KR102060254B1 - 로드셀 및 멀티 로드셀 - Google Patents

로드셀 및 멀티 로드셀 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정전용량 방식 로드셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스트레인게이지를 적용하여 저항값 변화를 읽어 인식하는 종래의 로드셀과 달리 정전용량의 변화값을 읽어 무게를 감지할 수 있는 새로운 구조를 적용하여 구조가 간단하여 제조가 용이하고 제조 단가가 매우 저렴할 뿐만아니라 노이즈 저감으로 인한 무게 측정의 정확성이 우수한 정전용량 방식 로드셀에 관한 것이다.

Description

로드셀 및 멀티 로드셀 {Load Cell And Multi Load Cell}
본 발명은 정전용량 방식 로드셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스트레인게이지를 적용하여 저항값 변화를 읽어 인식하는 종래의 로드셀과 달리 정전용량의 변화값을 읽어 무게를 감지할 수 있는 새로운 구조를 적용하여 구조가 간단하여 제조가 용이하고 제조 단가가 매우 저렴할 뿐만 아니라 노이즈 저감으로 인한 무게 측정의 정확성이 우수하여 정전용량 방식의 로드셀 및 멀티 로드셀에 관한 것이다.
로드셀은 힘이나 하중과 같은 물리량을 측정할 수 있는 센서를 의미하고, 힘이 가해지면 그 힘만큼 전기 신호가 발생하게 되며 상기 전기 신호를 무게로 표시할 수 있다.
일반적으로 종래의 로드셀은 표면에 스트레인게이지가 배치되고 상기 스트레인게이지는 형태가 변하는 만큼 저항 값이 변하게된다. 따라서 스트레인게이지의 형태가 변하는 만큼 로드셀이 보내는 전기신호에 영항을 끼치게 되므로 상기 저항 변화로 무게를 측정할 수 있다.
즉, 종래의 로드셀은 스트레인게이지의 저항값 변화를 읽어 무게를 측정하는 방식으로 미세전류 흐름을 감지하는 복잡한 구조의 스트레인게이지가 반드시 필요하므로 제조단가가 증가하고 생산성이 떨어지는 문제가 있었다.
또한, 종래의 로드셀은 스트레인케이지가 부착되어야 하므로 육면체로 정형화된 형상을 가지기 때문에 다양한 장치 구현이 어려운 문제가 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 스트레인게이지를 적용하여 저항값 변화를 읽어 인식하는 종래의 로드셀과 달리 정전용량의 변화값을 읽어 무게를 감지할 수 있는 새로운 구조를 적용하여 구조가 간단하여 제조가 용이하고 제조 단가가 매우 저렴할 뿐만아니라 노이즈 저감으로 인한 무게 측정의 정확성이 우수한 정전용량 방식 로드셀 또는 멀티 로드셀을 제공하는 데 있다. 특히, IoT 기반 멀티 압력 터치 인터페이스 기기에 적용될 수 있는 로드셀 또는 멀티 로트셀을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 정전 용량 방식의 로드셀은 프레임과; 상기 프레임 내부에 일정 높이 만큼 이격되게 형성된 전극 탄성체와; 상기 프레임의 상면 및 하면에 결합되어 형성된 상부 및 하부 전극 플레이트와; 상기 상부 전극 플레이트를 관통하고 상기 전극 탄성체 상에 지지되는 핀블럭을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 프레임과 상부 및 하부 전극 플레이트가 전체 외형을 이루며 노이즈를 차페하는 쉴드 하우징을 구성하고; 상기 프레임은 전도체 또는 비전도체로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 전극 탄성체는 탄성체 역할과 전극 역할을 동시에 수행하고; 탄성을 가진 전도체인 금속으로 구성되거나 탄성을 가지면서 비전도체인 탄성채에 전도체가 적층되거나, 또는 상기 탄성체에 전도성 물질이 도포 또는 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 전극 플레이트와 전극 탄성체 사이의 높이(H1)와 상기 전극 탄성체와 하부 전극 플레이트 사이의 높이(H2)는 비 대칭적으로 다른 높이로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 상부 전극 플레이트와 전극 탄성체 사이에 제 1 정전용량이 생성되고;상기 전극 탄성체와 하부 전극 플레이트 사이에 제 2 정전용량이 생성되고; 상기 프레임과 전극 탄성체 사이에 제 3 정전용량이 생성되는 것을 특징으로 한다.
핀 블록에 하중 또는 힘이 작용하면 상기 전극 탄성체에 하중 또는 힘이 가해지면서 탄성력에 의해 하부로 처짐이 발생하고 상부 전극 플레이트와 전극 탄성체 사이의 거리가 증가하면서 상기 제 1 정전용량이 증가하고; 상기 전극 탄성체와 하부 전극 플레이트 사이의 거리가 감소하면서 상기 제 2 정전용량이 감소하고; 상기 제 1 정전용량의 증가와 제 2 정전용량의 감소에 따른 정전용량의 변화로부터 상기 하중 또는 힘에 의한 무게가 측정되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 정전용량 방식의 로드셀이 복수개가 배치되는 멀티 로드셀로서; 로드셀의 위치에 따른 멀티 좌표 인식이 가능하고, 하중이 작용된 수평 거리 및 각도와 각 로드셀로 인식된 무게 정보에 따른 하중 분포를 얻을 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 멀티 로드셀은 인터페이스 윈도우 하부에 복수개가 배치된 멀티 로드셀 유닛과; 상기 복수 개의 로드셀의 위치 정보를 저장하고 개별 로드셀의 무게 정보로부터 압력이 감지된 멀티좌표, 거리, 각도, 하중 분포 중 적어도 하나를 산출하는 프로세서 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 멀티 로드셀 유닛은 복수 개의 로드셀을 수용하도록 구획된 단위 로드셀 수용부를 구비한 프레임과; 상기 프레임 상면 및 하면에 형성되어 상기 복수 개의 로드셀에 대해 전극 역할을 담당하는 상부 및 하부 전극 플레이트와; 상기 로드셀 수용부의 바닥으로부터 이격되게 장착된 복수 개의 전극 탄성체와; 상기 단위 로드셀 수용부 상의 상부 전극 플레이트를 관통하여 상기 전극 탄성체에 지지되는 복수 개의 핀블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 단위 로드셀 수용부에 형성된 탄성체가 개별적으로 제 1 전극을 구성하고, 상기 로드셀 수용부 전체의 상면과 하면에 공통으로 형성되는 상부 및 하부 전극 플레이트가 모든 로드셀에 대한 제 2 전극 역할을 담당하여 로드셀이 멀티채널을 이루고 물리적으로 하나의 센서로 통합하도록 패키징이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 정전 용량 방식의 로드셀은 쉴드 하우징을 적용하여 외부 노이즈 영향을 차단하여 정전용량 방식의 비 노이즈 설계로 안정적인 측정이 가능하여 측정의 신뢰도를 높일 수 있다.
그리고 소프트웨어적으로 쉽게 캘리브레이션이 가능하여 제조가 용이하고 불량 발생율이 낮아서 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 미세전류 흐름을 감지하는 복잡한 구조의 스트레인게이지가 필요없으므로 생산이 용이하고 형상이 자유로와 크기 및 사이즈 형태를 쉽게 변경할 수 있으며, 내부 전극 탄성체의 두께 및 길이, 재질 등의 사양을 조절하여 다양한 범위의 측정이 가능하고 저항 방식의 로드셀과 달리 증폭기가 필요없으며 다레벨 인식이 가능한 탁월한 효과가 발생한다.
그리고 압력의 세기를 통한 다레벨의 인식이 가능하므로 가구, 의료기기, 산업기기 등의 사물에 부착되어 감지된 압력 정보를 네트워크를 통해 관리 서버로 전송함으로써 상기 감지된 압력 정보를 분석하여 사물인터넷(IoT) 기반으로 사물 또는 환경에 대한 제어 및 통합적인 관리가 가능한 탁월한 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정전 용량 방식 로드셀을 개략적으로 도시한 블럭도이고,
도 2는 도 1의 로드셀의 단면도이다.
도 3은 다양한 형상의 로드셀 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 정전용량 방식의 압력터치센서(포스터치)의 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로드셀의 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로드셀이 복수개로 구성된 멀티 로드셀의 구조를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인터페이스 윈도우에 멀티 로드셀이 배치된 것을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티채널 로드셀의 구조를 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정전 용량 방식 로드셀을 개략적으로 도시한 블럭도이고, 도 2는 도 1의 로드셀의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 정전 용량 방식 로드셀은 힘 또는 하중에 의한 정전 용량 변화를 감지하고, 상기 감지된 정전 용량 변화를 토대로 가해진 힘 또는 하중에 따른 무게를 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 로드셀은 감지된 정전 용량 변화로부터 상기 힘 또는 하중의 무게를 산출하는 프로세서 유닛을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 로드셀은 외형을 이루는 속빈 프레임(111)과 상기 프레임 내면에 형성되되 하부로부터 일정 높이 만큼 이격되게 형성된 전극 탄성체(120)와 상기 프레임 상면 및 하면에 형성된 상부 및 하부 전극 플레이트(112, 113)와 상기 상부 전극 플레이트를 관통하고 상기 전극 탄성체 상에 지지되는 핀블럭(130)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 전극 탄성체(120)는 제 1 전극 역할을 담당하고, 상기 상부 및 하부 전극 플레이트는 제 2 전극 역할을 담당한다.
상기 전극 탄성체(120)와 상기 상부 및 하부 전극 플레이트(112,113)는 배선을 통해 컴퓨팅 유닛(미도시)과 연결될 수 있다.
그리고 상기 전극 탄성체(120)는 전극과 탄성체 역할을 동시에 담당하고, 탄성을 가지면서 전도체인 금속으로 구성될 수 있으며, 실리콘, 고무와같은 탄성 재질으 탄성체 상 또는/및 하에 도전체를 적층하거나 상기 탄성체에 도전막을 코팅 또는 도포하여 형성될 수 있다.
상기 전극 탄성체(120)는 두께, 길이, 재질 등의 사양에 따라 다양한 범위의 측정이 가능하므로 목적에 따라 다레벨 인식이 가능하도록 상기 전극 탄성체를 설계하여 제작할 수 있다.
상기 핀블럭(130)에 힘이나 하중이 작용하면 상기 전극 탄성체(120)는 탄성력에 의해 변형이 발생하고, 상기 변형에 의한 정전 용량 변화가 발생하게 된다.
상기 프레임(111)과 상기 전극 플레이트(112, 1123)가 결합되어 로드셀 전체 외형을 이루고 외부 노이즈를 차단하는 쉴드 하우징(110)을 구성한다.
상기 하우징(110)과 핀블록(130)은 도 3과 같이 속이 빈 다면체 또는 원기둥 형상으로 다양한 형상으로 구성될 수 있다.
상기 상부 및 하부 플레이트(112, 113)는 핀블록에 가해지는 하중 또는 힘에 따른 정전용량의 변화를 감지하기 위해 전극 탄성체(120)와 함께 전극을 이루기 위해 도전체인 금속으로 구성된다.
여기서, 상기 하우징(110)을 이루는 프레임(111)과 전극 플레이트(112,113)가 전체 전도체로 구성될 수 있지만, 전극 간의 간섭을 배제하고 내부의 세부 정전용량을 정확히 산출하기 위해 전극 플레이트(112,113)만 전도체인 금속으로 구성되고 프레임(111)은 비 전도체로 구성되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 하우징(110)은 내부에 중공된 형태도 핀블록에서 가해지는 힘 또는 하중에 대한 정전용량 변화를 감지할 수 있으며 다른 외부의 영향으로 인한 노이즈 발생을 방지할 수 있으므로 외부 노이즈 영향을 차단할 수 있는 쉴드 하우징을 구성하게 된다.
또한, 상기 하우징(110)은 외부 충격으로 인한 파손이나 오작동을 방지하기 위해 내충격성을 구비한 강성 재질로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 프레임(111) 측면 내면에는 상기 전극 탄성체를 바닥으로부터 이격된 상태로 지지하기 위한 브라켓이 형성될 수 있다. 상기 브라켓은 프레임과 일체로 구성될 수 있다.
도 4는 정전용량 방식의 압력터치센서(포스터치)의 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4를 참조하면, 정전용량 방식은 2개의 전극(전극1, 전극2) 사이에 일정한 간격에서 정전용량(C, Capacitance)이 측정되는데 상기 2개의 전극 사이의 거리(d)가 가까워지면 정정용량은 증가하고 반대로 멀어지면 감소하는 원리를 이용하여 측정한다.
일반적으로 정전용량 방식을 이용한 압력터치센서(포스터치)는 두개의 전극층 사이에 탄성체가 존재하고 압력이 가해지면 상기 탄성체의 탄성 변형에 의해 전극층 사이의 거리가 가까워져서 전극층 사이의 정전용량이 증가하고, 압력이 약해지면 전극층 사이의 거리가 멀어져서 전극층 사이의 정전용량이 감소하여 정전용량 차이가 발생하고 상기 정전용량의 차이를 이용하여 압력의 크기를 측정하는 방식이다.
그러나, 종래의 압력터치센서는 전극에 눌려지는 압력의 크기를 센싱하는 장치이므로 큰 힘이나 하중을 정확하게 측정하기 어려운 문제가 있다.
이에 반해 본 발명은 상부 전극 플레이트(112)를 관통하고 전극 탄성체(120) 상에 지지되는 핀블록(130)을 형성하고, 상기 전극 탄성체(120)가 탄성체 역할과 전극 역할을 동시에 수행함으로써 상기 전극 탄성체(120)와 하부 전극 플레이트(113) 사이에 제 1 정전용량이 생성되고, 상기 상부 전극 플레이트(112)와 전극 탄성체(120) 사이에 제 2 정전용량이 생성되도록 설계되고, 하중 또는 힘의 증가 및 감소에 따라 상기 제 1 정전용량 및 제 2 정전용량의 변화가 발생하고 상기 2개의 정전용량의 변화를 통해 가해지는 하중 또는 힘에 대한 무게 측정이 가능한 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 상부 및 하부 전극 플레이트(112,113)와 전극 탄성체(120) 사이의 측면에서 제 3 정전용량이 생성되어 편심으로 하중 또는 힘이 작용하는 경우 힘의 방향과 무게를 동시에 측정할 수 있다.
상기 핀 블록(130)은 가해지는 하중 또는 힘을 전달하는 구성으로 상부 금속 플레이트의 중심부를 통해 관통되고 전극 탄성체(120) 중심부에 지지되도록 구성된다.
상기 핀 블록(130)이 전극 탄성체(120) 중심부 상에 지지되지 않을 경우 핀 블록에 힘 또는 하중이 가해질 때 상기 전극 탄성체의 변위가 비선형으로 발생하기 때문에 무게 측정의 정확성이 떨어질 수 있다.
그리고 상기 전극 탄성체(120)가 상부 전극 플레이트(112)와 하부 전극 플레이트(113) 중심에 대칭 구조로 배치될 경우 제 1 정전용량과 제 2 정전용량의 변화가 동일하여 압력에 따른 정전용량 변화값을 얻기 어려울 수 있다.
따라서, 상기 상부 전극 플레이트(112)와 전극 탄성체 사이의 높이(H2)와 전극 탄성체(120)와 하부 전극 플레이트(113) 사이의 높이(H1)는 비 대칭으로 높이가 다르게 형성되는 것이 바람직하다.
도 2의 실시예는 전극 탄성체와 하부 전극 플레이트 사이의 높이(H1)가 상부 전극 플레이트와 전극 탄성체 사이의 높이(H2)보다 작게 형성되었지만 반대로 전극 탄성체와 하부 전극 플레이트 사이의 높이(H1)가 상부 전극 플레이트와 전극 탄성체 사이의 높이(H2)보다 크게 형성될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 로드셀은 로드셀 유닛(10)과 힘 또는 하중에 따른 감지된 정전용량의 변화를 토대로 무게로 환산하여 무게를 측정하기 위한 프로세서 유닛(20)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 프로세서 유닛(20)은 상기 로드셀에 일체로 포함되도록 구성될 수 있지만, 별도의 장치로 구성된 후 상기 로드셀과 배선을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 프로세서 유닛(20)은 감지된 정전 용량 변화로부터 가해진 하중 또는 힘에 대한 무게를 산출하는 무게산출모듈(210)과 상기 산출된 무게를 출력하는 신호출력모듈(220)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 무게산출모듈(210)로부터 산출된 무게를 환경적 요인을 고려하여 보정하는 보정기능을 포함할 수 있다. 예를 들어, 온도에 따라 같은 힘 또는 하중이라도 전극 탄성체의 탄성 변화가 달라지는 경우 상온에서의 기준 셀의 정전용량 변화를 상기 온도에 따라 보정된 정전용량으로 변환하여 무게를 산출할 수 있다.
상기 무게산출모듈(210)은 무게에 따른 정전용량 변화에 대한 관계를 정의한 정전용량-무게 환산 테이블를 구비하고 감지된 정전용량 변화에 매핑된 무게를 추출하여 정전용량 변화를 무게로 환산할 수 있다.
상기 정전용량은 전극의 재질, 크기, 유전율에 따라 달라질 수 있으므로, 규격화된 로드셀마다 상기 정전용량-무게 환산 테이블 정보는 달라질 수 있다.
그리고 상기 무게산출모듈(210)은 감지된 아날로그 정전용량 변화를 환산된 무게 단위의 디지털 정보로 변환하는 ADC 컨버터를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 신호출력모듈(220)은 상기 변환된 무게 단위의 디지털 정보를 통신 프로토콜(예를 들어, I2C, UART 등)에 따라 외부로 전송할 수 있도록 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로드셀의 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 먼저 핀볼록(130)에 가해지는 힘 또는 하중이 없는 경우 제 1 전극 역할을 담당하는 전극 탄성체(120)와 제 2 전극 역할을 담당하는 하부 전극 플레이트(113) 사이에 발생하는 제 1 정전용량과 전극 탄성체(120)와 상부 전극 플레이트(112) 사이에 발생하는 제 2 정전용량 및 상기 상부 및 하부 플레이트 (112,113)측면과 전극 탄성체(120) 사이에 발생하는 제 3 정전용량의 변화가 없는 상태를 유지한다.
그러나 상기 핀블록(130)에 힘 또는 하중이 가해지면 상기 핀블록이 가압되는 힘 또는 하중에 의해 상기 핀블록(130)을 지지하고 있는 전극 탄성체(120)에 힘 또는 하중이 전달되고 상기 전극 탄성체(120)의 탄성 변형이 발생한다.
상기와 같이 전극 탄성체(120)의 탄성 변형에 의해 전극 탄성체(120)와 하부 전극 플레이트(113) 사이의 거리는 감소하여 제 1 정전용량이 증가하고, 반대로 상부 전극 플레이트(112)와 전극 탄성체(120) 사이의 거리는 증가하여 제 2 정전용량이 감소하고, 전극 탄성체(120) 측면에는 탄성 변형이 발생하지 않으므로 제 3 정전용량의 변화는 없다.
여기서, 핀블록(130)에 작용하는 힘 또는 하중이 클 경우 전극 탄성체의 측면에서도 탄성 변형이 발생하므로 상기 제 3 정전용량의 변화가 발생할 수 있다.
또한, 상기 힘 또는 하중에 의한 제 1 및 2 정전용량의 변화가 작음에도 불구하고 제 3 정전용량의 변화가 발생한 경우 힘 또는 하중이 편심으로 하중이 발생한 것이라는 것을 알 수 있으며, 상기 제 3 정전용량의 변화에 따라 편심된 힘 또는 하중의 방향을 산출할 수 있다.
따라서, 정전용량 변화가 없는 상태에서 정전용량 변화가 발생하는 상태로 전환되고, 핀블록(130)에 대한 힘 또는 하중에 증가에 따른 전극 탄성체(120)의 탄성 변형이 선형으로 증가하기 때문에 힘 또는 하중 증가에 따른 정전용량 변화를 산출할 수 있으며 상기 제 1 내지 3 정전용량 변화를 통해 힘 또는 하중을 역으로 산출하여 무게를 측정할 수 있다.
여기서, 상기의 실시예는 핀블록(130)에 누르는 방식으로 하중이나 힘이 작용하는 경우에 대한 것이지만 반대로 핀블록 상으로 당기는 방식으로 하중이나 힘이 작용하는 경우에도 동일한 원리에 의해 무게 측정이 가능함은 자명한 것이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로드셀이 복수개로 구성된 멀티 로드셀의 구조를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 로드셀이 1개 배치될 경우 상하 방향의 압력에 따른 무게, 즉 Z축으로 작용하는 무게만을 측정할 수 있지만, 로드셀이 복수 개가 배치되어 멀티 로드셀로 구성될 경우 Z축으로 작용하는 무게 뿐만 아니라, 로드셀의 위치에 따른 멀티 좌표 인식이 가능하고, 하중이 작용된 수평 거리 및 각도와 각 로드셀로 인식된 무게 정보에 따른 하중 분포를 얻을 수 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 멀티 로드셀은 인터페이스 윈도우 하부에 복수개가 배치된 로드셀과 상기 복수 개의 로드셀의 위치 정보를 저장하고 개별 로드셀의 무게 정보로부터 압력이 감지된 멀티좌표, 거리, 각도, 하중 분포 중 적어도 하나를 산출하는 프로세서 유닛을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 인터페이스 윈도우는 터치기능을 가진 전자기기의 윈도우 처럼 유저로부터 압력을 직접 입력받는 구성을 의미하고, 도 7과 같이 구현되는 목적에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있다.
복수 개의 로드셀이 배치된 경우 복수 개의 로드셀에서 감지된 무게로부터 압력이 감지된 거리, 각도를 산출하는 식은 다음과 같다.
Figure 112018086482315-pat00001
그리고 상기 멀티 로드셀은 복수 개의 로드셀이 배치되는 형태로 구성될 수 있지만, 도 8과 같이 하나의 하우징 내에 복수 개의 로드셀이 형성되어 멀티 채널을 이루도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 멀티 로드셀은 복수 개의 로드셀을 수용하도록 구획된 단위 로드셀 수용부(141a)를 구비한 프레임(141)과 상기 프레임 상면 및 하면에 형성되어 상기 복수 개의 로드셀에 대해 공통으로 전극 역할을 담당하는 상부 및 하부 전극 플레이트(142, 143)와 상기 로드셀 수용부의 바닥으로부터 이격되게 장착된 복수 개의 전극 탄성체와 상기 단위 로드셀 수용부(141a) 상의 상부 전극 플레이트(142)를 관통하여 상기 전극 탄성체(150)에 지지되는 복수 개의 핀블록(160)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 각 단위 로드셀 수용부(141a)에 형성된 전극 탄성체(150)가 개별적으로 제 1 전극을 구성하고, 상기 로드셀 수용부 전체의 상면과 하면에 공통으로 형성되는 상부 및 하부 전극 플레이트(142, 143)가 모든 로드셀에 대한 제 2 전극 역할을 담당하게 된다.
상기와 같이 멀티 채널 로드셀을 구성함으로써 물리적으로 하나의 센서로 통합하도록 패키징이 가능하여 제조가 용이하고 생산성을 높일 수 있으며, 하우징의 형상을 다양하게 함으로써 다양한 형태의 멀티 채널 로드셀 구성이 가능한 장저을 가진다.
본 발명에 따른 로드셀 및 멀티 로드셀은 저울, 무게감지센서, 시험기, 각종 측정기, 로봇 등 무게를 감지하기 위한 모든 기기에 적용될 수 있으며, 스마트 가구류, 의료용 압력센서, 산업용 압력 감지센서는 물론 다레벨의 인식이 필요한 버튼류, 압력의 세기, 위치를 감지 및 측정할 수 있는 모든 기기에 응용될 수 있다.
특히, 압력의 세기를 통한 다레벨의 인식이 가능하므로 가구, 의료기기, 산업기기 등의 사물에 부착되어 감지된 압력 정보를 네트워크를 통해 관리 서버로 전송함으로써 상기 감지된 압력 정보를 분석하여 사물인터넷(IoT) 기반으로 사물 또는 환경에 대한 통합적인 관리가 가능하도록 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 로드셀 유닛 20 : 프로세서 유닛

Claims (10)

  1. 프레임과;
    상기 프레임 내부에 일정 높이 만큼 이격되게 형성된 전극 탄성체와;
    상기 프레임의 상면 및 하면에 결합되어 형성된 상부 및 하부 전극 플레이트와;
    상기 상부 전극 플레이트를 관통하고 상기 전극 탄성체 상에 지지되는 핀블럭을 포함하고;
    상기 상부 전극 플레이트와 전극 탄성체 사이에 제 1 정전용량이 생성되고;
    상기 전극 탄성체와 하부 전극 플레이트 사이에 제 2 정전용량이 생성되고;
    상기 프레임과 전극 탄성체 사이에 제 3 정전용량이 생성되는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식의 로드셀.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 프레임과 상부 및 하부 전극 플레이트가 전체 외형을 이루며 노이즈를 차페하는 쉴드 하우징을 구성하고;
    상기 프레임은 전도체 또는 비전도체로 구성되는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식의 로드셀.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전극 탄성체는
    탄성체 역할과 전극 역할을 동시에 수행하고;
    탄성을 가진 전도체인 금속으로 구성되거나 탄성을 가지면서 비전도체인 탄성채에 전도체가 적층되거나, 또는 상기 탄성체에 전도성 물질이 도포 또는 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식의 로드셀.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 전극 플레이트와 전극 탄성체 사이의 높이(H1)와 상기 전극 탄성체와 하부 전극 플레이트 사이의 높이(H2)는 비 대칭적으로 다른 높이로 형성된 것을 특징으로 하는 정전용량 방식의 로드셀.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    핀 블록에 하중 또는 힘이 작용하면
    상기 전극 탄성체에 하중 또는 힘이 가해지면서 탄성력에 의해 하부로 처짐이 발생하고 상부 전극 플레이트와 전극 탄성체 사이의 거리가 증가하면서 상기 제 1 정전용량이 증가하고;
    상기 전극 탄성체와 하부 전극 플레이트 사이의 거리가 감소하면서 상기 제 2 정전용량이 감소하고;
    상기 제 1 정전용량의 증가와 제 2 정전용량의 감소에 따른 정전용량의 변화로부터 상기 하중 또는 힘에 의한 무게가 측정되는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식의 로드셀.
  7. 제 1항 내지 제 4항 중 선택된 어느 하나의 청구항에 의한 정전용량 방식의 로드셀이 복수개가 배치되는 멀티 로드셀로서;
    로드셀의 위치에 따른 멀티 좌표 인식이 가능하고, 하중이 작용된 수평 거리 및 각도와 각 로드셀로 인식된 무게 정보에 따른 하중 분포를 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 멀티 로드셀.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 멀티 로드셀은
    인터페이스 윈도우 하부에 복수개가 배치된 멀티 로드셀 유닛과;
    상기 복수 개의 로드셀의 위치 정보를 저장하고 개별 로드셀의 무게 정보로부터 압력이 감지된 멀티좌표, 거리, 각도, 하중 분포 중 적어도 하나를 산출하는 프로세서 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 로드셀.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 멀티 로드셀 유닛은
    복수 개의 로드셀을 수용하도록 구획된 단위 로드셀 수용부를 구비한 프레임과;
    상기 프레임 상면 및 하면에 형성되어 상기 복수 개의 로드셀에 대해 전극 역할을 담당하는 상부 및 하부 전극 플레이트와;
    상기 로드셀 수용부의 바닥으로부터 이격되게 장착된 복수 개의 전극 탄성체와;
    상기 단위 로드셀 수용부 상의 상부 전극 플레이트를 관통하여 상기 전극 탄성체에 지지되는 복수 개의 핀블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 로드셀.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 단위 로드셀 수용부에 형성된 탄성체가 개별적으로 제 1 전극을 구성하고,
    상기 로드셀 수용부 전체의 상면과 하면에 공통으로 형성되는 상부 및 하부 전극 플레이트가 모든 로드셀에 대한 제 2 전극 역할을 담당하여 로드셀이 멀티채널을 이루고 물리적으로 하나의 센서로 통합하도록 패키징이 가능한 것을 특징으로 하는 멀티 로드셀.
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