KR101863959B1 - 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구조가 간단하면서도 움직임 등을 정확하게 센싱할 수 있는 센서를 위하여, 헤드와, 상기 헤드의 일측을 지지하도록 배치된 서포트를 구비하고, 상기 서포트는, 상기 헤드를 지지하는 제1지지부와, 상기 헤드를 지지하며 상기 제1지지부로부터 이격된 제2지지부와, 상기 제1지지부로부터 연장된 제1연장부와, 상기 제2지지부로부터 연장된 제2연장부와, 상기 제1연장부와 상기 제2연장부의 변형을 감지하는 감지부를 구비하는, 센서를 제공한다.

Description

센서{Sensor}
본 발명은 센서에 관한 것으로서, 더 상세하게는 구조가 간단하면서도 움직임 등을 정확하게 센싱할 수 있는 센서에 관한 것이다.
일반적으로 센서는 사전설정된 환경에서 변화를 센싱한다. 특히 가속도 센서의 경우 물체의 가속도, 진동, 충격 등의 동적 힘을 측정할 수 있다. 이러한 종래의 가속도 센서의 경우 자석과 코일에 의한 기전력을 측정하는 방식 등을 이용한다(한국 공개실용신안공보 제1999-0021386).
그러나 이러한 종래의 가속도 센서의 경우 그 구조가 복잡하거나, 가속도를 정확하게 센싱할 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 구조가 간단하면서도 움직임 등을 정확하게 센싱할 수 있는 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 헤드와, 상기 헤드의 일측을 지지하도록 배치된 서포트를 구비하고, 상기 서포트는, 상기 헤드를 지지하는 제1지지부와, 상기 헤드를 지지하며 상기 제1지지부로부터 이격된 제2지지부와, 상기 제1지지부로부터 연장된 제1연장부와, 상기 제2지지부로부터 연장된 제2연장부와, 상기 제1연장부와 상기 제2연장부의 변형을 감지하는 감지부를 구비하는, 센서가 제공된다.
상기 제1연장부와 상기 제2연장부 중 적어도 어느 하나는 도전성 물질을 포함하고, 상기 감지부는 상기 제1연장부와 상기 제2연장부 중 도전성 물질을 포함하는 것을 전극으로 간주하여 커패시턴스 변화를 감지함으로써 상기 제1연장부와 상기 제2연장부 사이의 거리 변화를 감지하도록 할 수 있다.
상기 제1연장부와 상기 제2연장부 중 적어도 어느 하나는 도전성 물질을 포함하고 코일로 연결되며, 상기 감지부는 상기 코일의 인덕턴스 변화를 감지하여 상기 제1연장부와 상기 제2연장부 사이의 거리 변화를 감지하도록 할 수 있다.
이때 상기 감지부는, 상기 제1연장부와 상기 제2연장부 사이에 교류전압을 인가하는 전압인가부와, 상기 제1연장부와 상기 제2연장부 사이에 흐르는 전류를 측정하는 전류측정부를 구비할 수 있다.
상기 감지부는 스트레인 게이지를 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 감지부는 상기 제1연장부 상에 배치된 제1스트레인 게이지와, 상기 제2연장부 상에 배치된 제2스트레인 게이지를 구비할 수 있다.
또는 상기 감지부는, 상기 제1연장부와 상기 제2연장부 사이에 또는 상기 제1지지부와 상기 헤드 사이에 또는 상기 제2지지부와 상기 헤드 사이에 개재된, 압전소자와, 상기 압전소자에서 발생하는 전압을 측정하는 전압측정부를 구비할 수 있다.
상기 헤드는 비도전성 물질을 포함할 수 있다. 또는, 상기 헤드는 표면의 적어도 일부가 비도전성 물질로 코팅되도록 할 수 있다.
상기 서포트는 플렉서블할 수 있다.
상기 제1지지부와 상기 제2지지부 사이의 이격거리는 상기 헤드의 가장 두꺼운 부분의 두께보다 짧도록 할 수 있다.
상기 서포트를 복수개 구비하며, 복수개의 서포트들은 상이한 지점들에서 상기 헤드와 접촉하며 상기 헤드를 지지하도록 할 수 있다. 이 경우, 속이 빈 수용체를 더 구비하고, 상기 복수개의 서포트들 각각은 상기 수용체 내면에 고정되도록 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 헤드와, 상이한 지점들에서 상기 헤드와 접촉하며 상기 헤드를 지지하는 복수개의 서포트들을 구비하고, 상기 복수개의 서포트들 각각은, 상기 헤드를 지지하는 지지부와, 상기 지지부로부터 연장된 연장부와, 상기 연장부의 변형을 감지하는 감지부를 구비하며, 상기 복수개의 서포트들에 있어서 상기 연장부의 연장 방향이 상이한, 센서가 제공된다.
상기 감지부는 상기 연장부 상에 배치된 스트레인 게이지 또는 상기 헤드와 상기 지지부 사이에 개재된 압전소자를 구비할 수 있다.
상기 복수개의 서포트들은 플렉서블할 수 있다.
속이 빈 수용체를 더 구비하고, 상기 복수개의 서포트들 각각은 상기 수용체 내면에 고정되도록 할 수 있다.
상기 감지부는 상기 복수개의 서포트들과 상기 수용체 내면의 적어도 일부를 전극들로 간주하여 커패시턴스 변화를 감지함으로써 상기 연장부의 변형을 감지할 수 있다.
상기 복수개의 서포트들과 상기 수용체 내면은 코일로 연결되며, 상기 감지부는 상기 코일의 인덕턴스 변화를 감지하여 상기 연장부의 변형을 감지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 관점에 따르면, 헤드와, 상기 헤드의 일측을 지지하도록 배치된 서포트를 구비하고, 상기 서포트는, 상기 헤드를 지지하는 지지부와, 상기 지지부와 이격되어 배치된 프레임과, 상기 지지부와 상기 프레임을 연결하는 플렉서블한 복수개의 연결부들과, 상기 복수개의 연결부들의 변형을 감지하는 감지부를 구비하는, 센서가 제공된다.
상기 감지부는 상기 복수개의 연결부들 상에 배치된 스트레인 게이지 또는 상기 헤드와 상기 지지부 사이에 개재된 압전소자를 구비할 수 있다.
상기 서포트를 복수개 구비하며, 복수개의 서포트들은 상이한 지점들에서 상기 헤드와 접촉하며 상기 헤드를 지지할 수 있다.
속이 빈 수용체를 더 구비하고, 상기 복수개의 서포트들 각각은 상기 수용체 내면에 고정되도록 할 수 있다.
상기 감지부는 상기 복수개의 서포트들과 상기 수용체 내면의 적어도 일부를 전극들로 간주하여 커패시턴스 변화를 감지함으로써 상기 복수개의 연결부들의 변형을 감지할 수 있다.
상기 복수개의 서포트들과 상기 수용체 내면은 코일로 연결되며, 상기 감지부는 상기 코일의 인덕턴스 변화를 감지하여 상기 복수개의 연결부들의 변형을 감지할 수 있다.
상기 지지부와 상기 프레임 각각은 폐루프 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 관점에 따르면, 헤드와, 상기 헤드의 일측을 지지하도록 배치된 서포트를 구비하고, 상기 서포트는, 상기 헤드를 지지하는 지지부와, 상기 지지부에 컨택하며 플렉서블한 프레임과, 상기 프레임의 변형을 감지하는 감지부를 구비하는, 센서가 제공된다.
상기 감지부는 상기 프레임 상에 배치된 스트레인 게이지 또는 상기 헤드와 상기 지지부 사이에 개재된 압전소자를 구비할 수 있다.
상기 서포트를 복수개 구비하며, 복수개의 서포트들은 상이한 지점들에서 상기 헤드와 접촉하며 상기 헤드를 지지할 수 있다. 아울러 속이 빈 수용체를 더 구비하고, 상기 복수개의 서포트들 각각은 상기 수용체 내면에 고정되도록 할 수 있다.
상기 감지부는 상기 복수개의 서포트들과 상기 수용체 내면의 적어도 일부를 전극들로 간주하여 커패시턴스 변화를 감지함으로써 상기 프레임의 변형을 감지할 수 있다.
상기 복수개의 서포트들과 상기 수용체 내면은 코일로 연결되며, 상기 감지부는 상기 코일의 인덕턴스 변화를 감지하여 상기 프레임의 변형을 감지할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 구조가 간단하면서도 움직임 등을 정확하게 센싱할 수 있는 센서를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 센서의 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
한편, 층, 막, 영역, 판 등의 각종 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 "바로 상에" 있는 경우뿐 아니라 그 사이에 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1의 센서의 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
본 실시예에 따른 센서는 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이 헤드(10)와, 이 헤드(10)의 일측(도 1 및 도 2에서는 대략 -z 방향의 부분)을 지지하도록 배치된 서포트(20)를 구비한다.
헤드(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이 구형일 수 있다. 그러나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 헤드(10)는 다면체형, 타원체형, 반구형 또는 반타원체형 등의 다양한 형상을 가질 수 있다. 헤드(10)는 충분한 질량을 가져, 가속도의 발생여부 및 그 크기 등을 감지할 수 있는 운동을 할 수 있다. 이에 대해서는 후술한다. 서포트(20)는 도 1에 도시된 것과 같이 베이스(1) 상에 배치되어 헤드(10)를 지지할 수 있다. 이러한 서포트(20)는 제1지지부(21), 제1연장부(21a), 제2지지부(22), 제2연장부(22a) 및 감지부(23)를 구비할 수 있다. 물론 센서는 서포트(20)들을 복수개 구비하며 이들이 z축을 중심으로 방사형으로 배치되어 헤드(10)를 지지할 수도 있다.
제1지지부(21)와 제2지지부(22)는 상호 이격되어 배치되는데, 제1지지부(21)와 제2지지부(22)는 헤드(10)를 지지하는 역할을 할 수 있다. 이를 위해 제1지지부(21)와 제2지지부(22)는 헤드(10)의 표면 형상에 암수 대응하는 형상을 가질 수 있다. 그리고 제1지지부(21)와 제2지지부(22)는 헤드(10)의 중심을 기준으로 상호 대응하는 양쪽(-x 방향 쪽과 +x 방향 쪽)에서 헤드(10)를 지지할 수 있다. 이에 따라 제1지지부(21)는 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이 -z 방향을 향하되 +x 방향을 향하는 방향으로 경사질 수 있고, 제2지지부(22)는 -z 방향을 향하되 -x 방향을 향하는 방향으로 경사질 수 있다. 제1지지부(21)와 제2지지부(22)는 판상으로 형성될 수 있는데, 플렉서블한 재질로 형성될 수 있다. 제1지지부(21)와 제2지지부(22)는 도전성 금속 및/또는 합성수지로 형성될 수 있다. 이와 같은 제1지지부(21) 및 제2지지부(22)는 헤드(10)와 직접 컨택할 수 있다. 물론 제1지지부(21) 및 제2지지부(22)와 헤드(10) 사이에 코팅체, 절연체, 접착제 또는 윤활제 등이 개재될 수도 있다.
이와 같은 제1지지부(21)와 제2지지부(22) 사이의 이격거리(sd)는 헤드(10)의 가장 두꺼운 부분의 두께(t)보다 짧도록 할 수 있다. 여기서 제1지지부(21)와 제2지지부(22) 사이의 이격거리(sd)는 제1지지부(21)의 제2지지부(22) 방향의 끝단과 제2지지부(22)의 제1지지부(21) 방향의 끝단 사이의 거리로 이해될 수 있다. 그리고 헤드(10)의 가장 두꺼운 부분의 두께(t)는, 예컨대 헤드(10)가 구형일 경우 그 직경으로 이해될 수 있다. 이와 같은 이격거리(sd)와 두께(t)조건을 만족시킴으로써, 헤드(10)가 제1지지부(21)와 제2지지부(22) 사이의 공간을 통해 베이스(1) 방향으로 빠지는 것을, 즉 서포트(20) 내로 인입되는 것을 방지할 수 있다.
제1연장부(21a)는 제1지지부(21)로부터 연장된 것이고 제2연장부(22a)는 제2지지부(22)로부터 연장된 것이다. 제1지지부(21)와 제2지지부(22)가 헤드(10)의 중심을 기준으로 상호 대응하는 양쪽(-x 방향 쪽과 +x 방향 쪽)에서 헤드(10)를 지지하기에, 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 역시 헤드(10)의 중심을 기준으로 상호 대응하는 양쪽에 위치하게 된다. 그리고 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)는 베이스(1) 방향을 향하도록 경사진다. 이에 따라 제1연장부(21a)는 -z 방향을 향하되 -x 방향을 향하는 방향으로 경사질 수 있고, 제2연장부(22a)는 -z 방향을 향하되 +x 방향을 향하는 방향으로 경사질 수 있다. 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)는 판상으로 형성될 수 있고, 플렉서블 특성을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 역시 도전성 금속 및/또는 합성수지로 형성될 수 있다.
서포트(20)는 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이 제1연장부(21a)로부터 베이스(1) 방향으로 연장된 제1추가연장부(21b)와, 제2연장부(22a)로부터 베이스(1) 방향으로 연장된 제2추가연장부(22b)를 더 가질 수도 있다. 이 제1추가연장부(21b)는 일단이 제1연장부(21a)에 연결되고 타단이 베이스(1)에 연결되며, 제2추가연장부(22b)는 일단이 제2연장부(22a)에 연결되고 타단이 베이스(1)에 연결되어, 결과적으로 베이스(1) 상에 서포트(20)가 위치하도록 할 수 있다. 제1추가연장부(21b)와 제2추가연장부(22b)는 판상으로 형성될 수 있고, 플렉서블 특성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 제1추가연장부(21b)와 제2추가연장부(22b)도 금속 및/또는 합성수지로 형성될 수 있다.
물론 제1연장부(21a)와 제1추가연장부(21b)를 포함하는 구조체를 제1연장부(21a)로 통칭할 수도 있고, 제2연장부(22a)와 제2추가연장부(22b)를 포함하는 구조체를 제2연장부(22a)로 통칭할 수도 있다. 이 경우 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)가 만곡부 또는 절곡부를 갖는 것으로 이해될 수 있다. 또는, 도 1 및 도 2에 도시된 것과 달리 제1추가연장부(21b)와 제2추가연장부(22b) 없이, 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)가 직접 베이스(1) 상에 연결될 수도 있다. 이하에서는 편의상 제1추가연장부(21b)는 제1연장부(21a)의 일부분이고, 제2추가연장부(22b)는 제2연장부(22a)의 일부분인 것으로 설명한다.
감지부(23)는 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)의 변형을 감지할 수 있다. 구체적으로, 센서 또는 센서가 장착된 물체가 가속도 운동을 하게 되면, 충분한 질량을 가진 헤드(10)는 관성에 의해 가속도의 반대방향으로 움직이게 된다. 이에 따라 플렉서블한 제1연장부(21a) 및/또는 제2연장부(22a)가 변형된다. 예컨대 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같은 센서의 경우, 센서 또는 센서가 장착된 물체가 +z 방향으로 가속도 운동을 하게 되면 헤드(10)는 -z 방향으로 움직이게 되고, 이 헤드(10)의 움직임에 따라 플렉서블한 제1연장부(21a) 및/또는 제2연장부(22a)가 변형된다. 감지부(23)는 그러한 변형을 감지한다. 이에 따라 센서는 가속도의 존재여부 및/또는 그 크기 등을 센싱할 수 있다. 여기서 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)는 전술한 것과 같이 제1추가연장부(21b)와 제2추가연장부(22b)를 포함하는 개념이다.
감지부(23)는 다양한 방식으로 구현할 수 있는데, 예컨대 도 2에 도시된 것과 같이 커패시턴스 변화를 감지하는 방식으로 구현될 수 있다. 즉, 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)는 각각 도전성 물질을 포함하고, 감지부(23)는 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이의 커패시턴스 변화를 감지하여 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이의 거리 변화를 감지할 수 있다.
예컨대 감지부(23)는 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이에 교류전압을 인가하는 전압인가부(23b)와, 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이에 흐르는 전류를 측정하는 전류측정부(23a)를 구비할 수 있다. 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)는 커패시터와 사전설정된 크기의 저항이 연결된 RC회로인 것으로 간주할 수 있다. 이에 따라 전압인가부(23b)에서 인가하는 교류전압의 전압크기와 주파수, 전류측정부(23a)에서 측정된 전류크기를 이용하면, 커패시턴스를 계산할 수 있다. 예컨대 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)를 직렬 RC회로로 간주할 경우, 커패시턴스 C는 다음과 같이 계산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112017080820954-pat00001
여기서 ω는 교류전압의 주파수, V는 전압크기, I는 전류크기, R은 저항이다. 이와 같이 계산된 커패시턴스 C는 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이의 거리(d)에 따라 변하게 되기에, 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이의 거리(d)를 알 수 있다. 통상적으로 커패시턴스는 두 전극(이 경우에는 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)) 사이의 거리(d)에 반비례한다.
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같은 센서의 경우, 센서 또는 센서가 장착된 물체가 +z 방향으로 가속도 운동을 하게 되면 헤드(10)는 -z 방향으로 움직이게 되고, 이 헤드(10)의 움직임에 따라 플렉서블한 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이의 거리(d)가 증가하도록 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)가 변형될 수 있다. 이 거리(d)를 측정함으로써 가속도의 크기를 정확하게 측정할 수 있다.
커패시턴스의 측정 대상이 반드시 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 제1연장부(21a)와 제2지지부(22) 사이의 커패시턴스를 측정할 수도 있고, 제2연장부(22a)와 제1지지부(21) 사이의 커패시턴스를 측정할 수도 있다. 즉, 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 중 적어도 어느 하나가 도전성 물질을 포함하도록 하고, 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 중 도전성 물질을 포함하는 것을 한 전극으로 하는 커패시터를 가정하여 그 커패시턴스 변화를 감지함으로써, 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이의 거리 변화를 감지하도록 할 수 있다.
물론 감지부(23)의 구성이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 단면도인 도 3에 도시된 것과 같이, 감지부(34)는 도전성 코일(23c) 또는 다른 도전성 탄성 물체를 구비할 수도 있다. 이 경우 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)는 각각 도전성 물질을 포함하고 이 코일(23c)로 연결된다. 그리고 감지부(23)는 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이의 인덕턴스 변화를 감지하여 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이의 거리 변화를 감지할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)는 인덕터와 사전설정된 크기의 저항이 연결된 RL회로인 것으로 간주할 수 있다. 이에 따라 전압인가부(23b)에서 인가하는 교류전압의 전압크기와 주파수, 전류측정부(23a)에서 측정된 전류크기를 이용하면, 인덕턴스를 계산할 수 있다. 예컨대 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)를 직렬 RL회로로 간주할 경우, 인덕턴스 L은 다음과 같이 계산될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112017080820954-pat00002
여기서 ω는 교류전압의 주파수, V는 전압크기, I는 전류크기, R은 저항이다. 이와 같이 계산된 인덕턴스 L은 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이의 거리(d)에 따라 변하게 되기에, 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이의 거리(d)를 알 수 있다. 코일(23c)의 감은 수를 N, 코일(23c)의 단면적을 A, 코일(23c)의 길이를 ℓ, 투자율을 μo라 하면, 통상적으로 인덕턴스 L은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112017080820954-pat00003
코일(23c)의 길이 ℓ은 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이의 거리(d)에 따라 결정될 수 있으므로, 측정값을 기초로 계산된 인덕턴스 L은 결국 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이의 거리(d)에 대한 데이터를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
코일(23c)이 반드시 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)에 연결되어야만 하는 것은 아니다. 예컨대 코일(23c)이 제1연장부(21a)와 제2지지부(22) 사이에 연결될 수도 있고, 제2연장부(22a)와 제1지지부(21) 사이에 연결될 수도 있다. 즉, 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 중 적어도 어느 하나는 도전성 물질을 포함하고 코일(23c)로 연결되며, 감지부는 이 코일(23c)의 인덕턴스 변화를 감지하여 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이의 거리 변화를 감지하도록 할 수 있다.
물론 감지부(23)의 구성이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 단면도인 도 4에 도시된 것과 같이, 감지부(23)는 스트레인 게이지(23d)를 구비할 수 있다. 구체적으로, 감지부(23)는 제1연장부(21a) 상에 배치된 제1스트레인 게이지와, 제2연장부(22a) 상에 배치된 제2스트레인 게이지를 구비할 수 있다.
스트레인 게이지(23d)는 CuNi 또는 NiCr 등으로 형성된 박막 또는 박형의 선 등의 형태를 가질 수 있는데, 부착된 대상물인 제1연장부(21a)나 제2연장부(22a)가 변형되면 박막 또는 박형의 선이 변형되어 전기적 저항이 변경된다. 통상적으로 박막 또는 박형의 선이 늘어나면 저항이 커지고, 줄어들면 저항이 감소한다. 이러한 저항의 변화는 게이지 팩터(gauge factor)라 불리는 값에 의해 변형율로 변환될 수 있다. 저항의 변화는 보통 휘스톤 브리지(wheatstone bridge)로 측정할 수 있다. 이와 같은 스트레인 게이지(23d)를 통해, 제1연장부(21a)나 제2연장부(22a)의 변형 정도를 정확하게 측정함으로써, 가속도의 존재여부나 그 크기 등을 정확하게 측정할 수 있다.
도 4에 도시된 것과 같은 센서의 경우, 센서 또는 센서가 장착된 물체가 +z 방향으로 가속도 운동을 하게 되면 헤드(10)는 -z 방향으로 움직이게 되고, 이 헤드(10)의 움직임에 따라 플렉서블한 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이의 거리가 증가하도록 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)가 변형될 수 있다. 이에 따라 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)에 부착된 스트레인 게이지(23d)는 늘어나서 저항이 커지게 되고, 이 저항값을 측정함으로써 가속도의 크기를 정확하게 측정할 수 있다.
감지부(23)가 제1연장부(21a) 상에 배치된 제1스트레인 게이지와, 제2연장부(22a) 상에 배치된 제2스트레인 게이지를 구비할 수도 있지만, 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 중 어느 하나에만 스트레인 게이지를 가질 수도 있는 등 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 감지부(23)의 구성이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 단면도인 도 5에 도시된 것과 같이, 감지부(23)는 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이에 개재된 압전소자(23e)와, 이 압전소자(23e)에서 발생하는 전압을 측정하는 전압측정부(23b')를 구비할 수 있다.
압전소자(23e)는 기계적 응력이 가해지면 전압을 발생시킨다. 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)가 변형되어 그 사이에 개재된 압전소자(23e)에 응력이 작용하게 되면, 변형되는 정도에 따라 압전소자(23e)에 가해지는 응력의 크기가 달라지게 된다. 압전소자(23e)에 가해지는 응력의 크기가 달라지게 되면 압전소자(23e)가 발생시키는 전압의 크기가 달라지기에, 전압측정부(23b')에서 측정된 전압의 크기에 따라 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)가 변형된 정도를 알 수 있으며, 그 변형된 정도를 통해 가속도의 존재여부나 가속도의 크기를 결정할 수 있다.
도 5에 도시된 것과 같은 센서의 경우, 센서 또는 센서가 장착된 물체가 +z 방향으로 가속도 운동을 하게 되면 헤드(10)는 -z 방향으로 움직이게 되고, 이 헤드(10)의 움직임에 따라 플렉서블한 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이의 거리가 증가하도록 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)가 변형될 수 있다. 이에 따라 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이에 개재된 압전소자(23e)에 인장응력이 작용하게 되며, 그 인장응력의 크기에 따라 압전소자(23e)가 발생시키는 전압의 크기를 전압측정부(23b')에서 측정함으로써, 가속도의 크기를 정확하게 측정할 수 있다.
물론 압전소자(23e)가 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이에만 개재될 수 있는 것은 아니다. 예컨대 도 5에서와 같이 측면에서 볼 경우 헤드(10), 제1지지부(21), 제1연장부(21a), 제1추가연장부(21b), 제2지지부(22), 제2연장부(22a), 제2추가연장부(22b) 및 베이스(1)로 정의되는 공간의 적어도 일부나 전체를 압전소자(23e)가 채우도록 할 수도 있다. 또는 압전소자(23e)는 헤드(10)와 제1지지부(21) 사이에, 또는 헤드(10)와 제2지지부(22) 사이에 위치하여, 헤드(10)에 의해 전해지는 압력 변화에 따라 크기가 상이한 전압을 생성하도록 할 수도 있다. 이와 같은 구성은 후술하는 실시예들 및 변형예들에 있어서도 마찬가지이다.
도 2 내지 도 5를 참조하여 전술한 것과 같은 감지부(23)의 경우, 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 및 제1지지부(21)와 제2지지부(22)의 적어도 일부의 전기적 도전성을 기초로 하여 제1연장부(21a) 및/또는 제2연장부(22a)의 변형여부나 변형 정도를 감지한다. 따라서 이를 위해 헤드(10)는 절연성 수지 등과 같은 비도전성 물질을 포함하도록 할 수도 있다. 또는, 헤드(10)의 표면의 적어도 일부가 비도전성 물질로 코팅되도록 할 수도 있다. 비도전성 물질은 예컨대 절연체, 윤활제, 접착제 등일 수 있다. 여기서 헤드(10) 표면의 적어도 일부분은 제1지지부(21)와 제2지지부(22)와 접촉하는 부분을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
도 5에서는 z축을 중심으로 +x 방향과 -x 방향에 제1연장부(21a)와 제2연장부(22b)가 존재하는 것으로 도시하고 있는바, z 축을 중심으로 +y 방향과 -y 방향에 각각 연장부들이 추가되어, 서포트가 총 4개의 연장부들을 가지며 연장부들 각각의 말단의 지지부가 헤드(10)를 지지하도록 할 수도 있다. 이 경우 임의 방향에서 입력되는 가속도 등에 대해 각 연장부들이 서로 다르게 변형되어, 전술된 측정 원리를 이용하여 측정 될 수 있음은 물론이다. 물론 서포트가 총 3개의 연장부들을 가지며 연장부들 각각의 말단의 지지부가 헤드(10)를 지지하도록 할 수도 있는 등, 다양한 변형이 가능하다.
이와 같이 헤드(10)와 플렉서블한 서포트(20)를 갖는 간단한 구조의 센서를 통해, 가속도의 존재여부를 정확하고 신속하게 센싱하고 가속도의 크기 등을 정확하고 신속하게 측정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 사시도이다. 본 실시예에 따른 센서는, 도 1 내지 도 5를 참조하여 전술한 실시예들 중 적어도 어느 하나에 있어서의 서포트(20)를 복수개 구비한다. 도 6에서는 6개의 서포트들(20a 내지 20f)을 구비하는 경우를 도시하고 있다. 서포트들(20a 내지 20f)은 상이한 지점들에서 헤드(10)와 접촉하며 헤드(10)를 지지한다. 센서는 속이 빈 수용체(1')를 구비하고, 복수개의 서포트들(20a 내지 20f) 각각은 이 수용체(1') 내면에 그 일단이 고정될 수 있다.
이와 같은 센서는 복수개의 서포트들(20a 내지 20f)을 갖기에, 다양한 방향으로의 가속도의 존재여부를 정확하고 신속하게 센싱하고 가속도의 크기를 정확하고 신속하게 측정할 수 있다. 예컨대 센서 또는 센서가 장착된 물체가 y축 방향으로 가속도 운동을 하게 되면 서포트들(20a 및/또는 20b)을 통해서, 센서 또는 센서가 장착된 물체가 x축 방향으로 가속도 운동을 하게 되면 서포트들(20c 및/또는 20d)을 통해서, 센서 또는 센서가 장착된 물체가 z축 방향으로 가속도 운동을 하게 되면 서포트들(20e 및/또는 20f)을 통해서, 가속도의 존재여부 및 크기를 정확하고 신속하게 센싱 및 측정할 수 있다.
도 6에서는 수용체(1')가 육면체인 것으로 도시하고 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 수용체(1')는 사면체일 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다. 만일 수용체(1')가 사면체라면, 센서는 4개의 서포트들을 가질 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 1 내지 도 5에서는 서포트(20)가 제1지지부(21), 제2지지부(22), 제1연장부(21a), 제2연장부(22a), 제1추가연장부(21b) 및 제2추가연장부(22b)를 갖는 것으로 도시하였으나, 전술한 것과 같이 제1추가연장부(21b)는 제1연장부(21a)의 일부분이고 제2추가연장부(22b)는 제2연장부(22a)의 일부분인 것으로 간주할 수 있다. 도 7은 그와 유사한 경우로서, 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)가 직접 베이스(1)에 연결되는 것으로 도시하고 있다. 한편, 도 1 내지 도 5에서는 제1지지부(21)의 끝단이 베이스(1)를 향하고 제2지지부(22)의 끝단이 베이스(1)를 향하는 것으로 도시하고 있지만, 도 7에 도시된 것과 같이 제1지지부(21)의 끝단은 베이스(1)로부터 멀어지는 방향을 향하고 제2지지부(22)의 끝단 역시 베이스(1)로부터 멀어지는 방향을 향하도록 할 수 있다. 물론 이 경우에도 제1지지부(21)와 제2지지부(22)는 헤드(10)의 표면을 따라 연장된 형상을 가질 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 센서의 경우에도, 헤드(10)의 움직임에 따라 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이의 간격이 변화하는 것을 감지부(미도시)가 감지함으로써, 가속도의 존재여부를 정확하고 신속하게 센싱하고 가속도의 크기를 정확하고 신속하게 측정할 수 있다. 감지부(미도시)의 구성은 도 2 내지 도 5를 참조하여 전술한 것과 같은 구성을 취할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 사시도이다. 본 실시예에 따른 센서는 도 7을 참조하여 전술한 실시예에 따른 센서가 갖는 서포트를 2개 갖는다. 도 8을 참조하면, 2 개의 서포트들 중 첫 번째 서포트는, z축 방향으로 연장되는 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a), 그리고 zx 평면에서 헤드(10)를 감싸는 것으로 이해될 수 있는 제1지지부(21)와 제2지지부(22)를 갖는다. 두 번째 서포트는, 역시 z축 방향으로 연장되는 제3연장부(21a')와 제4연장부(22a'), 그리고 yz 평면에서 헤드(10)를 감싸는 것으로 이해될 수 있는 제3지지부(21')와 제4지지부(22')를 갖는다. 제1지지부(21) 내지 제4지지부(22')는 수용체(1')의 내측면 상에 고정될 수 있다. 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a) 사이의 감지부(미도시)와, 제3연장부(21a')와 제4연장부(22a') 사이의 감지부(미도시)는, 도 2 내지 도 5를 참조하여 전술한 것과 같은 감지부(23)의 구성을 취할 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 센서의 경우, 다양한 방향으로의 가속도의 존재여부를 정확하고 신속하게 센싱하고 가속도의 크기를 정확하고 신속하게 측정할 수 있다. 예컨대 센서 또는 센서가 장착된 물체가 x축 방향으로 가속도 운동을 하게 되면 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)를 통해서, 센서 또는 센서가 장착된 물체가 y축 방향으로 가속도 운동을 하게 되면 제3연장부(21a')와 제4연장부(22a')를 통해서, 가속도의 존재여부 및 크기를 정확하고 신속하게 센싱 및 측정할 수 있다. 만일 센서 또는 센서가 장착된 물체가 +z축 방향으로 가속도 운동을 하게 되면, 제1연장부(21a)와 제2연장부(22a)를 통해서, 센서 또는 센서가 장착된 물체가 -z축 방향으로 가속도 운동을 하게 되면, 제3연장부(21a')와 제4연장부(22a')를 통해서, 가속도의 존재여부 및 크기를 정확하고 신속하게 센싱 및 측정할 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 것과 달리 도 9에 도시된 것처럼 제1지지부(21)와 제2지지부(22)가 베이스(1)에서 먼 방향으로 더 연장되어 헤드(10)를 감싸는 면적을 더 늘림으로써, 헤드(10)가 제1지지부(21)와 제2지지부(22)로부터 이탈하는 것을 효과적으로 방지할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 사시도이다. 본 실시예에 따른 센서는 헤드(10)와 복수개의 서포트들(20a 내지 20f)을 구비한다. 도 10에서는 6개의 서포트들(20a 내지 20f)을 갖는 것으로 도시하고 있다. 복수개의 서포트들(20a 내지 20f) 각각은 헤드(10)를 지지하는 지지부와, 이 지지부로부터 연장된 연장부, 그리고 연장부의 변형을 감지하는 감지부를 갖는다. 여기서 감지부는 예컨대 전술한 것과 같은 스트레인 게이지를 포함할 수 있다.
이때, 복수개의 서포트들(20a 내지 20f)에 있어서, 도 10에 도시된 것과 같이 연장부의 연장 방향이 상이하다. 서포트(20a)의 연장부는 -y 방향으로 연장되어 있고, 서포트(20b)의 연장부는 +z 방향으로 연장되어 있으며, 서포트(20c)의 연장부는 -x 방향으로 연장되어 있고, 서포트(20d)의 연장부는 -z 방향으로 연장되어 있으며, 서포트(20e)의 연장부는 +y 방향으로 연장되어 있고, 서포트(20f)의 연장부는 +x 방향으로 연장되어 있다. 물론 복수개의 서포트들(20a 내지 20f)은 플렉서블할 수 있다. 그리고 복수개의 서포트들(20a 내지 20f) 각각은 수용체(미도시)의 내면에 고정될 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 센서의 경우, 다양한 방향으로의 가속도의 존재여부를 정확하고 신속하게 센싱하고 가속도의 크기를 정확하고 신속하게 측정할 수 있다. 예컨대 센서 또는 센서가 장착된 물체가 +x 방향으로 가속도 운동을 하게 되면 서포트(20b)를 통해 또는 서포트(20b)와 서포트(20c)를 통해서, -x 방향으로 가속운동을 하게 되면 서포트(20a)를 통해 또는 서포트(20a)와 서포트(20f)를 통해서, +y 방향으로 가속도 운동을 하게 되면 서포트(20d)를 통해 또는 서포트(20d)와 서포트(20a)를 통해서, -y 방향으로 가속운동을 하게 되면 서포트(20c)를 통해 또는 서포트(20c)와 서포트(20e)를 통해서, +z 방향으로 가속도 운동을 하게 되면 서포트(20f)를 통해 또는 서포트(20f)와 서포트(20d)를 통해서, -z 방향으로 가속운동을 하게 되면 서포트(20e)를 통해 또는 서포트(20e)와 서포트(20b)를 통해서, 가속도의 존재여부 및 크기를 정확하고 신속하게 센싱 및 측정할 수 있다.
감지부가 스트레인 게이지가 아닌, 커패시턴스를 측정하는 기능을 갖는 것일 수도 있다. 예컨대 복수개의 서포트들(20a 내지 20f)이 도전성을 갖도록 하여 커패시터의 전극들로 이용될 수 있도록 하고, 또한 수용체(미도시)의 내면의 적어도 일부분들이 도전성을 가져 커패시터의 전극들로 이용될 수 있도록 할 수 있다. 이를 통해 복수개의 서포트들(20a 내지 20f)과 수용체 내면의 적어도 일부를 전극들로 간주하여 커패시턴스 변화를 감지함으로써, 연장부의 변형 여부를 감지할 수 있다. 예컨대 서포트(20a)의 연장부를 일 전극으로 여기고, +x 방향의 yz 평면인 수용체의 내면과 서포트(20a) 사이의 커패시턴스 변화 여부를 감지할 수 있다. 또는, 서포트(20a)의 연장부를 일 전극으로 여기고, -x 방향의 yz 평면인 수용체의 내면과 서포트(20a) 사이의 커패시턴스 변화 여부를 감지할 수 있다.
물론 감지부가 커패시턴스가 아닌 인덕턴스를 측정하도록 할 수도 있다. 예컨대 복수개의 서포트들(20a 내지 20f)이 도전성을 갖도록 하여 이들에 코일의 일단에 연결되도록 하고, 또한 수용체(미도시)의 내면의 적어도 일부분들이 도전성을 갖고 이들에 코일의 타단이 연결되도록 할 수 있다. 이를 통해 인덕턴스 변화를 감지함으로써, 연장부의 변형 여부를 감지할 수 있다. 예컨대 서포트(20a)의 연장부와, +x 방향의 yz 평면인 수용체의 내면 사이에, 코일이 개재되도록 하고 그 인덕턴스 변화 여부를 감지할 수 있다. 또는, 서포트(20a)의 연장부와, -x 방향의 yz 평면인 수용체의 내면 사이에, 코일이 개재되도록 하고 그 인덕턴스 변화 여부를 감지할 수 있다.
한편, 도 10에 도시된 것과 같은 상황에서 복수개의 서포트들(20a 내지 20f) 각각과 헤드(10) 사이에 개재된 압전소자를 감지부가 갖도록 할 수도 있다. 이를 통해 압전소자에서 발생되는 전압의 크기를 감지부가 감지하도록 할 수도 있다. 참고로 이 경우 감지부가 감지하는 것은 헤드(10)와 복수개의 서포트들(20a 내지 20f) 사이의 압력변화에 따른 전압의 크기이지만, 이는 결국 헤드(10)의 움직임에 의한 연장부의 변형을 감지하는 것으로 이해될 수 있다. 헤드(10)와 복수개의 서포트들(20a 내지 20f) 사이의 압력변화는 결국 연장부들의 변형을 야기하기 때문이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다. 본 실시예에 따른 센서는 헤드(10)와, 이 헤드(10)의 일측을 지지하도록 배치된 서포트(24)를 구비한다. 도 11에서는 헤드(10)와 서포트(24)가 이격된 것으로 도시하고 있으나, 이는 편의상 그와 같이 도시한 것일 뿐이며 헤드(10)와 서포트(24)가 상호 컨택할 수 있다.
서포트(24)는 헤드를 지지하는 지지부(24a), 지지부(24a)와 이격되어 배치된 프레임(24b), 지지부(24a)와 프레임(24b)을 연결하는 플렉서블한 복수개의 연결부(24c)들, 그리고 복수개의 연결부(24c)들의 변형을 감지하는 감지부(미도시)를 포함할 수 있다. 감지부는 예컨대 전술한 것과 같은 스트레인 게이지를 포함할 수 있다. 헤드(10)가 구형 형상을 갖는 경우라면, 지지부(24a)는 삼각 링 또는 사각 링과 같은 다각형 링 형상의 폐루프 형상을 가질 수 있다. 도 11에서는 프레임(24b) 역시 삼각 링과 같은 형상을 갖는 것으로 도시하고 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 프레임(24b)은 사각 링과 같은 다각형 형태의 링 형상 등의 폐루프 형상을 가질 수 있다.
이와 같은 센서의 경우에도 가속도의 존재여부 및 그 크기 등을 센싱하고 측정할 수 있다. 예컨대 센서 또는 센서가 장착된 물체가 +z 방향으로 가속도 운동을 하게 되면 헤드(10)는 -z 방향으로 움직이게 되고, 이 헤드(10)의 움직임에 따라 플렉서블한 복수개의 연결부(24c)들이 변형된다. 감지부는 그러한 변형을 감지한다. 이에 따라 센서는 가속도의 존재여부 및/또는 그 크기 등을 센싱할 수 있다. 플렉서블한 복수개의 연결부(24c)들은 도전성 금속 및/또는 합성수지로 형성할 수 있다. 지지부(24a)와 프레임(24b)은 금속과 같은 임의의 견고한 특성을 갖는 물질로 형성할 수 있다.
물론 감지부가 스트레인 게이지가 아닌, 커패시턴스를 측정하는 기능을 갖는 것일 수도 있다. 예컨대 연결부(24c)가 도전성을 갖도록 하여 커패시터의 전극으로 이용될 수 있도록 하고, 또한 수용체(미도시)의 내면의 적어도 일부분들이 도전성을 가져 커패시터의 전극으로 이용될 수 있도록 할 수 있다. 이를 통해 연결부(24c)와 수용체 내면의 적어도 일부를 전극들로 간주하여 커패시턴스 변화를 감지함으로써, 연결부(24c)의 변형 여부를 감지할 수 있다. 예컨대 연결부(24c)를 일 전극으로 여기고, -z 방향의 xy 평면인 수용체의 내면과 연결부(24c) 사이의 커패시턴스 변화 여부를 감지할 수 있다.
감지부가 커패시턴스가 아닌 인덕턴스를 측정하도록 할 수도 있다. 예컨대 연결부(24c)가 도전성을 갖도록 하여 이들에 코일의 일단에 연결되도록 하고, 또한 수용체(미도시)의 내면의 적어도 일부분들이 도전성을 갖고 여기에 코일의 타단이 연결되도록 할 수 있다. 이를 통해 인덕턴스 변화를 감지함으로써, 연결부(24c)의 변형 여부를 감지할 수 있다. 예컨대 연결부(24c)와, -z 방향의 xy 평면인 수용체의 내면 사이에, 코일이 개재되도록 하고 그 인덕턴스 변화 여부를 감지할 수 있다.
변형예로써, 도 11에 도시된 것과 같은 상황에서 지지부(24a)와 헤드(10) 사이에 개재된 압전소자를 감지부가 갖도록 할 수도 있다. 이를 통해 압전소자에서 발생되는 전압의 크기를 감지부가 감지하도록 할 수도 있다. 참고로 이 경우 감지부가 감지하는 것은 헤드(10)와 지지부(24a) 사이의 압력변화에 따른 전압의 크기이지만, 이는 결국 헤드(10)의 움직임에 의한 복수개의 연결부(24c)들의 변형을 감지하는 것으로 이해될 수 있다. 헤드(10)와 지지부(24a) 사이의 압력변화는 결국 복수개의 연결부(24c)들의 변형을 야기하기 때문이다.
물론 도 6에 도시된 것과 유사하게, 센서는 서포트(24)를 복수개 구비할 수도 있다. 즉, 도 6에 도시된 것과 유사하게 헤드(10)를 중심으로 +x 방향, -x 방향, +y 방향, -y 방향, +z 방향 및 -z 방향에 배치된 6개의 서포트(24)들을 구비할 수도 있다. 6개의 서포트(24)들은 상이한 지점들에서 헤드(10)와 접촉하며 헤드(10)를 지지할 수 있다. 센서는 속이 빈 수용체를 구비하고, 6개의 서포트(24)들 각각은 이 수용체 내면에 고정될 수 있다.
이와 같은 센서는 6개의 서포트(24)들을 갖기에, 다양한 방향으로의 가속도의 존재여부를 정확하고 신속하게 센싱하고 가속도의 크기를 정확하고 신속하게 측정할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 센서를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 본 실시예에 따른 센서는 헤드(10)와, 이 헤드(10)의 일측을 지지하도록 배치된 서포트(20)를 구비한다.
서포트(20)는 헤드(10)를 지지하는 지지부(25a), 이 지지부(25a)에 컨택하며 플렉서블한 프레임(25b), 그리고 프레임(25b)의 변형을 감지하는 감지부(미도시)를 포함할 수 있다. 감지부는 예컨대 전술한 것과 같은 스트레인 게이지를 포함할 수 있다. 플렉서블한 프레임(25b)은 일 방향으로 연장되며, 양단은 베이스(1)에 고정될 수 있다. 지지부(25a)는 일단이 헤드(10)를 지지하고, 타단이 플렉서블한 프레임(25b) 상에 위치할 수 있다. 플렉서블한 프레임(25b)은 도전성 금속 및/또는 합성수지로 형성할 수 있다.
이와 같은 센서의 경우에도 가속도의 존재여부 및 그 크기 등을 센싱하고 측정할 수 있다. 예컨대 센서 또는 센서가 장착된 물체가 +z 방향으로 가속도 운동을 하게 되면 헤드(10)는 -z 방향으로 움직이게 되고, 이 헤드(10)의 움직임에 따라 플렉서블한 프레임(25b)이 변형된다. 감지부는 그러한 변형을 도 1 내지 도 6을 참조하여 전술한 윈리 등을 이용하여 감지할 수 있다. 이에 따라 센서는 가속도의 존재여부 및/또는 그 크기 등을 센싱할 수 있다.
도 12에 도시된 것과 같은 구성에 있어서, 감지부가 반드시 스트레인 게이지를 구비해야만 하는 것은 아니다. 예컨대 플렉서블한 프레임(25b)과 베이스(1)의 측면 또는 저면 사이에 도전성 코일을 개재시켜 인덕턴스 변화를 측정하거나, 플렉서블한 프레임(25b)과 베이스(1)의 측면 또는 저면 사이에 커패시턴스가 존재하도록 하여 그 커패시턴스를 측정하는 등, 감지부가 다양한 방식의 구성을 취할 수 있음은 물론이다.
또는 헤드(10)와 지지부(25a) 사이에 개재된 압전소자를 감지부가 구비할 수도 있다. 참고로 이 경우 감지부가 감지하는 것은 헤드(10)와 지지부(25a) 사이의 압력변화에 따른 전압의 크기이지만, 이는 결국 헤드(10)의 움직임에 의한 프레임(25b)의 변형을 감지하는 것으로 이해될 수 있다. 헤드(10)와 지지부(25a) 사이의 압력변화는 결국 프레임(25b)들의 변형을 야기하기 때문이다.
물론 도 13에 도시된 것과 같이, 센서는 복수개의 서포트들(20a 내지 20f)을 구비할 수도 있다. 즉, 도 13에 도시된 것과 유사하게 헤드(10)를 중심으로 +x 방향, -x 방향, +y 방향, -y 방향, +z 방향 및 -z 방향에 배치된 6개의 서포트들(20a 내지 20f)을 구비할 수도 있다. 6개의 서포트들(20a 내지 20f)은 상이한 지점들에서 헤드(10)와 접촉하며 헤드(10)를 지지할 수 있다. 센서는 속이 빈 수용체를 구비하고, 6개의 서포트들(20a 내지 20f) 각각은 이 수용체 내면에 고정될 수 있다. 그리고 6개의 서포터들(20a 내지 20f) 각각의 지지부는 헤드(10)의 중심을 향해 연장된 형상을 갖고, 헤드(10)의 6개의 서포터들(20a 내지 20f)과 접촉하는 지점들의 위치가 헤드(10)의 중심을 기준으로 모든 방향에 대해 공간적으로 점대칭이다. 즉, 도 13에 도시된 것과 같이, 서포터(20a)와 헤드(10)가 접촉하는 지점에서의 중심인 제1중심과 서포터(20b)와 헤드(10)가 접촉하는 지점에서의 중심인 제2중심을 연결하는 직선은 헤드(10)의 중심을 지나고 제1중심은 헤드(10)의 중심을 기준으로 제2중심의 반대편에 위치하며, 서포터(20c)와 헤드(10)가 접촉하는 지점에서의 중심인 제3중심과 서포터(20d)와 헤드(10)가 접촉하는 지점에서의 중심인 제4중심을 연결하는 직선은 헤드(10)의 중심을 지나고 제3중심은 헤드(10)의 중심을 기준으로 제4중심의 반대편에 위치하며, 서포터(20e)와 헤드(10)가 접촉하는 지점에서의 중심인 제5중심과 서포터(20f)와 헤드(10)가 접촉하는 지점에서의 중심인 제6중심을 연결하는 직선은 헤드(10)의 중심을 지나며 제5중심은 헤드(10)의 중심을 기준으로 제6중심의 반대편에 위치한다.
이와 같은 센서는 6개의 서포트들(20a 내지 20f)을 갖기에, 다양한 방향으로의 가속도의 존재여부를 정확하고 신속하게 센싱하고 가속도의 크기를 정확하고 신속하게 측정할 수 있다.
지금까지는 센서가 가속도의 존재여부를 확인하거나 그 크기를 측정하는 경우에 대해 설명하였으나, 본 발명의 센서의 기능이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 외부에서 충격이나 힘이 가해졌을 경우에도 관성에 의해 헤드(10)의 위치가 변하게 되고 그 결과 연장부들이 변형될 수 있다. 따라서 연장부들의 그러한 변형을 감지함으로써, 외부로부터의 충격이나 힘의 존재여부를 확인하고 그 충격이나 힘의 크기를 측정하는데 사용될 수 있다. 또한 본 발명의 센서가 진동에 의해 흔들릴 경우에도 연장부들이 변형될 수 있기에, 그러한 진동의 존재여부를 확인하고 진동의 크기를 측정하는데 사용될 수 있다. 즉, 본 발명의 센서는 가속도, 충격이나 힘, 압력, 진동 등을 측정하는데 사용될 수 있다. 또는 온도변화에 의해 센서의 연장부가 팽창/수축할 수 있는바, 연장부의 그러한 팽창/수축에 의한 변형을 감지함으로써 온도구배 등의 존재여부를 확인하거나 온도구배의 정도를 측정하는데 사용될 수도 있다. 물론 헤드와 지지부 사이에 압전소자 등의 감지부가 배치된 경우에도, 외부로부터의 충격이나 힘이 가해지거나 진동에 의해 흔들리는 등의 경우에, 그 존재여부를 확인하고 크기를 측정하는데 사용될 수 있음은 물론이다.
요약하면 본 발명의 센서는 센서헤드(10), 지지부들(21, 22), 연장부들(21a, 21b, 22a, 22b), 프레임들(24, 25), 베이스(1) 등의 구조, 모양 또는 그들 사이에 형성되는 공간의 모양을 변화시키는, 예컨대 힘, 진동, 가속도, 온도를 포함하는 모든 물리적 변수들을 측정할 수 있다. 더욱이 지지부(21, 22), 연장부(21a, 21b, 22a, 22b) 및/또는 부착 또는 연결되는 감지부의 개수를 증가하여 여러 방향의 힘, 가속도, 진동 및 온도 등을 (동시에) 측정할 수 있다. 따라서 다축 로드셀, 다축 악셀레로미터, 다축 진동측정기, 다축 온도구배 센서, 다축 관성센서 등을 포함하여 물리적 변수들을 동시 다방향으로 측정할 수 있는 기기로 사용 될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 베이스 1': 수용체
10: 헤드 20: 서포트
21: 제1지지부 21a: 제1연장부
21b: 제1추가연장부 22: 제2지지부
22a: 제2연장부 22b: 제2추가연장부
23: 감지부

Claims (5)

  1. 헤드; 및
    상기 헤드의 일측을 지지하도록 배치된 6개의 서포트들;
    를 구비하고, 상기 6개의 서포트들 각각은,
    상기 헤드를 지지하는 지지부;
    상기 지지부에 컨택하며 플렉서블한 프레임; 및
    상기 프레임의 변형을 감지하는 감지부;
    를 구비하며,
    상기 6개의 서포터들은 상이한 지점들에서 상기 헤드와 접촉하되,　상기 6개의 서포터들 각각의 지지부는 상기 헤드의 중심을 향해 연장된 형상을 갖고,
    상기 6개의 서포터들은 제1서포터 내지 제6서포터를 포함하며,
    상기 헤드의 제1서포터와 접촉하는 지점의 제1중심과 상기 헤드의 제2서포터와 접촉하는 지점의 제2중심을 연결하는 직선은　상기 헤드의 중심을 지나고 상기 제1중심은 상기 헤드의 중심을 기준으로 상기 제2중심의 반대편에 위치하며,
    상기 헤드의 제3서포터와 접촉하는 지점의 제3중심과 상기 헤드의 제4서포터와 접촉하는 지점의 제4중심을 연결하는 직선은 상기 헤드의 중심을 지나고 상기 제3중심은 상기 헤드의 중심을 기준으로 상기 제4중심의 반대편에 위치하며,
    상기 헤드의 제5서포터와 접촉하는 지점의 제5중심과 상기 헤드의 제6서포터와 접촉하는 지점의 제6중심을 연결하는 직선은 상기 헤드의 중심을 지나고 상기 제5중심은 상기 헤드의 중심을 기준으로 상기 제6중심의 반대편에 위치하는, 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는 상기 프레임 상에 배치된 스트레인 게이지 또는 상기 헤드와 상기 서포트 사이에 개재된 압전소자를 구비하는, 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    속이 빈 수용체를 더 구비하고, 상기 6개의 서포트들 각각은 상기 수용체 내면에 고정된, 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 감지부는 상기 6개의 서포트들과 상기 수용체 내면의 적어도 일부를 전극들로 간주하여 커패시턴스 변화를 감지함으로써 상기 프레임의 변형을 감지하는, 센서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 6개의 서포트들과 상기 수용체 내면은 코일로 연결되며, 상기 감지부는 상기 코일의 인덕턴스 변화를 감지하여 상기 프레임의 변형을 감지하는, 센서.
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