KR102480643B1 - 스마트 전자 선반용 압력 감지 매트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압력 감지 매트에 관한 발명이다. 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 매트는, 유전층; 상기 유전층의 일면에 전사되며, 외부에서 입력되는 압력에 의해서 전기 신호가 발생하는 시그널층; 상기 유전층의 상기 일면과 반대되는 타면에 전사되며, 상기 전기 신호의 그라운드(ground)를 제공하는 그라운드층; 및 상기 그라운드층이 전사된 면에 위치하며, 상기 시그널층 및 상기 그라운드층에 연결되고, 상기 전기 신호를 PCB로 전달하는 PCB 연결부;를 포함하되, 상기 유전층은 상기 일면과 상기 타면을 관통하는 관통홀을 포함하며, 상기 시그널층은, 상기 시그널층에 포함된 시그널 연결부가 상기 관통홀을 관통하여 상기 PCB 연결부에 연결될 수 있다.

Description

스마트 전자 선반용 압력 감지 매트{PRESSURE-SENSITIVE MAT FOR SMART ELECTRONIC SHELF}
본 발명은 스마트 전자 선반용 압력 감지 매트에 관한 것이다.
스마트 전자 선반은 진열된 물건의 정보를 스마트 전자 선반에 구비된 디스플레이에 표시할 수 있다. 이를 위해서, 스마트 전자 선방반은 선반 위에 물건이 진열되어 있는지 팔렸는지 여부를 확인하기 위한 센서 장치가 필요하다.
종래에는, MEMS(Micro Electro-Mechanical System) 센서를 어레이(array) 형태로 배치한 압력 감지 매트를 사용하여, 물건의 위치 및 물건의 존재 여부를 감지하였다.
그러나 MEMS 센서는 고가의 센서이며, 복수 개의 MEMS 센서를 사용한 압력 감지 매트는 비용이 비싸며, 복수 개의 MEMS 센서의 신호를 처리하기 위한 DSP(Digital Signal Process)의 크기가 커지는 문제점이 있다.
따라서, 스마트 전자 선반이 대중화 되기 위하여는 저비용의 대면적 센싱(sensing) 영역이 가능한 압력 감지 매트에 관한 기술에 대하여 관심이 높아지고 있다.
한국공개특허 제2014-0136089호
본 발명의 실시예는 스마트 전자 선반에 사용될 수 있는 압력 감지 매트를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 매트는, 유전층; 상기 유전층의 일면에 전사되며, 외부에서 입력되는 압력에 의해서 전기 신호가 발생하는 시그널층; 상기 유전층의 상기 일면과 반대되는 타면에 전사되며, 상기 전기 신호의 그라운드(ground)를 제공하는 그라운드층; 및 상기 그라운드층이 전사된 면에 위치하며, 상기 시그널층 및 상기 그라운드층에 연결되고, 상기 전기 신호를 PCB로 전달하는 PCB 연결부;를 포함하되, 상기 유전층은 상기 일면과 상기 타면을 관통하는 관통홀을 포함하며, 상기 시그널층은, 상기 시그널층에 포함된 시그널 연결부가 상기 관통홀을 관통하여 상기 PCB 연결부에 연결될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 압력 감지 매트는 금속층 사이에 유전층을 배치한 매트를 이용하여 저비용으로 스마트 전자 선반에서 사용될 수 있다.
한편, 상기 압력 감지 매트의 유전층에 유전체를 차등적으로 적층함으로써, 차등적인 압력 센싱 감도를 가진 영역을 포함하는 압력 감지 매트를 제공할 수 있다.
다른 한편으로, 상기 압력 감지 매트의 하부에 격벽 구조체가 구비됨으로써, 유전체와 전도성 섬유 사이에 발생하는 장력에 의한 센싱 감도 저하를 완화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 압력 감지 매트의 각 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 압력 감지 매트의 시그널층이 전사된 면을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 압력 감지 매트의 그라운드층이 전사된 면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 압력 감지 매트의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 압력 감지 매트의 공정 순서를 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 압력 감지 매트의 부하에 따른 감지 신호의 세기를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 유전층에 유전체의 두께가 차등적으로 적층된 압력 감지 매트를 나타내는 도면이다.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 도 8에 도시된 압력 감지 매트의 압력 감지 감도를 나타내는 도면이다.
도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 하부에 격벽 구조체가 구비된 압력 감지 매트를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 도 10에 도시된 압력 감지 매트의 압력 감지 감도를 나타내는 도면이다.
도 12은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 유전층의 두께가 차등적으로 적층되고 하부에 격벽 구조체가 구비된 압력 감지 매트를 나타내는 도면이다.
도 13는 본 발명의 또 실시예에 따른, 도 12에 도시된 압력 감지 매트의 압력 감지 감도를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 실시예의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명의 실시예는 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 압력 감지 매트의 각 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 매트(100)은 시그널층(110), 유전층(130), 그라운드층(150) 및 PCB 연결부(170)를 포함할 수 있다. 시그널층(110)은 유전층(130)의 어느 한 일면에 전사되며, 그라운드층(150)은 유전층(130)의 상기 일면과 반대되는 타면에 전사될 수 있다. PCB 연결부(170)는 그라운드층(150)이 인쇄된 상기 타면에 위치하며, 시그널층(110)과 그라운드층(150)에 전기적으로 각각 연결될 수 있다.
유전층(130)은, 탄성을 갖는 물질로 된 기판일 수 있다. 상기 탄성을 가진 물질은, 예를 들어 포론(PORON)일 수 있지만, 이것은 예시에 불과하며 이에 한정되지 않는다. 상기 포론은 탄성을 가진 고밀도 폴리우레탄 발포폼이다. 유전층(130)에 포함된 상기 포론 재질의 기판상에 유전체가 패터닝(patterning)화 될 수 있다. 상기 유전체는, 예를 들어서 폼(form) 유전체일 수 있지만, 이것은 예시에 불과하며 이에 한정되지 않는다.
유전층(130)은 탄성을 가지기 때문에, 외부의 압력에 의해서 변형이 될 수 있으며, 상기 외부의 압력이 사라지면 다시 원 상태로 복원될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 유전층(130)은 소정의 두께를 가지는 직사각형의 기판 형상일 수 있다. 상기 외부 압력에 의해서, 유전층(130)의 두께는 감소될 수 있다.
시그널층(110)과 그라운드층(150)은 Cu, Ni 또는 Ag 중에서 어느 하나를 포함하는 금속 물질이 도금된 섬유 재질 시트를 포함할 수 있다. 시그널층(110)과 그라운드층(150)은 상기 금속 물질을 패턴(pattern)화하여 유전층(130)에 전사된 박막층일 수 있다.
시그널층(110)과 그라운드층(150)은 유전층(130)의 마주보는 면에 전사될 수 있다. 이에 따라서, 시그널층(110), 유전층(130) 및 그라운드층(150) 순서로 적층된 구조를 형성할 수 있다. 상기 구조는 커패시터(capacitor)일 수 있다. 시그널층(110)과 그라운드층(150) 사이에 위치한 유전층(130)에 의해서 시그널층(110)과 그라운드층(150)은 일정한 커패시턴스(capacitance)를 가질 수 있다.
시그널층(110)은 상기 금속 물질이 도금될 때 일정한 면적을 가지고 상기 시그널층에 일정한 간격으로 패턴화되어 배열되는 적어도 하나 이상의 압력 감지 영역(112)을 포함할 수 있다. 예를 들어서, 도 1에 도시된 것과 같이, 압력 감지 영역(112)은 사각 형상일 수 있으며, 시그널층(110)의 길이와 너비를 따라 일정한 간격으로 배치될 수 있다.
예를 들어, 압력 감지 영역(112)은 20 [mm] X 20 [mm] 크기를 가지는 정사각형 영역일 수 있다.
그라운드층(150)은 유전층(130)을 기준으로 압력 감지 영역(112)과 대칭되는 지점에 패턴화되어 배열되는 적어도 하나 이상의 그라운드 영역(152)을 포함할 수 있다. 예를 들어서, 도 1에 도시된 것과 같이, 그라운드 영역(152)은 사각 형상일 수 있으며, 그라운드층(150)의 길이와 너비를 따라 압력 감지 영역(112)에 대칭되게 일정한 간격으로 배치될 수 있다.
예를 들어, 그라운드 영역(152)은 20 [mm] X 20 [mm] 크기를 가지는 정사각형 영역일 수 있다.
압력 감지 영역(112)과 그라운드 영역(152)은 유전층(130)을 사이에 두고 마주보고 배치될 수 있다. 따라서, 압력 감지 영역(112), 유전층(130) 및 그라운드 영역(152)으로 적층된 구조는 커패시터 구조와 동일하며, 유전층(130)에 의해서 압력 감지 영역(112)과 그라운드 영역(152)은 일정한 커패시턴스를 가질 수 있다.
일반적으로 커패시터의 커패시턴스와 전압의 관계에 의해서, 다음과 같은 수식이 성립한다.
Q : 압력 감지 영역(112)과 그라운드 영역(152) 사이의 충전 전하량
V : 압력 감지 영역(112)과 그라운드 영역(152) 사이의 전압차
C : 압력 감지 영역(112)과 그라운드 영역(152) 사이의 정전용량(커패시턴스)
A : 압력 감지 영역(112)과 그라운드 영역(152) 사이의 대향 면적
d : 압력 감지 영역(112)과 그라운드 영역(152) 사이의 거리
ε : 유전층(130)의 유전율
상기 수식에 의해서 압력 감지 영역(112)과 그라운드 영역(152) 사이의 커패시턴스는 압력 감지 영역(112)과 그라운드 영역(152)의 대향 면적과 압력 감지 영역(112)과 그라운드 영역(152) 사이의 거리 및 유전층(130)의 유전율에 의해 결정된다. 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 매트(100)는 유전층(130)의 유전율은 변하지 않으며, 압력 감지 영역(112)과 그라운드 영역(152)의 대향 면적도 변하지 않는다. 다만, 외부에서 가해지는 압력에 의해서 유전층(130)의 두께가 변하고, 이에 따라 압력 감지 영역(112)과 그라운드 영역(152) 사이의 거리가 변할 수 있다.
즉, 외부에서 시그널층(110)의 압력 감지 영역(112)에 압력이 가해지면, 압력 감지 영역(112)과 그라운드 영역(152) 사이의 거리가 좁혀지고, 이에 따라 커패시턴스가 증가할 수 있다. 시그널층(110)과 그라운드층(150)에 일정한 전압이 걸려 있는 경우, 증가한 상기 커패시턴스에 의해서 충전 전하량이 증가할 수 있다. 이에 따라 시그널층(110) 또는 그라운드층(150)에 전류가 유입될 수 있고, 이러한 전류 유입을 가리키는 전기 신호가 PCB 연결부(170)에 전달될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 매트(100)는 상기 전기 신호를 PCB 연결부(170)를 통해서 외부의 제어부에 전달하여, 압력 감지 매트(100)에 압력이 가해진 것을 알릴 수 있다.
위 설명에서는 상기 전기 신호가 전류의 흐름에 의해 발생하지만, 시그널층(110)과 그라운드층(150)에 충전 전하량이 일정하게 유지된다면, 상기 외부 압력에 의해서 시그널층(110)과 그라운드층(150)의 전압이 변할 수 있으며, 상기 전기 신호는 상기 전압 변화를 가리킬 수 있다.
유전층(130)은 관통홀(140)을 포함할 수 있다. 관통홀(140)은 유전층(130)의 어느 일면과 상기 일면과 반대편에 위치한 타면을 관통하는 홀(hole)일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 관통홀(140)은 시그널층(110)이 전사된 유전층(130)의 일면과 그라운드층(150)이 전사된 유전층(130)의 유전층(130)의 일면을 관통하는 홀일 수 있다.
시그널층(110)은 시그널층(110)의 어느 일면의 말단에 관통홀(140)에 삽입되어 관통홀(140)을 관통하는 시그널 연결부(120)가 구비될 수 있다. 시그널 연결부(120)는 시그널층(110)이 유전층(130)의 일면에 전사될 때, 관통홀(140)을 경유하여 상기 일면과 반대편에 위치한 타면으로 관통될 수 있다.
PCB 연결부(170)는 시그널층(110)과 그라운드층(150) 사이에서 발생하는 전기 신호를 외부의 PCB로 전달할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 PCB 연결부(170)는 그라운드층(150)이 전사된 유전층(130)의 어느 일면에 그라운드층(150)과 전기적으로 연결되면서 유전층(130) 상에 위치할 수 있다. 관통홀(140)을 경유하여 관통된 시그널 연결부(120)는 PCB 연결부(170)에 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어서, PCB 연결부(170)는 그라운드층(150)이 전사된 유전층(130)의 일면에 부착되고, 그라운드층(150)은 PCB 연결부(170)에 신호선이 연결되며, 시그널층(110)에 포함된 신호선은 시그널 연결부(120)를 통해서 PCB 연결부(170)에 연결될 수 있다. 그라운드층(150)과 시그널층(110)에 포함된 상기 신호선은, 외부에서 시그널층(110)에 가해진 외부 압력에 의해서 발생되는 전기 신호가 전달될 수 있는 전기 배선일 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 압력 감지 매트의 시그널층이 전사된 면을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 시그널층(110)은 유전층(130)의 일면에 전사될 수 있다. 이하에서 설명의 편의상, 본 발명의 실시예에 따른 시그널층(110)이 인쇄된 유전층(130)의 일면을 유전층(130)의 상부면이라고 한다. 이것은 예시에 불과하며, 절대적인 위치를 가리키는 것은 아니며 이에 한정되지 않는다.
시그널층(110)은 유전층(130)의 상기 상부면의 내부에 전사될 수 있다. 이 경우, 시그널층(110)의 면적은 유전층(130)의 상기 상부면의 면적보다 작아야 한다. 시그널층(110)은 어느 일면의 말단에 시그널 연결부(120)를 포함하며, 상기 시그널 연결부(120)는 유전층(130)의 관통홀(140)을 경유하여 상기 상부면의 반대편 일면으로 관통될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 압력 감지 매트의 그라운드층이 전사된 면을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 그라운드층(150)은 유전층(130)의 일면에 전사될 수 있다. 이하에서 설명의 편의상, 본 발명의 실시예에 따른 그라운드층(150)이 인쇄된 유전층(130)의 일면을 유전층(130)의 하부면이라고 한다. 이것은 예시에 불과하며, 절대적인 위치를 가리키는 것은 아니며 이에 한정되지 않는다.
그라운드층(150)은 유전층(130)의 상기 하부면의 내부에 전사될 수 있다. 이 경우, 그라운드층(150)의 면적은 유전층(130)의 상기 하부면의 면적보다 작아야 한다. 그라운드층(150)의 어느 일면의 말단에는 PCB 연결부(170)가 전기적으로 연결될 수 있다. PCB 연결부(170)는 유전층(130)의 상기 하부면에 위치할 수 있다.
도 3에는 도시되어 있지 않지만, 관통홀(140)을 관통한 시그널 연결부(120)는 유전층(130)의 상기 하부면에 위치한 PCB 연결부(170)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 압력 감지 매트의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 매트(100)는 유전층(130)을 기준으로 유전층(130)의 상기 하부면에 그라운드층(150)이 전사되고, 유전층(130)의 상기 상부면에 시그널층(110)이 전사될 수 있다. 유전층(130)을 관통홀(140)이 구비되어 있으며, 시그널층(110)의 시그널 연결부(120)는 관통홀(140)을 관통하여 PCB 연결부(170)에 연결될 수 있다. PCB 연결부(170)는 유전층(130)의 상기 하부면에 위치하며, 그라운드층(150)에 직접적으로 연결되고, 시그널 연결부(120)를 통하여 시그널층(110)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 압력 감지 매트의 공정 순서를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 매트(100)의 제조 공정을 순서대로 설명한다.
먼저, 도 5의 (a)를 참조하면, 탄성 재질을 가지는 유전층(130)에 관통홀(140)이 형성되고, 유전층(130)의 상부면 또는 하부면에는 UTIS 또는 GSC 유전체가 패터닝(patterning)된다.
다음으로, 도 5의 (b)를 참조하면, 유전층(130)의 상기 상부면에는 시그널층(110)이 전사된다. 시그널층(110)은 섬유 재질 시트에 금속 물질이 도금된 박막 시트일 수 있다. 상기 금속 물질은 패턴화되어 유전층(130)의 상부면에 전사될 수 있다. 시그널층(110)에 포함된 시그널 연결부(120)는 관통홀(140)을 경유하여 유전층(130)의 상기 하부면으로 관통될 수 있다.
그 다음으로, 도 5의 (c)를 참조하면, 유전층(130)의 상기 하부면에는 그라운드층(150)이 전사된다. 그라운드층(150)은 섬유 재질 시트에 금속 물질이 도금된 박막 시트일 수 있다. 상기 금속 물질은 패턴화되어 유전층(130)의 상부면에 전사될 수 있다.
마지막으로, 도 5의 (d)를 참조하면, 유전층(130)의 상기 하부면에 PCB 연결부(170)가 그라운드층(150)과 전기적으로 연결되어 위치할 수 있다. 시그널 연결부(120)는 관통홀(140)을 관통한 다음, PCB 연결부(170)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 압력 감지 매트의 부하에 따른 감지 신호의 세기를 나타내는 그래프이다.
도 6과 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 매트(100)는, 시그널층(110)에 가해지는 압력의 세기(그래프 상의 가로축)에 따라 출력되는 전기 신호의 세기(그래프 상의 세로축)도 증가하게 된다. 압력 감지 매트(100)는 상기 압력의 세기에 따라 출력되는 전기 신호 세기는 리니어(linear)하지 않으며, 로그(log) 곡선과 유사한 경향을 보일 수 있다.
예를 들어, 압력의 세기가 0 내지 0.015[kgf/cm^2] 구간에서는 압력의 세기에 따라 가파르게 출력 전기 신호의 세기가 증가하지만, 압력의 세기가 0.015[kgf/cm^2] 이상인 구간에서는 출력 전기 신호의 세기는 이전 구간에 비해서 더 완만하게 증가할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 유전층에 유전체의 두께가 차등적으로 적층된 압력 감지 매트를 나타내는 도면이고, 도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 도 8에 도시된 압력 감지 매트의 압력 감지 감도를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 감지 매트(200)을 자세하게 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 감지 매트(200)은 유전층(230)에 유전체의 두께가 차등적으로 적층된 압력 감지 매트이다.
압력 감지 매트(200)는 길이 방향에 따라 유전층(230)에 유전체가 차등적인 두께로 적층되어 있기 때문에, 상기 길이 방향에 따라 외부 압력에 따른 민감도가 다를 수 있다.
도 8을 참조하여, 이하에서 설명의 편의상, 도면의 아래쪽에 위치한 유전층(230)의 일단을 하단이라고 지칭하고, 도면의 위쪽에 위치한 유전층(230)의 일단을 상단이라고 지칭한다. 이것은 도 8에 도시된 것을 기준으로 설명하는 예시적인 것이며, 이에 한정되지 않는다.
상기 유전체는 유전층(230)의 상기 하단에서 상기 상단의 길이 방향을 따라 제1 길이(L1) 까지의 제1 구간(210)에 제1 높이(h1)의 두께로 적층될 수 있다. 상기 유전체는 상기 제1 길이(L1) 지점부터 제2 길이(L2) 길이 만큼의 지점까지의 제2 구간(212)에 제2 높이(h2)의 두께로 적층될 수 있다. 상기 유전체는 상기 제2 길이(L2) 지점부터 제3 길이(L3) 만큼의 지점까지의 제3 구간(214)에 제3 높이(h3)의 두께로 적층될 수 있다.
제1 길이(L1), 제2 길이(L2) 및 제3 길이(L3)의 합은 유전층(230)의 전체 길이일 수 있다. 제1 길이(L1)은 유전층(230)의 전체 길이의 45/100 내지 55/100 이고, 제2 길이(L2)는 상기 전체 길이의 27/100 내지 33/100 이고, 제3 길이(L3)는 상기 전체 길이의 18/100 내지 22/100 일 수 있지만, 이것은 예시에 불과하며 이에 한정되지 않는다.
예를 들어서, 유전층(230)의 전체 길이는 400 [mm] 이고, 제1 길이(L1)은 200 [mm], 제2 길이(L2)는 120 [mm] 이고, 제3 길이(L3)는 80 [mm] 일 수 있다.
제2 두께(h2)는 제1 두께(h1)의 18/30 내지 22/30 이며, 제3 두께(h3)은 제1 두께(h1)의 9/30 내지 11/30 일 수 있지만, 이것은 예시에 불과하며 이에 한정되지 않는다.
유전층(230)에는 유전체가 3개의 층으로 적층될 수 있다. 예를 들어서, 유전층(230)은 유전체가 제3 두께(h3)로 유전층(230)의 상부면에 적층된 후에, 제2 두께(h2) 높이까지 유전체가 제1 구간(210) 및 제2 구간(212)에 적층되고, 제1 두께(h1) 높이까지 제1 구간(210)에 순차적으로 적층될 수 있다.
도 9를 참조하여, 유전체가 차등적으로 적층된 유전층(230)을 포함하는 압력 감지 매트(200)의 외부 압력에 따른 유전체의 변형을 설명한다.
도 9의 (a)는 제1 구간(210)의 유전체 변형이 도시되어 있다. 제1 구간(210)의 유전체의 두께는 제1 두께(h1)이다. 외부에서 가해진 압력에 의해서 유전체는 Δd1 만큼 변형이 발생하여 Δd1 만큼 두께가 줄어들 수 있다. Δd1은 h1 보다 작은 값이다.
도 9의 (b)는 제2 구간(212)의 유전체 변형이 도시되어 있다. 제2 구간(212)의 유전체의 두께는 제2 두께(h2)이다. 외부에서 가해진 압력에 의해서 유전체는 Δd2 만큼 변형이 발생하여 Δd2 만큼 두께가 줄어들 수 있다. Δd2는 h2 보다 작은 값이다.
도 9의 (c)는 제3 구간(214)의 유전체 변형이 도시되어 있다. 제3 구간(214)의 유전체의 두께는 제3 두께(h3)이다. 외부에서 가해진 압력에 의해서 유전체는 Δd3 만큼 변형이 발생하여 Δd3 만큼 두께가 줄어들 수 있다. Δd3는 h3 보다 작은 값이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, h1>h2>h3 의 관계이기 때문에, Δd1 > Δd2 > Δd3의 관계도 성립한다. 위에서 설명한, 커패시턴스에 관한 수식에 따르면, 유전체의 두께에 커패시턴스는 반비례하게 된다. 따라서, 유전체의 두께가 더 작을수록 같은 압력에 대하여 더 민감하게 반응할 수 있다.
예를 들어서, 제1 구간(210)과 제3 구간(214)에 위치한 유전체에 같은 압력이 가해지면, Δd3 만큼 두께 변형이 동일하게 발생하고, 이에 따라서 유전체의 두께는 각각 h1- Δd3와 h3 ? Δd3 가 된다. h1 > h3 이므로, 제3 구간(214)의 유전체의 두께가 더 줄어들게 되고 제3 구간(214)의 커패시턴스가 더 증가하게 된다. 따라서, 제3 구간(214)에 더 많은 전기 신호가 발생하게 된다.
위에서 설명한 것과 같이 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 유전층(230)에 유전체의 두께를 다르게 적층하면, 압력에 따른 민감도가 다른 구간을 가지는 압력 감지 매트(200)가 될 수 있다.
도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 하부에 격벽 구조체가 구비된 압력 감지 매트를 나타내는 도면이다. 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 도 10에 도시된 압력 감지 매트의 압력 감지 감도를 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력 감지 매트(300)은 압력 감지 매트(300)의 하부에 복수 개의 격벽 구조체(310, 312, 314, 316, 318)이 구비될 수 있다.
예를 들어서, 복수 개의 격벽 구조체(310, 312, 314, 316, 318)은 폭이 1 [cm] 내지 3 [cm]의 격벽 구조체가 8 [cm]의 간격으로 압력 감지 매트(300)의 하부에 구비될 수 있다.
일반적으로, 전자 섬유 기반의 압력 센서는 접착된 유전체와 전도성 섬유 사이에 표면 장력이 발생하여, 유전체의 변형이 감소하고 이에 따라 커패시턴스의 변화량이 감소하게 됨으로써, 압력 센서의 센싱(sensing) 감도가 저하될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력 감지 매트(300)은 복수 개의 격벽(310, 312, 314, 316, 318)이 하부에 위치함으로써, 상기 표면 장력에 따른 센싱 감도 저하를 완화시킬 수 있다.
도 11을 참조하면, 제1 격벽 구조체(310)과 제2 격벽 구조체(312) 사이에 위치하는 유전체(130)는 제1 격벽 구조체(310)과 제2 격벽 구조체(312)에 의해서 지지를 받아 유전체와 전도성 섬유 사이의 표면 장력이 완화될 수 있다. 이에 따라 유전체(130)은 Δd 만큼 변형될 수 있다. 격벽 구조체에 의해서 Δd 는 유전체(130)의 두께(h)보다 더 큰 값일 수 있다.
위에서 설명한 것과 같이 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 격벽 구조체가 구비된 압력 감지 매트(300)은 유전체와 전도성 섬유 사이의 표면 장력을 완화하여 더 높은 센싱 감도를 가질 수 있다.
도 12은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 유전층의 두께가 차등적으로 적층되고 하부에 격벽 구조체가 구비된 압력 감지 매트를 나타내는 도면이고, 도 13는 본 발명의 또 실시예에 따른, 도 11에 도시된 압력 감지 매트의 압력 감지 감도를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 따 다른 실시예에 따른 압력 감지 매트(400)은 유전층(430)에 유전체가 차등적인 두께(h1, h2, h3)로 적층 되어 있고 압력 감지 매트(400)의 하부에는 복수 개의 격벽 구조체(410, 412, 414, 416, 418, 420)이 구비될 수 있다.
상기 유전체는 유전층(430)의 어느 일단(설명의 편의를 위하여 이하 “하단”이라고 한다)에서 길이 방향의 반대편 다른 일단(설명의 편의를 위하여 이하 “상단”이라고 한다)까지 차등적인 두께(h1, h2, h3)로 적층 될 수 있다.
상기 유전체는 유전층(430)의 상기 하단에서 제1 길이(L1) 까지의 제1 구간(410)에 제1 높이(h1)의 두께로 적층될 수 있다. 상기 유전체는 상기 제1 길이(L1) 지점부터 제2 길이(L2) 길이 만큼의 지점까지의 제2 구간(412)에 제2 높이(h2)의 두께로 적층될 수 있다. 상기 유전체는 상기 제2 길이(L2) 지점부터 제3 길이(L3) 만큼의 지점까지의 제3 구간(414)에 제3 높이(h3)의 두께로 적층될 수 있다.
제1 길이(L1), 제2 길이(L2) 및 제3 길이(L3)의 합은 유전층(230)의 전체 길이일 수 있다. 제1 길이(L1)은 유전층(230)의 전체 길이의 45/100 내지 55/100 이고, 제2 길이(L2)는 상기 전체 길이의 27/100 내지 33/100 이고, 제3 길이(L3)는 상기 전체 길이의 18/100 내지 22/100 일 수 있지만, 이것은 예시에 불과하며 이에 한정되지 않는다.
예를 들어서, 유전층(230)의 전체 길이는 400 [mm] 이고, 제1 길이(L1)은 200 [mm], 제2 길이(L2)는 120 [mm] 이고, 제3 길이(L3)는 80 [mm] 일 수 있다.
제2 두께(h2)는 제1 두께(h1)의 18/30 내지 22/30 이며, 제3 두께(h3)은 제1 두께(h1)의 9/30 내지 11/30 일 수 있지만, 이것은 예시에 불과하며 이에 한정되지 않는다.
유전층(430)의 상면에는 시그널층(110)이 전사될 수 있다.
압력 감지 매트(400)의 하부에는 복수 개의 격벽 구조체(410, 412, 414, 416, 418, 420)가 위치할 수 있다. 복수 개의 격벽 구조체(410, 412, 414, 416, 418, 420)는 제1 구간(410)에서 제1 간격(w2)으로 배치될 수 있고, 제2 구간(412)에서 제2 간격(w3)으로 배치될 수 있으며, 제3 구간(414)에서 제3 간격(w4)으로 배치될 수 있다.
도 12의 (a)를 참조하면, 제1 구간(410)의 유전체의 두께는 제1 두께(h1)이고, 외부에서 가해진 압력에 의해서 유전체는 Δd1 만큼 변형이 발생할 수 있다. 격벽 구조체(410, 412)에 의해서 Δd1은 h1 보다 큰 값일 수 있다.
도 12의 (b)를 참조하면, 제2 구간(412)의 유전체의 두께는 제2 두께(h2)이고, 외부에서 가해진 압력에 의해서 유전체는 Δd2 만큼 변형이 발생할 수 있다. 격벽 구조체(414, 416)에 의해서 Δd2는 h2 보다 큰 값일 수 있다.
도 12의 (c)를 참조하면, 제3 구간(414)의 유전체의 두께는 제3 두께(h3)이고, 외부에서 가해진 압력에 의해서 유전체는 Δd3 만큼 변형이 발생할 수 있다. 격벽 구조체(410, 412)에 의해서 Δd3는 h3 보다 큰 값일 수 있다.
위에서 설명한 것과 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력 감지 매트(400)은 차등적인 유전체 적층 구조와 격벽 구조체를 포함함으로써, 유전체와 전도성 섬유 사이의 장력에 따른 센싱 감도 저하를 완화시킬 수 있고, 차별적인 센싱 감도를 가진 영역을 압력 감지 매트(400) 내에 포함할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100, 200, 300, 400 : 압력 감지 매트
110 : 시그널층
120 : 시그널 연결부
130, 230, 430 : 유전층
140 : 관통홀
150 : 그라운드층
310, 312, 314, 316, 318, 410, 412, 414, 416, 418, 420 : 격벽 구조체

Claims (15)

  1. 유전층;
    상기 유전층의 일면에 전사되며, 외부에서 입력되는 압력에 의해서 전기 신호가 발생하는 시그널층;
    상기 유전층의 상기 일면과 반대되는 타면에 전사되며, 상기 전기 신호의 그라운드(ground)를 제공하는 그라운드층; 및
    상기 그라운드층이 전사된 면에 위치하며, 상기 시그널층 및 상기 그라운드층에 연결되고, 상기 전기 신호를 PCB로 전달하는 PCB 연결부;를 포함하되,
    상기 유전층은 상기 일면과 상기 타면을 관통하는 관통홀을 포함하며,
    상기 시그널층은, 상기 시그널층에 포함된 시그널 연결부가 상기 관통홀을 관통하여 상기 PCB 연결부에 연결되고,
    상기 유전층은, 상기 유전층의 길이 방향을 따라서 유전체의 두께가 차등적으로 적층되는,
    압력 감지 매트.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시그널층은,
    금속 물질이 도금될 때 일정한 면적을 가지고 상기 시그널층에 일정한 간격으로 패턴화되어 배열되는 적어도 하나 이상의 압력 감지 영역을 포함하고,
    상기 그라운드층은,
    상기 유전층을 기준으로 상기 압력 감지 영역과 대칭되는 지점에 패턴화되어 배열되는 적어도 하나 이상의 그라운드 영역을 포함하는,
    압력 감지 매트.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유전체는 상기 유전층의 일단에서 제1 길이까지는 제1 높이로 적층되고, 상기 제1 길이 지점부터 제2 길이까지는 제2 높이로 적층되며, 상기 제2 길이 지점부터 제3 길이까지는 제3 높이로 적층되며,
    상기 제1 길이는 상기 유전층의 전체 길이의 45/100 내지 55/100 이고,
    상기 제2 길이는 상기 유전층의 전체 길이의 27/100 내지 33/100 이며 이며,
    상기 제3 길이는 상기 유전층의 전체 길이의 18/100 내지 22/100 이고,
    상기 제2 높이는 상기 제1 높이의 18/30 내지 22/30 이며,
    상기 제3 높이는 상기 제1 높이의 9/30 내지 11/30 인,
    압력 감지 매트.
  8. 삭제
  9. 유전층;
    상기 유전층의 일면에 전사되며, 외부에서 입력되는 압력에 의해서 전기 신호가 발생하는 시그널층;
    상기 유전층의 상기 일면과 반대되는 타면에 전사되며, 상기 전기 신호의 그라운드(ground)를 제공하는 그라운드층;
    상기 그라운드층이 전사된 면에 위치하며, 상기 시그널층 및 상기 그라운드층에 연결되고, 상기 전기 신호를 PCB로 전달하는 PCB 연결부; 및
    상기 그라운드층 하부에 일정한 간격으로 배치되는 복수 개의 격벽 구조체를 포함하고,
    상기 유전층은 상기 일면과 상기 타면을 관통하는 관통홀을 포함하며,
    상기 시그널층은, 상기 시그널층에 포함된 시그널 연결부가 상기 관통홀을 관통하여 상기 PCB 연결부에 연결되는,
    압력 감지 매트.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유전층은,
    상기 격벽 구조체가 위치한 지점 상의 제1 유전층과 상기 격벽 구조체와 격벽 구조체 사이에 위치하고, 상기 압력에 의해서 두께 변화가 상기 제1 유전층의 두께 변화보다 더 큰 제2 유전층을 포함하는,
    압력 감지 매트.

  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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