KR102472286B1 - 압력 감지 센서 - Google Patents

압력 감지 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR102472286B1
KR102472286B1 KR1020160000557A KR20160000557A KR102472286B1 KR 102472286 B1 KR102472286 B1 KR 102472286B1 KR 1020160000557 A KR1020160000557 A KR 1020160000557A KR 20160000557 A KR20160000557 A KR 20160000557A KR 102472286 B1 KR102472286 B1 KR 102472286B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
conductive
electrode layer
conductive regions
disposed
regions
Prior art date
Application number
KR1020160000557A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170081470A (ko
Inventor
윤형
김비이
김승진
박용화
박현규
조인희
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020160000557A priority Critical patent/KR102472286B1/ko
Publication of KR20170081470A publication Critical patent/KR20170081470A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102472286B1 publication Critical patent/KR102472286B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/1036—Measuring load distribution, e.g. podologic studies
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1116—Determining posture transitions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G19/00—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
    • G01G19/44—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for weighing persons
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G19/00—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
    • G01G19/52—Weighing apparatus combined with other objects, e.g. furniture
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors
    • G01L1/146—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors for measuring force distributions, e.g. using force arrays
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0247—Pressure sensors

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서는 전도성 직물로 이루어지는 제1 전도 영역을 포함하는 제1 전극층, 상기 제1 전극층 상에 배치되는 탄성 유전층, 상기 탄성 유전층 상에 배치되며, 전도성 직물로 이루어지는 제2 전도 영역을 포함하는 제2 전극층, 그리고 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층과 전기적으로 연결되는 연성회로기판을 포함하고, 상기 제1 전도 영역 상에는 상기 제1 전도 영역보다 면적이 작은 복수의 제2 전도 영역이 소정 간격으로 이격되어 배치된다.

Description

압력 감지 센서{SENSOR FOR DETECTING PRESSRUE}
본 발명은 압력 감지 센서에 관한 것이다.
최근, 전자 기술과 정보 통신 기술의 발전으로 헬스 케어(Health Care) 분야가 급속하게 발전하고 있다. 즉, 생체 정보를 이용하여 사람의 몸 상태를 측정할 수 있는 건강 관리 시스템이 요구되고 있으며, 특히 일상 생활에서 주로 사용하는 의자를 이용하여 생체 정보를 획득하는 기술이 개발되고 있다. 예를 들어, 의자 내에 압력을 감지하는 센서를 장착하여 착석자의 무게, 연령대, 자세 등을 파악하고자 하는 기술이 개발되고 있다.
그러나, 생체 정보 획득을 위한 일반적인 의자는 대면적의 측정을 위하여 독립된 다수의 센서가 필요하며, 각 센서를 구동시키기 위한 모듈을 각각 연결하기 위한 공간이 추가로 필요하다. 또한, 센서가 유연성 및 신축성이 없어 복곡면 형태의 의자에 적용하기는 무리가 있으며, 사용자가 의자에 앉았을 경우 센서로 인한 이물감이 느껴지는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 가해진 무게에 따른 압력을 감지하는 압력 감지 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서는 전도성 직물로 이루어지는 제1 전도 영역을 포함하는 제1 전극층, 상기 제1 전극층 상에 배치되는 탄성 유전층, 상기 탄성 유전층 상에 배치되며, 전도성 직물로 이루어지는 제2 전도 영역을 포함하는 제2 전극층, 그리고 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층과 전기적으로 연결되는 연성회로기판을 포함하고, 상기 제1 전도 영역 상에는 상기 제1 전도 영역보다 면적이 작은 복수의 제2 전도 영역이 소정 간격으로 이격되어 배치된다.
상기 제1 전극층은 전도성 직물로 서로 연결되는 두 개의 제1 전도 영역을 포함하고, 상기 제2 전극층은 하나의 제1 전도 영역 상에 배치되는 복수의 제2 전도 영역 및 다른 하나의 제1 전도 영역 상에 배치되는 복수의 제2 전도 영역을 포함할 수 있다.
전도성 직물로 이루어지는 배선은 각 제2 전도 영역으로부터 인출되어 상기 연성회로기판에 연결될 수 있다.
상기 제1 전도 영역 상에는 상기 배선이 배치되지 않도록 형성될 수 있다.
상기 배선은 상기 제1 전도 영역의 가장자리로부터 5mm 이상 이격되어 배치될 수 있다.
상기 배선의 적어도 일부는 상기 두 개의 제1 전도 영역 사이에 배치될 수 있다.
상기 두 개의 제1 전도 영역은 서로 대칭으로 배치되며, 상기 하나의 제1 전도 영역 상에 배치되는 복수의 제2 전도 영역 및 상기 다른 하나의 제1 전도 영역 상에 배치되는 복수의 제2 전도 영역은 서로 대칭으로 배치될 수 있다.
각 제1 전도 영역 상에는 적어도 세 개의 제2 전도 영역이 배치될 수 있다.
상기 제1 전도 영역 및 상기 제2 전도 영역 간의 캐패시턴스 변화량에 기초하여 상기 제2 전극층 상에 가해진 압력을 감지할 수 있다.
상기 캐패시턴스 변화량은 하나의 제2 전도 영역 및 이에 대응하는 하나의 제1 전도 영역 사이에 배치되는 탄성 유전층의 두께 분포에 기초하여 계산될 수 있다.
상기 탄성 유전층의 두께 분포는 상기 탄성 유전층 내의 제1축 방향의 두께 분포 및 상기 탄성 유전층 내의 제2 축 방향의 두께 분포 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 장치는 압력 감지 센서, 상기 압력 감지 센서로부터 전달되는 전기 신호를 처리하는 신호 처리부, 상기 신호 처리부에 의하여 처리된 결과에 따라 제어 신호를 생성하는 제어부, 그리고 상기 제어 신호를 송신하는 통신부를 포함하며, 상기 압력 감지 센서는 전도성 직물로 이루어지는 제1 전도 영역을 포함하는 제1 전극층, 상기 제1 전극층 상에 배치되는 탄성 유전층, 상기 탄성 유전층 상에 배치되며, 전도성 직물로 이루어지는 제2 전도 영역을 포함하는 제2 전극층, 그리고 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층과 전기적으로 연결되는 연성회로기판을 포함하고, 상기 제1 전도 영역 상에는 상기 제1 전도 영역보다 면적이 작은 복수의 제2 전도 영역이 소정 간격으로 이격되어 배치된다.
본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서는 가해진 무게에 따른 압력을 정밀하게 감지할 수 있으며, 압력 분포를 정확하게 감지할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 특정 포인트를 감지하는 것이 아니고, 면 단위로 감지하므로, 자세 판단에 유리하다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 의자는 대면적화가 가능하며, 사용자에게 이물감이 느껴지지 않는다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 의자는 고해상도를 가지면서도 모듈화가 간단하다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 의자의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 의자에 내장된 압력 감지 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 하면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 상면도이다.
도 6은 도 5의 A-A'의 단면도이고, 도 7은 도 5의 B-B'의 단면도이다.
도 8은 내지 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서 내 탄성 유전층의 두께 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 11 내지 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 장치를 적용하여 자세를 판별하는 방법을 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 의자의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 의자에 내장된 압력 감지 장치의 블록도이다.
도 1 내지 2를 참조하면, 압력 감지 의자(100)는 좌판(110), 팔걸이(120), 등받이(130), 그리고 다리(140) 등을 포함한다. 좌판(110)에 사람이 착석하면, 압력 감지 의자(100)에 내장된 압력 감지 장치(200)는 사람의 착석 여부를 감지하고, 착석에 따른 상대적 압력 분포를 측정할 수 있다. 압력 감지 장치(200)는 측정한 압력 분포에 따라 무게, 연령대, 앉은 자세 등을 검출할 수 있다.
압력 감지 장치(200)는 압력 감지 센서(210), 신호 처리부(220), 제어부(230) 및 통신부(240)를 포함할 수 있다. 압력 감지 센서(210)는 좌판(110)에 대한 사람의 착석 여부 및 착석에 따른 상대적 압력 분포 등을 감지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 압력 감지 센서(210)는 좌판(110) 내에 배치될 수 있다. 그리고, 신호 처리부(220)는 압력 감지 센서(210)와 연결되며, 압력 감지 센서(210)에서 발생한 전기 신호를 처리할 수 있다. 그리고, 제어부(230)는 신호 처리부(220)와 연결되며, 신호 처리부(220)에 의하여 처리된 신호에 기초하여 제어 신호를 생성할 수 있다. 한 예로, 제어부(230)는 압력 감지 센서(210)에 의하여 감지된 신호를 처리한 결과를 이용하여 압력 감지 장치(200)의 온오프를 제어할 수 있다. 다른 예로, 제어부(220)는 압력 감지 센서(210)에 의하여 감지된 신호를 처리한 결과를 이용하여 착석자의 자세에 관한 진단 정보를 생성할 수 있다. 또 다른 예로, 제어부(220)는 압력 감지 센서(210)에 의하여 감지된 신호를 처리한 결과를 이용하여 착석자의 자세 교정을 위한 알람 신호 등을 생성할 수도 있다.
그리고, 통신부(240)는 제어부(230)에 의하여 생성된 제어 신호를 외부 장치로 송신한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 하면도이며, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 상면도이고, 도 6은 도 5의 A-A'의 단면도이고, 도 7은 도 5의 B-B'의 단면도이다.
도 3 내지 5를 참조하면, 압력 감지 센서(210)는 제1 전극층(300), 제1 전극층(300) 상에 배치되는 탄성 유전층(310), 탄성 유전층(310) 상에 배치되는 제2 전극층(320) 및 연성회로기판(330)을 포함한다.
제1 전극층(300)은 전도성 직물로 이루어지는 제1 전도 영역(302, 304)을 포함하고, 제2 전극층(320)은 전도성 직물로 이루어지는 제2 전도 영역(322)을 포함한다.
여기서, 전도성 직물은 전도성 섬유로 구성된 직물이며, 전도성 섬유는 금속 와이어 또는 표면 상에 금속 막이 피복된 일반 섬유일 수 있다. 전도성 섬유는 금속 입자가 분산된 일반 섬유일 수도 있다. 전도성 섬유가 금속 와이어인 경우, 금속 와이어의 직경은 10㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 금속 와이어의 직경이 10㎛ 미만이면 금속 와이어의 강도가 약하여 직물 가공이 어려울 수 있으며, 금속 와이어의 직경이 100㎛를 초과하면 금속 와이어의 강성이 높아 직물의 유연성이 떨어질 수 있으므로, 직물의 가공 시 설비에 데미지를 줄 수 있고, 사용자가 이질감을 느끼기 쉽다. 이때, 금속 와이어는 Cu, Ni, 또는 스테인레스 합금일 수 있다. 스테인레스 합금은, 예를 들면 마르텐사이트계 스테인레스 합금, 페라이트계 스테인레스 합금, 오스테나이트계 스테인레스 합금, 2상계 스테인레스 합금, 석출경화계 스테인레스 합금 등일 수 있다. 금속 와이어가 스테인레스 합금인 경우, 압력 감지 센서(210)의 내부식성을 높일 수 있다.
전도성 섬유가 표면 상에 금속 막이 피복된 일반 섬유인 경우, 금속 막은 금속 입자가 도금 방식 또는 증착 방식으로 일반 섬유의 표면 상에 피복되는 방법에 의하여 형성될 수 있다. 이때, 금속 입자는 Cu, Ni, 또는 스테인레스 합금일 수 있으며, 금속 막의 두께는 1㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 금속 막의 두께가 1㎛ 미만이면 전도율이 낮으므로 신호 전송 시에 손실을 유발할 수 있으며, 금속 막의 두께가 50㎛ 를 초과하면 섬유의 표면에서 금속 막이 쉽게 이탈될 수 있다.
그리고, 탄성 유전층(310)은 외부로부터 압력이 가해지는 경우 탄성 변형이 되며, 압력이 해제되는 경우 원래의 형상으로 돌아가는 복원력을 가지는 재질의 유전체이다. 탄성 유전층(310)은, 예를 들어, 발포폼, 부직포, 나노웹 등의 랜덤한 섬유 배열을 가지는 섬유 기재, 폴리우레탄, 나일론, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에스터로 이루어진 그룹에서 선택된 하나를 포함하는 합성섬유 또는 천연 섬유, 엘라스토머, 고무, 우레탄 등을 포함할 수 있다. 이때, 탄성 유전층(310)의 두께는 50㎛ 내지 300㎛일 수 있다.
이와 같이, 제1 전극층(300) 및 제2 전극층(320) 사이에 탄성 유전층(310)이 배치되는 경우, 제2 전극층(320) 상에 압력이 가해지면 탄성 유전층(310)의 두께(d)가 감소하며, 제1 전극층(300) 및 제2 전극층(320) 간의 캐패시턴스가 변화하게 된다.
본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서(210) 및 이를 포함하는 압력 감지 장치(200)는 커패시턴스의 변화량에 기초하여 제2 전극층(320) 상에 가해진 압력을 감지할 수 있다. 즉, 제1 전극층(300) 및 제2 전극층(320) 사이에 일정한 전압차가 유지되는 경우, 커패시턴스가 변화하면, 제1 전극층(300) 및 제2 전극층(320) 사이의 전하량이 변하게 된다. 제1 전극층(300) 및 제2 전극층(320) 사이의 전하량이 변하면, 제1 전도 영역 및 제2 전도 영역에 흐르는 전기 신호가 변화하게 되므로, 압력 감지 장치(200)는 이를 이용하여 압력 감지 센서(210) 상에 가해진 압력을 감지할 수 있다.
여기서, 각 제1 전도 영역(302, 304) 상에는 각 제1 전도 영역(302, 304)보다 면적이 작은 복수의 제2 전도 영역(322)이 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 제1 전도 영역(302, 304)은 전도성 직물을 통하여 서로 연결되며, 하나의 제1 전도 영역(302) 상에는 제1 전도 영역(302)보다 면적이 작은 복수의 제2 전도 영역(322-11, 322-12, ..., 322-1m)이 소정 간격으로 이격되어 배치되고, 다른 하나의 제1 전도 영역(304) 상에는 제1 전도 영역(304)보다 면적이 작은 복수의 제2 전도 영역(322-21, 322-22, ..., 322-2n)이 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
그리고, 전도성 섬유로 구성되는 배선(324-11, 324-12, ..., 324-1m, 324-21, 324-22, ..., 324-1n)은 각 제2 전도 영역((322-11, 322-12, ..., 322-1m, 322-21, 322-22, ..., 322-1n)으로부터 인출되어 연성 회로 기판(330) 내에 삽입되어 있는 구리 배선에 연결될 수 있다. 또한, 전도성 섬유로 구성되는 배선(306)은 두 개의 제1 전도 영역(302, 304) 중 하나로부터 인출되어 연성 회로 기판(330) 내에 삽입되어 있는 구리 배선에 연결될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서(210) 및 이를 포함하는 압력 감지 장치(200)는 압력 감지 센서(210) 내에 배치되는 각 제2 전도 영역((322-11, 322-12, ..., 322-1m, 322-21, 322-22, ..., 322-2n) 별로 캐패시턴스의 변화량을 얻을 수 있다. 즉, 압력 감지 센서(210) 상 캐패시턴스 변화량의 분포를 얻을 수 있다. 즉, 각 제2 전도 영역((322-11, 322-12, ..., 322-1n, 322-21, 322-22, ..., 322-2m)은 하나의 센싱 포인트로 작용할 수 있으며, 압력 감지 센서(210) 상 캐패시턴스 변화량의 분포를 얻을 수 있다.
이때, 도 6 내지 7에 도시된 바와 같이, 각 제2 전도 영역((322-11, 322-12, ..., 322-1n, 322-21, 322-22, ..., 322-1m)으로부터 인출되는 배선(324-11, 324-12, ..., 324-1n, 324-21, 324-22, ..., 324-1m)은 제1 전도 영역(302, 304) 상에 배치되지 않도록 형성될 수 있다. 제2 전도 영역으로부터 인출되는 배선이 제1 전도 영역과 상하로 겹쳐질 경우, 배선과 제1 전도 영역이 겹쳐지는 부분 상에 압력이 가해지면, 해당 배선이 인출된 제2 전도 영역에 대한 캐패시턴스가 변화하는 것으로 인식될 수 있기 때문이다. 이와 마찬가지로, 두 개의 제1 전도 영역(302, 304) 중 적어도 하나로부터 인출되는 배선(306)은 제2 전도 영역 상에 배치되지 않도록 형성될 수 있다.
더욱 상세하게는, 각 제2 전도 영역(322-11, 322-12, ..., 322-1n, 322-21, 322-22, ..., 322-1m)으로부터 인출되는 배선(324-11, 324-12, ..., 324-1n, 324-21, 324-22, ..., 324-1m)과 제1 전도 영역(302, 304)의 가장자리 사이의 간격(a)은 5mm이상일 수 있다. 간격(a)가 5mm 미만이면, 탄성 유전체(310)의 탄성으로 인하여, 해당 배선이 인출된 제2 전도 영역에 대한 캐패시턴스가 변화하는 것으로 인식되는 오류가 발생할 수 있다.
여기서, 각 제2 전도 영역(322-11, 322-12, ..., 322-1n, 322-21, 322-22, ..., 322-1m)으로부터 인출되는 배선(324-11, 324-12, ..., 324-1n, 324-21, 324-22, ..., 324-1m)의 적어도 일부는 두 개의 제1 전도 영역(302, 304) 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 배선이 차지하는 면적을 줄일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 두 개의 제1 전도 영역(302, 304)과 겹쳐지지 않는 범위 이내라면, 배선은 다양하게 형성될 수 있다.
여기서, 연성 회로 기판(330)이 탄성 유전층(310)의 한 면, 즉 제2 전극층(320)이 배치되는 면 상에서 연장되며, 제1 전도 영역(302, 304) 중 하나로부터 인출되는 배선(306)은 탄성 유전층(310)을 관통하여 연성 회로 기판(330)에 연결되는 것을 예로 들고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 연성 회로 기판은 탄성 유전층(310)의 다른 면, 즉 제1 전극층(300)이 배치되는 면 상에서 연장되며, 복수의 제2 전도 영역들로부터 각각 인출되는 배선들이 탄성 유전층(310)을 관통하여 연성 회로 기판에 연결될 수도 있다. 또는, 하나의 연성 회로 기판이 탄성 유전층(310)의 한 면, 즉 제2 전극층(320)이 배치되는 면 상에서 연장되어 복수의 제2 전도 영역들로부터 각각 인출되는 배선들과 연결되며, 다른 연성 회로 기판이 탄성 유전층(310)의 다른 면, 즉 제1 전극층(300)이 배치되는 면 상에서 연장되어 두 개의 제1 전도 영역 중 하나로부터 인출되는 배선과 연결될 수도 있다. 또는, 연성 회로 기판이 탄성 유전층(310)의 측면에 배치되어 연장되며, 연성 회로 기판의 한 면은 복수의 제2 전도 영역들로부터 각각 인출되는 배선들과 연결되고, 연성 회로 기판의 다른 면은 두 개의 제1 전도 영역 중 하나로부터 인출되는 배선과 연결될 수도 있다. 또는 연성 회로 기판이 탄성 유전층(310)의 측면에 배치되어 연장되며, 연성 회로 기판의 한 면이 복수의 제2 전도 영역들로부터 각각 인출되는 배선들 및 두 개의 제1 전도 영역 중 하나로부터 인출되는 배선과 연결될 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 두 개의 제1 전도 영역(302, 304)은 서로 대칭으로 배치되며, 하나의 전도 영역(302) 상에 배치되는 복수의 제2 전도 영역(322-11, 322-12, ..., 322-1m) 및 다른 전도 영역(304) 상에 배치되는 복수의 제2 전도 영역(322-21, 322-22, ..., 322-1n)은 서로 대칭으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 압력 감지 센서(210) 상에서 좌우에 형성된 캐패시턴스 변화량이 얻어질 수 있으며, 이를 기초로 자세의 기울어짐 등이 판단될 수 있다.
이때, 하나의 제1 전도 영역 상에는 적어도 세 개의 제2 전도 영역이 배치될 수 있다. 하나의 제1 전도 영역 상에 적어도 세 개의 제2 전도 영역이 배치되면, 좌우 커패시턴스 변화량을 세분화하여 감지할 수 있으므로, 압력 감지의 분해능이 높아질 수 있다.
이하, 제2 전극층(320) 중 하나의 제2 전도 영역 상에 압력이 가해진 경우, 탄성 유전층(310)의 두께(d)를 이용하여 제2 전도 영역 및 이에 대응하는 제1 전도 영역 간의 캐패시턴스 변화량을 계산하는 원리를 더욱 상세히 설명한다.
도 8은 내지 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서 내 탄성 유전층의 두께 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 10을 참조하면, x축과 y축은 탄성 유전층이 놓이는 면을 구성하고, d축은 탄성 유전층에 수직인 방향, 즉 힘이 가해지는 방향을 나타낸다.
도 8 내지 9는 탄성 유전층의 두께 분포를 x축을 기준으로 나타내고 있으며, 도 10은 탄성 유전층의 두께 분포를 x축 및 y축의 그리드 형태로 나타내고 있다.
제2 전도 영역 상에 압력이 가해진 경우, 탄성 유전층의 두께는 도 8 내지 10과 같이 변할 수 있다. 즉, x1 내지 xn과 y1 내지 yn이 모두 하나의 제2 전도 영역 내에 배치되는 포인트인 것으로 가정할 경우, 하나의 제2 전도 영역 내에서도 탄성 유전층의 두께 변화가 다양하게 나타날 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 캐패시턴스 변화량은 하나의 제2 전도 영역 및 이에 대응하는 하나의 제1 전도 영역 사이에 배치되는 탄성 유전층의 두께 분포에 기초하여 계산될 수 있다. 이때, 탄성 유전층의 두께 분포는 x축 방향의 두께 분포 및 y 축 방향의 두께 분포 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이러한 경우, 하나의 제2 전도 영역 및 이에 대응하는 제1 전도 영역 간의 캐패시턴스 변화는 아래 수학식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016000462564-pat00001
여기서, C는 하나의 제2 전도 영역 및 이에 대응하는 제1 전도 영역 간의 캐패시턴스 변화량이고, Cx는 하나의 제2 전도 영역 및 이에 대응하는 제1 전도 영역의 x축에 대한 캐패시턴스 변화량이며, Cy는 하나의 제2 전도 영역 및 이에 대응하는 제1 전도 영역의 y축에 대한 캐패시턴스 변화량을 나타낸다. 여기서, Cx는 아래 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016000462564-pat00002
여기서, ε은 유전 상수이고, A는 제1 전도 영역 및 제2 전도 영역이 겹쳐지는 면적이며, d는 제1 전도 영역과 제2 전도 영역 간의 거리, 즉 탄성 유전층의 두께이다. Cy도 수학식 2와 동일한 방법으로 나타낼 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 제2 전도 영역 내의 한 포인트에 대한 캐패시턴스 변화량이 아닌, 제2 전도 영역 내의 전체적인 캐패시턴스 변화량을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 제2 전도 영역 내의 캐패시턴스 변화량의 분포를 얻을 수도 있다. 이에 따라, 압력 감지 센서의 해상도(resolution)를 높일 수 있다.
예를 들어, 특정 포인트에 대한 캐패시턴스 변화량을 측정하는 종래의 FSR(Forse Sensing Resistor)에 의하여 얻을 수 있는 최대 해상도는 0.075 내지 0.5mm 이나, 본 발명의 실시예에 따라 캐패시턴스 변화량을 측정할 경우 얻을 수 있는 해상도는 약 0.01mm 이다.
도 11 내지 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 장치를 적용하여 자세를 판별하는 방법을 설명한다. 여기서, 도 3 내지 7과 동일한 구조의 압력 감지 센서 상에 사람이 앉은 경우, 각 제2 전도 영역 별로 변화하는 캐패시턴스의 변화량을 측정하였다. 각 제2 전도 영역 상에 기재된 수는 압력 감지 센서 상에 사람이 앉기 전과 앉은 후의 캐패시턴스 변화량을 나타낸다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, 압력 감지 센서 상의 캐패시턴스 변화량의 좌우 간 차를 이용하여 자세를 판별할 수 있다.
예를 들어, 도 11과 같이, 좌우 대칭하는 제2 전도 영역 간 캐패시턴스 변화량의 차가 2를 초과하는 경우, 자세가 한쪽으로 치우쳐져 있는 것으로 판단할 수 있다. 반대로, 도 12와 같이, 좌우 대칭하는 제2 전도 영역 간 캐패시턴스 변화량의 차가 2 미만이고, 등받이로부터 멀어지는 방향으로 3행(322-13, 322-23) 또는 4행(322-14, 322-24)의 캐패시턴스 변화량이 다른 행들에 비하여 큰 경우 자세가 바른 것으로 판단할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서는 성인과 어린이의 무게 차를 판별할 수 있을 뿐만 아니라, 압력 감지 센서 상에 가해지는 압력 분포를 고해상도로 분석할 수 있으므로, 착석자의 자세가 정자세인지, 불량자세인지를 용이하게 판별할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
300: 제1 전극층
302, 304: 제1 전도 영역
310: 탄성 유전층
320: 제2 전극층
322: 제2 전도 영역

Claims (12)

  1. 전도성 직물로 이루어지는 제1 전도부를 포함하는 제1 전극층,
    상기 제1 전극층 상에 배치되는 탄성 유전층,
    상기 탄성 유전층 상에 배치되며, 상기 전도성 직물로 이루어지는 제2 전도부를 포함하는 제2 전극층,
    상기 전도성 직물로 이루어지며, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 중 적어도 하나로부터 인출되는 배선, 그리고
    상기 배선과 연결되는 연성회로기판
    을 포함하고,
    상기 제1 전도부는 상기 전도성 직물로 연결되는 복수의 제1 전도 영역을 포함하고,
    상기 제2 전도부는 상기 복수의 제1 전도 영역 각각 상에서 소정 간격으로 이격되어 배치되는 복수의 제2 전도 영역을 포함하고,
    상기 복수의 제2 전도 영역 각각의 면적은 상기 복수의 제1 전도 영역 각각의 면적보다 작은 압력 감지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전도부는 상기 전도성 직물로 서로 연결되는 두 개의 제1 전도 영역을 포함하고,
    상기 배선은 상기 복수의 제2 전도 영역의 각각으로부터 인출되어 상기 연성회로기판에 연결되는 압력 감지 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전도부 상에는 상기 배선이 배치되지 않도록 형성되며, 상기 배선은 상기 두 개의 제1 전도 영역 중 적어도 하나의 가장자리로부터 5mm 이상 이격되어 배치되는 압력 감지 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배선의 적어도 일부는 상기 두 개의 제1 전도 영역 사이에 배치되는 압력 감지 센서.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 두 개의 제1 전도 영역은 서로 대칭으로 배치되며,
    상기 두 개의 제1 전도 영역 중 하나 상에 배치되는 상기 복수의 제2 전도 영역 중 일부 및 상기 두 개의 제1 전도 영역 중 다른 하나 상에 배치되는 상기 복수의 제2 전도 영역 중 다른 일부는 서로 대칭으로 배치되는 압력 감지 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전도부 및 상기 제2 전도부 간의 캐패시턴스 변화량에 기초하여 상기 제2 전극층 상에 가해진 압력을 감지하고,
    상기 캐패시턴스 변화량은 상기 복수의 제2 전도 영역 중 하나 및 이에 대응하는 상기 제1 전도부 사이에 배치되는 상기 탄성 유전층의 두께 분포에 기초하여 계산되는 압력 감지 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탄성 유전층의 두께 분포는 상기 탄성 유전층 내의 제1축 방향의 두께 분포 및 상기 탄성 유전층 내의 제2 축 방향의 두께 분포 중 적어도 하나를 포함하는 압력 감지 센서.
  8. 압력 감지 센서,
    상기 압력 감지 센서로부터 전달되는 전기 신호를 처리하는 신호 처리부,
    상기 신호 처리부에 의하여 처리된 결과에 따라 제어 신호를 생성하는 제어부, 그리고
    상기 제어 신호를 송신하는 통신부
    를 포함하며,
    상기 압력 감지 센서는 전도성 직물로 이루어지는 제1 전도부를 포함하는 제1 전극층,
    상기 제1 전극층 상에 배치되는 탄성 유전층,
    상기 탄성 유전층 상에 배치되며, 상기 전도성 직물로 이루어지는 제2 전도부를 포함하는 제2 전극층,
    상기 전도성 직물로 이루어지며, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 중 적어도 하나로부터 인출되는 배선, 그리고
    상기 배선과 연결되는 연성회로기판
    을 포함하고,
    상기 제1 전도부는 상기 전도성 직물로 연결되는 복수의 제1 전도 영역을 포함하고,
    상기 제2 전도부는 상기 복수의 제1 전도 영역 각각 상에서 소정 간격으로 이격되어 배치되는 복수의 제2 전도 영역을 포함하고,
    상기 복수의 제2 전도 영역 각각의 면적은 상기 복수의 제1 전도 영역 각각의 면적보다 작은
    압력 감지 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
KR1020160000557A 2016-01-04 2016-01-04 압력 감지 센서 KR102472286B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160000557A KR102472286B1 (ko) 2016-01-04 2016-01-04 압력 감지 센서

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160000557A KR102472286B1 (ko) 2016-01-04 2016-01-04 압력 감지 센서

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170081470A KR20170081470A (ko) 2017-07-12
KR102472286B1 true KR102472286B1 (ko) 2022-11-30

Family

ID=59353060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160000557A KR102472286B1 (ko) 2016-01-04 2016-01-04 압력 감지 센서

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102472286B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100759704B1 (ko) * 2006-04-07 2007-09-17 비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사 액정표시장치

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100925775B1 (ko) * 2007-09-21 2009-11-11 경희대학교 산학협력단 압전성이 뛰어난 β-결정을 다량 함유하는 폴리비닐리덴플루오라이드 나노섬유 웹의 제조 방법
KR101248410B1 (ko) * 2011-04-28 2013-04-02 경희대학교 산학협력단 나노섬유 웹을 이용한 정전용량형 압력센서

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100759704B1 (ko) * 2006-04-07 2007-09-17 비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사 액정표시장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170081470A (ko) 2017-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102553036B1 (ko) 압력 감지 센서
US7174793B2 (en) Sensor sheet
US10048141B2 (en) Pressure sensing element and pressure sensor
US9574955B2 (en) Pressure sensing element having an insulating layer with an increased height from the substrate towards the opening
US20150331523A1 (en) Two-dimensional sensor arrays
JP5995362B2 (ja) 分布量センサおよび分布量計測システム
WO2015175317A1 (en) Piezoresistive sensors and applications
US20190137322A1 (en) Pressure detecting sensor
CN108731856A (zh) 柔性触觉传感器
KR20180117893A (ko) 압력 센서
US11796401B2 (en) Textile pressure sensor array and pressure distribution mapping system
KR20180117891A (ko) 압력 감지 센서 및 이를 포함하는 압력 감지 장치
EP3769674A1 (en) Heart monitoring system and method
US9243967B2 (en) Sensor for pressure measurements
US11553753B2 (en) Pressure sensing insole
KR102472286B1 (ko) 압력 감지 센서
KR102492375B1 (ko) 압력 감지 의자
KR20170074045A (ko) 압력 감지 의자
JP2646387B2 (ja) 曲面用分布型触覚センサ
KR20170081482A (ko) 압력 감지 의자
KR20170077514A (ko) 압력 감지 의자
KR102417498B1 (ko) 압력 감지 센서 및 이를 포함하는 압력 감지 인솔
KR102568540B1 (ko) 압력 감지 센서
KR102517690B1 (ko) 압력 감지 센서
KR102467998B1 (ko) 압력 감지 센서

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right