KR101918578B1 - 탄소마이크로코일센서를 포함하는 통행자 인식시스템 - Google Patents

탄소마이크로코일센서를 포함하는 통행자 인식시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시 예는 탄소마이크로코일(carbon micro coil)센서를 이용하여 다양한 설치가 가능하고 하나의 센서가 근접, 접촉 및 압력을 동시에 인지할 수 있는 통행자 인식시스템을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 탄소마이크로코일센서를 포함하는 통행자 인식시스템은 접근, 이격, 접촉 또는 가압하는 물체를 감지하는 기능을 갖는 센서를 적어도 하나 구비하는 센서모듈 및 센서모듈이 물체를 감지하는 경우, 센서모듈로부터 관련정보를 수신하고, 통행장치에 구비된 구동모듈에 제어신호를 송신하며 통행장치에 구비된 제어모듈을 포함한다.

Description

탄소마이크로코일센서를 포함하는 통행자 인식시스템{A sensing system for pedestrian having carbon micro coil sensor}
본 발명은 탄소마이크로코일센서를 포함하는 통행자 인식시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소마이크로코일(carbon micro coil)센서를 이용하여 다양한 설치가 가능하고 하나의 센서가 근접, 접촉 및 압력을 동시에 인지할 수 있는 통행자 인식시스템에 관한 것이다.
에스컬레이터 또는 무빙워크(moving walk) 등의 통행자를 위한 장치는 안전 및 에너지절감 등을 위해 통행자의 통행 시에만 작동되도록 기능하고, 이를 위해 각 장치에는 동작감지 센서장치가 설치되어 있다. 일반적으로 동작감시 센서장치는 에스컬레이터 또는 무빙워크(moving walk) 등의 통행자를 위한 장치의 입구 또는 출구에 기둥의 형상으로 설치된다. 이러한 동작감지 센서장치는, 적외선센서 등의 광학센서를 많이 사용하고 있으며, 근처에 오는 것을 감지하는 것이 아니라 지나가는 것을 감지하므로, 통행자를 위한 장치에서 동작감지 센서장치가 어느 정도 거리를 두고 설치되어야만 통행자가 다가가기 전에 통행자를 위한 장치의 정상운전이 가능하다.
탄소마이크로코일(carbon micro coil)은 탄소섬유를 코일모양으로 성장시킨 형태로서 주로 CVD방식을 응용하여 합성된다. 이러한 탄소마이크로코일(carbon micro coil)은 VGCF나 탄소나노튜브에 비하여 성장속도가 매우 느리기 때문에, 일반적으로 기판법을 이용하여 촉매, 반응조건, 장치조건을 최적화해야만 합성할 수 있다.
그러나 탄소마이크로코일(carbon micro coil)은 최대 15배까지 늘어나는 초탄력성을 가지고 있고, 코일(coil)의 신축에 따라 전기저항이 변화하며, 온도 증가에 따라 저항이 감소하는 반도체적 성질을 가지는 등 독특한 특성을 가지고 있어 폭넓은 응용이 기대된다.
또한, 탄소마이크로코일(carbon micro coil)이 포함된 물질은 전원을 인가하였을 때, 생체 인지 능력이 뛰어나고, 응답속도가 빠르며, 소비전력이 낮다고 알려져 있어 센서소자로서의 가능성도 시사하고 있다.
한편, 근접센서는 종래의 마이크로스위치, 리미트스위치의 기계적인 접촉에 의한 검출방식이 아니라 검출면에 접근하는 물체가 센서별로 정해진 검출거리 내로 들어오면 전자계의 힘을 이용하여 기계적인 접촉 없이 ON/OFF 출력을 내보내는 센서다. 근접센서는 접촉식의 스위치보다 수명이 길고 활용도 또한 상당히 높기 때문에 산업 자동화 등에 매우 광범위하게 사용되고 있으며, 자기 근접센서, 광학 근접센서, 초음파 근접센서, 유도성 근접센서, 용량성 근접센서, 와전류 근접센서 등과 같은 여러 형태의 근접센서가 있다.
일본 공개특허 2001-035327호(발명의 명칭: 정전용량형 근접센서, 이하 종래기술1이라 한다.)에서는 검지면을 검지 대상물과 대면시키는 검출 전극과 상기 검지면의 측방에 있어서 검출 전극으로부터 검지 대상물을 향할 방향을 따라 설치되어 상기 검지면의 측방에 있어서 검출 전극과 검지 대상물 사이의 소정 부분을 차폐함과 동시에, 이 차폐부분이 가변이 되도록 설치된 실드 전극을 구비한 것을 특징으로 하는 정전용량형 근접센서가 개시되어 있다.
상기 종래기술1은, 센서에 포함되는 구성요소가 많아 그 구조가 복잡하여, 다양한 응용분야에서 효율적으로 활용하기가 어렵다는 제1문제점을 갖는다.
또한, 상기 종래기술1은, 실린더에 복수 개의 실드 전극을 구비하도록 하여 근접센서를 형성하므로, 센서를 소형화시키는 것에 한계가 있다는 제2문제점을 갖는다.
그리고, 상기 종래기술1은, 일정한 면적에 분포되는 방식으로 설치할 수 없어, 센싱 사각지대가 발생할 수 있다는 제3문제점을 갖는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, 자동문, 무빙워크(moving walk) 또는 에스컬레이터(escalator) 중 어느 하나의 통행장치를 위한 통행자 인식시스템에 있어서, 접근, 이격, 접촉 또는 가압하는 물체를 감지하는 기능을 갖는 센서를 적어도 하나 구비하는 센서모듈; 및 상기 센서모듈이 물체를 감지하는 경우, 상기 센서모듈로부터 관련정보를 수신하고, 상기 통행장치에 구비된 구동모듈에 제어신호를 송신하며 상기 통행장치에 구비된 제어모듈을 포함하여 이루어지고, 상기 센서는 탄소마이크로코일(carbon micro coil)을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소마이크로코일센서를 포함하는 통행자 인식시스템을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 센서는, 전극부, 및 상기 전극부의 일부가 함입되고, 상기 전극부에 인가되는 교류에 대하여 임피던스 소자로서 기능하며, 상기 탄소마이크로코일을 포함하는 감지부를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 센서모듈은, 상기 센서, 상기 전극부에 상기 교류가 인가되는 경우에 상기 감지부의 인덕턴스, 커패시턴스 및 저항 중 하나 이상의 것을 측정하여 임피던스신호를 생성하는 기능을 구비하는 임피던스측정부, 상기 임피던스측정부로부터 수신된 상기 임피던스신호를 처리하여 상기 물체에 대한 관련정보를 생성하는 기능을 구비하는 프로세서부, 상기 임피던스신호와 상기 감지부로부터 물체까지의 거리 간 관계 또는 상기 임피던스신호와 상기 물체의 하중 간 관계를 기록하고 있는 기준데이터표, 및 상기 기준데이터표가 기록되는 저장부를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 감지부는 물체가 접근, 이격, 접촉 또는 하중작용함에 따라 상기 임피던스가 변화할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 감지부는, 전체 100중량부에 대하여 상기 탄소마이크로코일이 2 내지 10 중량부만큼 혼합될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 탄소마이크로코일은, 3차원적인 나선 형상으로 직경 1 내지 10 마이크로미터(㎛), 길이 10 내지 500 마이크로미터(㎛)일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 탄소마이크로코일을 형성하는 탄소섬유(carbon fiber)의 직경은, 0.01 내지 1 마이크로미터(㎛)일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 전극부는 제1전극 및 제2전극을 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 통행장치에 대한 정보를 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 제공하는 물체정보제공부를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명은, 동작감지센서의 설치를 위한 별도의 구조물이 필요하지 않아, 통행자의 이동 편의를 증대시키고, 센서 감지 시간이 감소한다는 제1효과를 갖는다.
본 발명은, 단순한 구조를 가지는 센서의 제조가 가능하고, 이에 따라 다양한 응용분야에서 효율적으로 활용하기가 가능하다는 제2효과를 갖는다.
또한, 본 발명은, 마이크로 스케일의 직경을 가진 탄소마이크로코일(carbon micro coil)을 이용하므로, 센서의 충분한 소형화가 가능하다는 제3효과를 갖는다.
또한, 본 발명은, 기존의 근접 또는 촉각센서와 달리 하나의 센서가 근접, 접촉 및 압력을 동시에 인지할 수 있다는 제4효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은, 형상자유도가 높아 1차원, 2차원 또는 3차원의 다양한 형상을 구현할 수 있으므로, 센싱 사각지대의 발생을 방지할 수 있다는 제5효과를 갖는다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 통행자 인식시스템에 대한 블록도이다.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 센서의 사시도이다.
도3은 본 발명의 실시 예로서, 물체의 접근, 접촉 또는 이격에 따른 감지부의 임피던스의 실수부 변화를 나타내는 그래프이다.
도4는 본 발명의 실시 예에 따른 감지부의 등가회로도이다.
도5는 본 발명의 실시 예에 따른 센서모듈에 대한 블록도이다.
도6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 센서모듈에 대한 블록도이다.
도7은 본 발명의 실시 예에 따른 센서의 통행자 감지 정도를 나타낸 그래프이다.
도8은 본 발명의 실시 예에 따른 센서의 무생명체 감지 정도를 나타낸 그래프이다.
도9는 본 발명의 실시 예에 따른 센서의 하중 감지 정도를 나타낸 그래프이다.
도10은 본 발명의 실시 예에 따른 자동문의 모식도이다.
도11은 본 발명의 실시 예에 따른 무빙워크(moving walk)의 모식도이다.
도12는 본 발명의 실시 예에 따른 에스컬레이터(escalator)의 모식도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 통행자 인식시스템에 대한 블록도이고, 도2는 본 발명의 실시 예에 따른 센서(10)의 사시도이며, 도3은 본 발명의 실시 예로서, 물체의 접근, 접촉 또는 이격에 따른 감지부(120)의 임피던스의 실수부 변화를 나타내는 그래프이다. 그리고, 도4는 본 발명의 실시 예에 따른 감지부(120)의 등가회로도이다.
도1에서 보는 바와 같이, 자동문, 무빙워크(moving walk) 또는 에스컬레이터(escalator) 중 어느 하나의 통행장치를 위한 통행자 인식시스템으로 이용되는 본 발명의 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(121)센서를 포함하는 통행자 인식시스템은, 접근, 이격, 접촉 또는 가압하는 물체를 감지하는 기능을 갖는 센서(100)를 적어도 하나 구비하는 센서모듈(10) 및 센서모듈(10)이 물체를 감지하는 경우, 센서모듈(10)로부터 관련정보를 수신하고, 통행장치에 구비된 구동모듈(30)에 제어신호를 송신하며 상기 통행장치에 구비된 제어모듈(20)을 포함하여 이루어질 수 있고, 센서(100)는 탄소마이크로코일(carbon micro coil) (121)을 포함할 수 있다.
구동모듈(30)은 모터와 모터에 전력을 공급하는 전원장치 및 제어모듈(20)로부터 제어신호를 수신하는 수신부를 포함할 수 있고, 수신부에서 제어신호를 수신하여 구동신호를 전원장치에 전달하면, 전원장치에서 모터로 전력 공급을 시작하여 통행장치의 작동이 시작될 수 있다.
도2에서 보는 바와 같이, 센서(100)는, 전극부(110) 및 전극부(110)의 일부가 함입되고 전극부(110)에 인가되는 교류에 대하여 임피던스 소자로서 기능하며 탄소마이크로코일(121)을 포함하는 감지부(120)를 포함하여 이루어질 수 있다.
감지부(120)는 소정의 직경, 길이 등을 갖춘 탄소마이크로코일(121)을 포함하고, 캐스팅, 사출성형, 압출성형, 압축성형하여 제조할 수 있지만, 그 제조방법을 제한하는 것은 아니다. 감지부(120)의 형상은 육면체가 될 수 있지만, 다른 형상을 배제하는 것은 아니다.
감지부(120)는 물체가 접근, 이격, 접촉 또는 하중작용함에 따라 임피던스가 변화할 수 있다.
도3에서 보는 바와 같이, 감지부(120)에 교류를 인가하고, 물체를 감지부(120)에 접근시켰을 때, 감지부(120)의 임피던스의 실수부가 증가하였고, 물체가 감지부(120)에 접촉하였을 때, 감지부(120)의 임피던스의 실수부는 최대값을 가졌다. 또한, 물체가 감지부(120)로부터 이격하였을 때, 감지부(120)의 임피던스의 실수부가 감소하였다.
도3과 같은 결과는, 감지부(120)에 포함된 탄소마이크로코일(121)로 인한 것인데, 이 같은 결과로부터, 감지부(120)는 인가되는 교류에 대하여, 비록 커패시터, 인덕터 및 저항 중 하나 이상의 특성이 지배적일 가능성은 있지만, 결국 임피던스 소자로서 기능한다고 할 수 있고, 감지부(120)를 도4에 도시된 일실시 예에서와 같이 소정의 커패시턴스(C), 인덕턴스(L) 및 저항(R)을 포함하는 등가회로로 고려할 수 있다.
따라서, 상기와 같은 특성을 가지는 감지부(120)를 포함하는 본 발명의 센서(100)는 접근 또는 이격하는 물체를 감지하는 근접센서로서의 기능을 가진다고 할 것이다.
감지부(120)는, 전체 100중량부에 대하여 탄소마이크로코일(121)이 2 내지 10 중량부만큼 혼합될 수 있다.
탄소마이크로코일(121)이 전체 100중량부에 대하여 2 중량부 미만이면, 탄소마이크로코일(121)을 포함시켰을 때 접근 또는 이격하는 물체에 대하여 감지부(120)의 임피던스 변화가 기준치에 미달할 수 있다. 그리고, 탄소마이크로코일(121)이 전체 100중량부에 대하여 10 중량부 초과이면, 센싱에 필요한 양을 초과하여 생산비용이 증가하는 문제가 발생할 수 있고, 복수 개의 탄소마이크로코일(121)이 포함된 분말 간에 퍼콜레이션(percolation)이 발생하여 저항이 감소하는 문제가 있을 수 있다.
탄소마이크로코일(121)은, 3차원적인 나선 형상으로 직경 1 내지 10 마이크로미터(㎛), 길이 10 내지 500 마이크로미터(㎛)일 수 있다.
탄소마이크로코일(121)을 형성하는 탄소섬유(carbon fiber)의 직경은, 0.01 내지 1 마이크로미터(㎛)일 수 있다.
감지부(120)에 포함된 탄소마이크로코일(121)은 3차원적인 나선 형상으로 길이 10 내지 500 마이크로미터(㎛)인 것이 바람직하다. 탄소마이크로코일(121)의 길이가 길수록 감지부(120)의 감도는 증가하지만, 감지부(120) 내 탄소마이크로코일(121)의 분산성이 감소하기 때문이다. 또한, 탄소마이크로코일(121)의 직경은 1 내지 10 마이크로미터(㎛), 코일(coil)을 이루는 탄소섬유(carbon fiber)의 직경은 0.01 내지 1 마이크로미터(㎛)인 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.
전극부(110)는 전극부(110)의 전기전도도, 전극부(110)의 가공성, 감지부(120)의 형상, 감지부(120)의 크기, 감지부(120)의 소재, 전극부(110)와 감지부(120)의 접착성, 전극부(110)와 감지부(120)의 접촉성, 전극부(110)의 내구성 등을 고려하여 전극부(110)의 소재, 전극부(110)의 형상, 전극부(110)의 길이, 전극부(110)의 단면의 직경 등을 결정하여야 하지만, 전극부(110)를 결정하는 다른 요소를 배제하는 것은 아니다.
전극부(110)의 소재는 전기전도도가 좋은 구리, 금, 은 또는 이들의 합금 등을 고려할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 또한, 전극부(110)의 형상, 감지부(120)의 형상, 감지부(120)의 크기, 전극부(110)와 감지부(120)의 접촉성 등을 고려하여, 전극부(110)의 강도, 연성 등을 포함한 가공성을 고려함으로써 전극부(110)의 소재를 결정하여야 한다. 또한, 전극부(110)가 감지부(120)와 접착이 잘 되어야만 전극부(110)와 감지부(120) 간 간극이 발생하는 것을 막을 수 있으므로, 감지부(120)의 소재 역시 고려하여야 한다. 전극부(110)의 소재를 결정하는 요소로 전극부(110)의 전기전도도, 전극부(110)의 가공성 및 감지부(120)의 소재에 한정하지 않음은 물론이다.
전극부(110)의 형상은 전극부(110)가 감지부(120)로부터 이탈하지 않고, 감지부(120) 내에서 흔들리지 않으며, 감지부(120)와의 접촉성이 양호하도록 설계되어야 하므로, 도2와 같은 직선 형상 이외에도 코일(coil) 형상 등을 고려할 수 있으나, 다른 형상을 배제하는 것은 아니다.
전극부(110)의 길이나 전극부(110)의 단면의 직경 등은 전극부(110)의 일부가 감지부(120) 내에 위치한다는 점에서, 감지부(120)의 형상이나 크기를 고려하여야 한다. 또한, 전극부(110)가 감지부(120)와 잘 접촉되도록 전극부(110)의 길이를 너무 짧지 않도록 해야 하고, 전극부(110)의 내구성을 고려하여 전극부(110)를 너무 얇거나 길게 하지 않도록 해야 한다. 물론, 이에 한정하여 전극부(110)의 길이나 전극부(110)의 단면의 직경 등을 정하는 것은 아니다.
전극부(110)는 제1전극(111) 및 제2전극(112)을 포함하여 이루어질 수 있다.
도2에서 보는 바와 같이, 전극부(110)는 제1전극(111)과 제2전극(112)을 포함하여 구성할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 전압을 인가할 양극과 음극이 있어야 하므로 2개의 전극이 필요하지만, 구현하고자 하는 회로구성에 따라 전극이 더 필요할 수 있다.
도5는 본 발명의 실시 예에 따른 센서모듈에 대한 블록도이고, 도6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 센서모듈에 대한 블록도이다.
도5에서 보는 바와 같이, 센서모듈(10)은, 센서(100), 전극부(110)에 교류가 인가되는 경우에 감지부(120)의 인덕턴스, 커패시턴스 및 저항 중 하나 이상의 것을 측정하여 임피던스신호를 생성하는 기능을 구비하는 임피던스측정부(200), 임피던스측정부(200)로부터 수신된 임피던스신호를 처리하여 물체에 대한 관련정보를 생성하는 기능을 구비하는 프로세서부(300), 임피던스신호와 감지부(120)로부터 물체까지의 거리 간 관계 또는 임피던스신호와 물체의 하중 간 관계를 기록하고 있는 기준데이터표(410), 및 기준데이터표(410)가 기록되는 저장부(400)를 포함하여 이루어질 수 있다.
센서(100)는 센서(100)의 용도, 센서모듈(10)을 이루는 다른 요소와의 관계, 센서(100)를 구성하는 소재를 고려하여 센서(100)의 크기를 결정하여야 하지만, 센서(100)를 결정하는 요소나 그 요소에 영향을 미치는 요소를 한정하는 것은 아니다.
임피던스측정부(200)는 전극부(110)에 교류가 인가되는 경우에 감지부(120)의 인덕턴스, 커패시턴스 및 저항 중 하나 이상의 것을 측정하여 임피던스신호를 생성하는 기능을 구비한다.
감지부(120)를 이루는 성분의 조성에 따라, 전극부(110)에 교류 인가 시, 감지부(120)에서 인덕터, 커패시터 및 저항 중 하나 이상의 특성이 지배적으로 나타날 수 있다. 임피던스측정부(200)는 감지부(120)에서 인덕터의 특성이 지배적일 때는 인덕턴스를 측정하고, 커패시터의 특성이 지배적일 때는 커패시턴스를 측정하고, 저항의 특성이 지배적일 때는 저항을 측정하고, 인덕터와 커패시터의 특성이 직렬 또는 병렬로 지배적일 때는 직렬 또는 병렬로 연결된 인덕턴스와 커패시턴스를 측정하고, 인덕터와 저항의 특성이 직렬 또는 병렬로 지배적일 때는 직렬 또는 병렬로 연결된 인덕턴스와 저항을 측정하고, 커패시터와 저항의 특성이 직렬 또는 병렬로 지배적일 때는 직렬 또는 병렬로 연결된 커패시턴스와 저항을 측정하며, 인덕터, 커패시터 및 저항의 특성이 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합된 형태로 지배적일 때는 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합된 형태로 연결된 인덕턴스, 커패시턴스 및 저항을 측정한다. 다만, 이러한 측정결과를 토대로 만들어내는 임피던스신호는 (a1) 감지부(120)의 등가회로도를 구성하는 각 소자에 관한 것일 수도 있고, (a2) 감지부(120)의 등가회로도의 전체 임피던스를 측정하여 출력된 임피던스의 크기, 임피던스의 위상각, 임피던스의 실수부, 리액턴스, 어드미턴스의 크기, 어드미턴스의 위상각, 컨덕턴스 및 서셉턴스 중 하나 이상에 관한 것일 수도 있다. 상기 (a1)의 경우, 후술할 프로세서부(300)에서 상기 (a2)과 같은 값으로 환산하는 기능을 구비하여야 할 것이다.
프로세서부(300)는 임피던스측정부(200)로부터 수신된 임피던스신호를 처리하여 물체에 대한 관련정보를 생성한다.
프로세서부(300)는 임피던스신호로부터 후술할 기준데이터표(410)를 참조하여 물체에 대한 관련정보를 생성하는데, 관련정보는 물체의 접근 여부, 물체의 이격 여부, 물체와 센서(100)와의 거리, 물체의 접촉 여부가 될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
기준데이터표(410)는 임피던스신호와 감지부(120)로부터 물체까지의 거리 간의 관계를 기록하고 있다.
저장부(400)는 기준데이터표(410)가 기록되는 부분이다. 저장부(400)로 HDD 및 FLASH MEMORY를 사용할 수 있지만 이에 한정하는 것은 아니다.
제어모듈에는 설정 값이 입력되어 있을 수 있다.
이에 따라, 기준데이터표(410)의 관련정보와 제어모듈의 설정 값을 비교하여 통행장치의 작동 시작이 수행될 수 있다.
구체적으로, 접근에 대한 제어모듈의 설정 값이 10센티미터(cm)로 입력되어, 통행자가 10센티미터(cm) 이내로 접근하는 경우 통행장치가 작동되도록 설정될 수 있다. 그리고, 기준데이터표(410)의 관련정보가 실시간으로 통행자와 센서(100)와의 거리를 제어모듈에 전달하고, 통행자와 센서(100)와의 거리가 10센티미터(cm) 이내라고 제어모듈에서 판단되면, 제어모듈로부터 구동모듈로 제어신호가 전달되어 통행장치의 작동이 시작될 수 있다.
상기의 실시 예에서는 통행자의 접근에 대해서 설명하고 있으나, 통행자와의 이격, 접촉 또는 통행자의 신체에 의한 가압에 대한 실시 예도 동일한 원리로 가능할 수 있다.
도6에서 보는 바와 같이, 센서모듈(10)은 신호변환부(310), 증폭부(320) 및 디지털변환부(330)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
신호변환부(310)는 임피던스측정부(200)로부터 수신된 임피던스신호를 전압아날로그신호 또는 전류아날로그신호로 변환하는 기능을 구비한다.
증폭부(320)는 신호변환부(310)로부터 수신된 전압아날로그신호 또는 전류아날로그신호를 증폭하는 기능을 구비한다. 임피던스신호가 미약하지 않다면 증폭부(320)가 필수적인 것은 아니다.
디지털변환부(330)는 증폭부(320)로부터 증폭된 전압아날로그신호 또는 증폭된 전류아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 기능을 구비한다.
프로세서부(300)는 디지털변환부(330)로부터 수신된 디지털신호를 처리하여 물체에 대한 관련정보를 생성한다.
즉, 프로세서부(300)에서 임피던스신호를 전압아날로그신호 또는 전류아날로그신호로 변환하고, 이를 증폭한 다음, 디지털신호로 변환하는 기능을 구비하는 것을 고려하여야 한다.
도7은 본 발명의 실시 예에 따른 센서의 통행자 감지 정도를 나타낸 그래프이고, 도8은 본 발명의 실시 예에 따른 센서의 무생명체 감지 정도를 나타낸 그래프이다. 그리고, 도9는 본 발명의 실시 예에 따른 센서의 하중 감지 정도를 나타낸 그래프이다.
도7 및 도8에서 보는 바와 같이, 통행자와 같은 생명체가 통과할 때 뿐만 아니라, 일반적인 물건과 같은 무생명체가 통화할 때도 인덕턴스 변화에 의해 감지가 가능할 수 있다. 그리고, 도9에서 보는 바와 같이, 하중 증가에 따라 인덕턴스가 변화하여 감지가 가능할 수 있다.
이에 따라, 통행자나 물건이 센서(100)에 접근 시 센서(100)가 통행자나 물건을 감지하여 통행장치를 작동할 수 있을 뿐만 아니라, 본 발명의 센서(100)가 바닥에 설치되어, 통행자나 물건이 바닥을 하중을 주면서 접촉하여 통과 시에 센서(100)가 통행자나 물건을 감지하여 통행장치를 작동시킬 수 있다.
본 발명의 탄소마이크로코일센서를 포함하는 통행자 인식시스템은, 통행장치에 대한 정보를 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 제공하는 정보제공부를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
통행장치에 대한 정보를 사용자에게 시각적으로 제공하는 정보제공부로서, 전구 경고등 또는 LED 경고등과 같은 광을 이용한 장치가 이용될 수 있다.
통행장치에 대한 정보를 사용자에게 청각적으로 제공하는 정보제공부로서, 싸이렌 경고음 또는 알람 경고음과 같은 소리를 이용한 장치가 이용될 수 있다.
정보제공부에 의해, 통행자는, 에스컬레이터 또는 무빙워크(moving walk) 등의 통행자를 위한 장치에 이상 발생 시, 상기와 같은 경고에 의해 통행 중단을 할 수 있다. 그리고, 자동문의 경우, 출입금지에 대한 정보를 획득할 수 있다.
이하, 센서(100)의 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
센서(100)의 제조방법에는 감지부(120)와 전극부(110)를 함께 성형하는 방법과, 감지부(120)를 먼저 형성하고 전극부(110)를 결합하는 방법이 있는데, 감지부(120)와 전극부(110)를 함께 성형하는 방법부터 설명하기로 한다.
먼저, 전극부(110)의 일부를 몰드의 소정의 위치에 고정시켜야 하는데, 전술한 바와 같이, 전극부(110)는 전극부(110)의 전기전도도, 전극부(110)의 가공성, 감지부(120)의 형상, 감지부(120)의 크기, 감지부(120)의 소재, 전극부(110)와 감지부(120)의 접착성, 전극부(110)와 감지부(120)의 접촉성, 전극부(110)의 내구성 등을 고려하여 전극부(110)의 소재, 전극부(110)의 형상, 전극부(110)의 길이, 전극부(110)의 단면의 직경 등을 결정하여야 하지만, 전극부(110)를 결정하는 다른 요소를 배제하는 것은 아니다. 전극부(110)는 감지부(120) 밑면에 고정시킬 수도 있고, 감지부(120) 내부에 고정시킬 수도 있지만, 고정 위치를 제한하는 것은 아니다. 감지부(120) 내부에 고정시킬 때는 전극이 흔들리지 않도록 감지부(120) 밑면과 전극을 연결하여 전극을 고정하는 장치를 고려할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 전극부(110)를 고정시킬 때는 고정하고자 하는 위치에 단단히 고정시켜야 하는데, 이는 전극부(110)가 감지부(120)로부터 이탈하지 않게 하고, 전극부(110)가 감지부(120) 내에서 흔들리지 않게 하며, 전극부(110)와 감지부(120) 간 간극이 발생하지 않게 하기 위해서이지만 이에 한정하는 것은 아니다.
그 다음, 몰드의 내부에 탄소마이크로코일(carbon micro coil) (121)을 포함하는 물질을 투입하여 감지부(120)를 형성함으로써, 감지부(120)와 전극부(110)가 조립된 조립체를 형성한다. 감지부(120)는 캐스팅, 사출성형, 압출성형, 압축성형하여 형성할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다. 감지부(120)의 제조방법은 다음과 같다.
(2-1) 캐스팅을 하는 경우
(2-1-1) 유기비히클(122)을 준비한다.
유기비히클(122)은 실리콘 고무, 아크릴 수지, 아미드계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리우레탄 수지, 니트릴-부타디엔계 고무, PVC(이에 한정하지 않는다.) 같은 폴리머 수지 중의 어느 하나 이상과 소정의 용매를 혼합하여 제조할 수 있다. 용매는 유기용매에 한정되는 것은 아니다. 유기비히클(122)의 성분은 유기비히클(122)과 후술할 슬러리(slurry)의 점도, 탄소마이크로코일(carbon micro coil) (121)분말의 분산성, 제조될 감지부(120)의 연성, 경도, 제조될 감지부(120)와 전극부(110)간의 접착성을 고려하여 선택하여야 하나, 다른 요소를 배제하는 것은 아니다. 유기비히클(122)의 점도가 적절하지 않아서 슬러리(slurry)의 점도가 적절하지 않은 경우, 감지부(120)에 핀홀(pin hole) 또는 줄무늬가 발생하는 등의 문제가 생길 수 있고, 그 결과, 센서(100)의 특성이 저하될 수 있다. 또한, 탄소마이크로코일(carbon micro coil) (121)분말의 분산성이 낮을 경우, 슬러리(slurry)를 구성하는 성분의 균일한 분산이 이루어지지 않아 센서(100)의 특성이 저하될 수 있다.
(2-1-2) 상기된 (2-1-1)단계에서의 유기비히클(122)내에 탄소마이크로코일(carbon micro coil((121)분말을 분산하여 혼합시킴으로써 슬러리(slurry)를 형성한다.
(2-1-3) 슬러리(slurry)를 필요에 따라 안정제, 경화촉진제, 가소제, 충전제 등과 함께 몰드의 내부에 투입하고, 사용한 경화촉진제의 종류 또는 사용한 폴리머 수지의 종류에 따라 상온 또는 소정의 온도에서 경화시킨다.
(2-2) 사출성형을 하는 경우
(2-2-1) 실리콘 고무, 아크릴 수지, 아미드계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리우레탄 수지, 니트릴-부타디엔계 고무, PVC(이에 한정하지 않는다.) 같은 폴리머 수지 중의 어느 하나 이상, 소정의 용매(유기용매에 한정하지 않는다.) 및 탄소마이크로코일(carbon micro coil) (121)분말(또는 펠릿)을 호퍼에 투입한다. 이때, 필요에 따라 안정제, 경화촉진제, 가소제, 충전제 등도 함께 호퍼에 투입할 수 있다.
(2-2-2) 상기된 (2-2-1)단계에서 호퍼에 투입한 물질을 사출실린더 내에서 용융시킨다음, 고압으로 몰드로 사출시킨다. 그 다음, 사용한 경화촉진제의 종류 또는 사용한 폴리머 수지의 종류에 따라 몰드로 사출된 물질을 상온 또는 소정의 온도에서 경화시킨다.
(2-3) 압출성형을 하는 경우
(2-3-1) 실리콘 고무, 아크릴 수지, 아미드계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리우레탄 수지, 니트릴-부타디엔계 고무, PVC(이에 한정하지 않는다.) 같은 폴리머 수지 중의 어느 하나 이상, 소정의 용매(유기용매에 한정하지 않는다.) 및 탄소마이크로코일(carbon micro coil) (121)분말(또는 펠릿)을 호퍼에 투입한다. 이때, 필요에 따라 안정제, 경화촉진제, 가소제, 충전제 등도 함께 호퍼에 투입할 수 있다.
(2-3-2) 상기된 (2-3-1)단계에서 호퍼에 투입한 물질을 압출실린더 내에서 용융시킨다음, 몰드를 통과시켜 밀어낸다. 그 다음, 사용한 경화촉진제의 종류 또는 사용한 폴리머 수지의 종류에 따라 몰드를 통과한 물질을 상온 또는 소정의 온도에서 경화시킨다.
(2-4) 압축성형을 하는 경우
(2-4-1) 실리콘 고무, 아크릴 수지, 아미드계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리우레탄 수지, 니트릴-부타디엔계 고무, PVC(이에 한정하지 않는다.) 같은 폴리머 수지 중의 어느 하나 이상, 소정의 용매(유기용매에 한정하지 않는다.) 및 탄소마이크로코일(carbon micro coil) (121) 분말(또는 펠릿)을 몰드의 하형의 내부에 투입한다. 이때, 필요에 따라 안정제, 경화촉진제, 가소제, 충전제 등도 함께 투입할 수 있다.
(2-4-2) 상형을 닫은 다음, 열과 압력을 가한다.
(2-4-3) 사용한 경화촉진제의 종류 또는 사용한 폴리머 수지의 종류에 따라 몰드에 투입한 물질을 상온 또는 소정의 온도에서 경화시킨다.
제조된 조립체는 사용 목적에 따라 원하는 크기로 재단하는 등의 공정을 거칠 수도 있다. 조립체를 절단할 때는 감지부(120)가 파단되지 않도록 주의하여야 한다.
조립체를 형성함에 있어, 감지부(120)를 구성하는 탄소마이크로코일(carbon micro coil) (121)의 조성, 직경, 길이, 코일(coil)을 이루는 탄소섬유(carbon fiber)의 직경 등을 고려해야 하지만, 이에 한정하는 것은 아니다.
한편, 조립체 형성 단계에서, 처음에 몰드에 전극을 투입하지 않고 상기의 방법으로 감지부(120)를 형성한 다음, 나중에 전극부(110)와 감지부(120)를 결합할 수도 있다.
먼저, 감지부(120)를 상기의 방법으로 형성한다. 여기서, 감지부(120)를 전극부(110)와 결합하기 전에, 사용 목적에 따라 원하는 크기로 감지부(120)를 재단할 수 있는데, 감지부(120)를 절단할 때는 감지부(120)가 파단되지 않도록 주의하여야 한다.
그 다음, 형성된 감지부(120)와 전극부(110)를 결합하는데, 전자인쇄(electronic printing) 공정을 통해 전도성 잉크를 사용하여 전극을 감지부(120)에 인쇄하거나, 전도성 소재를 압착해서 감지부(120)에 부착할 수 있으나, 다른 방법을 배제하는 것은 아니다. 전도성 소재를 압착해서 감지부(120)에 부착하는 경우, 볼트, 너트, 리벳 등을 사용하여 부착하거나, 에폭시 등의 접착제를 사용하여 부착할 수 있으나, 다른 방법을 배제하는 것은 아니다.
또한, 감지부(120)에서 전극부(110)를 형성할 부분을 에칭(etching)한 다음, 상기와 같이 전극을 감지부(120)에 인쇄하거나 부착하여, 전극부(110)와 감지부(120)를 일체화할 수 있으나, 다른 방법을 배제하는 것은 아니다.
도10은 본 발명의 실시 예에 따른 자동문의 모식도이이고, 도11은 본 발명의 실시 예에 따른 무빙워크(moving walk)의 모식도이다. 그리고, 도12는 본 발명의 실시 예에 따른 에스컬레이터(escalator)의 모식도이다.
도10에서 보는 바와 같이, 센서(100)를 직접 자동문에 설치하여, 통행자의 접근 또는 접촉에 의해 자동문의 개방이 시작되도록 할 수 있다. 이 때, 위치 및 형상을 다양하게 할 수 있다.
도11 및 도12에서 보는 바와 같이, 센서(100)를 무빙워크 또는 에스컬레이터의 바닥에 설치할 수 있다. 이에 따라, 통행자의 접근이나 접촉 또는 하중 감지에 의해 무빙워크 또는 에스컬레이터의 작동이 시작되도록 할 수 있다.
상기의 실시 예에서와 같이, 다양한 용도에 맞게 접근이나 접촉 또는 하중 감지에 의해 작동이 시작되도록 센서(100)를 선택할 수 있고, 센서(100)의 설치를 위한 별도의 구조물이 필요 없이, 다양한 위치에 다양한 형상으로 설치가 가능할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 센서모듈 20 : 제어모듈
30 : 구동모듈 100 : 센서
110 : 전극부 111 : 제1전극
112 : 제2전극 120 : 감지부
121 : 탄소마이크로코일(carbon micro coil)
122 : 유기비히클 200 : 임피던스측정부
300 : 프로세서부 310 : 신호변환부
320 : 증폭부 330 : 디지털변환부
400 : 저장부 410 : 기준데이터표

Claims (9)

  1. 자동문, 무빙워크(moving walk) 또는 에스컬레이터(escalator) 중 어느 하나의 통행장치를 위한 통행자 인식시스템에 있어서,
    접근, 이격, 접촉 또는 가압하는 물체를 감지하는 기능을 갖고, 2개 이상의 전극으로 형성되는 전극부, 및 상기 전극부의 일부가 함입되고, 상기 전극부에 인가되는 교류에 대하여 임피던스 소자로서 기능하며, 탄소마이크로코일(carbon micro coil)을 포함하여 물체가 접근, 이격, 접촉 또는 하중작용함에 따라 임피던스가 변화하는 감지부,를 포함하는 센서를 적어도 하나 구비하고, 상기 전극부에 상기 교류가 인가되는 경우에 상기 감지부의 인덕턴스, 커패시턴스 및 저항 중 하나 이상의 것을 측정하여 임피던스신호를 생성하는 기능을 구비하는 임피던스측정부, 및 상기 임피던스측정부로부터 수신된 상기 임피던스신호를 처리하여 상기 물체에 대한 관련정보를 생성하는 기능을 구비하는 프로세서부,를 포함하는 센서모듈; 및
    상기 센서모듈이 물체를 감지하는 경우, 상기 센서모듈로부터 관련정보를 수신하고, 상기 통행장치에 구비된 구동모듈에 제어신호를 송신하며 상기 통행장치에 구비된 제어모듈;
    을 포함하여 이루어지고,
    상기 전극부는, 상기 전극부와 상기 감지부 간 간극 생성 방지를 위해 상기 감지부의 밑면 또는 상기 감지부의 내부에 고정되며,
    폴리머 수지와 유기용매를 혼합한 유기비히클에 상기 탄소마이크로코일 분말을 분산하여 혼합시킴으로써 슬러리를 형성한 후, 상기 슬러리와 경화촉진제를 몰드의 내부에 투입한 후 소정의 온도에서 경화시켜 상기 감지부를 형성하고,
    상기 감지부에서 상기 전극부를 형성할 부분을 에칭한 후, 상기 감지부의 에칭 부위에 전도성 잉크를 이용하여 전자 인쇄하거나, 또는 전도성 소재를 압착해서 부착하여 상기 전극부를 형성하며,
    상기 감지부에 포함되는 상기 탄소마이크로코일 성분의 조성에 따라, 상기 감지부는 인덕터, 커패시터 또는 저항 중 어느 하나 이상의 특성을 나타내고,
    상기 임피던스측정부는, 상기 감지부에서 인덕터, 커패시터 또는 저항 중 어느 하나의 특성이 현저한 경우, 현저하게 나타나는 특성에 대한 측정을 수행하여 임피던스신호를 생성하고,
    상기 임피던스측정부는, 상기 감지부에서 인덕터와 커패시터의 특성이 직렬 또는 병렬로 현저한 때는 직렬 또는 병렬로 연결된 인덕턴스와 커패시턴스를 측정하고, 인덕터와 저항의 특성이 직렬 또는 병렬로 현저한 때는 직렬 또는 병렬로 연결된 인덕턴스와 저항을 측정하고, 커패시터와 저항의 특성이 직렬 또는 병렬로 현저한 때는 직렬 또는 병렬로 연결된 커패시턴스와 저항을 측정하며, 인덕터, 커패시터 및 저항의 특성이 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합된 형태로 현저한 때는 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합된 형태로 연결된 인덕턴스, 커패시턴스 및 저항을 측정하여 상기 임피던스신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 탄소마이크로코일센서를 포함하는 통행자 인식시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항1에 있어서,
    상기 센서모듈은,
    상기 임피던스신호와 상기 감지부로부터 물체까지의 거리 간 관계 또는 상기 임피던스신호와 상기 물체의 하중 간 관계를 기록하고 있는 기준데이터표, 및
    상기 기준데이터표가 기록되는 저장부,
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소마이크로코일센서를 포함하는 통행자 인식시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항1에 있어서,
    상기 감지부는, 전체 100중량부에 대하여 상기 탄소마이크로코일이 2 내지 10 중량부만큼 혼합되는 것을 특징으로 하는 탄소마이크로코일센서를 포함하는 통행자 인식시스템.
  6. 청구항1에 있어서,
    상기 탄소마이크로코일은, 3차원적인 나선 형상으로 직경 1 내지 10 마이크로미터(㎛), 길이 10 내지 500 마이크로미터(㎛)인 것을 특징으로 하는 탄소마이크로코일센서를 포함하는 통행자 인식시스템.
  7. 청구항1에 있어서,
    상기 탄소마이크로코일을 형성하는 탄소섬유(carbon fiber)의 직경은, 0.01 내지 1 마이크로미터(㎛)인 것을 특징으로 하는 탄소마이크로코일센서를 포함하는 통행자 인식시스템.
  8. 청구항1에 있어서,
    상기 전극부는 제1전극 및 제2전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소마이크로코일센서를 포함하는 통행자 인식시스템.
  9. 청구항1에 있어서,
    상기 통행장치에 대한 정보를 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 제공하는 정보제공부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소마이크로코일센서를 포함하는 통행자 인식시스템.
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