KR102415662B1 - 측정 오차의 최소화가 가능한 압력검출매트 - Google Patents

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민흥기
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Abstract

측정 오차의 최소화가 가능한 압력검출매트가 개시된다. 본 발명에 따른 압력검출매트는, 음전극과 음전극의 주위에 배치되는 양전극을 포함하며 전체적으로 삼각형 형태로 구성되는 전극셀; 복수개의 전극셀로 구성되되 전극셀이 좌우대칭 및 상하대칭으로 배치되어 사각형 형태로 구성되는 전극모듈; 복수의 전극모듈이 행렬로 배치되는 전극플레이트; 및 전극플레이트의 상부에 설치되어 외부 압력 인가시 전극셀과 접촉되며 저항값의 변화를 통해 인가되는 압력의 세기를 검출하는 저항필름을 포함하여, 기존에 측정이 곤란했던 지점에서의 압력 검출도 용이하게 수행할 수 있으며 측정 오차를 최소화하는 효과가 있다.

Description

측정 오차의 최소화가 가능한 압력검출매트 {Pressure detection mat that can nimize measurement errors}
본 발명은 측정 오차의 최소화가 가능한 압력검출매트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 외부에서 인가되는 물리량에 대한 압력분포를 검출하는 압력검출매트의 압력 검출시 특정 지점에서 압력이 측정되지 않는 현상을 방지하고 측정 오차를 최소화할 수 있는 압력검출매트에 관한 것이다.
최근 건강관리에 대한 관심이 높아지면서, 올바른 앉은 자세와 올바른 수면 자세, 그리고 올바른 걸음 자세의 검출과 관련된 용품들이 다양하게 개발되고 있다. 이러한 용품들은 ICT 기술과 융합되면서 사용자의 검출 데이터를 기록하는 기술과 연계되어 사용자의 건강상태를 관리할 수 있어, 사용자의 체압 감지가 용이한 압력검출매트와 같은 용품들이 널리 사용되고 있다.
그러나 종래에 개발된 압력검출매트는 압력이 인가되는 위치에 따라 검출되는 압력값에 차이가 발생하는 단점이 있으며, 좁은 공간에 집중되는 압력을 검출하고자 하는 경우에는 측정 오차가 발생하여 압력 검출이 곤란한 위치가 존재하였다.
도 1은 종래 기술에 따른 압력검출매트의 전극셀 배치 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 종래 기술에 따른 전극모듈을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 압력검출매트는 전극플레이트(1) 상에 (+)전극과 (-)전극으로 구성된 전극셀(2)이 다수개 배열되어 구성되며, 이때 대략 사각형 형태로 구성되는 4개의 전극셀(2)이 하나의 전극모듈(3)을 이루고 있다.
그런데, 이러한 종래의 압력검출매트에서는 서로 소정의 간격을 두고 이격 배치되는 전극모듈(3) 사이의 지점(도 1에서 점선 원으로 표시된 부분)에는 별도의 전극셀이 설치되지 않고 빈 공간으로 형성되어 있어, 외부 압력이 인가되었음에도 불구하고 압력값이 '0'으로 검출되어 압력이 측정되지 못하는 단점이 있었다.
또한, 종래의 압력검출매트는 전극모듈(3)을 구성하는 단위 유닛인 전극셀(2)과 전극셀(2) 사이의 지점(도 3에서 점선 원으로 표시된 부분)에도 전극이 존재하지 않거나 또는 동일한 전극이 연속하여 배치됨으로써 압력이 측정되지 않는 경우가 있으므로, 해당 지점에서도 압력이 측정되지 못하여 측정 결과가 왜곡되는 문제가 발생하였다.
즉, 종래의 압력검출매트는 외부로부터 인가되는 압력값의 정확한 측정이 곤란한 지점이 존재하였기에, 전극셀이 설치된 지점에만 압력이 인가되어야 하는 사용상의 문제점을 가지고 있다.
뿐만 아니라, 종래의 압력검출매트는 단위체를 구성하는 하나의 전극셀(2) 상에서 서로 다른 위치에 압력이 인가된다 하더라도 동일한 셀에 압력이 인가되는 것으로 인식하여, 압력이 인가되는 지점에 대략적인 위치만 추정할 수 있을 뿐 정확한 위치를 검출하기 곤란하다는 문제도 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-2046010호 (2019.11.18)
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전극플레이트 상에서 기존에는 전극을 설치할 수 없었던 공간에도 전극을 조밀하게 배치하는 것이 가능하도록 전극셀 및 전극모듈의 구조를 개선하여, 모든 면적에 대한 압력 검출이 가능하고 검출된 압력 신호를 유효 데이터로서 측정이 가능한 압력검출매트를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 음전극과 음전극의 주위에 배치되는 양전극을 포함하며 전체적으로 삼각형 형태로 구성되는 전극셀; 복수개의 상기 전극셀로 구성되되, 상기 전극셀이 좌우대칭 및 상하대칭으로 배치되어 사각형 형태로 구성되는 전극모듈; 복수의 상기 전극모듈이 행렬로 배치되는 전극플레이트; 및 상기 전극플레이트의 상부에 설치되어 외부 압력 인가시 상기 전극셀과 접촉되며 저항값의 변화를 통해 인가되는 상기 압력의 세기를 검출하는 저항필름을 포함하는, 측정 오차의 최소화가 가능한 압력검출매트가 제공될 수 있다.
상기 양전극은, 수평 또는 수직 방향으로 연장되는 제1양전극과, 상기 제1양전극의 끝단부로부터 사선 방향으로 연장되는 제2양전극과, 제2양전극으로부터 상기 제1양전극과 평행한 방향으로 연장되는 복수의 가지양전극을 포함할 수 있다.
상기 음전극은, 상기 제1양전극과 수직한 방향으로 연장되는 제1음전극과, 상기 제1음전극으로부터 상기 제1양전극과 평행한 방향으로 연장되되 상기 가지양전극과 서로 이격된 거리를 유지하면서 마주보게 형성되는 복수의 가지음전극을 포함할 수 있다.
상기 전극셀은 상기 제1양전극과 상기 제2양전극이 만나는 꼭짓점 부분이 상기 전극모듈의 중앙 부분을 향하도록 배치될 수 있다.
상기 전극모듈 내에서 서로 이웃하게 배치되는 상기 전극셀은 상기 제1양전극 또는 상기 제2양전극이 대향되게 설치될 수 있다.
상기 전극모듈 내에서 서로 이웃하는 전극셀 사이에 중간음전극이 설치될 수 있다.
상기 중간음전극은, 상기 제1양전극이 서로 대향되게 설치되는 두 개의 상기 전극셀 사이와 상기 제2양전극이 서로 대향되게 설치되는 두 개의 상기 전극셀 사이에 설치될 수 있다.
상기 전극모듈을 대각선으로 나누어 어느 일측 방향에 배치되는 상기 전극셀의 양전극은, 상기 제2양전극의 끝단부로부터 수평 또는 수직 방향으로 연장되어 상기 제1음전극의 외곽에 배치되는 제3양전극을 더 포함할 수 있다.
상기 저항필름은 상기 전극플레이트에 대응되는 면적을 가지며 상기 전극플레이트 전체와 결합될 수 있다.
본 발명에 의하면, 압력검출매트 내부에 전극셀이 일정한 간격으로 설치될 수 있도록 배치 조절을 통하여 외부 압력이 매트의 임의의 지점에 인가되더라도 용이하게 압력이 검출될 수 있도록 함으로써, 기존에 측정이 곤란했던 지점에서의 압력 검출도 용이하게 수행할 수 있으며 측정 오차를 최소화하는 효과가 있다.
구체적으로는, 본 발명에 따른 압력검출매트는 서로 이웃하는 전극셀 사이에 중간음전극을 추가 구성하여 서로 인접하는 전극셀 사이의 지점에 대한 압력 측정이 가능할 뿐만 아니라, 전극모듈을 구성하는 복수의 전극셀 중 일부 전극셀의 양전극을 길게 연장하여 구성함으로써 서로 인접하는 전극모듈 사이의 지점에 대한 압력 측정의 수행도 가능해진다.
또한, 본 발명은 압력검출매트 내에 설치되는 전극셀의 형태를 기존의 사각형이 아닌 삼각형 형태로 구성하여 전극이 조밀하게 배치될 수 있는 구조를 제공함으로써, 전극플레이트의 상부에 결합되는 저항필름과의 접촉 면적을 증대시킴은 물론, 전극셀 내의 서로 다른 위치에 압력이 인가되더라도 압력이 인가된 위치를 보다 정확하게 파악할 수 있는 장점을 가진다.
본 발명의 효과들은 상술된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 압력검출매트의 전극셀 배치 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 전극모듈을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력검출매트를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극플레이트를 나타낸 평면도이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극셀을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극모듈을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극모듈이 행렬 배치된 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 예컨대, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.
이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면 중 하나의 실시예를 나타낸다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력검출매트를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극플레이트를 나타낸 평면도이다. 그리고 도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극셀을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극모듈을 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극모듈이 행렬 배치된 구조를 나타낸 도면이다.
첨부된 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 평탄도 검출 기능을 포함하는 압력검출매트는, 복수의 전극모듈(10)을 포함하는 전극플레이트(P); 전극플레이트의 상부에 배치되어 외부 압력 인가시 저항값의 변화를 통해 압력의 세기를 검출하는 저항필름(F)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 압력검출매트는, 전극플레이트(P)와 저항필름(F)을 상하로 설치하여 전극플레이트(P)에 설치된 양(+)전극과 음(-)전극 그리고 외부 압력 인가시 저항필름(F)의 저항값이 변하는 특성을 이용하여 외부에서 인가되는 충격량(압력)을 검출하는 것이다.
전극플레이트(P)는 평면 형태로 제공될 수 있으며, 전극플레이트(P) 상에는 전기가 인가되는 복수의 전극모듈(10)이 장착될 수 있다. 복수의 전극모듈(10)은 도 3에 도시된 바와 같이 전극플레이트(P)의 가로방향 및 세로방향으로 배치되어 행렬 구조를 이루도록 전체 평면 상에 설치될 수 있다.
본 실시예에서 하나의 전극모듈(10)은 단위 유닛으로 구성되는 전극셀(100)이 복수개(예컨대, 8개)가 모여 구성될 수 있다. 즉, 전극모듈(10)은 복수의 전극셀(100)로 구성될 수 있다.
먼저 도 5를 참조하여 본 실시예에 따른 전극셀(100)의 구조를 구체적으로 살펴본다. 본 실시예는 서로 인접하게 배치되는 전극셀(100)의 연결 구조에 그 특징이 있는 것으로서, 도 5에는 2개의 전극셀(100)이 인접하여 배치된 구조가 도시되어 있다.
전극셀(100)은 (+)전기가 인가되는 양전극(110)과 (-)전기가 인가되는 음전극(120)을 포함할 수 있다. 음전극(120)은 기설정된 경로를 따라 배치되어 소정의 패턴을 가지도록 형성되고, 양전극(110)은 음전극(120)으로부터 소정의 이격 거리를 유지하며 음전극(120)의 주위에 배치될 수 있다.
구체적으로, 양전극(110)은 수평 또는 수직 방향으로 연장되는 제1양전극(111)과, 제1양전극(111)의 끝단부로부터 45°각도의 사선 방향으로 연장되는 제2양전극(112), 그리고 제2양전극(112)으로부터 제1양전극(111)과 평행한 방향으로 연장되는 복수의 가지양전극(114)을 포함할 수 있다.
음전극(120)은, 제1양전극(111)과 수직한 방향으로 연장되는 제1음전극(121)과, 제1음전극(121)으로부터 제1양전극(111)과 평행한 방향으로 연장되며 가지양전극(114)과 마주보도록 배치되는 복수의 가지음전극(122)을 포함할 수 있다. 가지음전극(122)은 가지양전극(114)과 서로 평행한 이격 거리를 유지하도록 배치된다.
한편, 사선 방향으로 형성되는 제2양전극(112)이 서로 대향되게 설치되는 두 개의 전극셀(100) 사이에는 중간음전극(130)이 배치될 수 있다. 이는 2개의 (+)전극이 마주하는 부분에 (-)전극을 추가 구성함으로써, 외부로부터 인가되는 압력이 전극셀(100)과 전극셀(100) 사이의 지점에 인가되더라도 압력을 검출할 수 있도록 구성하기 위함이다.
또한, 전극셀(100)을 구성하는 양전극(100)은 제2양전극(112)의 끝단부로부터 제1양전극(111)과 직교하는 방향으로 연장되는 제3양전극(113)을 더 포함할 수 있다. 뒤에서 더 자세히 살펴보겠지만, 제3양전극(113)은 복수개의 전극셀(100)로 구성되는 전극모듈(10)의 네 모서리 측면에서 어느 두 방향에 배치되는 전극셀(100)에만 구성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기에서 설명한 바와 같이 대략 직각 삼각형 형태의 구조를 가지는 8개의 전극셀(100)의 꼭짓점이 중앙에 모이도록 배치되어 하나의 전극모듈(10)을 구성하는 것을 알 수 있다.
이때, 하나의 전극모듈(10) 내에서 서로 이웃하는 전극셀(100) 사이에는 중간음전극(130)이 배치될 수 있다. 전술한 바와 같이 제2양전극(112)이 서로 대향되게 설치되는 두 개의 전극셀(100) 사이에는 중간음전극(130)이 배치될 수 있고, 또 제1양전극(111)이 서로 대향되게 설치되는 두 개의 전극셀(100) 사이에도 중간음전극(130)이 배치될 수 있다. 각각의 전극셀(100) 사이에 배치되는 총 8개의 중간음전극(130)은 서로 연결될 수 있으며, 인접하는 전극셀(100)의 음전극(120)과도 연결될 수 있다.
또한, 하나의 전극모듈(10)은 직각 삼각형 형태를 가지는 8개의 전극셀(100)이 모여 구성됨에 따라 전체적으로 사각형 형태를 가지게 되는데, 이때 사각형 구조를 대각선으로 나누어 일측 방향에 배치되는 4개의 전극셀(100)에는 전술한 제3양전극(113)이 구성되어 있고, 다른 방향에 배치되는 나머지 4개의 전극셀(100)에는 제3양전극(113)이 구성되어 있지 않은 것을 알 수 있다.
그리고 복수의 전극모듈(10)이 행렬 배치된 구조가 도시된 도 7을 참조하면, 복수개의 전극모듈(10)이 서로 인접하게 배치됨에 있어서, 제3양전극(113)의 존재 유무에 따라 서로 이웃하는 전극모듈(10)이 마주하는 부분에는 (+)전극과 (-)전극이 연속하여 배치되는 것을 알 수 있다.
즉, 본 실시예는 서로 이웃하는 전극셀(100)과 전극셀(100) 사이에 (-)전극(중간음전극, 130)을 추가 구성함에 따라 해당 지점에서의 압력 측정이 가능하게 함은 물론, 전극모듈(10)과 전극모듈(10) 사이의 지점에도 (+)전극과 (-)전극이 교대로 배치되는 것에 의하여 압력 측정의 수행이 가능하게끔 구성하는 것이다.
저항필름(F)은 전극플레이트(P)의 상부에 배치되어 전극플레이트(P)와 조립된다. 이때 저항필름(F)은 전극플레이트(P)와 동일한 크기로 형성되어 전극플레이트(P) 전체에 결합될 수 있다. 종래에는 각각의 전극셀의 위치에 대응되도록 저항셀의 중심을 맞추어 개별적으로 설치하였으나, 본 실시예에서는 전극셀(P)의 위치와는 무관하게 저항필름(F)을 전극플레이트(P) 전체에 결합시키기 때문에 압력검출매트의 조립이 매우 간편해지고 조립에 소요되는 시간을 줄일 수 있는 장점이 있다.
저항필름(F)의 특정 지점에 외부 압력(예컨대, 체압)이 가해지면, 저항필름(F)이 눌리면서 전극플레이트(P)를 구성하는 양전극(110)과 음전극(120)을 서로 연결하여 양전극(110)으로부터 저항필름(F)을 통해 음전극(120)으로 전기가 흐르게 된다. 이때 외부 압력이 가해진 특정 지점에 위치하는 저항필름(F)의 저항값에 변화가 발생하면서 외부에서 가해진 압력의 크기를 산출할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 외부 압력이 전극셀(100)과 전극셀(100) 사이의 지점 또는 8개의 전극셀(100)의 꼭짓점이 위치하는 중앙 지점에 인가되더라도, 해당 위치에 설치된 중간음전극(130)이 인접하는 양전극과 저항필름(F)을 통해 연결됨으로써 기존에 측정이 곤란했던 지점에서의 압력 검출도 용이하게 수행될 수 있다.
이 뿐만 아니라, 본 실시예는 추가 연장되는 제3양전극(113)에 의하여 전극모듈(10)과 전극모듈(10) 사이의 지점에 대해서도 압력 측정이 가능해지며, 따라서 압력검출매트의 모든 면적에 대하여 압력 검출 수행이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 실시예는 전극셀(100)의 형태를 기존의 사각형이 아닌 삼각형 형태로 구성하여 전극이 조밀하게 배치될 수 있는 구조를 제공함으로써, 전극플레이트(P)의 상부에 결합되는 저항필름(F)과의 접촉 면적을 증대시킬 수 있으며, 전극셀(100) 내의 서로 다른 위치에 압력이 인가되더라도 압력이 인가된 위치를 보다 정확하게 파악할 수 있는 장점도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 압력검출매트 내부에 전극셀(100)이 일정한 간격으로 설치될 수 있도록 배치 조절을 통하여 외부 압력이 매트의 임의의 지점에 인가되더라도 용이하게 압력이 검출될 수 있도록 함으로써, 기존에 측정이 곤란했던 지점에서의 압력 검출도 용이하게 수행할 수 있으며 측정 오차를 최소화하는 효과가 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10: 전극모듈
100: 전극셀
110: 양전극
111: 제1양전극
112: 제2양전극
113: 제3양전극
114: 가지양전극
120: 음전극
121: 제1음전극
122: 가지음전극
130: 중간음전극
P: 전극플레이트
F: 저항필름

Claims (8)

  1. 음전극과 음전극의 주위에 배치되는 양전극을 포함하며 전체적으로 삼각형 형태로 구성되는 전극셀;
    복수개의 상기 전극셀로 구성되되, 상기 전극셀이 좌우대칭 및 상하대칭으로 배치되어 사각형 형태로 구성되는 전극모듈;
    복수의 상기 전극모듈이 행렬로 배치되는 전극플레이트; 및
    상기 전극플레이트의 상부에 설치되어 외부 압력 인가시 상기 전극셀과 접촉되며 저항값의 변화를 통해 인가되는 상기 압력의 세기를 검출하는 저항필름을 포함하는,
    측정 오차의 최소화가 가능한 압력검출매트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 양전극은, 수평 또는 수직 방향으로 연장되는 제1양전극과, 상기 제1양전극의 끝단부로부터 사선 방향으로 연장되는 제2양전극과, 제2양전극으로부터 상기 제1양전극과 평행한 방향으로 연장되는 복수의 가지양전극을 포함하고,
    상기 음전극은, 상기 제1양전극과 수직한 방향으로 연장되는 제1음전극과, 상기 제1음전극으로부터 상기 제1양전극과 평행한 방향으로 연장되되 상기 가지양전극과 서로 이격된 거리를 유지하면서 마주보게 형성되는 복수의 가지음전극을 포함하는,
    측정 오차의 최소화가 가능한 압력검출매트.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전극셀은 상기 제1양전극과 상기 제2양전극이 만나는 꼭짓점 부분이 상기 전극모듈의 중앙 부분을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는,
    측정 오차의 최소화가 가능한 압력검출매트.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전극모듈 내에서 서로 이웃하게 배치되는 상기 전극셀은 상기 제1양전극 또는 상기 제2양전극이 대향되게 설치되는 것을 특징으로 하는,
    측정 오차의 최소화가 가능한 압력검출매트.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전극모듈 내에서 서로 이웃하는 전극셀 사이에 중간음전극이 설치되는 것을 특징으로 하는,
    측정 오차의 최소화가 가능한 압력검출매트.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 중간음전극은, 상기 제1양전극이 서로 대향되게 설치되는 두 개의 상기 전극셀 사이와 상기 제2양전극이 서로 대향되게 설치되는 두 개의 상기 전극셀 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는,
    측정 오차의 최소화가 가능한 압력검출매트.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 전극모듈을 대각선으로 나누어 어느 일측 방향에 배치되는 상기 전극셀의 양전극은, 상기 제2양전극의 끝단부로부터 수평 또는 수직 방향으로 연장되어 상기 제1음전극의 외곽에 배치되는 제3양전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    측정 오차의 최소화가 가능한 압력검출매트.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 저항필름은 상기 전극플레이트에 대응되는 면적을 가지며 상기 전극플레이트 전체와 결합되는 것을 특징으로 하는,
    평탄도 검출 기능을 포함하는 압력검출매트.
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