계가 결정된다. 먼저 압력상승시는 제1흐름제어수단(58)이 개방되는 때를 의미하며, 압력하강시는 제1흐름제어수단(58)이 폐쇄되는 때를 의미한다.

제2흐름제어수단(59)이 압력상승시와 압력하강시 모두 개방되는 경우에 있어서, 유압변화감쇠기(1)의 감쇠용량이 커지게 되는 효과가 발생하므로, 제1감쇠효과와 제2감쇠효과를 더한 감쇠효과가 발생하게 된다.

제2흐름제어수단(59)이 압력상승시에 개방되고 압력하강시에 폐쇄되는 경우에 있어서, 이전 사이클의 압력상승시에 고압의 유체(3)가 제2감쇠기에 충전되고 다음 사이클의 압력상승시 충전되었던 고압의 유체(3)가 배출됨으로써 압력상승효과를 증대하게 된다. 이는 유압변화 감쇠효과를 오히려 감소시키는 역할을 수행하게 되므로, 압력상승시에는 제1감쇠효과 보다 작은 감쇠효과가 나타난다. 이와 별개로 압력하강시에는 제2감쇠기의 간섭이 없으므로 당연히 제1감쇠효과가 나타난다.

제2흐름제어수단(59)이 압력상승시에 폐쇄되고 압력하강시에 개방되는 경우에 있어서, 이전 사이클의 압력하강시에 저압의 유체(3)가 제2감쇠기에 충전되고 다음 사이클의 압력하강시에 출력단(60)에 걸려있던 고압의 유체(3)가 제2감쇠기에 충전되었던 저압의 유체(3) 쪽으로 흐르게 되므로, 유압이 더욱 빨리 떨어지는 효과를 발생시키게 된다. 결국, 압력상승시에는 제2감쇠기의 간섭이 없으므로 당연히 제1감쇠효과만 나타나나, 압력하강시에는 유압의 더 빠른 하강을 돕기 때문에 제1감쇠효과 보다 작은 감쇠효과가 나타난다.

제2흐름제어수단(59)이 압력상승시 및 압력하강시에 모두 폐쇄되는 경우에는 제3실시예와 같이 제1감쇠효과만 발생할 것임은 당연하다.

제4실시예와 관련하여 결론적으로, 병렬로 유압변화감쇠기(1)를 연결함은 압력상승시와 압력하강시에 감쇠하는 시상수를 다양하게 하거나, 각각 다르게 하기 위함이다. 상기 표 1에 도시된 바와 같이 압력상승 또는 압력하강시에 제2흐름제어수단(59)을 통해 제2감쇠기의 작동여부를 각각 달리하는 경우, 압력상승시와 압력하강시의 출력압력의 시상수를 다르게 표현할 수 있다.

제5실시예의 동압생성기(50)에서는 제4실시예의 동압생성기(50)와 달리, 병렬로 더 설치되는 제2감쇠기에 구비된 탄성체(10)가 블래더(bladder) 형태가 아닌, 원통형의 형태로 구비되고, 제2감쇠기에 충전되는 유체(3)는 탱크(52)로 귀환하도록 하는 형태의 동압생성기(50)를 구성할 수 있다. 제5실시예에서는 제2감쇠기에 항상 남아있는 유체(3)가 없고 모두 탱크(52)로 귀환하게 되어 제4실시예와 다른 실시형태가 된다.

<동압생성방법>

상기 유압변화감쇠기(1)를 이용한 동압생성방법은 유압생성단계, 유압상승단계 및 유압하강단계를 포함하고, 유압상승단계와 유압하강단계는 그 순서 및 지속시간을 사용자가 임의로 결정할 수 있다.

유압생성단계는 유체(3)로 채워진 탱크(52)에 연결된 펌프(54)가 유체(3)를 동압생성기(50)에 공급하여 유압을 생성하는 단계이다.

유압상승단계는 유압을 단속하는 제1흐름제어수단(58)이 개방되어 유압이 상승하고, 유압변화감쇠기(1)에 의해 유압의 변화가 감쇠되는 단계이다.

유압하강단계는 제1흐름제어수단(58)이 폐쇄되어 유압이 하강하고, 유압변화감쇠기(1)에 의해 유압변화가 감쇠되는 단계이다.

이때, 제어부는 출력단(60)의 출력압력이 기설정한 압력치 및 압력패턴을 갖도록 유압상승단계와 유압하강단계의 순서 및 지속시간을 임의로 결정할 수 있음은 분명하다.

<가상혈압생성기>

<가상혈압생성기의 구성, 연결관계 및 작동관계>

도 6에 도시된 바와 같이, 가상혈압생성기는 위의 동압생성기(50)에 인체모형(70) 및 제2압력센서를 더 포함할 수 있다.

동압생성기(50)는 상기의 제3,4,5실시예의 동압생성기(50)를 의미할 수 있다.

인체모형(70)은 동압생성기(50)의 출력단(60)에 설치되고, 고무나 수지재질 등으로 구성되며, 인체의 상지, 하지, 수지 등의 모습을 모사한 모형으로 구성될 수 있다. 인체모형(70)은 유체도입구와 유체배출구를 구비할 수 있으며, 내부에 유로공을 포함하여 출력단(60)이 연결되는 경우, 유체(3)가 직접 인체모형(70) 내부를 흐르도록 구성할 수 있다. 또는 출력단(60) 자체를 탄성을 가진 재질로 구성하여 유압의 변화를 출력하도록 할 수 있다.

인체모형(70) 내부에 유체를 흐르도록 할 때에는, 인체모형(70)을 선회하도록 구성할 수 있고, 관통하도록 구성할 수 있다. 인체모형(70)을 선회하도록 구성하는 경우에는 유체도입구와 유체배출구가 인체모형(70)의 같은 단부에 구성되어야 할 것이고, 인체모형(70)을 관통하도록 구성하는 경우에는 유체도입구와 유체배출구가 인체모형(70)의 다른 단부에 구성되어야 할 것이다.

인체모형압력센서는 압력센서(62)와 같은 장치로 구성될 수 있으며, 인체모형(70)의 각 부위에 연결되어 압력정보를 검출할 수 있다. 이때, 인체모형(70)의 압력정보란 인체모형(70)의 출력압력 또는 출력압력의 맥동일 수 있다. 인체모형압력센서에서 압력정보가 변환되어 발생되는 전기신호는 수시로 제어부로 송신된다. 제어부로 송신되는 인체모형압력센서에서 검출된 출력압력 또는 기타 압력정보는 가상혈압생성기(2)의 출력압력 피드백에 이용된다.

<가상혈압생성기의 작동관계>

도 8은 실제 혈압의 시간에 대한 그래프이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 가상혈압의 시간에 대한 그래프이다. 도 8, 9에 도시된 바와 같이, 인체의 혈압은 확장기 혈압과 수축기 혈압으로 구성된다. 또한 1주기에 2번의 수축기 혈압이 존재한다. 그리고 그 혈압의 변화는 근육으로 이루어진 동맥의 완충작용에 의해 부드럽게 변화한다. 이것을 모형화하기 위해서는 본 발명에 따른 유압변화감쇠기(1)의 이용이 필수적이다.

본 발명의 일실시예에 따른 가상혈압생성기(2)에 의한 출력압력도 가상확장기혈압과 가상수축기혈압으로 구분되도록 출력할 수 있다. 이때, 가상확장기혈압은 펌프(54)에서 입력압력이 제공되지 않거나, 제1흐름제어수단(58)이 폐쇄되는 때의 출력압력으로 할 수 있고, 가상수축기혈압은 펌프(54)에서 입력압력이 제공되고 제1흐름제어수단(58)이 개방되는 때의 인체모형(70)의 출력압력으로 할 수 있다. 압력변화는 탄성체(10)에 의해 부드럽게 변화되며, 실제 혈압과 마찬가지로, 한 주기에 적어도 하나, 바람직하게는 두 개의 가상수축기혈압을 갖도록 출력할 수 있다.

또한 혈압계에는 수은 혈압계와 오실로메트릭 혈압계 등이 존재하는데, 수은 혈압계는 청진기를 통해 코로트코프음을 이용하는 것이고, 오실로메트릭 혈압계는 전자식 자동혈압계로서 커프에 공기압을 가하였다가 뺄 때 발생하는 압진동의 크기를 감지하여 혈압을 측정하는 방식이다. 헌데, 오실로메트릭 혈압계를 사용하기 전에는 항상 수은 혈압계와 동시에 측정하여 오차가 있는지 판단하는 불편함이 있었다. 이러한 불편함은 가상혈압생성기(2)를 통해서 해결할 수 있게된다.

<가상혈압생성방법>

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 가상혈압생성방법을 도시한 순서도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 유압생성단계(S10), 맥동생성단계(S20) 및 맥동정정단계(S30)로 구성될 수 있다.

유압생성단계(S10)는 유체(3)로 채워진 탱크(52)에 연결된 펌프(54)가 유체(3)를 동압생성기(50)에 공급하여 입력압력으로 유압을 생성하는 단계이다.

맥동생성단계(S20)는 제어부가 기설정된 주기로 펌프(54)의 작동을 제어하거나 제1흐름제어수단(58)의 개폐를 제어하여 인체모형(70)의 출력압력에 맥동을 생성하는 단계이다.

맥동정정단계(S30)는 출력단(60)의 출력압력이 기설정된 혈압치 및 혈압패턴을 갖도록 사용자가 제어부를 통해 펌프(54)의 작동 또는 제1흐름제어수단(58)의 개폐를 제어하거나 사용자가 탄성체(10)를 변경하는 단계이다.

<혈압계 시험방법>

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 혈압계 시험방법을 도시한 순서도이고, 도 12는 오실로메트릭 혈압계의 혈압측정방법을 도시한 그래프이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 혈압계 시험방법은 맥동인가단계(S100), 맥동검출단계(S200), 맥동정정단계(S300) 및 시험단계(S400)로 구성될 수 있다.

맥동인가단계(S100)는 가상혈압생성기(2)에 전원을 인가하여 출력단(60)에 출력압력을 인가함으로써 인체모형(70)에 맥동이 발생하는 단계이다.

맥동검출단계(S200)는 인체모형압력센서에서 인체모형(70)의 출력압력의 맥동을 검출하여 제어부에 송신하는 단계이다.

맥동정정단계(S300)는 검출된 인체모형(70)의 출력압력의 맥동이 기설정한 혈압치 또는 혈압패턴을 갖도록 제어부가 펌프(54)의 작동 또는 제1흐름제어수단(58)의 개폐를 조절하거나 사용자가 탄성체(10)를 알맞게 변경하는 단계이다.

시험 및 보정단계(S400)는 출력압력과 오실로메트릭 혈압계에서 측정되어 출력된 혈압치를 비교하여 오실로메트릭 혈압계의 오차여부를 판단하고 이를 보정하게 된다.

이때, 오실로메트릭 혈압계의 측정방법은 도 12에 도시된 바와 같이, 혈압계의 커프에 공기압을 가하였다가 천천히 공기압을 뺄 때, 동맥혈관 위의 커프에 생기는 압진동(pressure oscillation)의 크기를 압센서(pressure sensor)에 의해 감지, 기록하여 혈압을 측정하는 방법이다. 기존에는 수은 혈압계를 이용하면서 청진기로 코로트코프음을 확인하여 혈압을 측정하였다. 따라서 유압변화가 실제 혈압과 유사하여야 본 발명에 따른 가상혈압생성기(2) 및 혈압계 시험방법으로서 의미가 있다. 이를 단순하게 시연하기 위해서는 위의 유압변화감쇠기(1)가 필수적인 것이다.

이상에서 언급한 탄성체(10)의 형태, 재질 및 특성은 도면에 한정되지 않으며, 유압변화감쇠기(1) 사용자의 용도별 변화에 따라 결정됨이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 유압변화감쇠기
2: 가상혈압생성기
3: 유체
4: 기체
5: 배관
7: 제1분기관
10: 탄성체
12: 커플러
20: 하우징
22: 기체주입구
50: 동압생성기
52: 탱크
54: 펌프
56: 압력제어수단
58: 제1흐름제어수단
59: 제2흐름제어수단
60: 출력단
62: 압력센서
64: 제2분기관
66: 릴리프밸브
70: 인체모형

Claims (24)

1. 동압생성기(50); 및
   상기 동압생성기(50)의 일구성인 출력단(60)에 구비되고, 적어도 일단에 유체(3)가 유입되는 유체도입구 및 상기 유체(3)가 배출되는 유체배출구를 구비하며, 탄성을 가진 합성수지재질로 구성되는 인체모형(70);
   을 포함하고,
   상기 동압생성기(50)는,
   유체(3)가 내부에 채워진 적어도 하나의 탱크(52);
   상기 탱크(52)에 구비되고, 상기 유체(3)를 공급하여 동압을 출력하는 출력단(60)에 유압을 생성하는 적어도 하나의 펌프(54);
   상기 펌프(54)에서 공급되는 상기 유체(3)를 단속하는 적어도 하나의 제1흐름제어수단(58);
   상기 펌프(54) 또는 상기 제1흐름제어수단(58)의 조절에 의해 발생되는 유압의 변화를 탄성력을 통해 감쇠하기 위한 탄성체(10)와 상기 유체(3)가 흐르는 배관(5)과 상기 탄성체(10)를 상호연결하는 커플러(12)를 포함하는 유압변화감쇠기(1); 및
   상기 유압변화감쇠기(1)에 의해 유압의 변화가 감쇠된 상기 동압이 출력되는 상기 출력단(60);
   을 포함하며,
   상기 유압변화감쇠기(1)는,
   상기 탄성체(10)의 팽창을 제한하도록 상기 탄성체(10)를 감싸며 구성되는 하우징(20); 및
   상기 하우징(20)의 일측에 구비되어 상기 하우징(20) 내부에 기체(4)를 주입하는 기체주입구(22);
   를 더 포함하고,
   상기 기체(4)를 소정의 압력치로 충전하여 상기 탄성체(10)의 팽창 한계를 조절하며,
   상기 출력단(60)에서 상기 인체모형(70)으로 상기 유체(3)가 흐르도록 상기 유체도입구 및 상기 유체배출구는 상기 출력단(60)과 개방연결되고, 하나의 유로공으로 연결되는 가상혈압생성기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 인체모형(70)은,
   일단에 상기 유체도입구를 구비하고, 타단에 상기 유체배출구를 구비하여, 유체(3)가 상기 인체모형(70)의 내부를 관통하며 흐르도록 상기 인체모형(70)의 길이방향으로 상기 유로공이 구성되는 가상혈압생성기.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 인체모형(70)의 출력압력은 인체 혈압의 확장기혈압에 대응되는 가상확장기혈압과 인체 혈압의 수축기혈압에 대응되는 가상수축기혈압으로 구분되며,
   상기 가상확장기혈압은 상기 펌프(54)가 작동되지 않거나 상기 제1흐름제어수단(58)이 폐쇄되는 때의 상기 인체모형(70)의 출력압력으로 하고,
   상기 가상수축기혈압은 상기 펌프(54)가 작동되고 상기 제1흐름제어수단(58)이 개방되는 때의 상기 인체모형(70)의 출력압력으로 하며,
   상기 인체모형(70)의 출력압력은 한 주기에 적어도 하나의 가상수축기혈압을 갖는 가상혈압생성기.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 인체모형(70)에 구비되어 상기 인체모형(70)의 출력압력 또는 출력압력의 맥동을 검출하는 인체모형압력센서; 및
   상기 인체모형압력센서에서 검출되는 상기 인체모형(70)의 출력압력 또는 출력압력의 맥동을 통해 상기 펌프(54)의 작동시간 또는 상기 제1흐름제어수단(58)의 개폐시간을 제어하는 제어부;
   를 더 포함하는 가상혈압생성기.
   
5. 유체(3)로 채워진 탱크(52)에 연결된 제4항에 따른 가상혈압생성기(2)의 일구성인 펌프(54)가 제4항에 따른 가상혈압생성기(2)의 내부에 유압을 생성하는 유압생성단계;
   상기 가상혈압생성기(2)의 일구성인 제어부가 기설정된 주기로 상기 펌프(54)의 작동을 조절하거나 상기 가상혈압생성기(2)의 일구성인 제1흐름제어수단(58)의 개폐를 조절하여 상기 가상혈압생성기(2)의 일구성인 인체모형(70)의 출력압력에 맥동을 생성하는 맥동생성단계; 및
   상기 출력압력이 기설정된 혈압치 및 혈압패턴을 갖도록, 상기 제어부가 상기 펌프(54)의 작동 또는 상기 제1흐름제어수단(58)의 개폐를 조절하거나, 사용자가 상기 가상혈압생성기(2)의 일구성인 탄성체(10)를 변경하는 맥동정정단계;
   를 포함하는 가상혈압생성방법.
   
6. 제4항에 따른 가상혈압생성기(2)에 전원을 인가하여 상기 가상혈압생성기(2)의 일구성인 인체모형(70)에 맥동이 있는 출력압력을 인가하는 맥동인가단계;
   상기 가상혈압생성기(2)의 일구성인 인체모형압력센서에서 상기 가상혈압생성기(2)의 일구성인 인체모형(70)의 출력압력 또는 상기 출력압력의 맥동을 검출하는 맥동검출단계;
   상기 출력압력 또는 상기 출력압력의 맥동이 기설정한 혈압치 또는 혈압패턴을 갖도록, 상기 가상혈압생성기의 일구성인 제어부가 상기 가상혈압생성기(2)의 일구성인 펌프(54)의 작동 또는 상기 가상혈압생성기(2)의 일구성인 제1흐름제어수단(58)의 개폐를 조절하거나, 사용자가 상기 가상혈압생성기(2)의 일구성인 탄성체(10)를 변경하는 맥동정정단계; 및
   상기 인체모형(70)을 인체의 혈압을 측정하는 혈압계에 연결하고, 상기 혈압계로 측정한 혈압치와 상기 인체모형(70)의 출력압력을 비교하여 상기 혈압계를 테스트 또는 보정하는 시험 및 보정단계;
   를 포함하는 혈압계 성능시험방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 인체모형(70)의 출력압력은 인체 혈압의 확장기혈압에 대응되는 가상확장기혈압과 인체 혈압의 수축기혈압에 대응되는 가상수축기혈압으로 구분되며,
   상기 가상확장기혈압은 상기 펌프(54)가 작동하지 않거나 상기 제1흐름제어수단(58)이 폐쇄되는 때의 상기 인체모형(70)의 출력압력으로 하고,
   상기 가상수축기혈압은 상기 펌프(54)가 작동하고 상기 제1흐름제어수단(58)이 개방되는 때의 상기 인체모형(70)의 출력압력으로 하며,
   상기 인체모형(70)의 출력압력은 한 주기에 적어도 하나의 가상수축기혈압을 갖는 혈압계 성능시험방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제

Images