KR102075719B1 - Fiber type multi-pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전도성 원단 및 제조방법과 이를 이용한 섬유형 멀티압력센서 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기상중합법을 이용한 전도성 고분자 코팅 원단 제조 방법과 이를 이용한 섬유형 멀티압력센서 및 운용방법에 관한 것이다.The present invention relates to a conductive fabric, a manufacturing method and a fibrous multi-pressure sensor technology using the same, and more particularly, to a conductive polymer-coated fabric manufacturing method using a vapor phase polymerization method, and a fibrous multi-pressure sensor and operating method using the same. .
최근 국민 소득의 증가, 첨단의료기술의 발전으로 인해 홈케어 및 헬스케어 산업이 지속해서 확대되고 있으며, 걸음걸이를 측정하는 신발, 앉은 자세를 측정하는 의자, 수면 패턴을 분석하는 매트리스 등 다양한 헬스케어 및 스마트홈 제품이 출시되고 있다.With the recent increase in national income and the development of advanced medical technology, the home care and health care industry is continuously expanding, and various health care such as shoes to measure walking, chairs to measure sitting posture, mattresses to analyze sleep patterns, etc. And smart home products are being released.
또한 저출산과 인구의 고령화로 인하여 1인 가구가 증가하면서 고독사 또한 증가하고 있어, 노약자와 장애인의 안전을 위한 실내 위치 추적 시스템의 수요가 늘고 있다. 이러한 제품에는 다양한 센서들이 사용되지만, 대부분 주요기능은 압력센서를 기반으로 하고 있어, 압력센서의 수요가 더욱 증가하고 있다.In addition, the number of loneliness is increasing due to the increase in the number of single-person households due to the low birthrate and aging population, and the demand for indoor location tracking system for the safety of the elderly and the disabled is increasing. These products use a variety of sensors, but most of the main functions are based on pressure sensors, and the demand for pressure sensors is increasing.
압력센서의 종류에는 기계식, 전자식 및 반도체식 압력센서가 존재하며, 그 중 고분자 기반 반도체식 압력센서가 다른 압력센서보다 고감도, 고신뢰성이며 양산성이 좋으므로 많이 사용되고 있다. 또한 반도체식 압력센서에는 압전형(Piezo-electric), 정전용량형(Capacitive) 그리고 압저항형(Piezo-resistive) 세가지 종류가 있다.Mechanical, electronic and semiconductor pressure sensors exist in the types of pressure sensors. Among them, polymer-based semiconductor pressure sensors are widely used because they have higher sensitivity, higher reliability, and better mass production than other pressure sensors. There are also three types of semiconductor pressure sensors: piezo-electric, capacitive and piezo-resistive.
그 중 압전형은 세 가지 센서 중 성능이 가장 좋지만 높은 제조비용으로 인하여 특정 분야에서 한정적으로 이용되고 있다. 정전용량형은 동적 압력만 측정 가능하며 회로 구성이 복잡하고 고주파 외란에 취약한 단점이 있다. Among them, piezoelectric type has the best performance among three sensors, but due to high manufacturing cost, it is limitedly used in specific fields. Capacitive type can only measure dynamic pressure, and the circuit configuration is complicated and vulnerable to high frequency disturbance.
압저항형 압력센서는 동적 압력과 정적 압력 모두 측정이 가능하며 내구성이 강하고 제조비용이 가장 저렴하다. 이 때문에 헬스케어 및 스마트홈 산업에서는 압력센서는 동적과 정적 압력 모두 측정하는 경우와 대면적 압력을 측정하는 경우가 많으므로 압저항형이 유리하다.Piezoresistive pressure sensors are capable of measuring both dynamic and static pressures, with the highest durability and the lowest manufacturing cost. For this reason, in the healthcare and smart home industries, the piezoresistive type is advantageous because pressure sensors often measure both dynamic and static pressures and large-area pressures.
기존의 선행등록특허 제10-1846084호(명칭: 전도성 섬유의 제작방법)는 소정의 섬유 표면에 저온원자층 증착법(ALD)을 이용하여 전도성 금속(예컨대, Pt) 박막을 코팅함으로써, 낮은 저항을 구현함과 더불어 코팅막 두께에 따라 저항 자체를 용이하게 조절할 수 있게 하고 미세 섬유에도 전도성 박막이 균일하게 코팅하는 기술을 개시한다.Conventional Patent Registration No. 10-1846084 (name: manufacturing method of the conductive fiber) by applying a low-temperature atomic layer deposition (ALD) on the surface of the fiber by coating a conductive metal (eg, Pt) thin film, low resistance In addition, the present invention discloses a technology in which the resistance itself can be easily adjusted according to the thickness of the coating film and the conductive thin film is uniformly coated on the fine fibers.
또한 기존의 공개특허 제10-2009-0017527호(명칭: 용량성 매트릭스 얍력 변환기에서 용량성 노드 측정)는 선택된 영역에 대한 압력의 분포를 결정하기 위한 방법 및 시스템을 개시한다.In addition, existing patent publication 10-2009-0017527 (name: capacitive node measurement in a capacitive matrix output transducer) discloses a method and system for determining the distribution of pressure for a selected area.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 압력에 따라 저항 수치가 변하는 전도성 원단을 기상중합법에 따라 제조하고, 이에 따라 제조된 전도성 원단을 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the above problems is to prepare a conductive fabric whose resistance value changes with pressure by the vapor phase polymerization method, to provide a conductive fabric prepared accordingly.
또한 이와 같이 제조된 원단을 이용한 3개의 레이어로 구성되어, 포인트의 넓이와 개수를 조절하여 사용환경에 맞도록 최적으로 구성되고 반복하중에 대한 내구성이 우수하며 유연한 섬유형 멀티 압력센서를 제작하고 운용하는 방법을 제공하는 것이다.In addition, it is composed of three layers using the fabric manufactured as described above, and it is optimally configured for the use environment by adjusting the width and number of points, and it is excellent in durability against repeated loads, and manufactures and operates a flexible fiber type multi-pressure sensor. To provide a way.
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.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art from the following description. There will be.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 a) 섬유 원단을 산화제 용액에 침지하는 단계; b) 상기 섬유 원단 상에 상기 산화제 용액이 고르게 분포되도록 상기 섬유 원단을 일정한 압력으로 맹글링(Mangling)하는 단계; c) 상기 섬유 원단을 단량체 또는 단량체 용액이 위치한 반응기 상부에 거치하고 승온하는 단계; d) 기화된 상기 단량체 분자가 상기 섬유 원단 상의 산화제에 접촉하여 자가 조립에 의해 전도성 고분자화가 진행되는 단계; e) 상기 전도성 고분자가 상기 섬유 원단의 표면에 코팅되는 단계; 및 f) 상기 섬유 원단을 세척하고 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상중합법을 이용하는 전도성 원단의 제조방법을 제공한다.The composition of the present invention for achieving the above object comprises the steps of: a) dipping the fiber fabric in the oxidant solution; b) mangle the fiber fabric at a constant pressure so that the oxidant solution is evenly distributed on the fiber fabric; c) placing the fiber fabric on top of the reactor in which the monomer or monomer solution is located and heating up; d) conducting conductive polymerization by self-assembly by contacting the vaporized monomer molecules with an oxidant on the fiber fabric; e) coating the conductive polymer on the surface of the fiber fabric; And f) washing and drying the fiber fabric, thereby providing a method for manufacturing a conductive fabric using a vapor phase polymerization method.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 산화제 용액은 산화제는 FeCl3, Fe(Ⅲ), sulfonates 중 어느 하나로 하며, 용매는 MeOH, EtOH 중 어느 하나인 것으로 제조되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the oxidant solution is an oxidizing agent may be any one of FeCl 3 , Fe (III), sulfonates, the solvent may be prepared by any one of MeOH, EtOH.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 산화제 용액의 농도는 15% 이상 20% 이하의 범위인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the concentration of the oxidant solution may be characterized in that the range of 15% or more and 20% or less.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단량체는 EDOT, pyrrole, aniline 중 어느 하나로 하며, 상기 단량체 용액은 상기 단량체와 알코올류를 혼합한 형태인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the monomer may be any one of EDOT, pyrrole, aniline, and the monomer solution may be characterized in that the mixture of the monomer and alcohol.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 c) 단계는 상기 섬유원단을 20℃ 이상 70℃ 이하 범위의 온도에서 승온하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step c) may be characterized in that the fiber temperature is raised at a temperature in the range of 20 ℃ to 70 ℃ or less.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 기상중합법을 이용한 전도성 원단 제조방법에 의해 제조되어 전도성 고분자 박막이 섬유 원단에 코팅되는 것을 특징으로 하는 기상중합법을 통하여 제조되는 전도성 원단을 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object is provided by a conductive fabric manufacturing method using a gas phase polymerization method to provide a conductive fabric produced by a vapor phase polymerization method characterized in that the conductive polymer thin film is coated on the fabric fabric do.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 3층 레이어를 포함하며, 사용자의 압력이 가해지는 멀티압력센서부; 압력에 의해 변화하는 상기 멀티 압력센서부의 저항 변화를 측정하고 전송하는 신호처리부; 및 상기 신호처리부의 측정 결과를 수신하는 시스템부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상중합법을 통하여 제조된 전도성 원단을 이용하는 섬유형 멀티압력센서를 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object includes a three-layer layer, the multi-pressure sensor unit is applied to the pressure of the user; A signal processor that measures and transmits a resistance change of the multi-pressure sensor part that is changed by pressure; And it provides a fibrous multi-pressure sensor using a conductive fabric manufactured by the vapor phase polymerization method characterized in that it comprises a system unit for receiving the measurement results of the signal processing unit.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 멀티압력센서부는 본 발명의 일실시예에 따른 기상중합법을 통하여 제조되는 전도성 원단으로 구성되는 중간레이어를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the multi-pressure sensor unit may be characterized in that it comprises an intermediate layer consisting of a conductive fabric produced through the vapor phase polymerization method according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 멀티압력센서부는 전극으로 사용 가능한 복수의 제1라인으로 구성되는 제1측면 레이어; 상기 제1라인과 격자형태로 배치되며, 전극으로 사용가능한 복수의 제2라인으로 구성되는 제2측면 레이어; 상기 제1라인과 상기 제2라인이 교차되는 복수의 지점인 압력측정 포인트; 및 복수의 상기 제1라인 각각의 일측에 부착되어, 상기 제1라인의 전압을 측정하여 디지털 신호로 변환하고 상기 신호처리부에 전송하는 AD변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the multi-pressure sensor unit comprises: a first side layer composed of a plurality of first lines usable as electrodes; A second side layer disposed in a lattice form with the first line and comprising a plurality of second lines usable as electrodes; A pressure measurement point which is a plurality of points at which the first line and the second line intersect; And an AD converter attached to one side of each of the plurality of first lines to measure the voltage of the first line, convert the digital signal into a digital signal, and transmit the digital signal to the signal processor.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 중간 레이어는 상기 제1측면 레이어와 상기 제2측면 레이어의 사이에 배치되어 상기 제1 측면 레이어와 상기 제2측면 레이어가 맞닿지 않도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the intermediate layer may be disposed between the first side layer and the second side layer to prevent the first side layer and the second side layer from contacting each other. .
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 중간 레이어는 기상중합을 통하여 사용자의 압력에 따라 저항값이 변하도록 제조된 전도성 원단으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the intermediate layer may be composed of a conductive fabric manufactured to change the resistance value according to the user's pressure through vapor phase polymerization.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 중간 레이어는 기상중합을 통하여 1kΩ 이상 500kΩ 이하 범위의 저항을 갖도록 제조된 전도성 원단으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the intermediate layer may be composed of a conductive fabric manufactured to have a resistance in the range of 1kΩ or more and 500kΩ or less through vapor phase polymerization.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1측면 레이어 및 상기 제2측면 레이어는 무전해 도금으로 제조한 전도성 원단으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first side layer and the second side layer may be characterized in that the conductive fabric made of electroless plating.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 멀티압력센서부는 상기 멀티압력센서부의 회로와 연결되지 않은 부분을 절단할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the multi-pressure sensor unit may be configured to cut a portion that is not connected to the circuit of the multi-pressure sensor unit.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 멀티압력센서부는 상기 3층의 레이어가 일정한 곡선 또는 곡면의 형상으로의 변형이 가능한 구조로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the multi-pressure sensor unit may be formed in a structure in which the layers of the three layers can be transformed into a certain curved or curved shape.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 멀티압력센서부는 상기 3층의 레이어가 -180° 이상 180° 이하 각도의 범위에서 접힘 변형이 가능한 구조로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the multi-pressure sensor unit may be formed in a structure in which the three layers can be folded and deformed in a range of -180 ° or more and 180 ° or less.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 멀티압력센서부는 변형된 상기 3층의 레이어가 다른 형태의 곡선 또는 곡면의 형상으로의 변형이 가능하여 재사용이 가능한 구조로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the multi-pressure sensor unit may be formed in a structure that can be reused because the three layers of the deformable layer can be deformed into different shapes of curved or curved surfaces.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 ⅰ) 사용자가 상기 압력측정 포인트 중 어느 한 지점에 압력을 가하는 단계; ⅱ) 복수의 상기 제2라인 중 어느 하나의 라인에만 입력전원을 인가하며, 이를 제외한 나머지 라인은 접지하는 단계; ⅲ) 사용자의 압력이 가해진 지점의 상기 중간 레이어의 저항값이 변화하는 단계; ⅳ) 사용자의 압력이 가해진 지점의 상기 제1라인의 전압이 변화하는 단계; 및 ⅴ) 상기 제1라인의 전압 변화를 상기 AD변환기가 디지털 신호로 변환하여 상기 신호처리부로 전송하는 단계를 포함하는 기상중합법을 통하여 제조된 전도성 원단을 이용한 섬유형 멀티압력센서의 멀티압력 측정방법을 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object is iii) the user applying pressure to any point of the pressure measurement point; Ii) applying input power to only one of the plurality of second lines, and grounding the other lines except this; Iii) changing the resistance value of the intermediate layer at the point where the user's pressure is applied; Iii) changing the voltage of the first line at the point where the user's pressure is applied; And iii) multi-pressure measurement of a fibrous multi-pressure sensor using a conductive fabric manufactured by vapor phase polymerization, which includes converting the voltage change of the first line into a digital signal by the AD converter and transmitting the digital signal to the signal processor. Provide a method.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 ⅱ)단계의 복수의 상기 제2라인 중 입력전원을 인가하는 라인을 순차적으로 교체하며, 상기 복수의 제2라인의 모든 라인에 입력전원을 인가할 때까지 상기 ⅲ) 내지 상기 ⅴ) 단계를 반복하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the lines to which input power is applied among the plurality of second lines of step ii) are sequentially replaced, and until the input power is applied to all the lines of the plurality of second lines. I) to i) may be repeated.
본 발명의 실시예에 있어서, ⅵ) 상기 신호처리부의 누적된 압력 신호데이터를 이용하여 사용자의 위치를 추적하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an exemplary embodiment of the present disclosure, the method may further include t) tracking the position of the user by using the accumulated pressure signal data of the signal processor.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는 기상중합을 이용하여 전도성 원단을 제조한 전도성 원단으로 멀티압력센서를 제작하기 때문에 생산 단가를 낮출 수 있고, 압저항형 센서 원리를 이용하여 동적과 정적 압력 모두 측정이 가능하며 회로 구성이 간단하고 고주파 외란에 강한 효과가 있다.The effect of the present invention according to the configuration as described above can reduce the production cost because the multi-pressure sensor is made of a conductive fabric produced a conductive fabric using gas phase polymerization, using a piezoresistive sensor principle dynamic and static pressure All can be measured, the circuit configuration is simple, and it has a strong effect on high frequency disturbance.
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.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects, but should be understood to include all the effects deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 기상중합법을 이용한 전도성 원단의 제조방법의 방법 흐름도이다.
도 2은 본 발명의 기상중합법을 이용한 전도성 원단의 제조방법의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기상중합법을 통하여 제조된 전도성 원단의 샘플이다.
도 4은 단량체의 양 및 산화제의 농도를 변수로 하여 본 발명에 따른 전도성 원단의 표면 저항과의 관계를 나타내는 실험데이터이다.
도 5은 기상중합반응시간을 변수로 하여 본 발명에 따른 전도성 원단의 표면 저항과의 관계를 나타내는 실험데이터이다.
도 6은 본 발명의 섬유형 멀티압력센서의 기본 구성도이다.
도 7은 본 발명의 멀티압력센서부의 모식도이다.
도 8은 본 발명의 멀티압력센서부의 샘플이다.
도 9은 본 발명의 섬유형 멀티압력센서의 멀티압력측정방법에 대한 개념도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 다른 섬유형 멀티압력센서의 다지점 압력측정 실험데이터이다.
도 11은 본 발명의 섬유형 멀티압력센서의 멀티압력측정방법에 대한 방법흐름도이다.1 is a method flowchart of a method for manufacturing a conductive fabric using the vapor phase polymerization method of the present invention.
2 is a conceptual diagram of a method for manufacturing a conductive fabric using the vapor phase polymerization method of the present invention.
3 is a sample of the conductive fabric produced by the vapor phase polymerization method according to an embodiment of the present invention.
4 is experimental data showing the relationship between the surface resistance of the conductive fabric according to the present invention with the amount of monomer and the concentration of the oxidizing agent as variables.
5 is experimental data showing the relationship between the surface resistance of the conductive fabric according to the present invention using the vapor phase polymerization time as a variable.
6 is a basic configuration of the fibrous multi-pressure sensor of the present invention.
7 is a schematic view of the multi-pressure sensor unit of the present invention.
8 is a sample of the multi-pressure sensor unit of the present invention.
9 is a conceptual diagram of a multi-pressure measuring method of the fibrous multi-pressure sensor of the present invention.
Figure 10 is a multi-point pressure measurement experimental data of the fibrous multi-pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
11 is a flowchart illustrating a multi-pressure measuring method of the fibrous multi-pressure sensor of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
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.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, coupled) with another part, it is not only" directly connected "but also" indirectly connected "with another member in between. "Includes the case. In addition, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
섬유는 의복뿐만 아니라 침대, 벽지, 실내장식재 그리고 바닥재 등 인간의 생활환경에서 접촉하는 표면의 70% 이상이 섬유 또는 섬유 소재로 이루어져있으며, 섬유는 가장 일반적이고 보편화된 휴먼 인터페이스이다.Textiles, as well as clothing, make up more than 70% of the surfaces in contact with human living environments, such as beds, wallpaper, upholstery, and flooring, made of fibers or textile materials.
근래에는 섬유에 다양한 분야를 접목시키기 위한 연구가 시도되어 왔으며, 최근에는 섬유기반 소재에 IT, NT BT 기술이 융합된 스마트 섬유(smart textile)가 개발되어 고부가가치 산업으로 각광받고 있다.In recent years, research has been attempted to apply various fields to textiles, and recently, smart textiles, in which IT and NT BT technologies are fused to textile-based materials, have been developed and attracted attention as a high value-added industry.
섬유는 유연성, 신축성이 있으며 넓은 표면에 적용할 수 있는 장점 때문에, 센서로 활용될 경우 공간적 제약에서 벗어날 수 있을 뿐만 아니라 착용에 대한 불편함을 해소할 수 있어 착용자의 생체 정보(심전도, 호흡, 체온, 움직임 등) 측정과 모니터링에 매우 유리한 측면을 갖고 있다.Because of its flexibility, elasticity and the ability to be applied to a wide surface, the fiber can be used as a sensor to remove the limitations of space as well as discomfort in wearing, so that the wearer's biometric information (ecg, breathing, body temperature) can be eliminated. , Movement, etc.) has a very favorable aspect for measurement and monitoring.
섬유 소재를 압력 센서로 활용하기 위해서는 우선, 섬유 소재에 전도성을 부여해야 한다. 섬유 소재에 전도성을 부여하는 방법은 물리적 방법과 전도성 물질을 섬유에 코팅하는 전기화학적 방법이 있다.In order to utilize the fiber material as a pressure sensor, first, the fiber material must be provided with conductivity. The method of imparting conductivity to a fiber material includes a physical method and an electrochemical method of coating a conductive material on the fiber.
전기 화학적 방법으로는 전기중합(electropolymerization) 방법, 화학적 증착방법(chemical vapor deposition) 그리고 기상중합법(vapor phase polymerization)이 있다.Electrochemical methods include electropolymerization, chemical vapor deposition, and vapor phase polymerization.
그 중 전기중합 방법은 섬유 표면에 전해질 전극을 이용하여 전도성 입자를 코팅하여 섬유의 표면에 전도층이 형성되는 단점이 있다.Among them, the electropolymerization method has a disadvantage in that a conductive layer is formed on the surface of the fiber by coating the conductive particles using an electrolyte electrode on the surface of the fiber.
화학적 증착방법은 기질 표면과 내부에 전도성 물질을 증착시키는 방법으로써, 공정이 고온에서 진행되기 때문에 섬유 소재 손상의 원인이 될 수 있어, 섬유에 적용시키기 어렵다는 단점이 존재한다.The chemical vapor deposition method is a method of depositing a conductive material on the surface and the inside of the substrate, there is a disadvantage that it may be a cause of damage to the fiber material because the process is carried out at a high temperature, it is difficult to apply to the fiber.
이에 따라 본 발명은 기상중합법을 이용하여 전도성 고분자 박막을 섬유원단에 코팅하여 전도성 원단을 제조하는 방법 및 이에 따라 제조된 전도성 원단을 제안한다.Accordingly, the present invention proposes a method for manufacturing a conductive fabric by coating a conductive polymer thin film on a fiber fabric using a vapor phase polymerization method, and a conductive fabric prepared accordingly.
도1 내지 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 기상중합을 이용한 전도성 원단의 제조방법을 도시한다.1 to 2 illustrate a method of manufacturing a conductive fabric using vapor phase polymerization according to an embodiment of the present invention.
기상중합법은 유기 및 유기 금속의 기체 상태 단량체(monomer)가 산화제 또는 반응 촉매 등과 접촉하여 산화환원 반응에 의해 활성화되어 자가 조립(self-assembly)을 통해 고분자화되는 중합 반응으로, 파우더 또는 나노 입자 등의 형태로 균일한 박막을 형성하기 때문에 섬유 원단의 전도성 부여에 매우 용이한 중합법이다.Gas phase polymerization is a polymerization reaction in which gaseous monomers of organic and organic metals are activated by redox reactions in contact with an oxidizing agent or a reaction catalyst and polymerized through self-assembly. It is a polymerization method that is very easy for imparting conductivity of a textile fabric because a uniform thin film is formed in the form of the back.
기상 중합에 의한 전도성 고분자 박막은 산화제 용액의 제조, 기질(원단) 침지, 맹글링(Mangling), 기상중합, 세척 및 건조의 과정으로 제조된다.The conductive polymer thin film by gas phase polymerization is prepared by the process of preparing an oxidant solution, immersing a substrate (fabric), mangling, gas phase polymerization, washing and drying.
보다 구체적으로 본 발명의 일실시예에 따른 기상중합법을 이용한 전도성 원단 제조방법은 a) 섬유 원단(10)을 산화제 용액(20)에 침지하는 단계(S100); b) 상기 섬유 원단(10) 상에 상기 산화제 용액(20)이 고르게 분포되도록 상기 섬유 원단(10)을 일정한 압력으로 맹글링(Mangling)하는 단계(S200); c) 상기 섬유 원단(10)을 단량체(40) 또는 단량체(40) 용액이 위치한 반응기(30) 상부에 거치하고 승온하는 단계(S300); d) 기화된 상기 단량체(40) 분자가 상기 섬유 원단(10) 상의 산화제에 접촉하여 자가 조립에 의해 전도성 고분자화가 진행되는 단계(S400); e) 상기 전도성 고분자가 상기 섬유 원단(10)에 코팅되는 단계(S500); 및 f) 상기 섬유 원단(10)을 세척하고 건조하는 단계(S600)를 구성으로 한다.More specifically, the conductive fabric manufacturing method using the gas phase polymerization method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of: a) immersing the fabric fabric 10 in the oxidant solution (20) (S100); b) mangled the fiber fabric 10 at a constant pressure so that the
본 발명의 일실시예에 따른 상기 b) 단계에서의 상기 산화제 용액(20)은 산화제는 FeCl3, Fe(Ⅲ), sulfonates 중 어느 하나로 하며, 용매는 MeOH, EtOH 중 어느 하나인 것으로 제조되는 것을 특징으로 한다.The
또한 상기 산화제 용액(20)는 15% 이상 20% 이하의 농도로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
섬유 소재 기상 중합법은 공정이 간단하고 전기적 특성이 매우 우수한 전도성 고분자로 널리 알려진 Poly(3,4-ethlylenedioxythiophene)(PEDOT), Polypyrrole 등이 고분자 합성에 주요하게 이용될 수 있다.The fibrous gas phase polymerization method is poly (3,4-ethlylenedioxythiophene) (PEDOT), Polypyrrole, etc., which is widely known as a conductive polymer having a simple process and excellent electrical properties.
이에 따라 본 발명의 일실시예에 다라 상기 c)단계에서의 상기 단량체(40)는 EDOT, pyrrole, aniline 중 어느 하나로 하며, 단량체(40) 용액의 경우 상기 단량체(40)와 알코올류(Alcohol류)가 혼합된 형태인 것을 특징으로 한다.Accordingly, according to an embodiment of the present invention, the monomer 40 in the step c) is made of any one of EDOT, pyrrole, aniline, and in the case of the monomer 40 solution, the monomer 40 and alcohols (alcohols). ) Is a mixed form.
다만 Polypyrrole의 경우 중합반응 속도가 상대적으로 빠르기 때문에 원단의 전도성을 제어하기 어렵다. 반면에, PEDOT은 공정속도가 polypyrrole에 비해 느리기 때문에 상대적으로 균일하게 코팅이 가능하며 중합 시간 조절에 따라 전도도를 제어하면서 전도성 섬유를 제작하기에 용이하다.However, in the case of polypyrrole, it is difficult to control the conductivity of the fabric because the polymerization reaction rate is relatively fast. On the other hand, since PEDOT is slower than polypyrrole, the coating speed is relatively uniform, and it is easy to manufacture conductive fibers while controlling the conductivity according to the polymerization time.
일반적으로 PEDOT 기상중합의 반응온도는 20℃ ~ 70℃로 알려져 있으며, 특히 본 발명의 실험결과 60℃ 온도에서 최적의 반응조건임을 확인하였다. In general, the reaction temperature of PEDOT gas phase polymerization is known to be 20 ℃ ~ 70 ℃, in particular the experimental results of the present invention confirmed that the optimum reaction conditions at 60 ℃ temperature.
이에 따라 본 발명의 상기 c)단계는 전도성 고분자의 단량체(40)를 상기 반응기(30) 내에 위치하고 상기 20℃ 이상 70℃ 이하 범위의 온도에서 상기 섬유원단을 승온하는 것을 일실시예로 한다.Accordingly, in step c) of the present invention, the monomer 40 of the conductive polymer is placed in the
도3은 본 발명의 기상중합법을 통하여 제조된 전도성 원단의 일실시예를 도시한다.Figure 3 shows an embodiment of a conductive fabric produced through the gas phase polymerization method of the present invention.
본 발명의 또 다른 기술적 특징은 전술한 본 발명의 일실시예에 따른 기상중합법을 이용한 전도성 원단의 제조방법에 의해 제조되어 고분자 박막이 섬유 원단(10)에 코팅되는 것을 특징으로 하는 전도성 원단에 있다.Another technical feature of the present invention is prepared by the method of manufacturing a conductive fabric using a vapor phase polymerization method according to an embodiment of the present invention described above in the conductive fabric, characterized in that the polymer thin film is coated on the fabric fabric (10) have.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 원단의 상기 전도성 고분자 박막이 PEDOT인 것을 특징으로 한다.In addition, the conductive polymer thin film of the conductive fabric according to an embodiment of the present invention is characterized in that the PEDOT.
상기 전도성 원단의 저항 수치는 제조 과정에서 산화제의 종류, 용액의 농도, 맹글링(Mangling) 입력, 단량체의 종류, 캐리어(Carrier)의 유무, 기상중합 반응의 온도 및 시간 등에 의해 제어된다.The resistance value of the conductive fabric is controlled by the type of oxidizing agent, the concentration of the solution, the mangling (Mangling) input, the type of monomer, the presence of a carrier, the temperature and time of the gas phase polymerization reaction.
특히 기상 중합 생성물인 PEDOT의 전도 성능은 원단이 침지되는 산화제 용액(20)의 농도와 중합 반응 시 반응물인 EDOT의 양에 의해 영향을 받게 된다. 이에 대한 실험의 결과를 이하 설명한다.In particular, the conduction performance of the gaseous polymerization product PEDOT is affected by the concentration of the
도4는 최적의 반응 조건 확립을 위해 상기 반응기(30) 내에 위치한 EDOT의 양, 산화제의 용액의 농도를 변화하여 표면저항의 변화를 측정한 실험데이터를 도시하며, 도5는 확립된 조건을 고정하고 반응시간을 변수로 실험을 수행하여 최적 반응시간을 판단한 실험데이터를 도시한다.FIG. 4 shows experimental data obtained by measuring the change in surface resistance by changing the amount of EDOT and the concentration of the oxidant solution located in the
도4에 도시된 바와 같이 산화제 용액(20)과 반응물 EDOT 조건 변화에 따라 제조된 심플에 대한 표면 저항 값은 샘플 1,2,3에 대해 각각 680Ω, 212Ω, 72Ω을 나타내었다. 이를 통해 해당 조건에서 생성될 수 있는 PEDOT의 양을 비교 및 유추할 수 있다.As shown in FIG. 4, surface resistance values of the simple prepared according to the
상기 산화제 용액(20)의 농도가 20%, 반응물인 EDOT의 양이 100mg일 때 가장 낮은 값의 평균 저항치를 나타내었다. 이 때, 최적 반응시간을 확인하기 위해 전술한 반응 조건을 고정하고, 반응시간을 변수로 하여 실험을 수행하였다.When the concentration of the
도5에 도시된 바와 같이 중합 반응 시간에 따른 PEDOT 박막 코팅 원단의 표면 저항치는 자명하게 반응시간이 증가함에 따라 감소하였고, 6시간 반응 이후로는 그 변화가 눈에 띄게 줄어듦을 확인하였다.As shown in FIG. 5, the surface resistance of the PEDOT thin film coated fabric according to the polymerization reaction time obviously decreased as the reaction time increased, and after 6 hours, the change was remarkably reduced.
이 결과로 인해, 후술할 본 발명의 일실시예에 따른 섬유형 멀티압력센서의 중간 레이어(130)에 적용을 위한 전도성 원단은 20% 산화제 용액(20), 100mg의 반응물 EDOT, 6시간 기상 중합 반응으로 제조된 PEDOT 박막 코팅 원단으로 선정하고 이를 활용하여 제조할 수 있을 것이다.Due to this result, the conductive fabric for application to the
이하, 전술한 본 발명의 전도성 원단을 이용하는 섬유형 멀티압력센서의 일실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the fibrous multi-pressure sensor using the conductive fabric of the present invention described above will be described.
도6 은 본 발명의 기상중합법을 통하여 제조되는 전도성 원단을 이용하는 섬유형 멀티압력시스템의 전체 구성도를, 도7및 도8은 사용자의 압력이 가해지는 멀티압력센서의 모식도와 실제 제작한 실시예 샘플을 각각 도시한다.6 is an overall configuration diagram of a fibrous multi-pressure system using a conductive fabric produced by the vapor phase polymerization method of the present invention, Figures 7 and 8 are schematic and actual implementation of the multi-pressure sensor to the user's pressure Examples Samples are shown respectively.
본 발명의 일실시예에 따른 섬유형 멀티압력센서는 3층 레이어를 포함하며, 사용자의 압력이 가해지는 멀티압력센서부(100); 압력에 의해 변화하는 상기 멀티 압력센서부의 저항 변화를 측정하고 전송하는 신호처리부(200); 및 상기 신호처리부(200)의 측정 결과를 수신하는 시스템부(300)를 포함하며, 상기 멀티압력센서부(100)는 본 발명의 일실시예에 따른 기상중합법을 통하여 제조되는 전도성 원단으로 구성되는 중간 레이어(130)를 포함하는 것을 특징으로 한다.Fibrous multi-pressure sensor according to an embodiment of the present invention includes a three-layer layer, the
상기 멀티압력센서부(100)는 전극으로 사용 가능한 복수의 제1라인(111)으로 구성되는 제1측면 레이어(110); 상기 제1라인(111)과 격자형태로 배치되며, 전극으로 사용가능한 복수의 제2라인(121)으로 구성되는 제2측면 레이어(120); 상기 제1라인(111)과 상기 제2라인(121)이 교차되는 복수의 지점인 압력측정 포인트(140); 및 복수의 상기 제1라인(111) 각각의 일측에 부착되어, 상기 제1라인(111)의 전압을 측정하여 디지털 신호로 변환하고 상기 신호처리부(200)에 전송하는 AD변환기를 더 포함한다.The
상기 중간 레이어(130)는 상기 제1측면 레이어(110)와 상기 제2측면 레이어(120)의 사이에 배치되어 상기 제1 측면 레이어와 상기 제2측면 레이어(120)가 맞닿지 않는 크기로 재단되는 것을 특징으로 한다.The
또한 상기 중간 레이어(130)는 본 발명의 일실시예에 따라 기상중합을 통하여 사용자의 압력에 따라 저항값이 변하고, 1kΩ에서 500kΩ 범위의 저항을 갖도록 제조되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
상기 제1측면 레이어(110) 및 상기 제2측면 레이어(120)는 무전해 도금으로 제조한 전도성 원단으로 구성되며, 0 Ω 이상 100 Ω 이하의 범위에서 수십 옴의 저항값을 갖도록 제조되는 것을 특징으로 한다.The
보다 구체적인 상기 멀티압력센서부(100)의 구성을 도7 및 도8을 참고하여 설명한다. 상기 제1측면 레이어(110)의 복수의 상기 제1라인(111)이 나란히 횡(橫) 또는 종(縱)으로 배열되는 경우, 상기 제2사이드레이어의 복수의 상기 제2라인(121)은 상기 제1라인(111)과 교차하는 방향으로 종(縱) 또는 횡(橫)으로 배열된다.More specifically, the configuration of the
상기 제1라인(111) 및 상기 제2라인(121)을 도7은 5라인으로 표현하였으며, 도8의 샘플은 9라인으로 구성하였으나, 이는 상기 제1라인(111) 및 상기 제2라인(121)의 라인 개수를 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라 다양한 개수로의 구성이 가능하다. The first line 111 and the second line 121 are represented by five lines in FIG. 7, and the sample of FIG. 8 is configured by nine lines. However, the first line 111 and the second line 121 are represented by the first line 111 and the second line 121. The number of lines of 121) is not limited, and various configurations can be made as necessary.
복수의 상기 제1라인(111)과 복수의 상기 제2라인(121)이 교차되는 복수의 지점이 상기 압력측정 포인트(140)가 되며, 상기 압력측정 포인트(140)의 개수는 상기 제1라인(111)과 상기 제2라인(121)의 개수에 따라 결정된다.A plurality of points at which the plurality of first lines 111 and the plurality of second lines 121 intersect is the pressure measuring point 140, and the number of the pressure measuring points 140 is the first line. It is determined according to the number of the 111 and the second line 121.
이 때문에 본 발명의 섬유형 멀티압력센서는 사용하려는 환경에 따라 상기 제1라인(111) 및 상기 제2라인(121)의 개수와 압력을 측정하는 압력측정 포인트(140)의 면적을 조절할 수 있다.For this reason, the fibrous multi-pressure sensor of the present invention can adjust the area of the pressure measuring point 140 for measuring the number and pressure of the first line 111 and the second line 121 according to the environment to be used. .
넓은 면적에 낮은 해상도를 요구하는 사용자 위치 추적 바닥재의 경우에 본 발명의 일실시예는 상기 제1라인(111)과 상기 제2라인(121)의 너비가 상기 압력측정 포인트(140)가 15cm2 이상 30 cm2이하 범위의 넓이를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 한다.In the case of a user tracking floor covering requiring a low resolution in a large area, an embodiment of the present invention has a width of the first line 111 and the second line 121 in which the pressure measuring point 140 is 15 cm 2. It is characterized in that it is configured to have an area of more than 30 cm 2 range.
반면에 작은 면적에 높은 해상도를 요구하는 체압 분석 매트릭스의 경우에 본 발명의 일실시예는 상기 제1라인(111)과 상기 제2라인(121)의 너비가 상기 압력측정 포인트(140)가 1cm2 이상 5 cm2이하 범위의 넓이를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 한다.On the other hand, in the case of a body pressure analysis matrix requiring high resolution in a small area, the width of the first line 111 and the second line 121 is 1 cm in the pressure measuring point 140. It is characterized in that it is configured to have an area of 2 or more and 5 cm 2 or less.
또한 상기 멀티압력센서부(100)의 회로와 연결되지 않은 부분을 절단할 수 있도록 구성되어 사용환경에 따라 자유롭게 형상을 구성할 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, it is configured to cut the portion that is not connected to the circuit of the
또한 본 발명의 섬유형 멀티압력센서는 의자, 소파, 스마트의류 등 다양한 형태로 적용된다. 따라서 상기 멀티압력센서부(100)는 사용환경 기타 필요에 따라 곡면 또는 곡선의 형상을 갖도록 제조되거나 변형될 수 있으며, 변형 이후에도 재사용이 가능한 것을 특징으로 한다.In addition, the fiber-type multi-pressure sensor of the present invention is applied in various forms such as a chair, sofa, smart clothing. Therefore, the
이에 따라 본 발명의 일실시예는 상기 3층의 레이어가 일정한 곡선 또는 곡면의 형상으로의 변형이 가능한 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.Accordingly, an embodiment of the present invention is characterized in that the three layers are formed in a structure that can be transformed into a certain curved or curved shape.
보다 상세하게는 상기 3층의 레이어가 -180° 이상 180° 이하 각도의 범위에서 접힘 변형이 가능한 구조이며, 변형된 상기 3층의 레이어가 다른 형태의 곡선 또는 곡면의 형상으로의 변형이 가능하여 재사용이 가능한 구조로 형성되는 것을 본 발명의 일실시예로 한다.More specifically, the three layers are structures that can be folded and deformed in a range of -180 ° or more and 180 ° or less, and the three layers of the deformable layer can be deformed to different shapes of curved or curved shapes. It is an embodiment of the present invention to be formed of a reusable structure.
이하 본 발명의 섬유형 멀티압력센서의 측정방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, the measuring method of the fibrous multi-pressure sensor of the present invention will be described.
도9는 본 발명의 섬유형 멀티압력센서의 신호 측정방법에 대한 개념도를, 도10은 실제 본발명의 일실시예 샘플을 통한 다지점 포인트에 대한 압력 인식 실험 결과를, 도11은 본 발명의 일실시예에 따른 섬유형 멀티압력센서의 방법흐름도를 도시한다.9 is a conceptual diagram of a signal measuring method of a fibrous multi-pressure sensor of the present invention, Figure 10 is a pressure recognition experiment results for the multi-point point through an embodiment of the present invention sample, Figure 11 is a view of the present invention A method flow diagram of a fibrous multi-pressure sensor according to one embodiment is shown.
본 발명의 일실시예에 따른 섬유형 멀티압력센서의 측정방법은 ⅰ) 사용자가 상기 압력측정 포인트(140) 중 어느 한 지점에 압력을 가하는 단계(S10); ⅱ) 복수의 상기 제2라인(121) 중 어느 하나의 라인에만 입력전원을 인가하며, 이를 제외한 나머지 라인은 접지하는 단계(S20); ⅲ) 사용자의 압력이 가해진 지점의 상기 중간 레이어(130)의 저항값이 변화하는 단계(S30); ⅳ) 사용자의 압력이 가해진 지점의 상기 제1라인(111)의 전압이 변화하는 단계(S40); 및 ⅴ) 상기 제1라인(111)의 전압 변화를 상기 AD변환기가 디지털 신호로 변환하여 상기 신호처리부(200)로 전송하는 단계(S50)를 구성으로 한다.Measuring method of the fibrous multi-pressure sensor according to an embodiment of the present invention, i) a step of applying pressure to any one of the pressure measuring point 140 by the user (S10); Ii) applying input power to only one of a plurality of second lines 121, and grounding the remaining lines except for this (S20); Iii) changing the resistance value of the
상기 ⅱ)단계의 복수의 상기 제2라인(121) 중 입력전원을 인가하는 라인을 순차적으로 교체하며, 상기 복수의 제2라인(121)의 모든 라인에 입력전원을 인가할 때까지 상기 ⅲ) 내지 상기 ⅴ) 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 한다.I) sequentially replacing lines for applying input power among the plurality of second lines 121 of step ii), and applying the input power to all the lines of the plurality of second lines 121; To i) repeating the above steps.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 섬유형 멀티압력센서의 측정방법은 상기 신호처리부(200)의 누적된 압력 신호데이터를 이용하여 사용자의 위치를 추적하는 단계 (S60)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the measuring method of the fibrous multi-pressure sensor according to an embodiment of the present invention further comprises the step (S60) of tracking the position of the user using the accumulated pressure signal data of the
보다 구체적인 본 발명의 측정방법을 도9를 참고하여 설명한다.A more specific measuring method of the present invention will be described with reference to FIG.
도9의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 제2라인(121)의 어느 하나인 라인 A에 입력전원을 인가하고, 이를 제외한 나머지의 라인은 전원을 인가하지 않은 상태로 접지한다(0V). 이에 따라 나머지 라인 상의 상기 압력측정 포인트(140)에 가해지는 압력은 측정되지 않고, 오직 라인 A 상의 상기 압력측정 포인트(140)에 가해지는 압력만 측정된다.As shown in FIG. 9A, input power is applied to line A, which is one of the second lines 121, and the other lines except this are grounded without power (0V). . Accordingly, the pressure applied to the pressure measuring point 140 on the remaining line is not measured, only the pressure applied to the pressure measuring point 140 on the line A is measured.
사용자가 상기 제2측면 레이어(120)에 압력을 가하게 되면, 이로 인해 상기 중간 레이어(130)의 저항값에 변화가 생기고, 상기 압저항 변화에 의해 제1측면 레이어(110) 상의 제1라인(111)에서 측정되는 전압이 변화된다. 복수의 상기 제1라인(111) 상에 각각 부착된 AD변환기를 통해 각각의 상기 제1라인(111) 상에 변화된 전압을 측정하고 이를 디지털 신호로 변환하여 상기 신호처리부(200)로 전송한다.When the user applies pressure to the
전술한 방식에 따라 각각의 상기 제1라인(111) 상의 전압 변화가 순차적으로 측정되어 상기 라인 A 상의 압력 신호를 측정할 수 있다.According to the above-described method, the voltage change on each of the first lines 111 may be sequentially measured to measure the pressure signal on the line A.
이후, 도9의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 제2라인(121)의 다른 하나인 라인 B에 입력전원을 인가하고, 이를 제외한 나머지의 라인은 전원을 인가하지 않은 상태로 접지한다. 라인 B에 대하여도 전술한 과정을 반복하게 되고, 순차적으로 나머지 라인 C, D, E에 대하여도 동일한 과정을 반복하여 모든 압력측정 포인트(140)의 압력신호를 측정하고 누적된 데이터를 이용하여 사용자의 위치를 추적하게 된다.Thereafter, as shown in FIG. 9B, input power is applied to the other line B of the second line 121, and the remaining lines except for this are grounded without applying power. The above process is repeated for the line B, and the same process is repeated for the remaining lines C, D, and E in order to measure the pressure signals of all the pressure measuring points 140 and use the accumulated data. Will track the position of.
도10에 도시된 본 발명의 섬유형 멀티압력센서의 압력측정 실험에는 상기 신호처리부(200)의 컨트롤러로 PJRC 社의 Teensy 3.2 MCU를 사용하였으며, 상기 AD변환기(150)로 10Hz smapling rate, 16 bit ADC를 사용하었다.In the pressure measurement experiment of the fibrous multi-pressure sensor of the present invention shown in FIG. 10, a Teensy 3.2 MCU manufactured by PJRC Co., Ltd. was used as the controller of the
제2측면 레이어(120)의 5라인을 순차적으로 측정하는데, 22μS가 소요되었기 때문에 81개의 상기 압력측정 포인트(140)를 모두 측정하는 데는 1.8MS밖에 들지 않아 1초에 약 500번의 측정이 가능하다.In order to measure five lines of the
단, 사용하는 회로에 따라 상기 AD 변환기(150)의 속도가 좌우되기 때문에 더 빠른 속도의 측정이 가능할 것이다.However, since the speed of the AD converter 150 depends on the circuit used, a faster speed measurement will be possible.
인체의 접촉에 의한 압력 변화는 보통 100MS보다 빠르게 변화가 일어나지 않기 때문에, 순차적으로 단일 상기 압력측정 포인트(140)를 매우 빠르게 측정하면, 동시다발적으로 인가되는 압력을 측정할 수 있다.Since the change in pressure due to the contact of the human body does not occur faster than 100MS, it is possible to measure the pressure applied simultaneously by measuring the single pressure measurement point 140 very quickly in sequence.
이에 따라 본 발명은 기상중합을 이용하여 전도성 원단을 제조하고, 제조된 전도성 원단을 이용하여 섬유형 멀티압력센서를 제작하기 때문에 기존의 압력 센서보다 제조비용이 저렴하며, 섬유형 센서의 특징인 유연성이 뛰어나다. Accordingly, the present invention manufactures a conductive fabric using vapor phase polymerization, and manufactures a fiber-type multi-pressure sensor using the manufactured conductive fabric, so the manufacturing cost is lower than that of a conventional pressure sensor, and the flexibility of the fiber-type sensor This is excellent.
회로와 연결된 부분을 제외하고 절단할 수 있고, 곡선이나 곡면의 압력센서 제작도 가능하여 공간구성에 유리한 효과가 있다.Except for the part connected to the circuit, it can be cut, and it is also possible to manufacture curve or curved pressure sensor, which has a favorable effect on space configuration.
또한 세밀한 압력측정이 요구되는 곳에서는 상기 라인(Line)의 넓이를 좁게 하고, 포인트의 개수를 늘려 높은 해상도의 압력센서 제작이 가능하며, 넓은 면적의 압력 패턴 측정이 요구되는 곳에선 라인(Line)의 넓이를 넓게 하여 대면적 압력센서로의 제작이 가능하다.In addition, where detailed pressure measurement is required, the width of the line can be narrowed, and the number of points can be increased to produce a high resolution pressure sensor, and a line where a large area of pressure pattern measurement is required It is possible to manufacture a large area pressure sensor by widening the width of.
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 실시예들은 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.The above description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
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.The scope of the present invention is represented by the following claims, and it should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof are included in the scope of the present invention.
10: 섬유 원단
20: 산화제 용액
30: 반응기
40: 단량체
100: 멀티압력센서부
110: 제1측면 레이어
111: 제1라인
120: 제2측면 레이어
121: 제2라인
130: 중간 레이어
140: 압력측정 포인트
150: AD 변환기
200: 신호처리부
300: 시스템부10: textile fabric
20: oxidant solution
30: reactor
40: monomer
100: multi-pressure sensor unit
110: first side layer
111: first line
120: second side layer
121: second line
130: middle layer
140: pressure measurement point
150: AD converter
200: signal processing unit
300: system unit
Claims (17)
압력에 의해 변화하는 상기 멀티 압력센서부의 저항 변화를 측정하고 전송하는 신호처리부; 및
상기 신호처리부의 측정 결과를 수신하는 시스템부를 포함하며,
상기 멀티압력센서부는, 전도성 고분자가 섬유 원단의 표면에 코팅됨으로써 형성되는 전도성 원단으로 구성되는 중간 레이어, 전극으로 사용 가능한 복수의 제1라인으로 구성되는 제1측면 레이어, 상기 제1라인과 격자형태로 배치되며 전극으로 사용가능한 복수의 제2라인으로 구성되는 제2측면 레이어, 상기 제1라인과 상기 제2라인이 교차되는 복수의 지점인 압력측정 포인트, 및 복수의 상기 제1라인 각각의 일측에 부착되어 상기 제1라인의 전압을 측정하여 디지털 신호로 변환하고 상기 신호처리부에 전송하는 AD변환기를 포함하고,
상기 압력측정 포인트 중 어느 한 지점에 압력을 가해지는 경우, 복수의 상기 제2라인 중 어느 하나의 라인에만 입력전원을 인가하며 이를 제외한 나머지 라인은 접지되며, 압력이 가해진 지점의 상기 중간 레이어의 저항값이 변화되고 상기 제1라인의 전압이 변화되어, 상기 제1라인의 전압 변화를 상기 AD변환기가 디지털 신호로 변환하여 상기 신호처리부로 전송되고,
복수의 상기 제2라인 중 입력전원이 인가되는 라인이 순차적으로 교체되는 것을 특징으로 하는 사용자의 압력에 따라 저항값이 변하도록 제조된 전도성 원단을 이용하는 섬유형 멀티압력센서.
A multi-pressure sensor unit including a three-layer layer, to which a user's pressure is applied;
A signal processor that measures and transmits a resistance change of the multi-pressure sensor part that is changed by pressure; And
It includes a system unit for receiving a measurement result of the signal processing unit,
The multi-pressure sensor unit, an intermediate layer consisting of a conductive fabric formed by coating a conductive polymer on the surface of the fiber fabric, a first side layer composed of a plurality of first lines usable as electrodes, the first line and a lattice shape A second side layer composed of a plurality of second lines usable as electrodes, a pressure measuring point being a plurality of points at which the first line and the second line intersect, and one side of each of the plurality of first lines It is attached to the AD to measure the voltage of the first line converts into a digital signal and transmits to the signal processing unit, including an AD converter,
When a pressure is applied to any one of the pressure measuring points, the input power is applied only to any one of the plurality of second lines, and the other lines except this are grounded, and the resistance of the middle layer at the point where the pressure is applied is applied. A value is changed and a voltage of the first line is changed, the AD converter converts the voltage change of the first line into a digital signal and is transmitted to the signal processor,
Fiber-type multi-pressure sensor using a conductive fabric manufactured to change the resistance value according to the user's pressure, characterized in that the line to which the input power is applied among the plurality of second lines are sequentially replaced.
상기 전도성 원단은 기상중합을 통하여 전도성 고분자가 섬유 원단의 표면에 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 사용자의 압력에 따라 저항값이 변하도록 제조된 전도성 원단을 이용하는 섬유형 멀티압력센서.
The method of claim 7, wherein
The conductive fabric is a fiber-type multi-pressure sensor using a conductive fabric manufactured to change the resistance value according to the user's pressure, characterized in that the conductive polymer is coated on the surface of the fabric through the gas phase polymerization.
상기 중간 레이어는 기상중합을 통하여 1kΩ 이상 500kΩ 이하 범위의 저항을 갖도록 제조된 전도성 원단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 사용자의 압력에 따라 저항값이 변하도록 제조된 전도성 원단을 이용하는 섬유형 멀티압력센서.
The method of claim 7, wherein
The intermediate layer is a fibrous multi-pressure sensor using a conductive fabric manufactured to change the resistance value according to the user's pressure, characterized in that consisting of a conductive fabric manufactured to have a resistance in the range of 1kΩ or more and 500kΩ or less through vapor phase polymerization.
상기 제1측면 레이어 및 상기 제2측면 레이어는 무전해 도금으로 제조한 전도성 원단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 사용자의 압력에 따라 저항값이 변하도록 제조된 전도성 원단을 이용하는 섬유형 멀티압력센서.
The method of claim 7, wherein
The first side layer and the second side layer is a fibrous multi-pressure sensor using a conductive fabric manufactured to change the resistance value according to the user's pressure, characterized in that consisting of a conductive fabric made of electroless plating.
상기 멀티압력센서부는 상기 멀티압력센서부의 회로와 연결되지 않은 부분을 절단할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 사용자의 압력에 따라 저항값이 변하도록 제조된 전도성 원단을 이용하는 섬유형 멀티압력센서.
The method of claim 7, wherein
The multi-pressure sensor unit is a fibrous multi-pressure sensor using a conductive fabric manufactured to change the resistance value according to the user's pressure, characterized in that configured to cut the portion that is not connected to the circuit of the multi-pressure sensor unit.
상기 멀티압력센서부는 상기 3층의 레이어가 일정한 곡선 또는 곡면의 형상으로의 변형이 가능한 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 사용자의 압력에 따라 저항값이 변하도록 제조된 전도성 원단을 이용하는 섬유형 멀티압력센서.
The method of claim 7, wherein
The multi-pressure sensor unit is a fibrous multi-pressure using a conductive fabric manufactured to change the resistance value according to the user's pressure, characterized in that the three layers are formed in a structure that can be transformed into a curved or curved shape. sensor.
상기 멀티압력센서부는 상기 3층의 레이어가 -180° 이상 180° 이하 각도의 범위에서 접힘 변형이 가능한 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 사용자의 압력에 따라 저항값이 변하도록 제조된 전도성 원단을 이용하는 섬유형 멀티압력센서.
The method of claim 13,
The multi-pressure sensor unit using the conductive fabric manufactured to change the resistance value according to the user's pressure, characterized in that the three layers are formed in a structure capable of folding deformation in the range of -180 ° or more and 180 ° or less angle Fiber multi-pressure sensor.
복수의 상기 제2라인 중 입력전원을 인가하는 라인을 순차적으로 교체하는 경우, 상기 복수의 제2라인의 모든 라인에 입력전원을 인가할 때까지, 각각의 상기 제1라인의 전압 변화를 순차적으로 상기 AD변환기가 디지털 신호로 변환하여 상기 신호처리부로 전송시키는 것을 특징으로 하는 사용자의 압력에 따라 저항값이 변하도록 제조된 전도성 원단을 이용하는 섬유형 멀티압력센서.
The method of claim 7, wherein
When the lines to which input power is applied among the plurality of second lines are sequentially replaced, the voltage change of each of the first lines is sequentially applied until the input power is applied to all the lines of the plurality of second lines. Fiber-type multi-pressure sensor using a conductive fabric manufactured to change the resistance value according to the user's pressure, characterized in that the AD converter converts the digital signal to the signal processor.
상기 신호처리부의 누적된 압력 신호데이터를 이용하여 사용자의 위치를 추적하는 것을 특징으로 하는 사용자의 압력에 따라 저항값이 변하도록 제조된 전도성 원단을 이용하는 섬유형 멀티압력센서.
The method of claim 16,
Fiber-type multi-pressure sensor using a conductive fabric manufactured to change the resistance value according to the user's pressure, characterized in that for tracking the location of the user using the accumulated pressure signal data of the signal processor.
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- 2018-08-09 KR KR1020180093008A patent/KR102075719B1/en active IP Right Grant
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