KR102309737B1 - Pvdf sensor having excellent noise removal function - Google Patents

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Abstract

우수한 노이즈 제거 기능을 가지는 PVDF 센서가 개시된다. 상기 PVDF 센서는 PVDF 필름 및 전하 증폭부를 포함한다. 여기서, 상기 PVDF 필름이 도체로 코팅되고, 상기 코팅면이 접지에 전기적으로 연결되어 상기 PVDF 필름으로 유입되는 노이즈가 상기 접지로 흐른다 A PVDF sensor having an excellent noise canceling function is disclosed. The PVDF sensor includes a PVDF film and a charge amplification unit. Here, the PVDF film is coated with a conductor, and the coated surface is electrically connected to the ground so that noise flowing into the PVDF film flows to the ground.

Description

우수한 노이즈 제거 기능을 가지는 피브디에프 센서{PVDF SENSOR HAVING EXCELLENT NOISE REMOVAL FUNCTION}PVDF SENSOR HAVING EXCELLENT NOISE REMOVAL FUNCTION

본 발명은 우수한 노이즈 제거 기능을 가지는 PVDF 센서에 관한 것이다. The present invention relates to a PVDF sensor having an excellent noise canceling function.

PVDF 센서는 도 1에 도시된 바와 같은 구조의 PVDF 필름의 양측에 전극을 형성하고 전극을 보호하기 위한 보호 코팅을 함에 의해 형성된다. 이러한 PVDF 센서의 구조는 도 2에 보여진다. The PVDF sensor is formed by forming electrodes on both sides of a PVDF film having a structure as shown in FIG. 1 and applying a protective coating to protect the electrodes. The structure of this PVDF sensor is shown in FIG. 2 .

상기 PVDF 필름은 물리적인 힘에 의해 휘어지며, 상기 휘어짐에 따라 PVDF 필름의 분자 구조가 가변된다. 결과적으로, 상기 PVDF 필름의 윗면과 아랫면 사이에 전위차가 발생하며, 상기 PVDF 센서는 이러한 전위차를 감지하여 접촉된 물체의 특성을 검출한다. The PVDF film is bent by a physical force, and the molecular structure of the PVDF film is changed according to the bending. As a result, a potential difference is generated between the upper and lower surfaces of the PVDF film, and the PVDF sensor detects the potential difference to detect the characteristics of the contacted object.

상기 PVDF 필름의 양면이 도체로 코팅되어 있으므로, 외부에서 유입되는 전자기파의 영향을 받는다. 또한, 상기 PVDF 필름이 어떤 물체와 접촉하였을 때 상기 PVDF 필름이 접촉되는 곳과 상기 PVDF 필름의 후단의 회로의 접지 전위차가 달라서 발생하는 접지 노이즈에 영향을 받게 된다. Since both surfaces of the PVDF film are coated with a conductor, they are affected by electromagnetic waves from the outside. In addition, when the PVDF film comes into contact with an object, it is affected by ground noise generated by a difference in ground potential between a contact point of the PVDF film and a circuit at the rear end of the PVDF film.

결과적으로, 도 3에 도시된 바와 같이 PVDF 필름이 물체에 접촉함에 의해 발생되는 노이즈(Path1)와 상기 PVDF 필름의 양 전극을 통하여 유입되는 외부 전자기파 노이즈(Path2)가 발생하게 된다. As a result, as shown in FIG. 3 , noise (Path1) generated when the PVDF film comes into contact with an object and external electromagnetic noise (Path2) introduced through both electrodes of the PVDF film are generated.

이러한 노이즈를 제거하기 위하여 필터를 사용할 수 있지만, 필터를 사용하면 노이즈 특성이 알려지지 않은 노이즈를 제거하기 어렵고 상기 PVDF 필름으로부터 출력된 PVDF 신호를 감쇄시킬 수 있다. A filter may be used to remove such noise, but if the filter is used, it is difficult to remove noise of unknown noise characteristics, and the PVDF signal output from the PVDF film may be attenuated.

KRUS 10-173466710-1734667 BB

본 발명은 우수한 노이즈 제거 기능을 가지는 PVDF 센서를 제공하는 것이다.The present invention is to provide a PVDF sensor having an excellent noise removal function.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 PVDF 센서는 PVDF 필름; 및 전하 증폭부를 포함한다. 여기서, 상기 PVDF 필름이 도체로 코팅되고, 상기 코팅면이 접지에 전기적으로 연결되어 상기 PVDF 필름으로 유입되는 노이즈가 상기 접지로 흐른다 In order to achieve the above object, PVDF sensor according to an embodiment of the present invention is a PVDF film; and a charge amplification unit. Here, the PVDF film is coated with a conductor, and the coated surface is electrically connected to the ground so that noise flowing into the PVDF film flows to the ground.

본 발명의 다른 실시예에 따른 PVDF 센서는 PVDF 필름; 대칭 구조의 제 1 전하 증폭기 및 제 2 전하 증폭기; 및 차동 증폭기를 포함한다. 여기서, 상기 PVDF 필름으로 유입된 공통모드 노이즈가 상기 제 1 전하 증폭기 및 상기 제 2 전하 증폭기로 각기 제공되고, 상기 제 1 전하 증폭기로부터 출력된 공통모드 노이즈와 상기 제 2 전하 증폭기로부터 출력된 공통모드 노이즈가 상기 차동 증폭기의 입력단들로 입력되어 상쇄된다. PVDF sensor according to another embodiment of the present invention is a PVDF film; a first charge amplifier and a second charge amplifier having a symmetrical structure; and a differential amplifier. Here, the common mode noise introduced into the PVDF film is provided to the first charge amplifier and the second charge amplifier, respectively, and the common mode noise output from the first charge amplifier and the common mode output from the second charge amplifier Noise is input to the input terminals of the differential amplifier and is canceled.

본 발명에 따른 PVDF 센서는 PVDF 필름을 도체로 코팅한 후 접지에 연결하여 외부에서 유입되는 노이즈를 1차로 제거하고, 나머지 노이즈를 대칭 구조의 전하 증폭부 및 차동 증폭부를 이용하여 제거한다. 결과적으로, 상기 PVDF 센서는 필터를 사용하지 않고도 노이즈를 원활이 제거할 수 있다. In the PVDF sensor according to the present invention, after coating the PVDF film with a conductor, it is connected to the ground to first remove noise introduced from the outside, and the remaining noise is removed using a symmetrical charge amplifying unit and a differential amplifying unit. As a result, the PVDF sensor can smoothly remove noise without using a filter.

도 1은 PVDF 필름의 동작을 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 PVDF 센서의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 종래의 PVDF 센서에서의 노이즈 경로를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PVDF 센서를 도시한 도면이다.
도 5는 외부 노이즈 흐름을 도시한 도면이다.
도 6은 차동 증폭기로의 신호 흐름을 도시한 도면이다. 1 is a view showing the operation of the PVDF film.
2 is a diagram schematically showing the structure of a conventional PVDF sensor.
3 is a diagram illustrating a noise path in a conventional PVDF sensor.
4 is a view showing a PVDF sensor according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating an external noise flow.
6 is a diagram illustrating a signal flow to a differential amplifier.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.As used herein, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “consisting of” or “comprising” should not be construed as necessarily including all of the various components or various steps described in the specification, some of which components or some steps are It should be construed that it may not include, or may further include additional components or steps. In addition, terms such as "...unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software. .

본 발명은 PVDF 필름을 이용한 PVDF 센서에 관한 것으로서, PVDF 신호의 특성을 유지하면서 외부 노이즈를 제거할 수 있다. The present invention relates to a PVDF sensor using a PVDF film, and it is possible to remove external noise while maintaining the characteristics of a PVDF signal.

일 실시예에 따르면, 상기 PVDF 센서는 상기 PVDF 필름을 도체로 코팅하고 접지에 연결하며, PVDF 필름의 후단에 대칭 구조 전하 증폭기 및 차동 증폭기를 설치하여 외부 노이즈를 제거할 수 있다. According to an embodiment, the PVDF sensor may remove external noise by coating the PVDF film with a conductor and connecting to the ground, and installing a symmetrical charge amplifier and a differential amplifier at the rear end of the PVDF film.

이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PVDF 센서를 도시한 도면이고, 도 5는 외부 노이즈 흐름을 도시한 도면이며, 도 6은 차동 증폭기로의 신호 흐름을 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating a PVDF sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a diagram illustrating an external noise flow, and FIG. 6 is a diagram illustrating a signal flow to a differential amplifier.

도 4를 참조하면, 본 실시예의 PVDF 센서는 PVDF 필름(400), 전하 증폭부(402) 및 차동 증폭부(404)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4 , the PVDF sensor of this embodiment may include a PVDF film 400 , a charge amplification unit 402 , and a differential amplification unit 404 .

일 실시예에 따르면, PVDF 필름(400)의 외부에 도체가 코팅되고, 코팅면이 접지에 전기적으로 연결될 수 있다. 이렇게 도체가 PVDF 필름(400)의 외부에 코팅되었을 때의 등가회로 및 노이즈 흐름은 도 5에 보여진다. According to an embodiment, a conductor may be coated on the outside of the PVDF film 400, and the coated surface may be electrically connected to the ground. The equivalent circuit and noise flow when the conductor is coated on the outside of the PVDF film 400 is shown in FIG. 5 .

도 5에 도시된 바와 같이, 도체 코팅에 따라 PVDF 필름(400)과 코팅면 종단 사이에 캐패시터(CC)가 형성되고, 외부에서 유입되는 대다수의 노이즈는 상기 접지로 흐르며, 그 결과 PVDF 필름(400)에 영향을 주는 노이즈가 감소하게 된다. As shown in FIG. 5, a capacitor (CC ) is formed between the PVDF film 400 and the end of the coating surface according to the conductor coating, and the majority of noise introduced from the outside flows to the ground, and as a result, the PVDF film ( 400) is reduced.

상기 접지로 흐르지 않는 나머지 노이즈는 신호선과 접지로 동위상의 노이즈가 유입되는 공통모드 신호(노이즈 신호)로서 전하 증폭부(402)로 흐른다. The remaining noise that does not flow to the ground flows to the charge amplifier 402 as a common mode signal (noise signal) through which noise of the same phase is introduced into the signal line and the ground.

그러나, PVDF 필름(400)이 도체로 코팅되지 않고 접지에 연결되지 않으면, 도 3에 도시된 바와 같이 PVDF 필름이 물체에 접촉함에 의해 발생되는 노이즈(Path1)와 상기 PVDF 필름의 양 전극을 통하여 유입되는 외부 전자기파 노이즈(Path2)가 전하 증폭부로 흐르게 된다. 즉, 노이즈가 제거됨이 없이 두 종류의 노이즈가 전하 증폭부로 흐르게 되며, 이러한 노이즈를 제거하기 위하여는 별도의 필터를 사용하여야만 한다. 그러나, 이러한 필터는 노이즈 특성이 알려지지 않은 경우 사용하기 어렵고 PVDF 필름으로부터 출력되는 PVDF 신호도 함께 제거하기 때문에 신호에 왜곡이 발생할 수도 있다. However, if the PVDF film 400 is not coated with a conductor and is not connected to the ground, as shown in FIG. 3 , noise (Path1) generated by the PVDF film in contact with an object and the inflow through both electrodes of the PVDF film The external electromagnetic wave noise Path2 that is generated flows to the charge amplification unit. That is, two types of noise flow to the charge amplification unit without removing the noise, and a separate filter must be used to remove the noise. However, since such a filter is difficult to use when the noise characteristics are unknown, and also removes the PVDF signal output from the PVDF film, distortion may occur in the signal.

반면에, 본 발명의 PVDF 센서는 필터를 사용함이 없이 PVDF 필름(400)을 도체로 코팅하고 접지에 연결시키는 방법을 통하여 노이즈의 대다수를 제거한다. 따라서, 상기 PVDF 필름은 노이즈 특성을 알지 못하여도 노이즈를 제거할 수 있고 신호를 왜곡시키지도 않는다. On the other hand, the PVDF sensor of the present invention removes most of the noise through a method of coating the PVDF film 400 with a conductor and connecting to the ground without using a filter. Therefore, the PVDF film can remove noise without knowing the noise characteristics and does not distort the signal.

전하 증폭부(402)는 대칭적으로 배열된 전하 증폭기들(410 및 412)을 포함할 수 있다. The charge amplifier 402 may include charge amplifiers 410 and 412 arranged symmetrically.

제 1 전하 증폭기(410)의 제 1 증폭기의 음의 입력단은 PVDF 필름(400)의 일단에 연결되고 제 2 전하 증폭기(412)의 제 2 증폭기의 음의 입력단은 PVDF 필름(400)의 타단에 연결되며, 상기 제 1 증폭기의 양의 입력단과 상기 제 2 증폭기의 양의 입력단이 각기 접지에 연결될 수 있다. 즉, 전하 증폭기들(410 및 412)이 평형을 이루고 있다. The negative input terminal of the first amplifier of the first charge amplifier 410 is connected to one end of the PVDF film 400 , and the negative input terminal of the second amplifier of the second charge amplifier 412 is connected to the other end of the PVDF film 400 . connected, and a positive input terminal of the first amplifier and a positive input terminal of the second amplifier may be respectively connected to the ground. That is, the charge amplifiers 410 and 412 are in equilibrium.

결과적으로, 제 1 전하 증폭기(410)와 제 2 전하 증폭기(412)로부터 출력되는 공통모드 신호가 동일한 크기를 가질 수 있다. 구체적으로는, 제 1 전하 증폭기(410)는 증폭된 차동 PVDF 신호 및 공통모드 신호를 출력하고, 제 2 전하 증폭기(412)는 증폭된 차동 PVDF 신호 및 공통모드 신호를 출력한다. 이 때, 상기 전하 증폭기들(410 및 412)로부터 출력된 공통모드 신호들의 크기가 동일할 수 있다. As a result, the common mode signal output from the first charge amplifier 410 and the second charge amplifier 412 may have the same magnitude. Specifically, the first charge amplifier 410 outputs the amplified differential PVDF signal and the common mode signal, and the second charge amplifier 412 outputs the amplified differential PVDF signal and the common mode signal. In this case, the magnitudes of the common mode signals output from the charge amplifiers 410 and 412 may be the same.

제 1 전하 증폭기(410)로부터 출력된 차동 PVDF 신호와 공통모드 신호는 차동 증폭부(404)의 증폭기(414)의 양의 입력단으로 입력되고, 제 2 전하 증폭기(412)로부터 출력된 차동 PVDF 신호와 공통모드 신호는 차동 증폭부(404)의 증폭기(414)의 음의 입력단으로 입력된다. 결과적으로, 상기 전하 증폭기들(410 및 412)로부터 출력된 공통모드 신호들이 상쇄되어 제거될 수 있다. The differential PVDF signal and the common mode signal output from the first charge amplifier 410 are input to the positive input terminal of the amplifier 414 of the differential amplifier 404, and the differential PVDF signal output from the second charge amplifier 412 and the common mode signal are input to the negative input terminal of the amplifier 414 of the differential amplifier 404 . As a result, the common mode signals output from the charge amplifiers 410 and 412 may be canceled and canceled.

정리하면, 본 발명의 PVDF 센서는 PVDF 필름(400)을 도체 코팅하고 접지에 연결하여 대다수의 노이즈를 제거하고, 남은 공통모드 노이즈를 대칭 구조의 전하 증폭부(402) 및 차동 증폭부(404)를 이용하여 제거할 수 있다. 결과적으로, 별도의 필터를 사용하지 않고도 PVDF 필름(400)으로 유입되는 외부 노이즈(물체의 접촉에 의한 접지 노이즈 및 외부 전자기파 노이즈)가 원활이 제거될 수 있다. In summary, in the PVDF sensor of the present invention, the PVDF film 400 is conductively coated and connected to the ground to remove the majority of noise, and the remaining common mode noise is converted into a symmetrical charge amplification unit 402 and differential amplification unit 404 . can be removed using As a result, external noise (ground noise and external electromagnetic wave noise due to contact of an object) introduced into the PVDF film 400 can be smoothly removed without using a separate filter.

한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.On the other hand, the components of the above-described embodiment can be easily grasped from a process point of view. That is, each component may be identified as a respective process. In addition, the process of the above-described embodiment can be easily understood from the point of view of the components of the apparatus.

또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. In addition, the technical contents described above may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. The above-described embodiments of the present invention have been disclosed for the purpose of illustration, and various modifications, changes, and additions will be possible within the spirit and scope of the present invention by those skilled in the art having ordinary knowledge of the present invention, and such modifications, changes and additions should be regarded as belonging to the following claims.

400 : PVDF 필름 402 : 전하 증폭부
404 : 차동 증폭부 410 : 제 1 전하 증폭기
412 : 제 2 전하 증폭기400: PVDF film 402: charge amplification unit
404: differential amplifier 410: first charge amplifier
412: second charge amplifier

Claims (5)

PVDF 필름; 및
전하 증폭부를 포함하되,
상기 PVDF 필름이 도체로 코팅되고, 상기 코팅면이 접지에 전기적으로 연결되어 상기 PVDF 필름으로 유입되는 노이즈가 상기 접지로 흐르는 것을 특징으로 하는 PVDF 센서. PVDF film; and
Comprising a charge amplification unit,
The PVDF film is coated with a conductor, and the coated surface is electrically connected to the ground so that noise flowing into the PVDF film flows to the ground. 제1항에 있어서, 상기 전하 증폭부는 대칭 구조의 제 1 전하 증폭기 및 제 2 전하 증폭기를 포함하되,
상기 제 1 전하 증폭기의 제 1 증폭기의 음의 입력단은 상기 PVDF 필름의 일단에 연결되고, 상기 제 2 전하 증폭기의 제 2 증폭기의 음의 입력단은 상기 PVDF 필름의 타단에 연결되며, 상기 제 1 증폭기의 양의 입력단과 상기 제 2 증폭기의 양의 입력단은 접지에 연결되고,
상기 접지로 흐르지 않은 나머지 노이즈는 공통모드 노이즈로서 상기 제 1 증폭기의 음의 입력단 및 상기 제 2 증폭기의 음의 입력단으로 입력되는 것을 특징으로 하는 PVDF 센서. The method of claim 1, wherein the charge amplifier comprises a first charge amplifier and a second charge amplifier of a symmetric structure,
The negative input terminal of the first amplifier of the first charge amplifier is connected to one end of the PVDF film, the negative input terminal of the second amplifier of the second charge amplifier is connected to the other end of the PVDF film, and the first amplifier a positive input end of the second amplifier and a positive input end of the second amplifier are connected to ground,
The remaining noise that does not flow to the ground is common mode noise and is input to a negative input terminal of the first amplifier and a negative input terminal of the second amplifier. 제2항에 있어서,
차동 증폭부를 더 포함하되,
상기 제 1 증폭기의 출력단이 상기 차동 증폭부의 증폭기의 양의 입력단으로 연결되고, 상기 제 2 증폭기의 출력단이 상기 차동 증폭부의 증폭기의 음의 입력단으로 연결되며, 상기 제 1 증폭기로부터 출력된 공통모드 노이즈와 상기 제 2 증폭기로부터 출력된 공통모드 노이즈가 상쇄되어 제거되는 것을 특징으로 하는 PVDF 센서. 3. The method of claim 2,
Further comprising a differential amplifier,
The output terminal of the first amplifier is connected to the positive input terminal of the amplifier of the differential amplifier, the output terminal of the second amplifier is connected to the negative input terminal of the amplifier of the differential amplifier, the common mode noise output from the first amplifier and the common mode noise output from the second amplifier is canceled and removed. PVDF 필름;
대칭 구조의 제 1 전하 증폭기 및 제 2 전하 증폭기; 및
차동 증폭기를 포함하되,
상기 PVDF 필름으로 유입된 공통모드 노이즈가 상기 제 1 전하 증폭기 및 상기 제 2 전하 증폭기로 각기 제공되고, 상기 제 1 전하 증폭기로부터 출력된 공통모드 노이즈와 상기 제 2 전하 증폭기로부터 출력된 공통모드 노이즈가 상기 차동 증폭기의 입력단들로 입력되어 상쇄되는 것을 특징으로 하는 PVDF 센서. PVDF film;
a first charge amplifier and a second charge amplifier having a symmetrical structure; and
a differential amplifier;
The common mode noise introduced into the PVDF film is provided to the first charge amplifier and the second charge amplifier, respectively, and the common mode noise output from the first charge amplifier and the common mode noise output from the second charge amplifier are separated from each other. PVDF sensor, characterized in that the input to the input terminals of the differential amplifier is canceled. 제4항에 있어서, 상기 제 1 전하 증폭기의 양의 입력단과 상기 제 2 전하 증폭기의 양의 입력단이 각기 접지에 연결되는 것을 특징으로 하는 PVDF 센서.

5. The PVDF sensor of claim 4, wherein a positive input terminal of the first charge amplifier and a positive input terminal of the second charge amplifier are respectively connected to ground.
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