KR102404410B1 - 자가발전 소변 센서 장치 및 이를 채용한 기저귀 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자가발전 소변 센서 장치 및 이를 채용한 기저귀 장치에 관한 것으로, 소변이 전극에 닿으면 전기를 생성하여 출력 전압을 발생시키는 소변 활성 배터리, 소변 활성 배터리와 병렬 연결된 저장 커패시터 및 소변 활성 배터리의 출력 전압을 승압시켜 저장 커패시터로부터의 전력을 부하로 공급하는 간헐 전력 공급 회로를 포함하며, 이를 통해 소변을 검출했음을 알리는 정보를 외부로 전송할 수 있다.

Description

자가발전 소변 센서 장치 및 이를 채용한 기저귀 장치 {Self-powered urine sensor device and diaper device employing the same}

본 발명은 센서 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소변의 배출을 감지하여 감지 정보를 생성하는 자가발전 소변 센서 장치 및 이를 채용한 기저귀 장치에 관한 것이다.

요실금은 자신의 의지와 관계없이 소변을 보게 되는 증상으로 노령층의 증가에 따라 유병율이 증가하고 있다.

요실금은 요실금 환자뿐만 아니라 간병인의 삶의 질을 떨어뜨리는 문제로서, 요실금 환자를 돌보는 사람은 문제가 생길 때 마다 아기 또는 성인 환자의 기저귀를 갈아 줄 필요가 있다. 그런데 요실금 환자를 돌보는 간병인이나 간호사의 수가 부족하여 적절한 대응이 어렵고, 환자의 사적인 부분이 요실금 발생 여부를 자주 확인하면 환자의 존엄성에 대한 모욕이 될 수 있다.

이에 요실금 환자의 소변 배출 여부를 파악하여 적절한 조취를 취할 수 있도록 하는 새로운 방안이 요청된다.

공개특허공보 제10-2016-0077373호 (2016년 07월 04일 공개)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 소변이 전극에 닿으면 전기를 생성하고 이를 이용해 소변의 감지 정보를 제공하는 자가발전 소변 센서 장치 및 이를 채용한 기저귀 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자가발전 소변 센서 장치는, 소변이 전극에 닿으면 전기를 생성하여 출력 전압을 발생시키는 소변 활성 배터리, 상기 소변 활성 배터리와 병렬 연결된 저장 커패시터, 및 상기 소변 활성 배터리의 출력 전압을 승압시켜 상기 저장 커패시터로부터의 전력을 부하로 공급하는 간헐 전력 공급 회로를 포함한다.

본 발명의 자가발전 소변 센서 장치에 있어서, 상기 소변 활성 배터리는, 소변 흡수재의 일측에 위치하고 스폰지 골격에 결합된 탄소 분말을 포함하는 스폰지형 탄소 전극, 상기 소변 흡수재의 타측에 위치하는 알루미늄 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 자가발전 소변 센서 장치에 있어서, 상기 간헐 전력 공급 회로는, 상기 소변 활성 배터리의 출력단과 제1 다이오드를 사이에 두고 연결되어, 제1 다이오드를 통해 0.3V에 맞춰진 상기 소변 활성 배터리의 출력 전압을 이용해 보조 저장 커패시터를 충전하고, 상기 보조 저장 커패시터의 충전 전압이 2V에 도달하면 상기 보조 저장 커패시터를 출력단에 연결하여 DC-DC 변환기를 구동하는 시동 회로, 상기 시동 회로의 출력 전압에 의해 구동되어 상기 소변 활성 배터리의 출력 전압을 2V로 승압시켜 부하로 공급하는 상기 DC-DC 변환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 자가발전 소변 센서 장치에 있어서, 상기 시동 회로는, 제1 다이오드의 출력 전압을 이용해 상기 보조 저장 커패시터를 충전하는 전하 펌프 회로, 상기 보조 저장 커패시터를 상기 시동 회로의 출력단에 연결하는 스위치, 상기 보조 저장 커패시터의 충전 전압을 감지하여 2V에 도달하면 상기 보조 저장 커패시터의 출력단을 상기 시동 회로의 출력단에 연결하도록 상기 스위치를 제어하는 검전기를 포함한다.

본 발명의 자가발전 소변 센서 장치에 있어서, 상기 DC-DC 변환기는, 상기 소변 활성 배터리의 출력단과 인덕터를 사이에 두고 연결되고, 타단은 상기 시동 회로의 출력단에 연결되는 제2 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자가발전 소변 센서 장치를 채용한 기저귀 장치는, 소변 흡수재의 일측에 위치하고 스폰지 골격에 결합된 탄소 분말을 포함하는 스폰지형 탄소 전극과 상기 소변 흡수재의 타측에 위치하는 알루미늄 전극을 포함하며, 상기 스폰지형 탄소 전극 및 상기 알루미늄 전극에 소변이 닿으면 전기를 생성하여 출력 전압을 발생시키는 소변 활성 배터리, 상기 소변 활성 배터리와 병렬 연결된 저장 커패시터, 상기 소변 활성 배터리의 출력 전압을 승압시켜 상기 저장 커패시터로부터의 전력을 부하로 공급하는 간헐 전력 공급 회로, 및 상기 간헐 전력 공급 회로에서 공급된 전력을 이용해 동작하여 소변 감지 정보를 전송하는 무선 송신기를 포함한다.

본 발명의 자가발전 소변 센서 장치를 채용한 기저귀 장치에 있어서, 상기 간헐 전력 공급 회로는, 상기 소변 활성 배터리의 출력단과 제1 다이오드를 사이에 두고 연결되어, 제1 다이오드를 통해 0.3V에 맞춰진 상기 소변 활성 배터리의 출력 전압을 이용해 보조 저장 커패시터를 충전하고, 상기 보조 저장 커패시터의 충전 전압이 2V에 도달하면 상기 보조 저장 커패시터를 출력단에 연결하여 DC-DC 변환기를 구동하는 시동 회로, 상기 시동 회로의 출력 전압에 의해 구동되어 상기 소변 활성 배터리의 출력 전압을 2V로 승압시켜 부하로 공급하는 상기 DC-DC 변환기를 포함한다.

본 발명의 자가발전 소변 센서 장치를 채용한 기저귀 장치에 있어서, 상기 시동 회로는, 제1 다이오드의 출력 전압을 이용해 상기 보조 저장 커패시터를 충전하는 전하 펌프 회로, 상기 보조 저장 커패시터를 상기 시동 회로의 출력단에 연결하는 스위치, 상기 보조 저장 커패시터의 충전 전압을 감지하여 2V에 도달하면 상기 보조 저장 커패시터의 출력단을 상기 시동 회로의 출력단에 연결하도록 상기 스위치를 제어하는 검전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 자가발전 소변 센서 장치 및 이를 채용한 기저귀 장치에 따르면, 소변이 전극에 닿으면 이루어지는 화학 반응을 이용해 전기를 생성하고, 이를 이용하여 소변을 검출했음을 알리는 정보를 전송할 수 있어, 크기를 소형화하고 제조 비용을 절감할 수 있다.

이때, 인체에 무해한 탄소 전극 및 알루미늄 전극을 사용하여, 전극으로 인해 인체에 유해한 영향이 미치는 것을 방지할 수 있다.

또한 낮은 입력 전압에서 동작하는 시동 회로를 이용하여, 소변의 화학 반응에 따른 입력 전압이 변하여도 간헐 전력 관리 회로에 의해 저장 커패시터에 충전되는 속도의 차이를 최소화할 수 있으며 센서의 응답 속도를 일정하게 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소변 센서 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기저귀에 위치한 전극을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 간헐 전력 공급 회로의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시동 회로의 구성을 나타낸 도면이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 소변을 감지하는 센서와 관련한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소변 센서 장치의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기저귀에 위치한 전극을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 간헐 전력 공급 회로의 구성을 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시동 회로의 구성을 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 소변 센서 장치(100)는 기저귀와 같이 사용자의 신체에 착용하는 물건에 위치하여 소변의 배출을 감지하며, 소변 활성 배터리(10), 저장 커패시터(20), 간헐 전력 공급 회로(30) 및 무선 송신기(40)를 포함하여 구성된다.

소변 활성 배터리(10)는 소변이 전극에 닿으면 화학 반응을 이용해 출력 전압을 발생시키는 역할을 한다. 사용자가 소변을 배출함에 따라 소변이 전극(11, 12)에 닿으면 화학 반응에 따라 전기를 생성하여 출력 전압이 발생하고, 이에 따라 저장 커패시터(20)에 전하가 충전된다.

간헐 전력 공급 회로(30)는 소변 활성 배터리(10)의 출력 전압을 승압시켜 저장 커패시터(20)에 저장된 전력을 부하인 무선 송신기(40)로 공급하는 역할을 한다.

무선 송신기(40)는 간헐 전력 공급 회로(30)를 통해 공급된 전력을 이용해 소변 배출을 나타내는 소변 감지 정보를 외부의 장치로 전송하며, 이를 위한 무선 통신 인터페이스를 구비한다.

도 2에 도시된 바는 소변 활성 배터리(10)의 전극(11, 12)이 기저귀에 매립된 형태를 나타내는데, 이때 기저귀는 부직포(1)에 위치한 소변 흡수재(2), 소변 흡수재(2)에 흡수된 소변의 유출을 방지하는 방수재(3), 기저귀와 사용자의 신체 사이에 틈이 생기지 않도록 밀봉하는 레그 개더(4)를 포함한다.

소변 활성 배터리(10)의 전극(11, 12)은 소변 흡수재(2)의 길이 방향을 따라 소변 흡수재(2)의 양측에 위치하도록 신장 형성된 와이어 타입의 전극이다.

소변 활성 배터리(10)의 스폰지형 탄소 전극(11)은, 소변 흡수재(2)의 일측에 위치하고 스폰지 골격에 결합된 탄소 분말을 포함한 형태를 가진다. 또한 소변 활성 배터리(10)의 알루미늄 전극(12)은 소변 흡수재(2)의 타측에 위치한다.

탄소 소재의 전극(11) 및 알루미늄 소재의 전극(12)은 인체에 무해하며, 기존의 Mn0₂ 전극이 인체에 미칠 수 있는 유해한 영향을 방지한다.

도 3에 도시된 바는 간헐 전력 공급 회로(30)의 구성을 나타낸다. 간헐 전력 공급 회로(30)는 시동 회로(31) 및 DC-DC 변환기(32)를 포함하여 구성된다.

시동 회로(31)는 소변 활성 배터리(10)의 출력단과 제1 다이오드(D1)를 다이에 두고 연결되며, 제1 다이오드(D1)를 통해 0.3V에 도달한 소변 활성 배터리(10)의 출력 전압을 이용해 보조 저장 커패시터(Css)를 충전한다. 그리고 보조 저장 커패시터(Css)의 충전 전압이 2V에 도달하면, 시동 회로(31)는 보조 저장 커패시터(Css)를 출력단에 연결하여 DC-DC 변환기(32)를 구동한다.

이때 제1 다이오드(D1)는 소변 활성 배터리(10)의 출력단과 연결되어 시동 회로(31)로 입력되는 전압을 조절하는 역할을 하며, 쇼트키(Schottky) 다이오드의 일종이다. 쇼트키 다이오드는 쇼트키 장벽에 의한 정류 작용을 이용한 소자로서 낮은 전압 강하와 빠른 스위칭 특성을 가진다.

도 4에 도시된 바는 시동 회로(31)의 구성을 나타내는데, 전하 펌프 회로(41), 검전기(42) 및 스위치(43)를 포함한다. 전하 펌프 회로(41)는 제1 다이오드(D1)의 출력 전압을 이용해 보조 저장 커패시터(Css)를 충전하는 역할을 한다. 스위치(43)는 보조 저장 커패시터(Css)를 시동 회로(31)의 출력단에 연결하는 역할을 하며, 검전기(42)는 보조 저장 커패시터(Css)의 충전 전압을 감지하여 2V에 도달하면 스위치(43)를 제어하여 보조 저장 커패시터(Css)의 출력단을 시동 회로(31)의 출력단에 연결한다.

도 3에 도시된 DC-DC 변환기(32)는 시동 회로(31)의 출력단을 통해 공급되는 전력을 이용해 구동되며, 소변 활성 배터리(10)의 출력 전압을 2V로 승압시키는 역할을 한다.

DC-DC 변환기(32)는 소변 활성 배터리(10)의 출력단에 연결된 인덕터(33), 시동 회로(31)의 출력단과 병렬 연결된 커패시터(34) 및 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 회로(35), PWM 제어 회로(35)의 제어에 따라 전력 공급을 조절하는 스위치(36), 시동 회로(31)의 출력단과 인덕터(33)의 끝단 사이에 위치한 제2 다이오드(D2), DC-DC 변환기(32)의 출력단에 위치하는 제3 다이오드(D3) 및 커패시터(37), 시동 회로(31)의 출력 전압 부하(Z_L)로의 전력 공급을 조절하는 스위치(38)를 포함한다.

이때 제2 다이오드(D2) 및 제3 다이오드(D3)도 쇼트키 다이오드의 일종이다.

제2 다이오드(D2)는 DC-DC 변환기(32)의 출력단으로부터 보조 저장 커패시터(Css)로의 피드백 루프에 위치하여, 보조 저장 커패시터(Css)의 커패시턴스를 줄이고 시동 회로(31)의 시동 시간을 억제하는 역할을 한다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다. 또한, 본 명세서와 도면에서 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

10: 소변 활성 배터리 11: 스폰지형 탄소 전극
12: 알루미늄 전극 20: 저장 커패시터
30: 간헐 전력 공급 회로 31: 시동 회로
32: DC-DC 변환기 40: 무선 송신기
100: 소변 센서 장치

Claims (8)

1. 소변이 전극에 닿으면 전기를 생성하여 출력 전압을 발생시키는 소변 활성 배터리;
   상기 소변 활성 배터리와 병렬 연결된 저장 커패시터; 및
   상기 소변 활성 배터리의 출력 전압을 승압시켜 상기 저장 커패시터로부터의 전력을 부하로 공급하는 간헐 전력 공급 회로;를 포함하고,
   상기 간헐 전력 공급 회로는,
   상기 소변 활성 배터리의 출력단과 제1 다이오드를 사이에 두고 연결되어, 제1 다이오드를 통해 0.3V에 맞춰진 상기 소변 활성 배터리의 출력 전압을 이용해 보조 저장 커패시터를 충전하고, 상기 보조 저장 커패시터의 충전 전압이 2V에 도달하면 상기 보조 저장 커패시터를 출력단에 연결하여 DC-DC 변환기를 구동하는 시동 회로;
   상기 시동 회로의 출력 전압에 의해 구동되어 상기 소변 활성 배터리의 출력 전압을 2V로 승압시켜 부하로 공급하는 상기 DC-DC 변환기;를 포함하며,
   상기 시동 회로는,
   제1 다이오드의 출력 전압을 이용해 상기 보조 저장 커패시터를 충전하는 전하 펌프 회로;
   상기 보조 저장 커패시터를 상기 시동 회로의 출력단에 연결하는 스위치;
   상기 보조 저장 커패시터의 충전 전압을 감지하여 2V에 도달하면 상기 보조 저장 커패시터의 출력단을 상기 시동 회로의 출력단에 연결하도록 상기 스위치를 제어하는 검전기;를 포함하고,
   상기 DC-DC 변환기는,
   상기 소변 활성 배터리의 출력단과 인덕터를 사이에 두고 연결되고, 타단은 상기 시동 회로의 출력단에 연결되는 제2 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전 소변 센서 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 소변 활성 배터리는,
   소변 흡수재의 일측에 위치하고 스폰지 골격에 결합된 탄소 분말을 포함하는 스폰지형 탄소 전극;
   상기 소변 흡수재의 타측에 위치하는 알루미늄 전극;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전 소변 센서 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 소변 흡수재의 일측에 위치하고 스폰지 골격에 결합된 탄소 분말을 포함하는 스폰지형 탄소 전극과 상기 소변 흡수재의 타측에 위치하는 알루미늄 전극을 포함하며, 상기 스폰지형 탄소 전극 및 상기 알루미늄 전극에 소변이 닿으면 전기를 생성하여 출력 전압을 발생시키는 소변 활성 배터리;
   상기 소변 활성 배터리와 병렬 연결된 저장 커패시터;
   상기 소변 활성 배터리의 출력 전압을 승압시켜 상기 저장 커패시터로부터의 전력을 부하로 공급하는 간헐 전력 공급 회로; 및
   상기 간헐 전력 공급 회로에서 공급된 전력을 이용해 동작하여 소변 감지 정보를 전송하는 무선 송신기;를 포함하고,
   상기 간헐 전력 공급 회로는,
   상기 소변 활성 배터리의 출력단과 제1 다이오드를 사이에 두고 연결되어, 제1 다이오드를 통해 0.3V에 맞춰진 상기 소변 활성 배터리의 출력 전압을 이용해 보조 저장 커패시터를 충전하고, 상기 보조 저장 커패시터의 충전 전압이 2V에 도달하면 상기 보조 저장 커패시터를 출력단에 연결하여 DC-DC 변환기를 구동하는 시동 회로;
   상기 시동 회로의 출력 전압에 의해 구동되어 상기 소변 활성 배터리의 출력 전압을 2V로 승압시켜 부하로 공급하는 상기 DC-DC 변환기;를 포함하며,
   상기 시동 회로는,
   제1 다이오드의 출력 전압을 이용해 상기 보조 저장 커패시터를 충전하는 전하 펌프 회로;
   상기 보조 저장 커패시터를 상기 시동 회로의 출력단에 연결하는 스위치;
   상기 보조 저장 커패시터의 충전 전압을 감지하여 2V에 도달하면 상기 보조 저장 커패시터의 출력단을 상기 시동 회로의 출력단에 연결하도록 상기 스위치를 제어하는 검전기;를 포함하고,
   상기 DC-DC 변환기는,
   상기 소변 활성 배터리의 출력단과 인덕터를 사이에 두고 연결되고, 타단은 상기 시동 회로의 출력단에 연결되는 제2 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전 소변 센서 장치를 채용한 기저귀 장치.
   
7. 삭제
8. 삭제

Images