KR102329298B1 - Conducting liquid based pressure sensor having improved internal flow structure and method for making the same pressure sensor - Google Patents

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sensor
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박인규
김규영
오용석
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한국과학기술원
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Abstract

The present invention relates to a liquid electrode pressure sensor having an improved internal flow structure and a manufacturing method thereof, capable of being smoothly applied to health monitoring and the like by improving the internal flow structure design to improve sensitivity, stability, etc. An object of the present invention is to provide the liquid electrode pressure sensor and the manufacturing method thereof, capable of improving sensitivity through the provision and placement of a storage, provision of supports and bumps, and design of the head and cover structure, and improving durability and stability through a substrate material. The liquid electrode pressure sensor includes a flexible body; a channel; a storage; a signal line; and a bump.

Description

개선된 내부 유동구조를 갖는 액체전극 압력센서 및 그 제작방법 {Conducting liquid based pressure sensor having improved internal flow structure and method for making the same pressure sensor}A liquid electrode pressure sensor having an improved internal flow structure and a method for manufacturing the same

본 발명은 액체전극 압력센서 및 그 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 내부 유동구조 설계를 개선하여 민감성, 안정성 등이 향상됨으로써 헬스 모니터링 등에 원활하게 적용될 수 있는, 개선된 내부 유동구조를 갖는 액체전극 압력센서 및 그 제작방법에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid electrode pressure sensor and a method for manufacturing the same, and more particularly, having an improved internal flow structure that can be smoothly applied to health monitoring, etc. by improving sensitivity and stability by improving the design of the internal flow structure It relates to a liquid electrode pressure sensor and a method for manufacturing the same.

헬스 케어 및 헬스 모니터링이란, 맥박, 혈압, 호흡 등과 같은 사람의 몸에서 자연적으로 생겨나는 생체 신호를 측정하는 것 또는 손가락, 발가락과 같은 관절의 움직임, 걸음걸이 등 인간의 움직임을 모니터링하는 것을 의미한다. 현대 사회인의 건강 및 복지에 관한 관심이 증가하면서, 산업적 및 연구적으로 이와 같은 헬스 케어 및 헬스 모니터링을 원활하게 수행하기 위한 웨어러블 디바이스의 활용 기술에 많은 투자와 개발이 이루어지고 있다. Health care and health monitoring means measuring biological signals naturally occurring in the human body, such as pulse, blood pressure, respiration, etc., or monitoring human movements such as movements of joints such as fingers and toes, and gait. . As interest in the health and welfare of modern people increases, a lot of investment and development are being made in the technology of using wearable devices to smoothly perform such health care and health monitoring industrially and research.

이와 같은 생체 신호 및 신체 움직임을 측정하기 위해서는 힘, 압력, 인장 등과 같은 다양한 물리량을 측정할 수 있는 센서가 필수적으로 활용된다. 그리고 이러한 센서가 웨어러블 디바이스로서 헬스 모니터링이 가능하기 위해서는, 안정성 및 민감성이 충분히 높아야 한다.In order to measure such biosignals and body movements, a sensor capable of measuring various physical quantities such as force, pressure, and tension is essential. And in order for such a sensor to be able to monitor health as a wearable device, stability and sensitivity must be sufficiently high.

먼저 안정성에 대하여 보다 상세히 설명하자면 다음과 같다. 웨어러블 디바이스는 일상에서 사용자가 지속해서 사용하게 되므로 다른 장치보다 사용되는 빈도가 높고 다양한 물리적 외부 환경에 쉽게 노출되어 있다. 센서가 오랜 수명을 갖고 활용되기 위해서는 센서 신호의 초깃값이 안정적으로 유지되고, 반복적 사용에 대한 안정성이 확보되어야 한다.First, the stability will be described in more detail as follows. Since wearable devices are continuously used by users in their daily life, they are used more frequently than other devices and are easily exposed to various physical external environments. In order for the sensor to have a long lifespan and be used, the initial value of the sensor signal must be stably maintained and stability against repeated use must be secured.

또한 민감성에 대하여 보다 상세히 설명하자면 다음과 같다. 맥박, 호흡 등과 같은 생체 신호는 피부를 통해 전달되기 때문에 그 압력의 물리량이 매우 작아 작은 압력에서 큰 민감성을 가져야 측정이 가능해진다. 또한 센서가 웨어러블 디바이스로서 실제로 활용되기 위해서는 무선 통신을 통해 센서 신호를 주고받아야 하는데, 이 때 민감성이 작으면 무선 통신이 어려워 활용이 어려울 수 있다. In addition, the sensitivity will be described in more detail as follows. Since bio-signals such as pulse and respiration are transmitted through the skin, the physical quantity of the pressure is very small, so it is possible to measure it with great sensitivity at a small pressure. In addition, in order for a sensor to be actually used as a wearable device, it is necessary to send and receive sensor signals through wireless communication.

현재 웨어러블 디바이스로서 개발되고 있는 압력센서는 대부분 고체 기반의 감지물질을 활용하고 있다. 한 예를 들면, 표면에 돌기가 형성된 한 쌍의 판들을 돌기들이 서로 엇갈려서 약간씩 끼워지면서 접촉하도록 겹쳐 배치하되, 접촉면 쪽에 감지물질을 코팅하거나 판 자체의 재료에 나노파이버 형태의 감지물질을 혼합하여 형성한 구조가 사용된다. 외부에서 압력이 가해지면 돌기들이 서로 더 깊이 끼워짐에 따라 감지물질들끼리의 접촉면적이 넓어지게 되어 측정신호에 변동이 발생하며, 이를 이용하여 압력을 감지할 수 있게 된다. 그런데 이러한 원리를 활용하는 경우에는, 균열, 박리 등의 현상으로 인해 특정 활용 범위에서 비가역적인 신호변화가 나타나기도 하고, 반복적인 사용 시 신호의 드리프팅(drifting)이 나타나 장기간 사용이 어려운 문제가 있다. 즉 기존의 고체 기반 압력센서는 웨어러블 디바이스로서 사용되기에는 안정성을 충분히 만족시키지 못하는 것이다.Most pressure sensors currently being developed as wearable devices use solid-state sensing materials. For example, a pair of plates with protrusions formed on the surface are overlapped so that the protrusions are interlaced with each other and slightly inserted into contact with each other. The structure formed is used. When pressure is applied from the outside, as the protrusions are inserted deeper into each other, the contact area between the sensing materials is widened, and the measurement signal is changed, and the pressure can be detected using this. However, when this principle is used, irreversible signal change occurs in a specific application range due to phenomena such as cracks and peeling, and when used repeatedly, drifting of the signal appears, making it difficult to use for a long time. . That is, the existing solid-state pressure sensor does not sufficiently satisfy stability to be used as a wearable device.

이러한 한계를 극복하기 위하여 액체전극(conducting liquid, '전도성 액체'라고도 함)을 이용하여 센서를 제작하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 액체를 활용할 경우 인장, 굽힘 등의 물리적 변형에 의해 그 형태가 국한되지 않고, 액체 전극으로 인한 신호의 이력현상(hysteresis)도 나타나지 않아 장기적으로 안정적인 신호를 전달해줄 수 있는 장점이 있다. 이러한 액체금속을 활용하는 연구의 하나로서, 한국특허공개 제2018-0102412호("3D 프린팅을 이용한 소프트 센서, 이의 제조방법 및 이를 적용한 웨어러블 장치", 2018.09.17., 이하 '선행기술')이 있다. 선행기술에서는 신축성 층 위에 액체전극 금속을 주사기를 이용해 주입하여 마이크로채널을 형성하여 만들어지는 유연센서를 개시한다. 특히 선행기술에서는, 보다 얇은 두께의 유연센서를 제작하고자 몰드를 이용하지 않는 방식을 채택하며, 기존에 마이크로채널 형성을 위해 리소그래피 공정을 사용하던 것을 탈피하여 주사기를 이용해 3D 프린팅을 함으로써 마이크로채널을 형성하도록 하고 있다. 일반적으로 리소그래피 공정은 다양한 장비와 공정 단계를 필요로 하는 바, 리소그래피 공정을 탈피하는 것만으로서 상당한 경제성 및 생산성 향상 효과가 있다.In order to overcome this limitation, research on fabricating a sensor using a liquid electrode (also referred to as a 'conducting liquid') is being actively conducted. When a liquid is used, the shape is not limited by physical deformation such as tensile or bending, and there is no hysteresis of the signal due to the liquid electrode, which has the advantage of delivering a stable signal in the long term. As one of the studies utilizing such liquid metal, Korean Patent Laid-Open No. 2018-0102412 ("Soft sensor using 3D printing, manufacturing method thereof, and wearable device applying the same", 2018.09.17., hereinafter 'prior art') is have. The prior art discloses a flexible sensor made by injecting a liquid electrode metal on a stretchable layer using a syringe to form a microchannel. In particular, in the prior art, a method that does not use a mold is adopted to manufacture a flexible sensor with a thinner thickness, and a microchannel is formed by 3D printing using a syringe, breaking away from the conventional lithography process for forming a microchannel. making it do In general, a lithography process requires a variety of equipment and process steps, and only by escaping the lithography process, there is a significant economical and productivity improvement effect.

하지만 이러한 액체 기반 센서의 경우, 낮은 민감도, 제한된 측정범위 등의 이유로 활용이 어려운 점이 있다. 액체전극 압력센서를 개발함에 있어서 현재로서는 민감성 문제가 가장 시급하게 해결되어야 할 문제로서, 이를 해소하기 위하여 마이크로채널 단면의 모양을 다양하게 바꾸어 보거나, 내부에 마이크로비드를 넣거나, 휘스톤브릿지와 같은 전기적 회로구성을 적용하는 등 다양한 시도가 있어 왔다. 그러나 이러한 시도로도 생체 모니터링에 필요한 감도 및 측정범위를 충분히 얻을 수 없었다.However, in the case of such a liquid-based sensor, it is difficult to utilize due to low sensitivity and limited measurement range. In developing a liquid electrode pressure sensor, the sensitivity problem is currently the most urgent problem to be solved. Various attempts have been made, such as applying a circuit configuration. However, even with these attempts, the sensitivity and measurement range necessary for bio-monitoring could not be sufficiently obtained.

1. 한국특허공개 제2018-0102412호("3D 프린팅을 이용한 소프트 센서, 이의 제조방법 및 이를 적용한 웨어러블 장치", 2018.09.17.)1. Korea Patent Publication No. 2018-0102412 ("Soft sensor using 3D printing, manufacturing method thereof, and wearable device to which it is applied", 2018.09.17.)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 내부 유동구조 설계를 개선함으로써 민감성 및 안정성을 크게 향상시키는 액체전극 압력센서 및 그 제작방법을 제공함에 있다. 보다 상세하게는, 저장소의 구비 및 배치, 서포트 및 범프의 구비, 헤드 및 커버 구조 설계를 통해 민감성을 향상시키고, 기판 재질을 통해 내구성 및 안정성을 향상시킨, 액체전극 압력센서 및 그 제작방법을 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been devised to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to provide a liquid electrode pressure sensor that greatly improves sensitivity and stability by improving the internal flow structure design, and a method for manufacturing the same. is in More specifically, to provide a liquid electrode pressure sensor and a method for manufacturing the same, which improves sensitivity through the provision and arrangement of reservoirs, provision of supports and bumps, and design of the head and cover structure, and improved durability and stability through the substrate material is in

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액체전극 압력센서(100)는, 탄성중합체로 되는 유연몸체(111), 상기 유연몸체(111)의 중심부에 형성되며 내부에 전도성액체로 된 액체전극이 수용되는 채널(112), 상기 채널(112)의 양단부에 상기 채널(112)과 연통되게 형성되며 내부에 액체전극이 수용되는 저장소(113), 상기 채널(112)과 접속되어 외부로 전기신호를 전달하는 신호선(114)을 포함하는 센서부(110)를 포함할 수 있다.The liquid electrode pressure sensor 100 of the present invention for achieving the above object is a flexible body 111 made of an elastomer, a liquid electrode formed in the center of the flexible body 111 and made of a conductive liquid therein. The receiving channel 112, a reservoir 113 formed in communication with the channel 112 at both ends of the channel 112 and accommodating a liquid electrode therein, is connected to the channel 112 to provide an electrical signal to the outside It may include a sensor unit 110 including a signal line 114 for transmitting the.

이 때 상기 센서부(110)는, 외부압력에 의하여 액체전극이 채워진 상기 채널(112)이 변형됨에 따라 발생되는 액체전극의 저항값의 변화를 이용하여 압력을 측정하되, 외부압력 인가 시 상기 채널(112)에 채워진 액체전극 일부가 상기 저장소(113)로 흘러가 이동함으로써 비압축성인 액체전극에 의한 반동이 방지되어 상기 채널(112)의 변형이 증대되도록 형성될 수 있다.At this time, the sensor unit 110 measures the pressure by using a change in the resistance value of the liquid electrode generated as the channel 112 filled with the liquid electrode is deformed by external pressure, but when external pressure is applied, the channel As a portion of the liquid electrode filled in 112 flows into the reservoir 113 and moves, recoil by the incompressible liquid electrode is prevented, thereby increasing the deformation of the channel 112 .

또한 상기 센서부(110)는, 상기 채널(112) 및 상기 저장소(113)가 연결되는 위치에 상기 신호선(114)이 접속될 수 있다.Also, in the sensor unit 110 , the signal line 114 may be connected to a position where the channel 112 and the storage 113 are connected.

또한 상기 센서부(110)는, 상기 채널(112)의 단면적보다 상기 저장소(113)의 단면적이 더 크게 형성될 수 있다.In addition, in the sensor unit 110 , the cross-sectional area of the reservoir 113 may be larger than that of the channel 112 .

또한 상기 센서부(110)는, 상기 채널(112)이 사행유로 형태로 형성될 수 있다.In addition, in the sensor unit 110 , the channel 112 may be formed in the form of a meandering passage.

또한 상기 센서부(110)는, 경질성물질로 되며 상기 채널(112)이 형성된 영역에 대응되는 크기로 형성되어 상기 채널(112) 상측에 배치되는 범프(115)를 더 포함할 수 있다.In addition, the sensor unit 110 may further include a bump 115 made of a hard material and having a size corresponding to the area in which the channel 112 is formed and disposed above the channel 112 .

이 때 상기 센서부(110)는, 외부압력에 의하여 액체전극이 채워진 상기 채널(112)이 변형됨에 따라 발생되는 액체전극의 저항값의 변화를 이용하여 압력을 측정하되, 상기 범프(115)에 의하여 외부압력이 상기 유연몸체(111)로 분산되거나 상기 저장소(113)로 인가되는 것이 방지되어 상기 채널(112)의 변형이 증대되도록 형성될 수 있다.At this time, the sensor unit 110 measures the pressure using a change in the resistance value of the liquid electrode that is generated as the channel 112 filled with the liquid electrode is deformed by external pressure, but is applied to the bump 115 . By this, external pressure is prevented from being dispersed to the flexible body 111 or applied to the reservoir 113 , thereby increasing the deformation of the channel 112 .

또한 상기 액체전극 압력센서(100)는, 중심부에 통공이 형성된 판 형태로 형성되어 상기 통공에 상기 센서부(110)를 수용 및 보호하는 서포트(120); 를 포함할 수 있다.In addition, the liquid electrode pressure sensor 100 is formed in the form of a plate having a hole in the center, the support 120 for accommodating and protecting the sensor unit 110 in the hole; may include.

이 때 상기 서포트(120)는, 유연필름 형태로 형성되어 상기 센서부(110)가 수용된 상기 통공 상면을 덮도록 형성되는 커버(121), 외부압력을 인가받도록 상기 커버(121) 상면에 구비되되 상기 센서부(110)에 대응되는 크기로 형성되어 상기 센서부(110) 상측에 배치되는 헤드(122)를 포함할 수 있다.At this time, the support 120 is formed in the form of a flexible film to cover the upper surface of the through hole in which the sensor unit 110 is accommodated. A head 122 formed in a size corresponding to the sensor unit 110 and disposed above the sensor unit 110 may be included.

또한 상기 액체전극 압력센서(100)는, 상기 커버(121)에 의하여 상기 범프(115)가 눌리도록 형성됨으로써 상기 센서부(110)에 초기압력값이 인가된 상태로 형성될 수 있다. 이 때 상기 액체전극 압력센서(100)는, 상기 커버(121)에 의하여 상기 범프(115)가 눌리는 정도에 의해 상기 센서부(110)에 인가되는 초기압력값이 조절되어 제작됨에 따라 상기 액체전극 압력센서(110)의 압력감지범위 및 감도가 조절되도록 형성될 수 있다.In addition, the liquid electrode pressure sensor 100 may be formed in a state in which an initial pressure value is applied to the sensor unit 110 by being formed such that the bump 115 is pressed by the cover 121 . At this time, the liquid electrode pressure sensor 100 is manufactured by adjusting the initial pressure value applied to the sensor unit 110 by the degree to which the bump 115 is pressed by the cover 121 . The pressure sensing range and sensitivity of the pressure sensor 110 may be adjusted.

또한 상기 액체전극 압력센서(100)는, 상기 헤드(122)의 면적/상기 범프(115)의 면적 비가 조절 설계됨으로써 상기 센서부(110)에 인가되는 외부압력이 증폭되도록 형성될 수 있다.In addition, the liquid electrode pressure sensor 100 may be formed such that the ratio of the area of the head 122 to the area of the bump 115 is adjusted so that the external pressure applied to the sensor unit 110 is amplified.

또한 상기 액체전극 압력센서(100)는, 경질성물질로 되며 상기 센서부(110) 하면에 구비되는 기판(130); 을 포함할 수 있다.In addition, the liquid electrode pressure sensor 100 includes a substrate 130 made of a hard material and provided on a lower surface of the sensor unit 110 ; may include.

이 때 상기 기판(130)은, 상기 신호선(114)과 전기적으로 접속되어 상기 센서부(110)에서 발생된 전기신호를 외부로 전달하는 통신부(135)를 포함할 수 있다.In this case, the substrate 130 may include a communication unit 135 that is electrically connected to the signal line 114 and transmits the electrical signal generated by the sensor unit 110 to the outside.

또한 본 발명의 액체전극 압력센서의 제작방법은, 상술한 바와 같은 액체전극 압력센서(100)의 제작방법에 있어서, 상기 채널(112) 및 상기 저장소(113) 형상에 상응하는 3차원 형상인 몰드(10)가 베이스(20) 상면에 3차원 프린팅에 의해 형성되는 몰드인쇄단계; 상기 베이스(20) 상측에 상기 유연몸체(111)의 재질인 유연성물질이 제공되어 유연성물질층이 형성되고, 상기 유연성물질층이 경화되어 상기 몰드(10)가 수용된 상기 유연몸체(111)가 형성되는 몸체형성단계; 상기 몰드(10) 및 상기 베이스(20)가 제거되어 상기 유연몸체(111) 내부에 상기 채널(112) 및 상기 저장소(113)가 형성되는 채널형성단계; 상기 채널(112) 및 상기 저장소(113)에 액체전극이 채워지고 상기 채널(112)의 기결정된 위치에 상기 신호선(114)이 접속되는 전극형성단계; 를 포함할 수 있다.In addition, the manufacturing method of the liquid electrode pressure sensor of the present invention, in the manufacturing method of the liquid electrode pressure sensor 100 as described above, a mold having a three-dimensional shape corresponding to the shape of the channel 112 and the reservoir 113 . (10) a mold printing step in which the base 20 is formed by three-dimensional printing on the upper surface; A flexible material, which is a material of the flexible body 111, is provided on the upper side of the base 20 to form a flexible material layer, and the flexible material layer is cured to form the flexible body 111 in which the mold 10 is accommodated. a body forming step; a channel forming step in which the mold 10 and the base 20 are removed to form the channel 112 and the reservoir 113 inside the flexible body 111; an electrode forming step in which a liquid electrode is filled in the channel (112) and the reservoir (113) and the signal line (114) is connected to a predetermined position of the channel (112); may include.

또한 상기 액체전극 압력센서(100)는, 경질성물질로 되며 상기 센서부(110) 하면에 구비되는 기판(130); 을 포함하며, 상기 액체전극 압력센서의 제작방법은, 상기 채널형성단계 및 상기 전극형성단계 사이에, 상기 유연몸체(111) 하면에 상기 기판(130)이 덮여 상기 채널(112) 및 상기 저장소(113)가 외부로부터 밀폐되는 기판구비단계; 를 더 포함할 수 있다.In addition, the liquid electrode pressure sensor 100 includes a substrate 130 made of a hard material and provided on a lower surface of the sensor unit 110 ; The method of manufacturing the liquid electrode pressure sensor includes, between the channel forming step and the electrode forming step, the substrate 130 is covered on the lower surface of the flexible body 111 to the channel 112 and the reservoir ( 113) the step of providing a substrate that is sealed from the outside; may further include.

또한 상기 기판(130)은, 상기 신호선(114)과 전기적으로 접속되어 상기 센서부(110)에서 발생된 전기신호를 외부로 전달하는 통신부(135)를 포함하며, 상기 액체전극 압력센서의 제작방법은, 상기 전극형성단계 이후에, 상기 신호선(114)의 일단은 상기 채널(112)과 접속되고 타단은 상기 통신부(135)와 접속되는 전선연결단계; 를 포함할 수 있다.In addition, the substrate 130 includes a communication unit 135 that is electrically connected to the signal line 114 and transmits the electrical signal generated by the sensor unit 110 to the outside, and the method of manufacturing the liquid electrode pressure sensor. a wire connection step in which one end of the signal line 114 is connected to the channel 112 and the other end is connected to the communication unit 135 after the electrode forming step; may include.

또한 상기 센서부(110)는, 경질성물질로 되며 상기 채널(112)이 형성된 영역에 대응되는 크기로 형성되어 상기 채널(112) 상측에 배치되는 범프(115)를 포함하며, 상기 액체전극 압력센서의 제작방법은, 상기 전선연결단계 이후에, 상기 채널(112)이 형성된 영역에 대응되도록 상기 유연몸체(111) 상면에 상기 범프(115)가 배치되는 범프배치단계; 를 포함할 수 있다.In addition, the sensor unit 110 is made of a hard material and has a size corresponding to the area in which the channel 112 is formed and includes a bump 115 disposed above the channel 112 , and the liquid electrode pressure The manufacturing method of the sensor includes, after the wire connection step, a bump arrangement step in which the bump 115 is disposed on the upper surface of the flexible body 111 so as to correspond to the area where the channel 112 is formed; may include.

또한 상기 액체전극 압력센서(100)는, 중심부에 통공이 형성된 판 형태로 형성되어 상기 통공에 상기 센서부(110)를 수용 및 보호하는 서포트(120); 를 포함하며, 상기 전선연결단계 이후에, 상기 통공에 상기 센서부(110)가 수용되도록 상기 서포트(120)가 배치되는 서포트배치단계; 를 포함할 수 있다.In addition, the liquid electrode pressure sensor 100 is formed in the form of a plate having a hole in the center, the support 120 for accommodating and protecting the sensor unit 110 in the hole; including, after the wire connection step, a support arrangement step in which the support 120 is disposed so that the sensor unit 110 is accommodated in the through hole; may include.

또한 상기 서포트(120)는, 유연필름 형태로 형성되어 상기 센서부(110)가 수용된 상기 통공 상면을 덮도록 형성되는 커버(121), 외부압력을 인가받도록 상기 커버(121) 상면에 구비되되 상기 센서부(110)에 대응되는 크기로 형성되어 상기 센서부(110) 상측에 배치되는 헤드(122)를 포함하며, 상기 서포트배치단계 이후에, 상기 서포트(120) 상면에 상기 커버(121) 및 상기 헤드(122)의 결합체가 덮여 패키징이 완료되는 패키징완료단계; 를 포함할 수 있다.In addition, the support 120 is formed in the form of a flexible film to cover the upper surface of the through hole in which the sensor unit 110 is accommodated. It is formed in a size corresponding to the sensor unit 110 and includes a head 122 disposed on the upper side of the sensor unit 110, and after the support arrangement step, the cover 121 on the upper surface of the support 120 and A packaging completion step in which the assembly of the head 122 is covered and packaging is completed; may include.

본 발명에 의하면, 액체전극(conducting liquid, 전도성 액체)을 활용함으로써 고체 기반 압력센서에서 발생하는 드리프팅(drifting) 문제를 원천적으로 제거하여 장기적 활용이 가능하게 함으로써 안정성을 향상시키는 효과가 있다.According to the present invention, by using a liquid electrode (conducting liquid, conductive liquid), there is an effect of improving stability by fundamentally eliminating a drifting problem occurring in a solid-based pressure sensor and enabling long-term use.

한편 고체 기반 압력센서와 비교하여 액체 기반 압력센서의 경우 민감성이 낮은 문제가 있었다. 그러나 본 발명에 의하면, 저장소의 구비 및 배치, 서포트 및 범프의 구비를 통해 를 통해 압력감지범위가 정확하게 형성되도록 하고, 헤드 및 커버 구조 설계를 통해 초기압력에 의한 고감도 구간 활용 및 압력증폭 효과를 이용하여 민감도를 극대화하는 효과가 있다. 또한 본 발명에 의하면, 센서 기판을 단단한 재질로 형성함으로써 센서 변형을 방지하여 내구성을 높일 뿐 아니라, 변형에 따른 노이즈 방지를 통해 신뢰성을 높이고, 높은 내구성으로 인한 구조적 안정성 및 긴 수명을 확보하는 효과 또한 얻을 수 있다.On the other hand, there was a problem in that the sensitivity of the liquid-based pressure sensor was low compared to the solid-based pressure sensor. However, according to the present invention, the pressure sensing range is accurately formed through the provision and arrangement of the reservoir, the provision of the support and the bump, and the use of the high sensitivity section by the initial pressure and the pressure amplification effect through the head and cover structure design. This has the effect of maximizing the sensitivity. In addition, according to the present invention, the sensor substrate is formed of a hard material to prevent deformation of the sensor to increase durability, increase reliability by preventing noise caused by deformation, and secure structural stability and long lifespan due to high durability. can be obtained

이에 따라 본 발명의 액체전극 압력센서는 고체 기반 압력센서와 비교하여서도 우수한 민감성을 확보할 수 있으며, 결과적으로 민감성 및 안정성 모두 우수한 압력센서를 제공할 수 있게 되는 효과가 있다. 궁극적으로, 본 발명에 의하면, 장기간 안정적인 신호를 보장하면서 높은 신호 신뢰성을 얻을 수 있어, 헬스 모니터링 등의 웨어러블 응용 분야에 널리 활용될 수 있는 큰 효과가 있다.Accordingly, the liquid electrode pressure sensor of the present invention can secure excellent sensitivity compared to the solid-based pressure sensor, and as a result, it is possible to provide a pressure sensor excellent in both sensitivity and stability. Ultimately, according to the present invention, high signal reliability can be obtained while ensuring a long-term stable signal, and there is a great effect that can be widely used in wearable applications such as health monitoring.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 액체전극 압력센서의 구성도.
도 2a 및 도 2b는 저장소 동작원리.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 액체전극 압력센서의 각 구성별 동작원리.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 액체전극 압력센서의 제작과정.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 액체전극 압력센서의 실험결과.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 액체전극 압력센서의 활용예.1A to 1C are block diagrams of a liquid electrode pressure sensor of the present invention.
2a and 2b show the storage operation principle.
3A to 3D show the principle of operation of each component of the liquid electrode pressure sensor of the present invention.
4a to 4c is a manufacturing process of the liquid electrode pressure sensor of the present invention.
5a to 5d are experimental results of the liquid electrode pressure sensor of the present invention.
6A and 6B are examples of application of the liquid electrode pressure sensor of the present invention.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 액체전극 압력센서 및 그 제작방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a liquid electrode pressure sensor and a method for manufacturing the same according to the present invention having the configuration as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

[1] 본 발명의 액체전극 압력센서[1] Liquid electrode pressure sensor of the present invention

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 액체전극 압력센서의 구성도를 도시하고 있다. 본 발명의 액체전극 압력센서(100)는, 도 1a에 도시된 바와 같이 압력을 측정하는 주요 역할을 하는 센서부(110)와, 상기 센서부(110)의 성능 및 사용 편의성을 향상하기 위한 부가 역할을 하는 서포트(120) 및 기판(130)을 포함한다.1A to 1C are diagrams showing the configuration of the liquid electrode pressure sensor of the present invention. The liquid electrode pressure sensor 100 of the present invention, as shown in FIG. 1A , includes a sensor unit 110 that plays a major role in measuring pressure, and an addition for improving the performance and convenience of use of the sensor unit 110 . It includes a support 120 and a substrate 130 serving as a support.

먼저 센서부(110)의 구성에 대하여 설명하면 다음과 같다. 상기 센서부(110)는 기본적으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 외부로부터 압력이 인가되면 형상이 원활하게 변형될 수 있도록 유연하고 탄성을 가지는 재질인 탄성중합체로 되는 유연몸체(111)와, 상기 유연몸체(111) 상에 형성되어 내부에 액체전극이 수용되는 채널(112) 및 저장소(113)와, 상기 채널(112)과 접속되어 외부로 전기신호를 전달하는 신호선(114)을 포함한다. 이와 같이 형성된 상기 센서부(110)는, 외부압력에 의하여 액체전극이 채워진 상기 채널(112)이 변형됨에 따라 발생되는 액체전극의 저항값의 변화를 이용하여 압력을 측정하도록 이루어진다.First, the configuration of the sensor unit 110 will be described as follows. The sensor unit 110 is basically, as shown in FIG. 1b, a flexible body 111 made of an elastomer, which is a flexible and elastic material so that the shape can be smoothly deformed when pressure is applied from the outside; It is formed on the flexible body 111 and includes a channel 112 and a reservoir 113 in which a liquid electrode is accommodated therein, and a signal line 114 connected to the channel 112 to transmit an electrical signal to the outside. . The sensor unit 110 thus formed is configured to measure the pressure using a change in the resistance value of the liquid electrode that is generated as the channel 112 filled with the liquid electrode is deformed by an external pressure.

상기 채널(112)은, 상기 유연몸체(111)의 중심부에 형성되며 내부에 전도성액체로 된 액체전극이 수용된다. 상기 채널(112)은 감지가 원활하게 이루어질 수 있도록 도시된 바와 같이 사행유로 형태로 형성되는 것이 바람직하나, 물론 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 복수 개의 일자형 경로들이 평행하게 배치된 형태 등과 같이 다양한 변경 실시가 가능함은 당연하다.The channel 112 is formed in the center of the flexible body 111 and a liquid electrode made of a conductive liquid is accommodated therein. The channel 112 is preferably formed in the form of a meandering flow path as shown so that sensing can be performed smoothly, but the present invention is not limited thereto, and a plurality of straight paths are arranged in parallel. It goes without saying that changes are possible.

기본적으로 상기 센서부(110)에서 외부압력이 인가되어 측정이 되는 동작은 상기 채널(112)이 형성된 감지영역에서 이루어진다. 한편 액체전극은 전도성액체(conducting liquid)로서 예를 들어 액체금속이 될 수 있는데, 액체금속이란 수은과 같이 상온에서 액체 상태로 존재하는 금속을 말하는 것으로, 전도도가 높아 저전력으로 센서를 구동할 수 있으며 다양한 물리적 변형에도 적응이 좋아 전기적 성질을 잃지 않는 장점이 있다. 그런데 이러한 액체금속은 일반적으로 비압축성(incompressible)이기 때문에, 액체금속인 액체전극이 상기 채널(112) 내에 가득 채워져 있는 경우 외부압력이 인가되더라도 액체전극이 압축되지 않고 일정한 부피를 유지하고자 함으로써 반동이 발생하여, 상기 채널(112)의 변형이 원활하게 이루어지지 못하게 될 우려가 있다. 본 발명에서는 바로 이러한 문제를 방지하기 위해 상기 저장소(113)가 구비되도록 한다.Basically, an operation in which an external pressure is applied and measured by the sensor unit 110 is performed in the sensing region in which the channel 112 is formed. On the other hand, the liquid electrode is a conducting liquid and can be, for example, a liquid metal. Liquid metal refers to a metal that exists in a liquid state at room temperature, such as mercury, and has high conductivity and can drive the sensor with low power. It has the advantage of not losing its electrical properties because it can adapt to various physical deformations. However, since such a liquid metal is generally incompressible, if the liquid electrode, which is a liquid metal, is filled in the channel 112, even if an external pressure is applied, the liquid electrode is not compressed and tries to maintain a constant volume, resulting in recoil. Accordingly, there is a risk that the channel 112 may not be smoothly deformed. In the present invention, the storage 113 is provided to prevent this problem.

상기 저장소(113)는, 상기 채널(112)의 양단부에 상기 채널(112)과 연통되게 형성되며 내부에 액체전극이 수용된다. 상기 센서부(110)는 상기 저장소(113)를 구비함으로써, 외부압력 인가 시 상기 채널(112)에 채워진 액체전극 일부가 상기 저장소(113)로 흘러가 이동함으로써 비압축성인 액체전극에 의한 반동이 방지되어 상기 채널(112)의 변형이 증대되도록 형성된다.The reservoir 113 is formed in communication with the channel 112 at both ends of the channel 112 and a liquid electrode is accommodated therein. Since the sensor unit 110 includes the reservoir 113, a part of the liquid electrode filled in the channel 112 flows into the reservoir 113 when external pressure is applied and moves to the reservoir 113, thereby preventing recoil by the incompressible liquid electrode. It is formed so that the deformation of the channel 112 is increased.

도 2a 및 도 2b는 저장소 동작원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 저장소(113)가 없다면 상기 채널(112)에 채워진 액체전극의 비압축성 때문에 변형이 원활하게 일어나지 못하고, 이에 따라 저항값의 변화가 그다지 크게 발생하지 않아 압력의 측정이 올바르게 이루어지지 못할 것임이 자명하다. 그러나 본 발명에서는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 압력이 측정되는 영역(즉 상기 채널(112) 영역) 바깥에 상기 저장소(113)가 구비되도록 하고, 외부압력 인가 시 상기 채널(112)이 변형하면서 액체전극이 자연스럽게 내부 유동에 의해 상기 저장소(113)로 흘러가도록 한다. 이에 따라 상기 채널(112)의 변형이 매우 원활하게 이루어질 수 있게 되며, 따라서 저항값의 변화가 도 2a와 같은 경우에 비해 훨씬 크게 발생하게 된다. 즉 상기 센서부(110)는, 상기 저장소(113)의 구비로 인하여 높은 민감도 및 넓은 압력측정범위를 확보할 수 있게 되는 것이다. 이와 같은 동작이 보다 원활하게 이루어질 수 있도록, 상기 센서부(110)는, 도 1c의 단면도에 도시된 바와 같이, 상기 채널(112)의 단면적보다 상기 저장소(113)의 단면적이 더 크게 형성되는 것이 바람직하다.2A and 2B are diagrams for explaining the storage operation principle. As shown in FIG. 2A , if there is no reservoir 113, deformation does not occur smoothly due to the incompressibility of the liquid electrode filled in the channel 112, and accordingly, the change in resistance value does not occur significantly, so the measurement of pressure is difficult. It is clear that this will not be done correctly. However, in the present invention, as shown in FIG. 2B , the reservoir 113 is provided outside the area where the pressure is measured (that is, the channel 112 area), and the channel 112 is deformed when external pressure is applied. while allowing the liquid electrode to naturally flow into the reservoir 113 by internal flow. Accordingly, the channel 112 can be deformed very smoothly, and accordingly, the change in the resistance value is much larger than in the case of FIG. 2A . That is, the sensor unit 110 can secure high sensitivity and a wide pressure measurement range due to the provision of the reservoir 113 . In order to make this operation more smoothly, as shown in the cross-sectional view of FIG. 1C , in the sensor unit 110 , the cross-sectional area of the reservoir 113 is larger than that of the channel 112 . desirable.

더불어 본 발명에서는, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 신호선(114)이 상기 채널(112) 및 상기 저장소(113)가 연결되는 위치에 접속되도록 하는 것이 바람직하다. 압력이 인가될 때, 저항값의 변화는 위치에 따라 다른 경향을 나타낸다. 압력이 가해진 부분은 압축되어 단면적이 감소하기 때문에 저항값이 커지며, 압력이 가해지지 않은 부분은 (압력이 가해진 부분에 있던 액체전극이 압력이 가해지지 않은 부분으로 밀려감에 따라) 팽창하여 단면적이 증가하기 때문에 저항값이 작아진다. 이 때 일반적으로 종래의 액체 기반 압력센서의 경우, 도 2a에 도시된 바와 같이 본 발명의 상기 저장소(113)에 해당하는 부분이 없을뿐더러 신호선이 채널의 양측 말단부에 연결되게 된다. 그러나 이 경우 말단부의 일부 팽창에 의한 저항값 감소의 영향으로, 측정되는 저항값의 정확성이 떨어져 결과적으로 민감도가 낮아지게 된다. 그러나 본 발명에서는, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 신호선(114)이 상기 채널(112) 및 상기 저장소(113)가 연결되는 위치에 접속되게 한다. 도 1b 등을 참조하면, 한 쌍의 상기 신호선(114)은 상기 채널(112)의 양측 끝단에 연결됨에 따라 고스란히 상기 채널(112) 내측에 수용된 액체전극만의 저항값을 측정하게 된다. 즉 상기 신호선(114)의 위치가 도 2b에 도시된 바와 같이 배치됨에 따라, 상기 저장소(113)의 팽창으로 인한 저항값 감소 영향은 측정값에 영향을 주지 못하게 되는 것이다. 따라서 결과적으로 상기 센서부(110)는, 상기 신호선(114)의 이러한 배치에 의하여 민감도가 더욱 향상될 수 있게 된다.In addition, in the present invention, it is preferable to connect the signal line 114 to a position where the channel 112 and the storage 113 are connected as shown in FIG. 2B . When a pressure is applied, the change of the resistance value shows a different tendency depending on the position. The pressure-applied portion is compressed and the cross-sectional area decreases, so the resistance value increases, and the non-pressurized portion expands (as the liquid electrode in the pressurized portion is pushed to the non-pressurized portion) and has a cross-sectional area As it increases, the resistance value decreases. At this time, in general, in the case of a conventional liquid-based pressure sensor, as shown in FIG. 2A , there is no part corresponding to the reservoir 113 of the present invention, and a signal line is connected to both ends of the channel. However, in this case, the accuracy of the measured resistance value is lowered due to the effect of a decrease in the resistance value due to partial expansion of the distal end, resulting in lower sensitivity. However, in the present invention, as shown in FIG. 2B , the signal line 114 is connected to a position where the channel 112 and the storage 113 are connected. Referring to FIG. 1B , as the pair of signal lines 114 are connected to both ends of the channel 112 , the resistance value of only the liquid electrode accommodated inside the channel 112 is measured. That is, as the position of the signal line 114 is arranged as shown in FIG. 2B , the effect of reducing the resistance value due to the expansion of the storage 113 does not affect the measured value. Accordingly, as a result, the sensitivity of the sensor unit 110 can be further improved by this arrangement of the signal line 114 .

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 상기 액체전극 압력센서(100)가 헬스 모니터링 등에 활용될 수 있도록 궁극적으로는 웨어러블 디바이스로서 제작되게 하고자 한다. 이를 위해서, 본 발명에서는 상기 액체전극 압력센서(100)에 다양한 부가구성이 구비된다. 도 3a 내지 도 3d는, 이러한 부가 구성들을 포함하여 본 발명의 액체전극 압력센서의 각 구성별 동작원리를 설명하기 위한 도면들이다. 도 3a에는 상기 액체전극 압력센서(100)의 기본구성 즉 유연몸체(111), 채널(112), 저장소(113), 신호선(114)으로 구성되는 센서부(110)와 더불어, 부가구성 즉 상기 센서부(110)에 더 구비되는 범프(115), 커버(121) 및 헤드(122)를 구비하는 서포트(120), 통신부(135)를 구비하는 기판(130)까지 모두 도시되어 있으며, 또한 예시적으로 바람직한 각부의 재질이나 규격 등이 기재되어 있다. 그러나 물론 도 3a에 기재된 재질이나 규격으로 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 적절한 다른 재질이나 규격으로 변경 실시되어도 무방함은 당연하다.As described above, in the present invention, the liquid electrode pressure sensor 100 is ultimately manufactured as a wearable device so that it can be utilized for health monitoring and the like. To this end, in the present invention, various additional components are provided in the liquid electrode pressure sensor 100 . 3A to 3D are diagrams for explaining the operating principle of each component of the liquid electrode pressure sensor of the present invention, including these additional components. 3a shows the basic configuration of the liquid electrode pressure sensor 100, that is, the flexible body 111, the channel 112, the reservoir 113, and the sensor unit 110 composed of the signal line 114, along with the additional configuration, that is, the The bump 115 further provided in the sensor unit 110, the support 120 having the cover 121 and the head 122, and the substrate 130 including the communication unit 135 are all shown, and also examples The material and specifications of each part that are generally desirable are described. However, of course, the present invention is not limited to the material or standard described in FIG. 3A, and it is natural that the present invention may be changed to another suitable material or standard as necessary.

먼저 상기 센서부(110)에 더 구비되는 구성인 상기 범프(115)에 대하여 설명한다. 상기 센서부(110)는, 경질성물질로 되며 상기 채널(112)이 형성된 영역에 대응되는 크기로 형성되어 상기 채널(112) 상측에 배치되는 범프(115)를 더 포함할 수 있다. 상기 범프(115)가 존재함으로써, 상기 센서부(110)는 상기 범프(115)에 의하여 외부압력이 상기 유연몸체(111)로 분산되거나 상기 저장소(113)로 인가되는 것이 방지되어 상기 채널(112)의 변형이 증대되도록 형성된다. 만일 외부압력의 인가 방향이 잘못되어 상기 저장소(113)에도 압력이 가해지게 된다면, 상기 저장소(113)가 원활하게 팽창하지 못하게 되며, 물론 이에 따라 액체전극의 상기 채널(112)로부터 상기 저장소(113)를 향하는 내부 유동 발생이 원활하게 이루어지지 못하게 된다. 그러나 상기 범프(115)가 구비됨으로써, 도 3b에 도시된 바와 같이, 외부로부터 인가된 압력이 오롯이 상기 채널(112)로 집중될 수 있게 되며, 액체전극의 상기 채널(112)로부터 상기 저장소(113)를 향하는 내부 유동 발생이 매우 원활하게 이루어질 수 있다.First, the bump 115, which is a configuration further provided in the sensor unit 110, will be described. The sensor unit 110 may further include a bump 115 made of a hard material, formed of a size corresponding to the region in which the channel 112 is formed, and disposed above the channel 112 . By the presence of the bump 115 , the sensor unit 110 prevents the external pressure from being distributed to the flexible body 111 or applied to the reservoir 113 by the bump 115 to prevent the channel 112 from being applied to the reservoir 113 . ) is formed to increase the deformation. If the external pressure is applied in the wrong direction and pressure is also applied to the reservoir 113, the reservoir 113 cannot smoothly expand, and of course, the reservoir 113 from the channel 112 of the liquid electrode. generation of internal flow toward the However, as the bump 115 is provided, as shown in FIG. 3B , the pressure applied from the outside can be concentrated solely on the channel 112 , and the reservoir 113 from the channel 112 of the liquid electrode ) can be generated very smoothly.

또한 상기 액체전극 압력센서(100)는, 중심부에 통공이 형성된 판 형태로 형성되어 상기 통공에 상기 센서부(110)를 수용 및 보호하는 서포트(120)를 더 포함할 수 있다. 상기 서포트(120)가 구비되면 상기 서포트(120)의 측벽이 상기 센서부(110)를 둘러싸는 형태로 배치되기 때문에 상기 센서부(110)를 외부의 원치않은 영향으로부터 보호할 수 있으며, 따라서 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한 이와 같이 되면 상기 센서부(110)는 상면만 개방된 상태가 되기 때문에, 외부압력의 인가방향을 한 방향으로 정리할 수 있어 측정 정확성 및 민감성을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, the liquid electrode pressure sensor 100 may further include a support 120 formed in the form of a plate having a hole in the center to accommodate and protect the sensor unit 110 in the hole. When the support 120 is provided, since the sidewall of the support 120 is disposed in a shape surrounding the sensor unit 110 , the sensor unit 110 can be protected from unwanted external influences, and thus stability can improve In addition, in this way, since only the upper surface of the sensor unit 110 is in an open state, the application direction of the external pressure can be arranged in one direction, thereby further improving measurement accuracy and sensitivity.

또한 상기 서포트(120)에는 도 3b에 도시된 바와 같이 커버(121) 및 헤드(122)를 더 포함할 수 있다. 상기 커버(121)는 유연필름 형태로 형성되어 상기 센서부(110)가 수용된 상기 통공 상면을 덮도록 형성되며, 상기 헤드(122)는 외부압력을 인가받도록 상기 커버(121) 상면에 구비되되 상기 센서부(110)에 대응되는 크기로 형성되어 상기 센서부(110) 상측에 배치된다.In addition, the support 120 may further include a cover 121 and a head 122 as shown in FIG. 3B . The cover 121 is formed in the form of a flexible film to cover the upper surface of the through hole in which the sensor unit 110 is accommodated, and the head 122 is provided on the upper surface of the cover 121 to receive external pressure. It is formed in a size corresponding to the sensor unit 110 and is disposed above the sensor unit 110 .

상기 커버(121)는 상기 서포트(120)의 측벽과 유사하게 개방된 상기 센서부(110) 상측을 덮어 어느 정도 보호하는 역할을 하되, 외부압력 인가에 영향을 주지 않도록 다른 부품들보다 상대적으로 훨씬 얇고 매우 쉽게 변형이 일어나는 유연필름으로 형성된다. 또한 상기 커버(121)는 상기 헤드(122)를 지지하여 상기 헤드(122)가 정위치에 안정적으로 배치되어 있도록 하는 역할도 할 수 있다. 특히 상기 액체전극 압력센서(100)는, 도 3c의 상측 도면에 도시된 바와 같이, 상기 커버(121)에 의하여 상기 범프(115)가 눌리도록 형성됨으로써 상기 센서부(110)에 초기압력(P0)값이 인가된 상태로 형성되게 할 수 있다. 액체 기반 압력센서의 경우 초디 단면적 대비 외부압력 인가에 따라 발생되는 단면적 변화량에 의한 저항값의 변화량을 이용하여 압력을 측정한다. 이 때 압력에 따른 반응 그래프는 도 3c의 우측에 도시된 그래프와 같다. 그래프에 잘 나타나 있는 바와 같이, 압력이 작을 때는 압력변화에 따른 반응변화 폭이 상당히 작은 반면, 압력이 어느 정도 커지면 압력변화에 따른 반응변화 폭이 크다. 이러한 원리로 볼 때, 이러한 초기압력(P0)값이 미리 인가된 상태로 설계하면, 측정압력(P)값은 초기압력(P0)에 인가되는 외부압력(P1)값을 더한 것으로 나타나므로, 즉 도 3c의 우측 그래프에서 압력변화에 따른 반응변화 폭이 큰 영역에서 압력감지를 수행할 수 있게 된다. 이는 즉 보다 고감도의 압력감지가 가능하다는 것으로, 결과적으로 이러한 구조에 의하여 상기 액체전극 압력센서(100)의 민감성을 더욱 향상시킬 수 있다. 상술한 내용을 요약하면, 상기 액체전극 압력센서(100)는, 상기 커버(121)에 의하여 상기 범프(115)가 눌리는 정도에 의해 상기 센서부(110)에 인가되는 초기압력값이 조절되어 제작됨에 따라 상기 액체전극 압력센서(110)의 압력감지범위 및 감도가 조절될 수 있다.The cover 121 serves to protect to some extent by covering the upper side of the sensor unit 110 that is opened similarly to the sidewall of the support 120 , but relatively much more than other components so as not to affect the external pressure application. It is formed as a flexible film that is thin and deforms very easily. In addition, the cover 121 may also serve to support the head 122 so that the head 122 is stably disposed in a fixed position. In particular, the liquid electrode pressure sensor 100 is formed so that the bump 115 is pressed by the cover 121, as shown in the upper drawing of FIG. 3C , so that the initial pressure P 0 ) can be formed in the applied state. In the case of a liquid-based pressure sensor, the pressure is measured using the amount of change in the resistance value due to the amount of change in the cross-sectional area that is generated according to the application of external pressure compared to the cross-sectional area of Chodi. At this time, the reaction graph according to the pressure is the same as the graph shown on the right side of FIG. 3C . As shown in the graph, when the pressure is small, the width of the reaction change according to the pressure change is quite small, whereas when the pressure is increased to some extent, the reaction change width according to the pressure change is large. In view of this principle, if the initial pressure (P 0 ) is designed in a state in which the value is previously applied, the measured pressure (P) value is the initial pressure (P 0 ) plus the applied external pressure (P 1 ) value. Therefore, in the graph on the right of FIG. 3C , it is possible to perform pressure sensing in a region having a large range of response change according to pressure change. This means that more sensitive pressure sensing is possible, and as a result, the sensitivity of the liquid electrode pressure sensor 100 can be further improved by this structure. To summarize the above, the liquid electrode pressure sensor 100 is manufactured by adjusting the initial pressure value applied to the sensor unit 110 by the degree to which the bump 115 is pressed by the cover 121 . Accordingly, the pressure sensing range and sensitivity of the liquid electrode pressure sensor 110 may be adjusted.

상기 헤드(122)는 외부압력이 분산되거나 방향이 틀어지지 않고 상기 센서부(110)로 올바르게 인가될 수 있도록 해 주는 역할을 한다. 특히 상기 헤드(122)는 상기 범프(115)와 더불어 구비됨으로써 더욱 이러한 효과를 높일 수 있다. 도 3c의 하측 도면에 도시된 바와 같이, 측정압력(P) 값은 인가되는 외부압력(P1)에 상기 헤드(122)의 면적(A1)/상기 범프(115)의 면적(A0) 비를 곱한 값으로 나타난다. 이에 따라 상기 헤드(112)의 면적을 상기 범프(115)의 면적보다 적절하게 크게 형성함으로써, 상기 센서부(110)에 전달되는 압력을 증폭할 수 있다. 즉 상기 액체전극 압력센서(100)는, 상기 헤드(122)의 면적/상기 범프(115)의 면적 비가 조절 설계됨으로써 상기 센서부(110)에 인가되는 외부압력이 증폭되도록 형성된다. 이와 같이 함으로써 역시 도 3c의 우측 그래프에 보이는 바와 같이 압력변화에 따른 반응변화 폭이 큰 영역에서 압력감지를 수행할 수 있게 되어, 민감성을 더욱 향상시킬 수 있다.The head 122 serves to allow the external pressure to be correctly applied to the sensor unit 110 without dispersing or changing the direction. In particular, since the head 122 is provided together with the bump 115, this effect can be further enhanced. As shown in the lower drawing of FIG. 3C , the measured pressure P value is the area of the head 122 (A 1 )/the area of the bump 115 (A 0 ) to the applied external pressure (P 1 ) It is expressed as a value multiplied by the ratio. Accordingly, by forming the area of the head 112 to be appropriately larger than the area of the bump 115 , the pressure transmitted to the sensor unit 110 may be amplified. That is, the liquid electrode pressure sensor 100 is designed so that the ratio of the area of the head 122 to the area of the bump 115 is adjusted so that the external pressure applied to the sensor unit 110 is amplified. In this way, as also shown in the graph on the right of FIG. 3C , it is possible to perform pressure sensing in a region with a large range of response change according to pressure change, thereby further improving sensitivity.

한편 상기 센서부(110)의 하면에는 기판(130)이 구비되는데, 상기 기판(130)은 도 3c에 도시된 바와 같이 경질성물질로 되는 것이 바람직하다. 상기 액체전극 압력센서(100)가 웨어러블 디바이스로서 제작되어 의복이나 인체 피부 등에 부착되어 활용되는 경우, 상기 액체전극 압력센서(100)는 다양한 인장과 굽힘 등의 물리적 변형에 노출되게 된다. 이러한 경우 상기 액체전극 압력센서(100)의 초기값이 형상 변형에 따라 변화하거나 압력에 대한 신호 변화량이 다르게 나타나 오차를 발생시키는 원인이 될 수 있다. 그러나 본 발명에서는 상기 기판(130)을 형상이 변형되지 않는 단단한(경질성) 물질로 형성되게 함으로써, 도 3d에 도시된 바와 같이, 외부로부터 인장, 굽힘 등의 변형력이 작용하더라도 상기 센서부(110)로는 이러한 영향이 전달되지 않도록 한다. 이에 따라 상기 액체전극 압력센서(100)의 측정 정확성을 더욱 향상시킬 수 있다.Meanwhile, a substrate 130 is provided on the lower surface of the sensor unit 110, and the substrate 130 is preferably made of a hard material as shown in FIG. 3C. When the liquid electrode pressure sensor 100 is manufactured as a wearable device and used by being attached to clothes or human skin, the liquid electrode pressure sensor 100 is exposed to various physical deformations such as tension and bending. In this case, the initial value of the liquid electrode pressure sensor 100 may change according to the shape deformation or the signal change amount with respect to the pressure may be different, which may cause an error. However, in the present invention, since the substrate 130 is formed of a hard (hard) material that does not deform in shape, as shown in FIG. 3D , even if a deformation force such as tensile or bending is applied from the outside, the sensor unit 110 ) to prevent these effects from being transmitted. Accordingly, the measurement accuracy of the liquid electrode pressure sensor 100 can be further improved.

상기 기판(130)은 상기 신호선(114)과 전기적으로 접속되어 상기 센서부(110)에서 발생된 전기신호를 외부로 전달하는 통신부(135)를 포함할 수 있다. 상기 통신부(135)는 블루투스, NFC 등과 같은 외부 유/무선 통신장치와 연결이 가능한 집적회로 형태인 FPCB(Flexible Printed Circuit Board, 유연 PCB)로 형성될 수 있다.The substrate 130 may include a communication unit 135 electrically connected to the signal line 114 to transmit the electrical signal generated by the sensor unit 110 to the outside. The communication unit 135 may be formed of a flexible printed circuit board (FPCB) in the form of an integrated circuit that can be connected to an external wired/wireless communication device such as Bluetooth or NFC.

[2] 본 발명의 액체전극 압력센서의 제작방법[2] Manufacturing method of liquid electrode pressure sensor of the present invention

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 액체전극 압력센서의 제작과정으로, 앞서 설명한 액체전극 압력센서(100)가 기본구성 및 부가구성을 모두 포함하는 경우의 전체 과정을 모두 도시한 것이다. 도 4a는 상기 센서부(110) 즉 기본구성을 제작하는 과정을 주로 도시하고 있으며, 도 4b는 상기 서포트(120), 상기 기판(130) 등과 같이 부가구성을 더하여 제작하는 과정, 즉 패키징 과정을 주로 도시하고 있다. 도 4c는 도 4b의 b1, b2, b3 과정의 실제 제작과정 사진이다. 또한 도 4a 및 도 4b에는 각부에 사용되는 물질의 예시가 범례로서 기재되어 있다. 도면을 참조하여 각 단계를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.4A to 4C are the manufacturing process of the liquid electrode pressure sensor of the present invention, and show the entire process when the liquid electrode pressure sensor 100 described above includes both the basic configuration and the additional configuration. FIG. 4A mainly shows the process of manufacturing the sensor unit 110, that is, the basic configuration, and FIG. 4B shows the process of manufacturing by adding additional components such as the support 120 and the substrate 130, that is, the packaging process. mainly urban. FIG. 4c is a photograph of an actual manufacturing process of processes b1, b2, and b3 of FIG. 4b. In addition, examples of materials used in each part are described as legends in FIGS. 4A and 4B. Each step will be described in detail with reference to the drawings as follows.

도 4a의 a1은 몰드인쇄단계를 도시한 것이다. 상기 몰드인쇄단계에서는, 상기 채널(112) 및 상기 저장소(113) 형상에 상응하는 3차원 형상인 몰드(10)가 베이스(20) 상면에 3차원 프린팅에 의해 형성된다. 상기 몰드(10)는 추후에 제거될 부분인데, 예를 들어 용매에 의하여 녹여 제거되는 희생용물질일 수도 있지만, 단순히 상기 유연몸체(111)가 형성된 후 상기 몰드(10)로부터 떼어내는 식으로 상기 몰드(10)가 제거되어도 되는 바, 상기 몰드(10)의 재질은 사용자 편의에 따라 어떤 것이든 적절히 선택될 수 있다.a1 of FIG. 4A shows the mold printing step. In the mold printing step, a mold 10 having a three-dimensional shape corresponding to the shape of the channel 112 and the reservoir 113 is formed on the upper surface of the base 20 by three-dimensional printing. The mold 10 is a part to be removed later, for example, it may be a sacrificial material that is dissolved and removed by a solvent, but is simply removed from the mold 10 after the flexible body 111 is formed. Since the mold 10 may be removed, the material of the mold 10 may be appropriately selected according to user convenience.

도 4a의 a2는 몸체형성단계를 도시한 것이다. 상기 몸체형성단계에서는, 먼저 상기 베이스(20) 상측에 상기 유연몸체(111)의 재질인 유연성물질이 제공되어 유연성물질층이 형성된다. 도 3a를 참조하면 상기 액체전극 압력센서(100) 전체의 두께는 1mm 이하로 매우 얇은 형태로 되어 있다. 이 단계에서 유연성물질은 점도가 높은 액체일 수 있는데, 상술한 바와 같이 실제로는 상기 유연몸체(111) 자체가 매우 얇은 형태의 구조물이기 때문에 코팅 등과 같은 공정으로 쉽게 유연성물질층을 형성할 수 있다. 이처럼 유연성물질층이 형성된 후, 상기 유연성물질층이 경화되어 상기 몰드(10)가 수용된 상기 유연몸체(111)가 형성된다.Figure 4a a2 shows the body forming step. In the body forming step, first, a flexible material, which is a material of the flexible body 111, is provided on the upper side of the base 20 to form a flexible material layer. Referring to FIG. 3A , the entire thickness of the liquid electrode pressure sensor 100 is 1 mm or less and is in a very thin form. In this step, the flexible material may be a high-viscosity liquid. In fact, since the flexible body 111 itself is a very thin structure, as described above, the flexible material layer can be easily formed by a process such as coating. After the flexible material layer is formed in this way, the flexible material layer is cured to form the flexible body 111 in which the mold 10 is accommodated.

도 4a의 a3은 채널형성단계를 도시한 것이다. 상기 채널형성단계에서는, 상기 몰드(10) 및 상기 베이스(20)가 제거되어 상기 유연몸체(111) 내부에 상기 채널(112) 및 상기 저장소(113)가 형성된다. 상기 유연몸체(111)는 경화된 뒤에는 유연성과 탄성을 가지는 덩어리 형태로 형성되기 때문에, 단순히 상기 유연몸체(111)를 상기 몰드(10) 및 상기 베이스(20)에서 떼어냄으로써 이 단계는 원활하게 수행될 수 있다. 이 때 상기 액체전극 압력센서(100)는, 경질성물질로 되며 상기 센서부(110) 하면에 구비되는 기판(130)을 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 유연몸체(111) 하면에 상기 기판(130)이 덮여 상기 채널(112) 및 상기 저장소(113)가 외부로부터 밀폐되는 기판구비단계가 더 수행될 수 있다. 도 4a의 a3은 상기 기판구비단계까지 수행된 모습을 도시하고 있다.A3 of FIG. 4A shows the channel forming step. In the channel forming step, the mold 10 and the base 20 are removed to form the channel 112 and the reservoir 113 in the flexible body 111 . Since the flexible body 111 is formed in the form of a mass having flexibility and elasticity after hardening, this step is performed smoothly by simply removing the flexible body 111 from the mold 10 and the base 20 can be At this time, the liquid electrode pressure sensor 100 is made of a hard material and may include a substrate 130 provided on the lower surface of the sensor unit 110, and in this case, the substrate 130 on the lower surface of the flexible body 111. A substrate providing step in which the channel 130 and the reservoir 113 are sealed from the outside by covering the 130 may be further performed. A3 of FIG. 4A shows a state in which the substrate preparation step is performed.

도 4a의 a4는 전극형성단계를 도시한 것이다. 상기 전극형성단계에서는, 상기 채널(112) 및 상기 저장소(113)에 액체전극이 채워진다. 도면 상에서는 생략되었지만, 이렇게 액체전극을 채운 다음 상기 채널(112)의 기결정된 위치에 상기 신호선(114)이 접속되면, 기본적인 상기 센서부(110)의 제작은 완료된다.A4 of FIG. 4A shows an electrode forming step. In the electrode forming step, a liquid electrode is filled in the channel 112 and the reservoir 113 . Although omitted from the drawing, when the signal line 114 is connected to a predetermined position of the channel 112 after filling the liquid electrode in this way, the basic manufacturing of the sensor unit 110 is completed.

도 4b의 b1은 전선연결단계를 도시한 것이다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 기판(130)은, 상기 신호선(114)과 전기적으로 접속되어 상기 센서부(110)에서 발생된 전기신호를 외부로 전달하는 통신부(135)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 전극형성단계 이후에, 상기 신호선(114)의 일단은 상기 채널(112)과 접속되고 타단은 상기 통신부(135)와 접속되는 전선연결단계가 수행된다.Figure 4b b1 shows the wire connection step. As described above, the substrate 130 may include a communication unit 135 electrically connected to the signal line 114 to transmit the electrical signal generated by the sensor unit 110 to the outside. In this case, after the electrode forming step, a wire connection step in which one end of the signal line 114 is connected to the channel 112 and the other end is connected to the communication unit 135 is performed.

도 4b의 b2는 범프배치단계 및 서포트배치단계를 도시한 것이다. 역시 앞서 설명한 바와 같이, 상기 센서부(110)는, 경질성물질로 되며 상기 채널(112)이 형성된 영역에 대응되는 크기로 형성되어 상기 채널(112) 상측에 배치되는 범프(115)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 전선연결단계 이후에, 상기 채널(112)이 형성된 영역에 대응되도록 상기 유연몸체(111) 상면에 상기 범프(115)가 배치되는 범프배치단계가 수행된다. 또한 상기 액체전극 압력센서(100)는, 중심부에 통공이 형성된 판 형태로 형성되어 상기 통공에 상기 센서부(110)를 수용 및 보호하는 서포트(120)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 전선연결단계 이후에, 상기 통공에 상기 센서부(110)가 수용되도록 상기 서포트(120)가 배치되는 서포트배치단계가 수행된다. 상기 범프배치단계 및 상기 서포트배치단계는 둘 중 어느 것이 먼저 수행되어도 무방하다.Figure 4b b2 shows the bump arrangement step and the support arrangement step. As also described above, the sensor unit 110 is made of a hard material, is formed in a size corresponding to the region where the channel 112 is formed, and may include a bump 115 disposed above the channel 112 . can In this case, after the wire connection step, a bump arrangement step in which the bump 115 is disposed on the upper surface of the flexible body 111 to correspond to the area where the channel 112 is formed is performed. In addition, the liquid electrode pressure sensor 100 may include a support 120 that is formed in the form of a plate having a hole in the center to accommodate and protect the sensor unit 110 in the hole. In this case, after the wire connection step, a support arrangement step in which the support 120 is disposed so that the sensor unit 110 is accommodated in the through hole is performed. Either of the bump arrangement step and the support arrangement step may be performed first.

도 4b의 b3은 패키징완료단계를 도시한 것이다. 역시 앞서 설명한 바와 같이, 상기 서포트(120)는, 유연필름 형태로 형성되어 상기 센서부(110)가 수용된 상기 통공 상면을 덮도록 형성되는 커버(121), 외부압력을 인가받도록 상기 커버(121) 상면에 구비되되 상기 센서부(110)에 대응되는 크기로 형성되어 상기 센서부(110) 상측에 배치되는 헤드(122)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 서포트배치단계 이후에, 상기 서포트(120) 상면에 상기 커버(121) 및 상기 헤드(122)의 결합체가 덮여 패키징이 완료되는 패키징완료단계가 수행된다. 이 과정에서 상기 커버(121)가 상기 범프(115)를 눌러줌으로써 상기 센서부(110)에 초기압력값이 미리 인가되게 할 수 있다.Figure 4b b3 shows the packaging completion step. As also described above, the support 120 is formed in the form of a flexible film to cover the upper surface of the through hole in which the sensor unit 110 is accommodated, the cover 121 to receive external pressure. The head 122 is provided on the upper surface and is formed to have a size corresponding to the sensor unit 110 and may include a head 122 disposed above the sensor unit 110 . In this case, after the support arrangement step, a packaging completion step in which the combination of the cover 121 and the head 122 is covered on the upper surface of the support 120 to complete the packaging is performed. In this process, the cover 121 presses the bump 115 so that the initial pressure value is applied to the sensor unit 110 in advance.

[3] 본 발명의 액체전극 압력센서의 실험결과[3] Experimental results of the liquid electrode pressure sensor of the present invention

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 액체전극 압력센서의 실험결과로서, 상술한 바와 같이 제작된 상기 액체전극 압력센서(100)의 여러 특성들을 보여준다.5A to 5D are experimental results of the liquid electrode pressure sensor of the present invention, and show various characteristics of the liquid electrode pressure sensor 100 manufactured as described above.

도 5a는 상기 저장소(113) 유무에 따른 압력에 대한 저항변화량의 차이를 보이고 있다. 상기 저장소(113)가 있는 경우("Reservoir")가 상기 저장소(113)가 없는 경우("No reservoir")에 비해 동일 압력에 대한 저항변화량도 커지고, 측정가능한 압력범위도 커짐이 잘 나타난다. 외부압력이 인가되었을 때 상기 저장소(113)가 있을 경우 액체전극이 상기 저장소(113)로 원활하게 이동할 수 있어 상기 채널(112)의 단면적이 더 감소할 수 있지만, 상기 저장소(113)가 없을 경우 압력이 인가된 부분에서 밀려난 액체전극이 상기 채널(112)의 말단부로 몰려가 약간 팽창할 수밖에 없어 상기 채널(112)의 단면적 감소 가능 범위가 작을 것이라고 유추할 수 있다. 도 5a의 결과는 이러한 유추가 사실임을 잘 보여주고 있는 결과이다.5A shows the difference in the amount of resistance change with respect to the pressure according to the presence or absence of the reservoir 113 . When the reservoir 113 is present (“Reservoir”), compared to the case in which the reservoir 113 is not (“No reservoir”), the amount of change in resistance to the same pressure is increased and the measurable pressure range is also increased. In the presence of the reservoir 113 when external pressure is applied, the liquid electrode can smoothly move to the reservoir 113, so that the cross-sectional area of the channel 112 can be further reduced, but when the reservoir 113 is absent It can be inferred that the liquid electrode pushed out from the portion to which the pressure is applied moves toward the distal end of the channel 112 and has no choice but to expand slightly, so that the cross-sectional area reduction possible range of the channel 112 is small. The result of FIG. 5A is a result that clearly shows that this analogy is true.

도 5b는 상기 저장소(113) 유무에 따른 압력에 따른 반응속도의 차이를 보이고 있다. 상기 저장소(113)가 없을 경우, 상술한 바와 같이 압력이 인가된 부분에서 밀려난 액체전극이 말단부로 몰려가기 위해서는 말단부가 좀더 많이 팽창되어야 한다. 즉 이러한 경우에는 상기 유연몸체(111)에서 그만큼 큰 인장이 발생하여야 하는 것이다. 그런데 이러한 경우 상기 유연몸체(111)의 재질인 탄성중합체의 점탄성(viscoelasticity)으로 인해 반응속도가 급격히 느려지는 압력한계값이 작게 형성될 수밖에 없다. 반면 상기 저장소(113)가 있을 경우 보다 작은 인장범위에서 더 많은 내부 유동을 유도할 수 있기 때문에, 반응속도가 급격히 느려지는 압력한계값을 좀더 늘릴 수 있다. 도 5b에서도, 상기 저장소(113)가 없을 경우 압력한계값이 약 37kPa 정도인 반면 상기 저장소(113)가 있을 경우 압력한계값이 약 45kPa 정도로 크게 늘어난 것이 확인된다.FIG. 5B shows a difference in reaction rate according to pressure according to the presence or absence of the reservoir 113 . In the absence of the reservoir 113 , as described above, the distal end has to expand more in order for the liquid electrode pushed out from the pressure-applied portion to rush toward the distal end. That is, in this case, a large amount of tension must be generated in the flexible body 111 . However, in this case, due to the viscoelasticity of the elastomer, which is a material of the flexible body 111, the pressure limit value at which the reaction rate is rapidly slowed is inevitably formed to be small. On the other hand, if the reservoir 113 is present, since more internal flow can be induced in a smaller tensile range, the pressure limit value at which the reaction rate is rapidly slowed can be further increased. Also in FIG. 5B , it is confirmed that the pressure limit value is about 37 kPa when the reservoir 113 is not present, whereas the pressure limit value is greatly increased to about 45 kPa when the reservoir 113 is present.

도 5c는 초기압력(P0)값 인가 유무에 따른 압력에 대한 저항변화량의 차이를 보이고 있다. 앞서 도 3c를 참조하면, 상기 커버(121)로 상기 범프(115)가 눌리도록 하여 상기 센서부(110)에 초기압력값을 인가하면, 상기 센서부(110)는 압력에 대한 저항변화가 보다 큰 범위에서 동작하게 된다고 설명하였다. 도 5c의 실험결과로 볼 때, 초기압력값을 인가하지 않은 경우("Normal")에 비해 초기압력값을 인가한 경우("Pre-loaded)가 압력에 대한 저항변화 기울기가 보다 커짐을 확인할 수 있다. 즉 초기압력값을 인가하는 것이 단지 측정값 오프셋(offset)만 하는 것이 아니라 측정값 그래프 기울기까지 변화시키며, 결론적으로 초기압력값 인가를 통해 보다 감도를 높일 수 있음이 확인된다.5C shows the difference in the amount of resistance change with respect to the pressure according to whether or not the initial pressure (P 0 ) value is applied. Referring to FIG. 3C , when an initial pressure value is applied to the sensor unit 110 by pressing the bump 115 with the cover 121 , the sensor unit 110 exhibits less resistance change with respect to pressure. It is explained that it operates in a large range. From the experimental results of FIG. 5c, it can be confirmed that the slope of resistance change with respect to pressure is larger in the case where the initial pressure value is applied ("Pre-loaded) compared to the case where the initial pressure value is not applied ("Normal"). In other words, it is confirmed that applying the initial pressure value does not only offset the measured value, but also changes the slope of the measured value graph, and in conclusion, it is confirmed that the sensitivity can be further increased by applying the initial pressure value.

도 5d는 상기 기판(130)을 단단한 재질로 한 것에 대한 효과를 보이고 있다. 도시된 바와 같이 인장("Stretching") 및 굽힘("Bending")에 대한 저항변화는 0.1~0.2%보다 적게 나타나는 반면, 작은 접촉("Gentle touch")의 경우 저항변화가 크게 나타났다. 즉 상기 기판(130)을 단단한 재질로 함에 의하여 실제 접촉에 의한 압력인가 이외에 인장, 굽힘 등으로 발생하는 노이즈의 영향이 효과적으로 제거됨이 확인된다.5D shows the effect of using the substrate 130 as a hard material. As shown, the resistance change for tensile ("Stretching") and bending ("Bending") was less than 0.1~0.2%, whereas in the case of a small contact ("Gentle touch"), the resistance change was large. That is, it is confirmed that, by making the substrate 130 a hard material, the effect of noise generated by tension, bending, etc. in addition to the application of pressure due to actual contact is effectively removed.

상술한 바와 같이 제작된 본 발명의 액체전극 압력센서는 다양한 헬스 모니터링 디바이스로 활용될 수 있다. 도 6a는 피부로 전달되는 압력을 모니터링하여 맥박과 같은 생체정보를 측정하는 예시로서, 손목("@wrist")이나 손끝("@fingertip")에서도 훌륭하게 맥박을 측정할 수 있음을 확인할 수 있다. 도 6b는 상기 액체전극 압력센서를 신체의 다양한 위치에 부착하여 누워있거나 앉아있을 때 몸무게로 인해 나타나는 압력을 모니터링하는 예시로서, 이러한 방식으로 본 발명의 액체전극 압력센서는 욕창과 같이 압력에 의해 나타나는 피부질환을 예방할 수 있는 웨어러블 디바이스로서 활용될 수 있다.The liquid electrode pressure sensor of the present invention manufactured as described above can be utilized as various health monitoring devices. 6A is an example of measuring biometric information such as a pulse by monitoring the pressure delivered to the skin, and it can be confirmed that the pulse can be measured excellently even on the wrist ("@wrist") or the fingertip ("@fingertip"). 6b is an example of monitoring the pressure caused by the weight when the liquid electrode pressure sensor is attached to various positions of the body when lying down or sitting. In this way, the liquid electrode pressure sensor of the present invention shows the pressure It can be used as a wearable device that can prevent skin diseases.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of application is varied, and anyone with ordinary knowledge in the field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims It goes without saying that various modifications are possible.

100 : 액체전극 압력센서
110 : 센서부 111 : 유연몸체
112 : 채널 113 : 저장소
114 : 신호선 115 : 범프
120 : 서포트
121 : 커버 122 : 헤드
130 : 기판 135 : 통신부100: liquid electrode pressure sensor
110: sensor unit 111: flexible body
112: channel 113: storage
114: signal line 115: bump
120: support
121: cover 122: head
130: board 135: communication unit

Claims (20)

탄성중합체로 되는 유연몸체(111),
상기 유연몸체(111)의 중심부에 형성되며 내부에 전도성액체로 된 액체전극이 수용되는 채널(112),
상기 채널(112)의 양단부에 상기 채널(112)과 연통되게 형성되며 내부에 액체전극이 수용되는 저장소(113),
상기 채널(112)과 접속되어 외부로 전기신호를 전달하는 신호선(114),
경질성물질로 되며 상기 채널(112)이 형성된 영역에 대응되는 크기로 형성되어 상기 채널(112) 상측에 배치되는 범프(115)
를 포함하는 센서부(110)를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체전극 압력센서.
Flexible body 111 made of an elastomer,
A channel 112 formed in the center of the flexible body 111 and accommodating a liquid electrode made of a conductive liquid therein;
A reservoir 113 formed in communication with the channel 112 at both ends of the channel 112 and accommodating a liquid electrode therein;
a signal line 114 connected to the channel 112 to transmit an electrical signal to the outside;
Bumps 115 made of a hard material and formed in a size corresponding to the region where the channels 112 are formed and disposed above the channels 112 .
A liquid electrode pressure sensor comprising a sensor unit 110 comprising a.
 제 1항에 있어서, 상기 센서부(110)는,
외부압력에 의하여 액체전극이 채워진 상기 채널(112)이 변형됨에 따라 발생되는 액체전극의 저항값의 변화를 이용하여 압력을 측정하되,
외부압력 인가 시 상기 채널(112)에 채워진 액체전극 일부가 상기 저장소(113)로 흘러가 이동함으로써 비압축성인 액체전극에 의한 반동이 방지되어 상기 채널(112)의 변형이 증대되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액체전극 압력센서.
According to claim 1, wherein the sensor unit 110,
The pressure is measured using a change in the resistance value of the liquid electrode that is generated as the channel 112 filled with the liquid electrode is deformed by external pressure,
When an external pressure is applied, a portion of the liquid electrode filled in the channel 112 flows into the reservoir 113 and moves, thereby preventing recoil by the incompressible liquid electrode and increasing the deformation of the channel 112. Liquid electrode pressure sensor.
 제 1항에 있어서, 상기 센서부(110)는,
상기 채널(112) 및 상기 저장소(113)가 연결되는 위치에 상기 신호선(114)이 접속되는 것을 특징으로 하는 액체전극 압력센서.
According to claim 1, wherein the sensor unit 110,
A liquid electrode pressure sensor, characterized in that the signal line (114) is connected to a position where the channel (112) and the reservoir (113) are connected.
 제 1항에 있어서, 상기 센서부(110)는,
상기 채널(112)의 단면적보다 상기 저장소(113)의 단면적이 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 액체전극 압력센서.
According to claim 1, wherein the sensor unit 110,
Liquid electrode pressure sensor, characterized in that the cross-sectional area of the reservoir (113) is formed larger than the cross-sectional area of the channel (112).
 제 1항에 있어서, 상기 센서부(110)는,
상기 채널(112)이 사행유로 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 액체전극 압력센서.
According to claim 1, wherein the sensor unit 110,
The liquid electrode pressure sensor, characterized in that the channel (112) is formed in the form of a meandering flow path.
 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 센서부(110)는,
외부압력에 의하여 액체전극이 채워진 상기 채널(112)이 변형됨에 따라 발생되는 액체전극의 저항값의 변화를 이용하여 압력을 측정하되,
상기 범프(115)에 의하여 외부압력이 상기 유연몸체(111)로 분산되거나 상기 저장소(113)로 인가되는 것이 방지되어 상기 채널(112)의 변형이 증대되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액체전극 압력센서.
According to claim 1, wherein the sensor unit 110,
The pressure is measured using a change in the resistance value of the liquid electrode that is generated as the channel 112 filled with the liquid electrode is deformed by external pressure,
Liquid electrode pressure sensor, characterized in that the external pressure is prevented from being distributed to the flexible body (111) or applied to the reservoir (113) by the bump (115) to increase the deformation of the channel (112) .
 제 7항에 있어서, 상기 액체전극 압력센서(100)는,
중심부에 통공이 형성된 판 형태로 형성되어 상기 통공에 상기 센서부(110)를 수용 및 보호하는 서포트(120);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체전극 압력센서.
According to claim 7, The liquid electrode pressure sensor 100,
a support 120 formed in the form of a plate having a hole in the center to accommodate and protect the sensor unit 110 in the hole;
Liquid electrode pressure sensor comprising a.
 제 8항에 있어서, 상기 서포트(120)는,
유연필름 형태로 형성되어 상기 센서부(110)가 수용된 상기 통공 상면을 덮도록 형성되는 커버(121),
외부압력을 인가받도록 상기 커버(121) 상면에 구비되되 상기 센서부(110)에 대응되는 크기로 형성되어 상기 센서부(110) 상측에 배치되는 헤드(122)
를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체전극 압력센서.
According to claim 8, The support 120,
A cover 121 formed in the form of a flexible film to cover the upper surface of the through hole in which the sensor unit 110 is accommodated;
The head 122 is provided on the upper surface of the cover 121 to receive external pressure, is formed in a size corresponding to the sensor unit 110 , and is disposed above the sensor unit 110 .
Liquid electrode pressure sensor comprising a.
 제 9항에 있어서, 상기 액체전극 압력센서(100)는,
상기 커버(121)에 의하여 상기 범프(115)가 눌리도록 형성됨으로써 상기 센서부(110)에 초기압력값이 인가된 상태로 형성되는 것을 특징으로 하는 액체전극 압력센서.
The method of claim 9, wherein the liquid electrode pressure sensor 100,
The liquid electrode pressure sensor, characterized in that formed in a state in which the initial pressure value is applied to the sensor unit (110) by forming the bump (115) to be pressed by the cover (121).
 제 9항에 있어서, 상기 액체전극 압력센서(100)는,
상기 커버(121)에 의하여 상기 범프(115)가 눌리는 정도에 의해 상기 센서부(110)에 인가되는 초기압력값이 조절되어 제작됨에 따라 상기 액체전극 압력센서(110)의 압력감지범위 및 감도가 조절되는 것을 특징으로 하는 액체전극 압력센서.
The method of claim 9, wherein the liquid electrode pressure sensor 100,
The pressure sensing range and sensitivity of the liquid electrode pressure sensor 110 are increased as the initial pressure value applied to the sensor unit 110 is adjusted by the degree to which the bump 115 is pressed by the cover 121 . A liquid electrode pressure sensor, characterized in that it is controlled.
 제 9항에 있어서, 상기 액체전극 압력센서(100)는,
상기 헤드(122)의 면적/상기 범프(115)의 면적 비가 조절 설계됨으로써 상기 센서부(110)에 인가되는 외부압력이 증폭되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액체전극 압력센서.
The method of claim 9, wherein the liquid electrode pressure sensor 100,
The liquid electrode pressure sensor, characterized in that the area ratio of the head (122)/area of the bump (115) is designed to be adjusted so that the external pressure applied to the sensor unit (110) is amplified.
 제 1항에 있어서, 상기 액체전극 압력센서(100)는,
경질성물질로 되며 상기 센서부(110) 하면에 구비되는 기판(130);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체전극 압력센서.
According to claim 1, wherein the liquid electrode pressure sensor 100,
a substrate 130 made of a hard material and provided on a lower surface of the sensor unit 110;
Liquid electrode pressure sensor comprising a.
 제 13항에 있어서, 상기 기판(130)은,
상기 신호선(114)과 전기적으로 접속되어 상기 센서부(110)에서 발생된 전기신호를 외부로 전달하는 통신부(135)
를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체전극 압력센서.
14. The method of claim 13, wherein the substrate 130,
A communication unit 135 electrically connected to the signal line 114 to transmit an electrical signal generated by the sensor unit 110 to the outside.
Liquid electrode pressure sensor comprising a.
 제 1항에 의한 액체전극 압력센서(100)의 제작방법에 있어서,
상기 채널(112) 및 상기 저장소(113) 형상에 상응하는 3차원 형상인 몰드(10)가 베이스(20) 상면에 3차원 프린팅에 의해 형성되는 몰드인쇄단계;
상기 베이스(20) 상측에 상기 유연몸체(111)의 재질인 유연성물질이 제공되어 유연성물질층이 형성되고, 상기 유연성물질층이 경화되어 상기 몰드(10)가 수용된 상기 유연몸체(111)가 형성되는 몸체형성단계;
상기 몰드(10) 및 상기 베이스(20)가 제거되어 상기 유연몸체(111) 내부에 상기 채널(112) 및 상기 저장소(113)가 형성되는 채널형성단계;
상기 채널(112) 및 상기 저장소(113)에 액체전극이 채워지고 상기 채널(112)의 기결정된 위치에 상기 신호선(114)이 접속되는 전극형성단계;
상기 채널(112)이 형성된 영역에 대응되도록 상기 유연몸체(111) 상면에 상기 범프(115)가 배치되는 범프배치단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체전극 압력센서의 제작방법.
In the manufacturing method of the liquid electrode pressure sensor 100 according to claim 1,
a mold printing step in which a mold 10 having a three-dimensional shape corresponding to the shape of the channel 112 and the reservoir 113 is formed on the upper surface of the base 20 by 3D printing;
A flexible material, which is a material of the flexible body 111, is provided on the upper side of the base 20 to form a flexible material layer, and the flexible material layer is cured to form the flexible body 111 in which the mold 10 is accommodated. a body forming step;
a channel forming step in which the mold 10 and the base 20 are removed to form the channel 112 and the reservoir 113 inside the flexible body 111;
an electrode forming step in which a liquid electrode is filled in the channel (112) and the reservoir (113) and the signal line (114) is connected to a predetermined position of the channel (112);
a bump arrangement step in which the bump 115 is disposed on the upper surface of the flexible body 111 so as to correspond to the area in which the channel 112 is formed;
A method of manufacturing a liquid electrode pressure sensor comprising a.
 제 15항에 있어서,
상기 액체전극 압력센서(100)는, 경질성물질로 되며 상기 센서부(110) 하면에 구비되는 기판(130); 을 포함하며,
상기 액체전극 압력센서의 제작방법은,
상기 채널형성단계 및 상기 전극형성단계 사이에,
상기 유연몸체(111) 하면에 상기 기판(130)이 덮여 상기 채널(112) 및 상기 저장소(113)가 외부로부터 밀폐되는 기판구비단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체전극 압력센서의 제작방법.
16. The method of claim 15,
The liquid electrode pressure sensor 100 includes a substrate 130 made of a hard material and provided on a lower surface of the sensor unit 110 ; includes,
The manufacturing method of the liquid electrode pressure sensor,
Between the channel forming step and the electrode forming step,
A substrate providing step in which the lower surface of the flexible body 111 is covered with the substrate 130 so that the channel 112 and the reservoir 113 are sealed from the outside;
Method of manufacturing a liquid electrode pressure sensor, characterized in that it further comprises.
 제 16항에 있어서,
상기 기판(130)은, 상기 신호선(114)과 전기적으로 접속되어 상기 센서부(110)에서 발생된 전기신호를 외부로 전달하는 통신부(135)를 포함하며,
상기 액체전극 압력센서의 제작방법은,
상기 전극형성단계 이후에,
상기 신호선(114)의 일단은 상기 채널(112)과 접속되고 타단은 상기 통신부(135)와 접속되는 전선연결단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체전극 압력센서의 제작방법.
17. The method of claim 16,
The substrate 130 includes a communication unit 135 that is electrically connected to the signal line 114 and transmits the electrical signal generated by the sensor unit 110 to the outside,
The manufacturing method of the liquid electrode pressure sensor,
After the electrode forming step,
a wire connection step in which one end of the signal line 114 is connected to the channel 112 and the other end is connected to the communication unit 135;
A method of manufacturing a liquid electrode pressure sensor comprising a.
 삭제delete 제 17항에 있어서,
상기 액체전극 압력센서(100)는, 중심부에 통공이 형성된 판 형태로 형성되어 상기 통공에 상기 센서부(110)를 수용 및 보호하는 서포트(120); 를 포함하며,
상기 전선연결단계 이후에,
상기 통공에 상기 센서부(110)가 수용되도록 상기 서포트(120)가 배치되는 서포트배치단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체전극 압력센서의 제작방법.
18. The method of claim 17,
The liquid electrode pressure sensor 100 is formed in the form of a plate having a hole in the center thereof, and includes a support 120 for accommodating and protecting the sensor unit 110 in the hole; includes,
After the wire connection step,
a support arrangement step in which the support 120 is disposed so that the sensor unit 110 is accommodated in the through hole;
A method of manufacturing a liquid electrode pressure sensor comprising a.
 제 19항에 있어서,
상기 서포트(120)는, 유연필름 형태로 형성되어 상기 센서부(110)가 수용된 상기 통공 상면을 덮도록 형성되는 커버(121), 외부압력을 인가받도록 상기 커버(121) 상면에 구비되되 상기 센서부(110)에 대응되는 크기로 형성되어 상기 센서부(110) 상측에 배치되는 헤드(122)를 포함하며,
상기 서포트배치단계 이후에,
상기 서포트(120) 상면에 상기 커버(121) 및 상기 헤드(122)의 결합체가 덮여 패키징이 완료되는 패키징완료단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체전극 압력센서의 제작방법.20. The method of claim 19,
The support 120 is formed in the form of a flexible film to cover the upper surface of the through hole in which the sensor unit 110 is accommodated. It is formed in a size corresponding to the part 110 and includes a head 122 disposed above the sensor part 110,
After the support arrangement step,
A packaging completion step in which a combination of the cover 121 and the head 122 is covered on the upper surface of the support 120 to complete the packaging;
A method of manufacturing a liquid electrode pressure sensor comprising a.
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