KR102486316B1 - 변형 가능한 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 만곡된 표면에 부착되기에 적절한 변형 가능한 센서를 포함하는 변형 가능한 센서 어레인지먼트에 관한 것으로, 여기서 변형 가능한 센서는 적어도 0.01 MPa의 영률 및 적어도 10 퍼센트의 제1 항복 변형률을 갖는 탄성 층, 탄성 층에 부착된 제1 신축성 전극(301) 및 신축성 전기 도전성 배선(400)을 포함한다. 제1 신축성 전극은 파손 없이 적어도 5 ％ 신축될 수 있고, 신축성 전기 도전성 배선(400)은 파손 없이 적어도 5 ％ 신축될 수 있다. 변형 가능한 센서 어레인지먼트는 신축성 전기 도전성 배선(400)을 통해 제1 신축성 전극(301)에 전기적으로 결합된 전자 어레인지먼트(120)를 더 포함하고, 전자 어레인지먼트(120)는 제1 신축성 전극(301)으로부터 제1 신호를 획득하도록 구성된다. 변형 가능한 센서 어레인지먼트는 획득된 제1 신호 및 조립 보상 계수들에 기초하여 교정된 값을 결정하도록 구성된 분석 수단을 더 포함하고, 이 조립 보상 계수들은 재료 보상 계수들 및 측정될 물체가 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않을 때 설치 위치에서 변형 가능한 센서의 적어도 하나의 측정된 신호에 기초한다. 본 발명은 추가로 시스템 및 설치 방법, 및 관심 값을 결정하기 위한 방법 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
Description
본 발명은 변형 가능한 센서에 관한 것이다. 본 발명은 변형 가능한 센서를 포함하는 어레인지먼트에 관한 것이다. 본 발명은 관심 값을 결정하기 위한 방법, 시스템 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다. 본 발명은 변형 가능한 센서를 설치하기 위한 설치 방법에 관한 것이다. 본 발명은 변형 가능한 센서의 용도에 관한 것이다.
웰빙뿐만 아니라 안전과 편안함에 대한 관심이 높아지고 있다. 이는 개인의 웰빙뿐만 아니라 건강 관리를 포함한다. 이는 인간-기계 인터페이스[human-machine interface(HMI)]를 갖는 많은 개인 및 의료 모니터링 디바이스를 초래하였다.
개인 및 의료 모니터링 디바이스는 센서를 가질 수 있다. 이러한 센서는 예를 들어 의류, 가구 및 차량에 내장될 수 있다. 이러한 센서에는 몇 가지 상호 관련된 문제가 있다. 예를 들어, 전극의 측정이 다른 전극의 측정 결과에 영향을 주어서는 안 된다. 더욱이, 다중 측정이 병렬로, 즉 동시에 또는 실질적으로 동시에 측정될 수 있는 것이 유리할 것이다. 더욱이, 센서는 설치 가능해야 한다. 또한, 센서는 기계적으로 신뢰할 수 있어야 하고, 일부 응용 분야에서는 사용 및/또는 착용이 편안해야 한다.
본 발명의 목적은 개선된 변형 가능한 센서 어레인지먼트를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 관심 값을 결정하기 위한 방법, 시스템 및 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 개선된 설치 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 위한 변형 가능한 센서 어레인지먼트는 출원된 본 출원의 독립 청구항 1에 제시되어 있다. 변형 가능한 센서를 포함하는 방법은 출원된 본 출원의 독립 청구항 11에 제시되어 있다. 관심 값을 결정하기 위한 시스템은 출원된 본 출원의 독립 청구항 12에 제시되어 있다. 더욱이, 변형 가능한 센서 어레인지먼트를 설치하기 위한 설치 방법은 출원된 본 출원의 독립 청구항 13에 제시되어 있다. 또한, 변형 가능한 센서의 용도이 청구항 14에 제시되어 있고, 관심 값을 결정하기 위한 컴퓨터 프로그램이 독립 청구항 15에 제시되어 있다.
변형 가능한 센서는 신축성 및 탄성(stretchable and elastic)인 층 또는 층들을 포함한다. 변형 가능한 센서는 이 층 또는 이들 층 중 하나에 부착된 신축성 전극을 더 포함할 수 있다. 신축성(stretchability)은 변형 가능한 센서의 변형성(deformability)을 향상시킨다.
변형 가능한 센서 어레인지먼트는 변형 가능한 센서에 의해 측정된 신호 및 조립 보상 계수에 기초하여 교정된 값을 결정하도록 구성된 분석 수단을 포함할 수 있다. 조립 보상 계수는 재료 보상 계수, 및 측정될 물체가 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않을 때 변형 가능한 센서의 설치 위치에서의 적어도 하나의 측정된 신호에 기초할 수 있다.
재료 보상 계수는 변형 가능한 센서의 측정된 신호에 대한
- 온도, 및/또는
- 수분(moisture)
의 영향을 포함할 수 있다.
더욱이, 재료 보상 계수는 변형 가능한 센서의 측정된 신호에 대한
- 변형 가능한 센서의 재료(들), 및/또는
- 변형 가능한 센서의 구조
의 영향을 포함할 수 있다.
신규의 솔루션은 또한 센서가 위치 설정된 설치 표면이 여전히 적절한 상태인지 여부를 결정하는 데 사용될 수 있다. 이 경우, 분석 수단은 측정될 물체가 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않을 때 전극(들)으로부터 적어도 하나의 신호를 획득하도록 구성될 수 있다. 상기 신호(들)는 메모리에 저장된 적어도 하나의 다른 신호와 비교될 수 있고, 상기 저장된 신호는 변형 가능한 센서가 현재의 표면에 설치되었을 때 얻어진 것이다. 추가로, 측정된 신호와 저장된 신호의 차이는 센서가 위치 설정된 설치 표면이 여전히 적절한 상태인지 여부를 결정하는 데 사용될 수 있다.
변형 가능한 센서, 또는 적어도 대부분의 변형 가능한 센서는 가요성(flexible), 신축성(stretchable) 및 순응성(conformable)일 수 있다. 신규의 솔루션은 복잡한 표면에서 신뢰할 수 있는 솔루션을 갖는 것을 가능하게 한다.
본 발명 덕분에, 변형 가능한 센서가 비평면 표면, 예를 들어 이중 만곡된 표면에 설치되는 경우에도, 설치 후 재료 보상 계수를 사용하여 조립 보상 계수를 쉽게 얻는 것이 가능하다. 따라서 변형 가능한 센서의 설치 과정은 효율적이고 쉬울 수 있다. 또한, 신규한 변형 가능한 센서 덕분에, 관심 값이 신뢰성 있게 측정될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1a 내지 도 1f는 변형 가능한 센서 어레인지먼트의 일부를 측면도로 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 변형 가능한 센서 어레인지먼트의 일부를 평면도로 도시한다.
도 3a는 변형 가능한 센서 어레인지먼트의 일부를 평면도로 도시한다.
도 3b는 변형 가능한 센서 어레인지먼트의 일부를 측면도로 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 변형 가능한 센서를 포함하는 시스템의 작동 원리의 예를 도시한다.
도 5a는 평면 표면 상의 측정 범위의 예를 도시한다.
도 5b는 변형 가능한 센서가 신뢰성 있게 교정되지 않은 경우, 순응성 설치 후의 비평면 표면에서의 측정 범위의 예를 도시한다.
도 6a는 재료 보상 계수의 예를 도시한다.
도 6b는 재료 보상 계수 및 제3 곡선의 예를 도시한다.
도 6c는 조립 보상 계수의 예를 도시한다.
도 7a는 교정되지 않은 측정의 예를 도시한다.
도 7b는 재료 보상 계수의 예를 도시한다.
도 7c는 평면 표면에서 교정된 측정의 예를 도시한다.
도 8a는 비평면 표면에의 설치 후, 교정 전의 측정 예를 도시한다.
도 8b는 조립 보상 계수의 예를 도시한다.
도 8c는 조립 보상 후의 측정의 예를 도시한다.
도면에서 방향 Sz는 변형 가능한 센서 구조의 두께 방향을 나타낸다. 방향 Sx 및 Sy는 서로에 대해 및 Sz에 대해 수직이다. 도면은 실질적으로 평면 형태의 센서를 예시하지만, 센서가 변형 가능하기 때문에, 다른 형태로 형상화될 수 있다. 따라서, 방향 Sx, Sy 및 Sz는, 센서가 평면이 아닌 경우, 위치에 따라 달라질 수 있다.
도 1a 내지 도 1f는 변형 가능한 센서 어레인지먼트의 일부를 측면도로 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 변형 가능한 센서 어레인지먼트의 일부를 평면도로 도시한다.
도 3a는 변형 가능한 센서 어레인지먼트의 일부를 평면도로 도시한다.
도 3b는 변형 가능한 센서 어레인지먼트의 일부를 측면도로 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 변형 가능한 센서를 포함하는 시스템의 작동 원리의 예를 도시한다.
도 5a는 평면 표면 상의 측정 범위의 예를 도시한다.
도 5b는 변형 가능한 센서가 신뢰성 있게 교정되지 않은 경우, 순응성 설치 후의 비평면 표면에서의 측정 범위의 예를 도시한다.
도 6a는 재료 보상 계수의 예를 도시한다.
도 6b는 재료 보상 계수 및 제3 곡선의 예를 도시한다.
도 6c는 조립 보상 계수의 예를 도시한다.
도 7a는 교정되지 않은 측정의 예를 도시한다.
도 7b는 재료 보상 계수의 예를 도시한다.
도 7c는 평면 표면에서 교정된 측정의 예를 도시한다.
도 8a는 비평면 표면에의 설치 후, 교정 전의 측정 예를 도시한다.
도 8b는 조립 보상 계수의 예를 도시한다.
도 8c는 조립 보상 후의 측정의 예를 도시한다.
도면에서 방향 Sz는 변형 가능한 센서 구조의 두께 방향을 나타낸다. 방향 Sx 및 Sy는 서로에 대해 및 Sz에 대해 수직이다. 도면은 실질적으로 평면 형태의 센서를 예시하지만, 센서가 변형 가능하기 때문에, 다른 형태로 형상화될 수 있다. 따라서, 방향 Sx, Sy 및 Sz는, 센서가 평면이 아닌 경우, 위치에 따라 달라질 수 있다.
본 출원에서는 다음의 참조 번호가 사용된다.
100 변형 가능한 센서,
120 전자 어레인지먼트,
130A 제1 탄성 변형 가능한 층,
130B 제2 탄성 변형 가능한 층,
131 제1 탄성 변형 가능한 층의 제1 측면,
132 제1 탄성 변형 가능한 층의 제2 측면,
133 제2 탄성 변형 가능한 층의 제1 측면,
134 제2 탄성 변형 가능한 층의 제2 측면,
140 제1 전기 투과성 및/또는 도전성 층,
142 제2 전기 투과성 및/또는 도전성 층,
150 탄성 및 신축성 층,
181 재료 보상 계수,
182 조립 보상 계수,
183 제3 기준 값, 제3 곡선,
200 가요성 및 신축성 층,
226 제1 조인트,
227 제2 조인트,
232 제1 경계부,
234 제2 경계부,
250 보강 구조물,
300 신축성 전극,
301 제1 신축성 전극,
302 제2 신축성 전극,
300, 301, 302, 304, 311, 315, 316, 321, 322 신축성 전극,
400 전기 도전성 배선,
401 제1 전기 도전성 와이어,
402 제2 전기 도전성 와이어,
400, 401, 402, 404 전기 도전성 와이어,
490 전기 도전성 연결부,
500 외부 제어 유닛 또는 클라우드 서비스 유닛과 같은 외부 유닛,
510 마이크로칩과 같은 전자 칩,
550 외부 제어 유닛,
570 클라우드 서비스 유닛, 및
700 가요성 회로 기판과 같은 회로 기판.
이 출원에서 "센서"는 입력의 변화에 따라 전기 신호를 생성하는 디바이스를 나타낸다. 센서는 예를 들어 터치에 의해 작동될 수 있다.
이 출원에서, 용어 "변형 가능한 센서"는 만곡된 물체에 부착될 수 있고 물체의 표면에 따라 형상화될 수 있는 센서를 나타낸다. 변형 가능한 센서는 전형적으로 예를 들어 만곡된 표면 및 이중 만곡된 표면 즉, 2개의 방향으로 만곡된 표면에 부착될 수 있다. 따라서, 변형 가능한 센서는 의도된 응용 분야에 따라 형상화될 수 있다.
변형 가능한 센서는 순응성일 수 있다. 용어 "순응성(conformable)"은 적어도 가요성 및 신축성이고 바람직하게는 또한 압축성인 재료를 나타낸다.
이 출원에서, 용어 "가요성"은 평면 가요성 재료 또는 평면 가요성 구조가 20 ℃의 온도에서 재료를 파손시키지 않고 일정 곡률 반경으로 절곡될 수 있다는 것을 의미하고, 상기 곡률 반경은 상기 가요성 재료의 두께의 5배이다. 더욱이, 가요성 재료는 그런 후 20 ℃의 온도에서 재료를 파손시키지 않고 평면 형태로 되돌아 갈 수 있다; 또는 파손 없이 자발적으로 평면 형태로 되돌아갈 수 있다.
이 출원에서, 용어 "신축성"은 신축성 재료 또는 물체가 20 ℃의 온도에서 파손 없이 적어도 5 ％, 바람직하게는 파손 없이 가역적인 방식으로 적어도 10 ％ 신축될 수 있다는 것을 의미한다. 특히, 신축성 재료의 층은 20 ℃의 온도에서 층의 두께 방향에 수직인 방향으로 가역적인 방식으로 적어도 5 ％, 바람직하게는 적어도 10 ％ 신축될 수 있다. 신축의 가역성은 자발적, 즉 탄성적이다.
이 출원에서 용어 "압축성(compressible)"은 압축성 재료(또는 압축성 층 또는 다른 물체)가 20 ℃의 온도에서 가역적인 방식으로 적어도 10 ％ 압축될 수 있다는 것을 의미한다. 특히, 압축성 재료는 층의 두께 방향으로 가역적인 방식으로 적어도 10 ％ 압축될 수 있다. 압축의 가역성은 자발적, 즉 탄성적이다. 압축성 층의 영률은 1 ㎬ 미만일 수 있다.
이 출원에서 용어 "재료 보상 계수(181)"는 변형 가능한 센서의 재료 및/또는 구조를 특성화하는 데 사용할 수 있는 교정 계수를 나타낸다. 재료 보상 계수는 전형적으로 변형 가능한 센서의 측정된 신호에 대한 온도 및/또는 수분의 영향을 포함한다. 재료 보상 계수는 평면 표면에서 변형 가능한 센서의 신호로부터 교정된 값을 획득하는 데 사용될 수 있다. 바람직하게는, 재료 보상 계수는 조립 보상 계수를 형성하는 데 사용되며, 조립 보상 계수는 평면 표면뿐만 아니라 비평면 표면에서도 변형 가능한 센서의 신호로부터 교정된 값을 얻는 데 사용될 수 있다. 재료 보상 계수는 예를 들어 변형 가능한 센서의 제조 과정 동안 변형 가능한 센서 어레인지먼트의 메모리에 저장될 수 있다. 일 실시예에서, 재료 보상 계수는 변형 가능한 센서의 제조 과정 후에 형성되거나 교정된다. 따라서, 용어 "재료 보상 계수"는 또한 변형 가능한 센서의 제조 과정 후에 형성되는 및/또는 교정되는 재료 보상 계수를 나타낼 수 있다.
이 출원에서 용어 "조립 보상 계수(182)"는 측정된 신호를 교정하는 데 사용될 수 있는 교정 계수를 나타낸다. 조립 보상 계수는 전형적으로 재료 보상 계수를 사용하여 신뢰할 수 있는 데이터를 획득한다. 따라서, 변형 가능한 센서의 교정 과정은 신호에 대한 영향이 전형적으로 재료 보상 계수 내에 있기 때문에, 다른 온도 및/또는 수분 등에 대해 수행될 필요가 없다. 따라서, 신규의 솔루션 덕분에, 조립 보상 계수를 획득하기 위한 변형 가능한 센서의 교정 과정이 1초 이내에 완료될 수 있다. 더욱이, 신규한 변형 가능한 센서 덕분에, 빠른 교정 과정 후에 관심 값이 신뢰성 있게 측정될 수 있다.
변형 가능한 센서는 바람직하게는 순응성이고 그리고/또는 적어도 하나의 순응성 층, 더 바람직하게는 적어도 2개의 순응성 층; 기재(substrate)로서의 적어도 하나의 순응성 층 및 전극 및/또는 배선을 위한 적어도 하나의 순응성 층을 포함한다. 따라서, 변형 가능한 센서는 만곡된 표면에 쉽게 설치될 수 있다.
평면의 순응성 층은 위에서 나타낸 바와 같이 가요성이고 평면의 순응성 층의 평면 방향으로 신축성이고; 그리고 바람직하게는 또한 위에서 상술한 바와 같이 그 두께 방향으로 압축성이다. 평면의 순응성 층은 전형적으로 20 ℃의 온도에서 파손 없이 10 ㎝(또는 그 이하)의 반경을 갖는 구의 반구의 표면에 순응하도록 배열될 수 있다. 전형적으로, 평면의 순응성 층은 재료에 상당한 소성(즉, 비가역적) 변형을 도입하지 않고 20 ℃의 온도에서 10 ㎝(또는 그 이하)의 반경을 갖는 반구의 표면에 순응하도록 배열될 수 있다. 여기에서 용어 "상당한"은, 반구에 배열될 때, 순응성 재료의 탄성 변형률이 그 소성 변형률보다 크다는 것을 의미한다.
도 1a 내지 도 1f, 도 2a 및 도 2b 및 도 3a 및 도 3b는 변형 가능한 센서 또는 변형 가능한 센서의 일부를 개시한다. 도 4a 및 도 4b는 변형 가능한 센서를 포함하는 시스템의 작동 원리를 개시한다. 도 5a 및 도 5b는 평면 표면(도 5a)과 비평면 표면(도 5b)에서의 전극의 측정 영역의 예를 개시한다. 도 6a 내지 도 8c는 계수 및 측정의 몇 가지 예를 개시한다. 도 7a 및 도 8a는 교정되지 않은 측정의 몇 가지 예를 도시하고, 도 7b 및 도 8b는 계수의 몇 가지 예를 도시하고, 도 7c 및 도 8c는 변형 가능한 센서의 교정 후의 몇 가지 예를 도시한다.
변형 가능한 센서는 제2 표면에 즉, 이의 설치 위치에 대항하여 있거나 및/또는 이에 부착될 수 있다. 변형 가능한 센서(100)는 기계적 지지체로 제거 가능하게 또는 영구적으로 설치 위치에 고정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 고정은 접착제를 사용함으로써 제공될 수 있다.
신규한 솔루션 덕분에, 메모리에 재료 보상 계수를 갖는 변형 가능한 센서는 많은 다양한 종류의 표면에 설치될 수 있다. 따라서, 변형 가능한 센서가 제1 표면에 제거 가능하게 부착되면, 변형 가능한 센서(100)는, 다른 물체가 다른 형상의 표면을 가지더라도, 다른 물체에 재설치될 수 있다. 따라서, 변형 가능한 센서는 예를 들어 만곡된 표면에서 이중 만곡된 표면으로 재설치될 수 있다. 이 경우, 변형 가능한 센서(100)는 바람직하게는 영구적인 접착제(들) 없이 기계적 지지체와 함께 설치된다.
변형 가능한 센서(100)는 전형적으로,
- 탄성 변형 가능한 층과 같은 적어도 하나의 탄성 층(130A, 130B, 150),
- 적어도 하나의 신축성 전극(300), 및
- 전기 도전성 배선(400)을 포함한다.
변형 가능한 센서(100)는 제1 전기 도전성 와이어(401)에 결합된 제1 전극(301)을 포함할 수 있다. 전극(300)은 배선(400)의 일부를 형성할 수 있다.
배선(400), 특히 이의 제1 와이어(401)는 바람직하게는 이러한 용어에 대해 위에서 논의된 의미에서 가요성 및 신축성이다. 바람직하게는, 또한 제1 전극(301)은 이러한 용어에 대해 위에서 논의된 의미에서 가요성 및 신축성이다. 배선(400)은 전기 도전성 다층 구조의 일부로서 배열될 수 있다.
변형 가능한 센서(100)는 형상이 변경될 수 있는 이러한 환경에서 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 변형 가능한 센서는 이중 만곡된 표면과 같은 복잡한 표면에 사용될 수 있다.
배선(400), 즉, 와이어(들)(401, 401, 403)는 예컨대 인쇄와 같이 신축성 도전성 배선을 생성하는 이러한 적층 제조 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 대안적으로, 배선(400)은 재료의 층 상에 적층될 수 있다. 배선(400)은 가요성 및 신축성 층(200) 상에 제조(예컨대, 인쇄 또는 적층)될 수 있다. 대안적으로, 배선(400)은 탄성 층(130A, 130B, 150)과 같은 다른 층 상에 제조(예컨대, 인쇄 또는 적층)될 수 있다.
신뢰할 수 있는 전기 센서를 얻기 위해, 탄성 층(들)(130A, 130B, 150) 및/또는 가요성 및 신축성 층(들)(200)은 바람직하게는 전기 절연성이다. 적어도 용량성 작동 원리의 경우에, 가요성 및 신축성 층(200)은 바람직하게는 전기 절연성이다.
변형 가능한 센서는 전자 어레인지먼트(120)를 포함한다. 전자 어레인지먼트(120)는 제1 와이어(401)에, 그리고 제1 와이어(401)를 통해 제1 전극(301)에 연결될 수 있는 조인트(226)를 포함할 수 있다. 제1 와이어(401)의 신축성이 변형 가능한 센서(100)의 신뢰성을 향상시키기 위해 이용될 수 있다는 것이 주목되고 있다. 특히, 제1 와이어(401)가 신축성이기 때문에, 그 신축할 수 있는 이의 능력은 신뢰성을 향상시키기 위해 이용될 수 있다. 이 속성은 사용 시 제1 와이어(401)의 일부가 기계적인 변형의 대부분을 차지하도록 이용될 수 있다. 이것은 조인트(226)(도 3a 및 도 3b에 도시됨) 근처에서 적어도 가능한 보강 구조물(250)을 제외하고 센서(100)가 조인트(226)로부터 더욱 멀어질 때보다 평면 내에서 더 쉽게 변형되는 방식으로 재료 설계에 의해 달성될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 이러한 조인트(226)는 다른 실시예에서도 존재할 수 있다.
일 실시예에서, 전자 어레인지먼트는 가요성 회로 기판과 같은 회로 기판(700)을 포함한다. 전자 어레인지먼트(120)의 회로 기판(700)은 크림프 연결부(crimp connection) 또는 이방성 도전성 접착제(ACF)와 같은 도전성 접착제와 같은 적절한 접합 기술을 사용하여 제1 전기 도전성 와이어(401)에 연결될 수 있다. 이러한 경우, 도전성 접착제는 제1 조인트(226) 또는 그 일부를 형성할 수 있다. 도전성 접착제는 신뢰할 수 있는 조인트를 형성하는 것으로 밝혀졌다.
변형 가능한 센서(100)는 변형 가능한 센서(100)의 제1 부분(100a) 및 변형 가능한 센서(100)의 제2 부분(100b)을 가질 수 있다(도 3a 및 도 3b 참조). 분할은 이러한 부분을 정의하는 정신적인 과정으로 이해되어야 한다; 물리적인 센서(100)는 물리적으로 분할되지 않는다. 따라서, 센서는 부분(100a, 100b)으로 분할될 수 있다. 센서(100)의 이러한 분할은 예컨대 도 3a 및 도 3b에서 점선 직사각형에 의해 도시된다. 제1 부분(100a)은 센서(100)의 두께 방향(Sz)으로 센서(100)를 통해 연장된다. 제2 부분(100b)은 센서(100)의 두께의 방향(Sz)으로 센서(100)를 통해 연장된다. 더욱이, 센서는 2개 이상의 부분으로 분할될 수 있다.
제1 전기 도전성 와이어(401)는 제1 와이어(401)를 전자 어레인지먼트(120)에 연결하기 위한 제1 조인트(226)에 부착될 수 있다. 제1 와이어는 예를 들어 전자 어레인지먼트(120)의 회로 기판(700)에 및/또는 전자 칩(510)에 연결될 수 있다. 이것은 전자 어레인지먼트(120)에 대한 연결의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
게다가, 제1 전기 도전성 와이어(401)는 센서(100)의 제2 부분(100b)을 통해 제1 조인트(226)로부터 센서(100)의 제1 부분(100a)으로 그리고 더 나아가 제1 전극(301)까지 연장될 수 있다. 따라서, 측정을 위해 제1 조인트(226), 제1 와이어(401) 및 제1 전극(301)을 사용하는 것이 가능할 수 있다. 제1 조인트(226)는 센서(100)의 제2 부분(100b) 내에 배열될 수 있다. 대안적으로, 제1 조인트(226)는 제1 및 제2 부분(100a, 100b) 외부에 배열될 수 있다.
변형 가능한 센서(100)는 가요성 및 신축성 보호 층을 포함할 수 있다. 보호 층은 배선(400)의 적어도 일부를 보호할 수 있다. 게다가, 다른 부분에서, 보호 층은 다른 층에 부착될 수 있다. 일 실시예에서, 배선(400)은 기재 층(200, 150, 130A, 130B)과 가요성 및 신축성 보호 층 사이에 배열될 수 있다.
실시예(도 1e 및 도 1f에 도시됨)에서, 제1 와이어(401)의 적어도 일부는 가요성 및/또는 탄성 층(200, 130A, 130B, 150)과 가요성 및 신축성 보호 층(150, 130A, 130B, 250) 사이에 배열된다. 배선(401)이 존재하지 않는 이러한 위치에 배치되어, 보호 층은 가요성 및 신축성 기재(200)와 제1 경계부(232)를 형성한다. 상응하여, 배선(401)이 존재하는 그러한 위치에서, 보호 층(150, 130A, 130B, 250)은 제1 와이어(401)와 제2 경계부(234)를 형성한다. 제1 와이어(401)와의 경계부(234)를 형성하도록 보호 층(150, 130A, 130B, 250)을 갖는 것은 구조의 신뢰성을 더욱 향상시킨다.
가요성 및 신축성 보호 층(150, 130A, 130B, 250)은 탄성 변형 가능한 층(150, 130A, 130B) 또는 보강 구조물(250)일 수 있다. 따라서, 가요성 및 신축성 보호 층은 보강 구조물(250, 250a, 250b)일 수 있다(도 3b 참조). 보강 구조물(250)의 기능은 적어도 센서(100)의 다른 전자 어레인지먼트에 대한 제1 와이어(401)의 연결부 근처에서 센서(100)를 보강하는 것이다. 적절하게 보강하기 위하여, 보강 구조물(250)은 바람직하게는 일체화되고, 즉 별도의 부분으로부터 구성되지 않는다.
제1 전기 도전성 와이어(401)와 가요성 및/또는 탄성 층(200, 130A, 130B, 150)은, 강화 구조물(250)이 사용되는 경우, 바람직하게는 강화 구조물(250)의 동일한 측면에 배열된다.
보강 구조물(250)의 경우, 센서(100)의 제1 부분(100a) 내에서, 선택적으로 다른 층(들)을 통해 제1 와이어(401)를 보강 구조물(250)에 센서의 두께 방향(Sz)으로 부착함으로써 신뢰성이 더욱 향상될 수 있음이 밝혀졌다. 와이어의 제1 부분(401)을 보강 구조물(250)에 부착함으로써, 보강 구조물(250)은 개선된 신뢰성을 위해 구조물을 강화한다.
더욱이, 센서(100)의 제2 부분(100b) 내에서 와이어(400)의 제2 부분(400b)을 센서(100)의 두께 방향(Sz)으로 보강 구조물(250)의 제2 부분(250b)에 부착하지 않음으로써 신뢰성이 향상될 수 있다; 직접적으로도 다른 층(들)을 통해서도 부착하지 않는다. 와이어(400)를 [제2 부분(100b) 내에서] 보강 구조물(250)에 부착하지 않음으로써, 와이어(400)는 보강 구조물(250)에 대해 자유롭게 이동하도록 구성되어 와이어(400)가 기계적인 변형을 흡수하는 것을 허용한다.
배선(400)의 기능은 신축성 전극(들)(300, 301, 302)을 전자 어레인지먼트(120)에 연결하는 것이다. 따라서, 조인트(226, 227)는, 사용된다면, 바람직하게는 와이어(401)를 다른 전자 어레인지먼트에 연결하는 데 적절하다. 예를 들어, 제1 조인트(226)(도 3a 및 도 3b에 도시됨)는 제1 와이어(401)에 연결될 수 있다.
제1 조인트(226) 근처의 변형 가능한 센서(100)의 신뢰성은 제1 와이어(401)가 제1 조인트(226) 근처에서 사행하도록 함으로써 추가로 향상될 수 있다. 따라서, 제1 전기 도전성 와이어(401)는 사행할 수 있다. 사행하는(meandering) 와이어는, 비록 신축성일지라도, 직선 와이어보다 훨씬 더 효과적으로 기계적인 응력을 흡수한다. 일 실시예에서, 제1 와이어(401)는 적어도 변형 가능한 센서(100)의 제2 부분(100b) 내에서 사행한다.
따라서, 제1 전기 도전성 와이어(401)는 제1 전기 도전성 와이어가 제1 전기 도전성 와이어(222)를 따라 측정된 이들 지점(P1, P2) 사이의 거리가 직선으로 측정된 이들 지점(P1, P2) 사이의 거리보다 크도록, 바람직하게는 적어도 5 ％ 큰 방식으로 제1 지점(P1)에서 제2 지점(P2)으로 연장되도록 사행할 수 있다. 바람직하게는, 제1 전기 도전성 와이어(401)는 제1 전기 도전성 와이어가 제1 전기 도전성 와이어(222)를 따라 측정된 이들 지점(P1, P2) 사이의 거리가 직선으로 측정된 이들 지점(P1, P2) 사이의 거리보다 적어도 5 ％ 큰 방식으로 제1 지점(P1)에서 제2 지점(P2)으로 연장되도록 제2 부분(100b) 내에서 사행한다. 제2 지점(P2)은 제1 조인트(226)에 위치될 수 있다. 제1 지점(P1)은 센서(100)의 제1 부분(100a)과 제2 부분(100b)의 공통 에지(100ab)에 위치될 수 있다.
제1 전기 도전성 와이어(400, 401)는 기재 상에서, 예컨대 2개의 층 사이에서 사행할 수 있다. 기재는 사행할 필요는 없지만, 사행할 수도 있다. 따라서, 와이어(401, 402)는 (적어도) 기재의 접평면에서 사행할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 다층 전도체 구조와 같은 변형 가능한 센서(100)의 적어도 하나의 층이 도 3b에 나타낸 바와 같이 두께 방향(Sz)으로 사행할 수 있다. Sz 방향으로 사행하는 와이어가 면내 방향(즉, Sz에 수직)으로 극도로 탄력적이기 때문에, 특히 센서의 두께 방향(Sz)으로의 사행이 신뢰성을 향상시킨다는 것이 밝혀졌다.
변형 가능한 센서(100)는 제2 전기 도전성 와이어(402)를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제2 전극(302)은 또한 이러한 용어에 대해 논의된 의미에서 가요성 및 신축성이다. 제2 전기 도전성 와이어(402)는 제2 와이어(402)를 전자 어레인지먼트(120)에 연결하기 위한 제2 조인트(227)에 부착될 수 있다.
제1 신축성 전극(301) 및/또는 제2 신축성 전극(302)은 가요성 및 신축성 층(200)에 부착될 수 있다. 대안적으로, 제1 신축성 전극(301) 및/또는 제2 신축성 전극(302)은 탄성 층(130A, 130B, 150)에 부착될 수 있다. 개별 신축성 전극은 참조 번호 301, 302, 303, …에 의해 참조되고; 반면에 신축성 전극은 전체적으로 참조 번호 300으로 참조된다. 신축성 전극(들)(300)은 전기 도전성 전극(들)이다.
본 명세서 전반에 걸쳐, 전기 도전성 구조물, 층, 전극, 배선 및 재료를 나타내는 "전기 도전성"이라는 용어는 20 ℃의 온도에서 10 Ωm 미만, 보다 바람직하게는 5 Ωm 미만의 저항률(즉, 비저항)을 나타낸다. 바람직하게는, 전기 도전성 재료 및 전기 도전성 층은 20 ℃의 온도 및 0 ％의 내부 탄성 변형률에서; 즉, 압축 또는 장력 없이, 즉 휴지 상태(at rest)에서 측정된 최대 1Ωm의 저항률을 갖는다.
변형 가능한 센서(100)는 제2 전극(302)을 포함할 수 있다. 변형 가능한 센서(100)가 제2 전극(302)을 포함하는 경우, 제2 전극은 제1 전극(301)으로부터 일정 거리 이격되어 배열될 수 있다. 예로서, 제2 전극(302)은 제1 전극(301)으로부터 적어도 0.5 ㎜ 이격되어 배열될 수 있다. 변형 가능한 센서는 예를 들어 1 내지 100개의 전극, 또는 10 내지 50개의 전극을 포함할 수 있다. 전극의 바람직한 수는, 예를 들면, 변형 가능한 센서의 구조 및 변형 가능한 센서의 설치 표면에 의존한다.
따라서, 신축성 전극(300)을 서로 전기적으로 절연시키기 위해, 제1 신축성 전극(301)은 제2 신축성 전극(302)으로부터 거리(d1) 이격되어 배열될 수 있다(도 2b 참조). 통상적으로, 제1 전극과 제2 전극 사이의 거리(d1)와 전극 i와 j 사이의 거리(d1,i,j)는 2개의 전극의 가장 가까운 지점 사이의 거리, 즉 2개의 전극 사이의 최소 거리를 나타낸다. 각각의 신축성 전극 i(301, 302, 303, …, 315, 316)는 다른 각각의 신축성 전극 j(316, 301, 302, 303, …, 315)로부터 거리(d1,i,j) 이격되어 위치될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 각각의 2개의 가장 가까운 전극은 서로 합리적으로 가깝다. 보다 구체적으로, 일 실시예에서, d1,i,jm(i)의 최대 값은 최대 15 ㎜, 바람직하게는 최대 10 ㎜ 및 가장 바람직하게는 5 ㎜ 이하이다. 각 전극 i를 순차적으로 고려함으로써 최대 값이 찾아질 수 있다. 이는 전극을 갖는 표면의 대부분이 전극으로 덮여 있는 것을 보장하여, 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 2b에서 거리(d1,301,302) 및 거리(d1,301,311) 만이 도시 되어있다. 유리한 실시예에서, 거리(d1,i,j)의 최소 값은 적어도 1 ㎜, 바람직하게는 적어도 2 ㎜이다. 이러한 최소 거리는 신축성 전극의 분리를 향상시킨다. 결과적으로, 측정 동안 방해가 감소될 수 있다. 일 실시예에서, 개선된 분리는 전극들 사이의 더 적은 용량 결합을 초래할 수 있다.
변형 가능한 센서(100)는 층(150, 130A, 130B, 200), 바람직하게는 가요성 및 신축성 층(200)에 부착된 적어도 15개의 신축성 전극(300)을 포함할 수 있다. 이것은 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
신축성 전극(300)의 신축성과 관련하여, 신축성 전극(300)은 제2 항복 변형률(εy,300) 즉, 일 실시예에서 적어도 10 퍼센트를 갖는다. 이 값은 많은 응용 분야에서 변형 가능한 센서에 대해 충분히 높은 것으로 밝혀졌다. 이 값은 전형적인 변형이 이 값보다 작기 때문에 신축성 전극(300)의 기계적인 신뢰성의 측면에서 충분히 높다는 것이 밝혀졌다. 대안적으로, 제2 항복 변형률(εy,300)은 적어도 20 퍼센트 또는 적어도 30 퍼센트일 수 있다. 따라서, 전극(300)은 어려운 종류의 설치 표면에 설치될 변형 가능한 센서와 함께 사용될 수 있다. 대안적으로, 제2 항복 변형률(εy,300)은 적어도 30 퍼센트일 수 있다. 따라서, 전극(300)은 매우 어려운 종류의 설치 표면에 설치될 변형 가능한 센서와 함께 사용될 수 있다.
가요성 및 신축성 층(200)은 바람직하게는 상당히 큰 제1 항복 변형률(εy,200)을 갖는다. 일 실시예에서, 제1 항복 변형률(εy,200)은 적어도 10 퍼센트이다. 이 값은 많은 응용 분야에서 변형 가능한 센서에 대해 충분히 높은 것으로 밝혀졌다. 이 값은 전형적인 변형이 이 값보다 작기 때문에 가요성 및 신축성 층(200)의 기계적인 신뢰성의 관점에서도 충분히 높은 것으로 밝혀졌다. 대안적으로, 제1 항복 변형률(εy,200)은 적어도 20 퍼센트일 수 있다. 따라서, 가요성 및 신축성 층은 어려운 종류의 설치 표면에 설치될 변형 가능한 센서와 함께 사용될 수 있다. 대안적으로, 제1 항복 변형률(εy,200)은 적어도 30 퍼센트일 수 있다. 따라서, 가요성 및 신축성 층은 매우 어려운 종류의 설치 표면에 설치될 변형 가능한 센서와 함께 사용될 수 있다.
전형적으로, 신축성 전극(300)의 제2 항복 변형률(εy,300)은 가요성 및 신축성 층(200)의 제1 항복 변형률(εy,200)보다 작다.
추가적으로, 가요성 및 신축성 층(200)은 바람직하게는 전기 절연성이다. 본 명세서 전반에 걸쳐, 재료, 표면, 구조 또는 층을 나타내는 용어 "전기 절연성"은 20 ℃의 온도에서 100 Ωm 초과의 저항률(즉, 비저항)을 나타낸다.
신축성 전극(300)은 전극의 면적과 실질적으로 동일한 면적의 변화를 검출하도록 구성될 수 있다. 따라서, 이러한 신축성 전극이 측정하도록 구성된 유효 면적은 신축성 전극(301) 자체의 면적과 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다. 여기서 면적은 센서(100)의 두께 방향과 평행한 표면 법선을 갖는 평면에 대한 신축성 전극의 단면의 면적을 나타낸다.
적어도 하나의 신축성 전극(300), 바람직하게는 변형 가능한 센서(100)의 모든 신축성 전극(300)은 도전성 잉크로 제조될 수 있고, 따라서 신축성 전극(들)은 합리적으로 균질할 수 있다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 신축성 전극(300), 바람직하게는 모든 신축성 전극(300)은 전기 도전성 직물 또는 섬유로 만들어진다. 도전성 잉크 및 도전성 직물은 전형적으로 서로 부착된 플레이크 또는 나노입자와 같은 전기 도전성 입자를 포함한다. 따라서, 일 실시예에서, 적어도 제1 신축성 전극(301), 바람직하게는 모든 전극(300)은 전기 도전성 방식으로 서로 부착된 플레이크 또는 나노입자와 같은 전기 도전성 입자(들)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 전기 도전성 입자는 탄소(그래핀 및 탄소 나노튜브를 포함하지만, 이에 제한되지 않음), 구리, 은 및 금 중 적어도 하나를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 전극(301)은 전기 도전성 중합체 기반 재료, 바람직하게는 폴리아닐린, 폴리비닐(예컨대, 폴리비닐 알코올 또는 폴리염화비닐), 및 PEDOT:PSS[즉, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리스티렌 설포네이트] 중 적어도 하나를 포함한다.
신축성 전극(들)(300)은 예컨대 가요성 및 신축성 층(200), 예컨대 직물 층과 같은 비도전성 층 상에 재봉될 수 있다. 따라서, 신축성 전극(300)은 금속 코팅된 폴리아미드 또는 폴리에스테르와 같은 도전성 얀의 메쉬로 만들어질 수 있다. 또한, 이러한 신축성 전극은 신축성 전극의 외부 에지에 의해 제한되는 면적과 실질적으로 동일한 면적에서 정전 용량과 같은 변화를 검출하도록 구성된다는 점에 유의한다. 따라서, 이러한 신축성 전극이 측정하도록 구성된 유효 면적은 비록 도전성 얀의 면적이 더 작더라도 신축성 전극(301)의 외부 에지에 의해 제한되는 면적과 동일할 수 있다. 재봉의 대안으로, 메쉬 형태를 갖는 전극이 도전성 잉크로 인쇄될 수 있다. 명백한 바와 같이, 양 유형의 전극 모두에서, 신축성 전극의 유효 면적은 전형적으로 신축성 전극(301)의 외부 에지에 의해 제한되는 면적과 동일하다.
제1 전극(301)의 재료에 대해 언급된 것은 일 실시예에서 제2 전극(302)을 포함하는 모든 전극에 적용된다. 제1 전극(301)의 재료에 대해 언급된 것은 일 실시예에서 제1 와이어(401)에 적용된다. 제1 전극(301)의 재료에 대해 언급된 것은 일 실시예에서 제2 와이어(402), 및 바람직하게는 모든 와이어(400)에 적용된다.
제1 전극(301)은 바람직하게는 파손 없이 적어도 5 ％ 신장될 수 있다. 또한, 제1 와이어(401)는 바람직하게는 파손 없이 적어도 5 ％ 신장될 수 있다. 따라서, 상기 전극 및 와이어를 갖는 변형 가능한 센서는 만곡된 표면에 설치될 수 있고 즉, 제1 전극 및 제1 와이어는 만곡된 표면에서 파손되지 않는다. 추가적으로, 제2 전극(302) 및 제2 와이어(402)뿐만 아니라 다른 모든 전극 및 와이어는 바람직하게는 파손 없이 적어도 5 ％ 신축될 수 있다. 따라서, 변형 가능한 센서는 이중 만곡된 표면에 설치될 수 있고, 즉, 상기 전극 및 와이어는 이중 만곡된 표면에서 파손되지 않는다.
와이어(400)는 도전성 접착제(들)를 사용하여 전극(300)에 연결될 수 있다. 따라서, 와이어는 전극에 신뢰성 있는 방식으로 연결될 수 있다. 도 2b의 전극에 표시된 원은, 특히 와이어(400, 401, 402, 404)가 도전성 접착제(들)를 사용하여 전극(300)에 연결된 경우, 와이어(400, 401, 402, 404)의 위치의 예를 나타낸다.
도전성 접착제에 대한 대안으로서, 와이어(400)는 전극과 동일한 기재 상에 직접 배열(예컨대, 인쇄)될 수 있다. 와이어를 인쇄함으로써, 변형 가능한 센서 어레인지먼트는 효율적으로 제조될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 배선(400)의 적어도 일부는 가요성 및 신축성 층(200) 및 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B, 150) 사이에 배열될 수 있다. 더욱이, 일부 접착제는 또한 층들을 함께 결합하기 위해 가요성 및 신축성 층(200)과 탄성 및 변형 가능한 층(130A, 130B, 150) 사이에 배열될 수도 있다.
일 실시예에서, 전극들을 위한 배선은 가요성 포일 상에 배열된다. 일 실시예에서, 변형 가능한 센서(100)는 제4 영률을 갖는 가요성 포일; 및 가요성 포일에 부착된 전기 도전성 배선(400)을 포함한다. 가요성 및 신축성 층(200)의 제1 영률은 제4 영률보다 작을 수 있다. 이러한 방식으로, 가요성 포일은 가요성 및 신축성 층(200)보다 변형에 더 저항한다. 그러나, 가요성 포일은 변형 가능한 센서에 필요한 것은 아니다(항상 유리한 것도 아니다).
배선(400)은 적어도 하나의 와이어(401), 보다 바람직하게는 적어도 5개의 와이어, 가장 바람직하게는 적어도 10개의 와이어(401, 402, 403)를 포함한다. 와이어(401, 402, 403)는 바람직하게는 서로 전기적으로 절연된다. 게다가, 배선은 바람직하게는 신축성 전극(들)(300)에 전기 도전성 방식으로 결합된다.
따라서, 전기 도전성 배선(400)의 적어도 일부는 전기 도전성 방식으로 제1 신축성 전극(301)에 결합될 수 있고; 전기 도전성 배선(400)의 적어도 일부는 전기 도전성 방식으로 제2 신축성 전극(302)에 결합될 수 있다.
바람직하게는, 하나의 와이어(401, 402, 403)는 오직 하나의 신축성 전극(301, 302)에 전기 도전성 방식으로 결합된다. 이것은 센서의 공간 분해능을 개선하기 위한 것이고, 즉, 각각의 신축성 전극은 실질적으로 오직 신축성 전극의 위치에서 예를 들어 힘 또는 압력을 측정하는 데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 와이어(401)와 같은 전기 도전성 배선(400)의 적어도 일부는 전기 도전성 연결부(490)로 제1 신축성 전극(301)에 결합된다. 일 실시예에서, 와이어(402)와 같은 전기 도전성 배선(400)의 적어도 일부는 전기 도전성 연결부(490)(도 1c에 도시됨)로 제2 신축성 전극(302)에 결합된다. 이러한 방식으로, 센서(100)는 배선(400)과 신축성 전극(300) 사이에 연결부(490)를 포함한다. 연결부(490)는 전기 도전성이다. 연결부(490)(도 1c 참조)는 연결부의 전기 저항이 최대 10 Ω이 되도록 만들어질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 연결부(490)의 재료는 전술한 의미에서 전기 도전성일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 와이어와 제1 전극 사이의 연결부(490)(도 1c 참조)는 전기 도전성 접착제로 만들어지며, 예컨대 연결부(490)는 경화된 전기 도전성 접착제를 포함한다. 이러한 접착제는 등방성 도전성 접착제 및 이방성 도전성 접착제를 포함한다. 연결부(490)는 이방성 도전성 접착제와 같은 도전성 테이프를 사용하여 형성될 수 있다.
도전성 접착제는 전형적으로 매트릭스 재료에 혼합된
- 니켈, 및/또는
- 흑연, 및/또는
- 은 입자 및/또는
- 금을 포함한다.
도전성 접착제는 예를 들어 매트릭스 재료에 혼합된 금 코팅된 니켈 입자를 포함할 수 있다.
상기 매트릭스 재료는 경화 동안 접착제의 수지의 중합에 의해 형성되는 경화된 중합체일 수 있다. 수지는 열경화성, 예를 들어 에폭시일 수 있다. 게다가, 연결부(490)는 갈바닉(galvanic)일 수 있고, 이에 의해 연결부는 일부 땜납을 포함할 수 있고, 여기서 땜납은 주석을 포함할 수 있다. 일반적으로 사용 가능한 땜납은 주석-납, 주석-구리-은 및 주석-아연-구리 땜납 합금을 포함한다.
제1 와이어(401)는 제1 전극(301)을 전자 어레인지먼트(120)에 연결한다. 제1 전극(301)은 바람직하게는 가요성 및 신축성 층(200) 상에 배열된다. 대안적으로, 이것은 예를 들어 탄성 층(130A, 130B, 150) 상에 배열될 수 있다.
변형 가능한 센서(100)는 절연 층(들) 및 전기 투과성 및/또는 도전성 층(들)(140, 142)을 포함할 수 있다. 상이한 층들은 그 자체로 공지된 바와 같은 접착제로 서로 부착될 수 있다. 그러나, 명확성을 위해, 도면에는 접착제가 도시되지 않는다.
변형 가능한 센서(100)는 적어도 하나의 절연 층을 포함한다. 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)뿐만 아니라 가요성 및 신축성 층(200)은 절연 층(들)일 수 있다. 변형 가능한 센서(100)는 제1 층(130A, 150) 및 제2 층(130B, 200)을 포함할 수 있고, 제1 층 및 제2 층은 전극 층(300)이 (도 1e에 도시된) 센서 구조물(100)의 두께의 두께 방향으로 제1 및 제2 절연 층 사이에 배열되도록 배열되는 절연 층이다. 더욱이, 변형 가능한 센서는 제3 절연 층을 포함할 수 있다. 사용 중인 전극에 대한 전기적인 접촉은 센서 어레인지먼트의 오작동을 일으킬 수 있다. 따라서, 절연 층의 목적은 전극(들)(301, 302)을 환경으로부터 전기적으로 절연시키는 것일 수 있다. 일 실시예에서, 절연 층의 목적은 탄성 변형 가능한 층 상의 도전성 층과 같이, 제1 전극(301)과 탄성 변형 가능한 층의 상부 사이에 정전 용량을 형성하기 위해, 전극(301, 302)을 전기적으로 절연하는 것이다.
절연 층에 적절한 재료에 관해서는, 절연 층의 목적이 전기적으로 절연하는 것이다. 따라서, 절연 층(들), 예를 들어 가요성 및 신축성 층(200)의 재료, 및 다른 절연 층(들)의 재료(존재하는 경우)의 저항률은 20 ℃의 온도에서 적어도 10 Ωm, 보다 바람직하게는 적어도 50 Ωm일 수 있다. 바람직하게는, 가요성 및 신축성 층(200) 및/또는 다른 절연 층(들)의 저항률은 20 ℃의 온도에서 적어도 100 Ωm이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 변형 가능한 센서(100)는 탄성 및 신축성 층(150)을 포함할 수 있다. 탄성 및 신축성 층(150)은 탄성 변형 가능한 층(130A) 및/또는 가요성 및 신축성 층(200)을 포함할 수 있다. 가요성 및 신축성 층(200)은 또한 적어도 어느 정도는 탄성적이다. 탄성 및 변형 가능한 층(130A)은 전형적으로 압축성이다.
변형 가능한 센서는 제1 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140)을 포함할 수 있다. 특히 층의 투과성과 관련된 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140, 142)은 전기장을 전기 투과성 층을 통해 통과시킬 수 있다. 추가로, 특히 층의 도전성과 관련된 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140)은 전극과 전기 투과성 및/또는 도전성 층 자체 사이에 정전 용량을 형성할 수 있다. 제1 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140)은 접지 전극으로서 역할을 할 수 있다. 일 실시예에서, 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140, 142)은 상기 층이 없는 상황과 비교할 때 제1 전극의 정전 용량을 증가시키기 위해 사용된다.
위에서 논의된 바와 같이, 센서 어레인지먼트는 전자 어레인지먼트(120)를 더 포함한다. 전자 어레인지먼트(120)는 제1 전극(301)의 관심 값을 측정하기 위해 제1 전극(301)에 전기적으로 결합될 수 있다. 전자 어레인지먼트(120)는 제1 와이어(401)를 통해 제1 전극(301)에 결합될 수 있다. 제1 와이어(401)는 전자 어레인지먼트(120)의 일부로서 및/또는 센서(100)의 일부로서 보여질 수 있다.
일 실시예에서, 전자 어레인지먼트(120)는 예컨대 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140, 142)에 대한 제1 전극(301)의 정전 용량을 측정하기 위해 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140, 142)에 전기적으로 결합된다. 공통 전위, 예컨대 접지 전위는 적어도 도전성 층(140, 142)에 대해 제1 전극(301)의 정전 용량을 측정할 때 전기 투과성 및/또는 도전성 층에 전도될 수 있다. 그러나, 전자 어레인지먼트(120)는 전기 투과성 및 도전성 층(140, 142)에 전기적으로 결합될 필요가 없다. 더욱이, 변형 가능한 센서(100)는 상기 전기 투과성 및 도전성 층(140, 142)을 가질 필요가 없다.
변형 가능한 센서(100)는 가요성 및 신축성 층(200) 또는 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)에 부착된 적어도 하나의 신축성 전극(300)을 포함할 수 있다. 변형 가능한 센서(100)를 얻기 위해, 바람직하게는 센서(100)의 적어도 대부분은 신축성 및 탄성이다.
가요성 및 신축성 층(200)은 신축성 전극(300, 301, 302)과 탄성 층(130A, 130B, 150) 사이에 배열될 수 있다. 일부 응용 분야에서, 변형 가능한 센서는, 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)이 가요성 및 신축성 층(200)과 직접 접촉하고, 즉 신축성 전극(300)이 탄성 변형 가능한 층(130A)과 가요성 및 신축성 층(200) 사이에 배열되지 않는 경우, 사용하기에 더욱 편안하다.
가요성 및 신축성 층(200), 제1 및 제2 신축성 전극(301, 302), 및 전기 도전성 배선(400)은 탄성 변형 가능한 층(130A)의 동일한 측면에 남을 수 있다. 이는 변형 가능한 센서(100)의 제조 가능성에 도움이 된다.
일 실시예에서, 가요성 및 신축성 층(200)은 2개의 전극 층들 사이에 배열된다(도 1d에 도시됨).
탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)의 영률은 합리적으로 작아야 한다. 그러나, 연질 및/또는 작은 영률을 갖는 많은 재료가 크리프(creep)하는 것으로 알려져 있다. 한편, 크리프는 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)의 영구적인 압축이 측정 결과에 영향을 미치기 때문에 바람직하지 않다.
예를 들어 이중 만곡된 표면에 대해 사용 시 합리적인 변형을 보장하기 위해, 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)은 제3 영률(Y130A)를 갖는다. 예를 들어, 층(130A, 130B)의 재료는 층(130A, 130B)이 전형적인 사용에서 최대 30 ％와 같이약 1 내지 15 ％로 압축되도록 선택될 수 있다. 당연히, 압축은 압력에 따라 달라지고, 공간적으로나 시간적으로 균일할 필요는 없다. 전형적인 압력은 2 kPa 내지 1000 kPa 정도일 수 있다. 따라서, 제3 영률(Y130A)은 예컨대 최대 15 MPa 또는 최대 5 MPa일 수 있다. 추가적으로 제3 영률(Y130A)은 예컨대 적어도 0.01 MPa 또는 적어도 0.2 MPa일 수 있다. (작은 영률로 인한) 큰 변형은 탄성 변형 가능한 층(130A)의 재료가 사용 중에 크리프하게 만들 수 있다. 이것은 장기적으로 측정을 열화시킬 수 있다. 게다가, 작은 변형률(큰 영률로 인한)은 측정하기 어렵다.
따라서, 탄성 변형 가능한 층(들)(130A, 130B)의 영률은 바람직하게는 0.01 MPa 내지 15 MPa, 예를 들어 0.1 MPa 내지 5 MPa이다. 인장의 영률은 압축의 영률과 다를 수 있다.
압축성 층의 재료는 바람직하게는 적어도 5 퍼센트, 보다 바람직하게는 적어도 10 퍼센트의 항복 변형률을 갖는다. 이는 재료가 사용 중에 충분히 압축될 수 있는 것을 보장한다.
제1 탄성 변형 가능한 층(130A) 및/또는 제2 탄성 변형 가능한 층은 바람직하게는 발포제, 예를 들어 열가소성 마이크로피어 또는 가스를 사용함으로써 제조된다. 발포제 덕분에, 영구 압축 줄음율(compression set)과 같은 상기 층(들)의 기계적인 특성이 개선될 수 있다.
제1 탄성 변형 가능한 층(130A) 및/또는 제2 탄성 변형 가능한 층은 바람직하게는 폴리우레탄 및/또는 실리콘 및/또는 폴리에스테르 및/또는 폴리에틸렌 수지에 기초한 바람직하게는 폐쇄 셀 발포 열가소성 엘라스토머이다. 따라서, 영구 압축 줄음율과 같은 상기 층(들)의 기계적인 특성이 개선될 수 있다.
제1 탄성 변형 가능한 층(130A) 및/또는 제2 탄성 변형 가능한 층(130B)은 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리(에틸렌-비닐 아세테이트), 폴리염화비닐, 폴리보로디메틸실록산, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 스티렌-부타디엔스티렌, 에틸렌 프로필렌 고무, 네오프렌, 코르크, 라텍스, 천연 고무, 실리콘, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 및 열가소성 엘라스토머 젤 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 폴리우레탄은 바람직하게는 열가소성 폴리우레탄이다. 바람직하게는, 상기 재료(들)의 총량은 제1 변형 가능한 층의 적어도 50 wt.％, 더욱 바람직하게는 적어도 70 wt.％이다.
바람직하게는, 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)의 두께(t130A)는 0.1 ㎜ 이상, 보다 바람직하게는 0.2 ㎜ 이상 및 가장 바람직하게는 0.3 ㎜ 이상이다. 추가로, 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)의 두께(t130A)는 1.5 ㎜ 이하, 보다 바람직하게는 1.0 ㎜ 이하 및 가장 바람직하게는 0.8 ㎜ 이하일 수 있다. 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)의 상기 두께 덕분에, 힘 검출 감도가 개선될 수 있다. 추가로, 변형 가능한 센서의 구조가 개선되어 예컨대 3D 신축성이 향상될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 두께는 적어도 1.0 ㎜이다.
제1 탄성 변형 가능한 층(130A) 및/또는 제2 탄성 변형 가능한 층(130B)은 바람직하게는 반투명한 층(들)이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제1 탄성 변형 가능한 층(130A) 및/또는 제2 탄성 변형 가능한 층(130B)은 적어도 하나의 반투명한 지점 및/또는 적어도 하나의 반투명한 영역을 가질 수 있다.
따라서, 변형 가능한 센서는 반투명한 층이거나 반투명한 영역(들) 및/또는 반투명한 지점(들)을 갖는 제1 탄성 변형 가능한 층(130A)을 포함할 수 있다. 추가로, 변형 가능한 센서는 반투명한 층이거나 반투명한 영역(들) 및/또는 반투명한 지점(들)을 갖는 제2 탄성 변형 가능한 층(130B)을 포함할 수 있다.
따라서, 제1 탄성 변형 가능한 층(130A)은 적어도 하나의 반투명한 지점 및/또는 적어도 하나의 반투명한 영역을 가질 수 있다. 또한, 제2 탄성 변형 가능한 층(130B)은 적어도 하나의 반투명한 지점 및/또는 적어도 하나의 반투명한 영역을 가질 수 있다.
반투명한 층(들)을 포함하는 실시예에서, 코르크 또는 기타 불투명한 재료는 위에 나열된 다른 재료만큼 바람직한 재료가 아닐 수 있다. 코르크와 같은 불투명한 재료(들)가 반투명한 층/영역/지점에 사용되는 경우, 미리 결정된 투명도를 위해 재료의 미세 천공 또는 박형화가 필요할 수 있다.
그러나, 탄성 변형 가능한 층(들)(130A, 130B)이 아래 둘 모두를 포함하는 경우,
- 반투명한 영역(들) 및/또는 불투명한 지점(들), 및
- 불투명한 영역(들) 및/또는 지점(들),
불투명한 재료는 적어도 상기 불투명한 영역(들) 및/또는 지점(들)에 대해 사용될 수 있다. 반투명한 영역(들) 및/또는 지점(들)의 경우, 표면의 특정 지점을 나타내기 위해 예컨대 재료의 천공 또는 박형화와 함께 불투명한 재료가 사용될 수 있다.
반투명도는 표준 ASTM D1746-15에 따라 측정된다. 제1 탄성 변형 가능한 층(130A) 또는 층의 일부의 반투명도는 10 ％ 내지 90 ％, 바람직하게는 40 ％ 내지 90 ％ 범위, 더욱 바람직하게는 55 ％ 내지 90 ％ 범위 및 가장 바람직하게는 70 ％ 내지 90 ％ 범위일 수 있다. 일 예에서, 제1 탄성 변형 가능한 층(130A) 또는 층의 일부의 상기 반투명도는 10 ％ 내지 50 ％이다.
제2 탄성 변형 가능한 층(130B) 또는 층의 일부의 반투명도는 10 ％ 내지 90 ％, 바람직하게는 40 ％ 내지 90 ％ 범위, 더욱 바람직하게는 55 ％ 내지 90 ％ 범위 및 가장 바람직하게는 70 ％ 내지 90 ％ 범위일 수 있다. 일 예에서, 제2 탄성 변형 가능한 층(130B) 또는 층의 일부의 상기 반투명도는 10 ％ 내지 50 ％이다. 투명한 영역의 투명도 값이 높을수록, 빛이 상기 영역을 더 쉽게 통과할 수 있다.
상기 반투명한 층(들), 및/또는 반투명한 영역(들), 및/또는 반투명한 지점(들) 덕분에, 빛은 층(들)/영역(들)/지점(들)을 통과할 수 있다. 따라서, 상기 층은 층의 표면을 조명하기 위한 구멍 또는 광전도체를 가질 필요가 없을 수 있다. 추가로, 반투명한 지점(들) 및/또는 반투명한 영역(들)을 갖는 층은 표면 상의 특정 지점을 나타내기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 일 실시예에서, 변형 가능한 센서는 반투명한 층 또는 지점(들)을 전혀 갖지 않는다.
반투명한 층(들) 및/또는 반투명한 영역(들) 및/또는 반투명한 지점(들)을 갖는 변형 가능한 센서는 힘 센서 및/또는 압력 센서일 수 있다. 바람직하게는, 반투명층(들), 반투명한 영역(들), 또는 반투명한 지점(들) 중 적어도 하나를 갖는 변형 가능한 센서는 터치 센서일 수 있고, 여기서 전극의 정전 용량은 터치하는 물체(예컨대, 사용자의 손가락)의 움직임에 의해 변할 수 있다.
표면의 특정 지점을 표시하기 위해, 반투명한 재료는 신축성 잉크와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 신축성 잉크가 사용되어 반투명한 재료의 적절한 영역을 덮고 표면에 미리 결정된 기호를 얻을 수 있다. 바람직한 실시예에서, 신축성 잉크는 구리, 은, 탄소 및 금을 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 이 실시예에서, 신축성 잉크는 바람직하게는 인쇄 가능하다.
대안적으로, 또는 추가적으로, 표면의 특정 지점을 표시하기 위해, 불투명한 재료가 사용되어 표면에 미리 결정된 기호(들)를 얻을 수 있다. 불투명한 재료는 다음 그룹에서 선택된 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다:
- 코르크,
- 가죽,
- 합성 피혁(인조 가죽),
- 지속 가능한 가죽,
- 알칸타라,
- 신축성 잉크,
- 불투명한 플라스틱,
- 폴리카보네이트 또는 폴리메틸 메타크릴레이트와 같은 불투명한 열가소성 재료,
- 부직포,
- 직포,
- 바이오플라스틱 및 셀룰로오스계 섬유를 포함하는 생체복합재료, 및
- 목재.
예컨대 변형 가능한 센서의 표면에 미리 결정된 기호를 얻기 위해 위에서 나열된 재료가 투명한 재료와 함께 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 변형 가능한 센서는 하나 이상의 투명한 영역을 포함하는 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다. 추가로, 변형 가능한 센서는 하나 이상의 투명한 영역을 포함하는 6개 이하의 층, 예를 들면 하나 이상의 투명한 영역을 포함하는 1개 내지 6개의 층, 보다 바람직하게는 하나 이상의 투명한 영역을 포함하는 5개 이하의 층, 그리고 가장 바람직하게는 하나 이상의 투명한 영역을 포함하는 4개 이하의 층을 포함할 수 있다.
변형 가능한 센서(100)는 전형적으로 가요성 및 신축성 층(200)을 포함한다. 층(200)은 사용 시에 필요한 형상에 적응하기 위해 신축성이다. 예를 들어, 미트(mitt) 또는 안창이 센서를 포함하는 경우, 가요성 및 신축성 층(200)은 사용 시 미트 또는 안창의 동적 형상에 순응하도록 신축될 수 있다. 이러한 방식으로, 신축성이 센서의 편안함을 향상시킨다. 그러나, 합리적으로 용이한 신축을 위해, 가요성 및 신축성 층(200)(즉, 신축성 층의 재료)은 바람직하게는 상대적으로 작은 제1 영률(Y200)을 갖는다.
변형 가능한 센서(100) 내의 변형이 주로 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)에 집중되도록 하기 위해, 제1 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)의 제3 영률(Y130A)은 가요성 및 신축성 층(200)의 제1 영률(Y200)보다 작을 수 있다. 이는 압축의 위치가 더 잘 제어되기 때문에 측정 정확도를 향상시킨다.
바람직하게는, 가요성 및 신축성 층(200)은 전술한 의미에서 가요성이다. 게다가, 바람직하게는, 유연성 및 신축성 층(200)의 영률은 적어도 0.01 MPa 및 많아도 10 ㎬, 예를 들어 많아도 5.0 ㎬이다. 따라서, 변형 가능한 센서는 많은 다양한 종류의 응용 분야에서 사용될 수 있다.
가요성 및 신축성 층(200)은 적절한 중합체 필름으로 만들어질 수 있다. 가요성 및 신축성 층(200)은 적절한 직물로 만들어질 수 있다. 가요성 및 신축성 층(200)은 폴리이미드, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에테르에테르케톤, 열가소성 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리(에틸렌-비닐 아세테이트), 폴리염화비닐, 폴리보로디메틸실록산, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 스티렌-부타디엔스티렌, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌, 에틸렌 프로필렌 고무, 네오프렌, 코르크, 라텍스, 천연 고무, 실록산 중합체(실리콘과 같은) 및/또는 열가소성 엘라스토머 겔을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 재료(들)의 총량은 신축성 층의 적어도 50 wt.％, 더욱 바람직하게는 적어도 70 wt.％이다. 따라서, 가요성 및 신축성 층(200)은 가요성 절연체로서 역할을 할 수 있다.
유리한 실시예에서, 가요성 및 신축성 층(200)은 열가소성 폴리우레탄(TPU) 또는 열경화성 수지, 예컨대 경화된 에폭시 수지의 필름과 같은 중합체 필름을 포함한다. 바람직하게는, 상기 재료(들)의 총량은 신축성 층의 적어도 50 wt.％, 더욱 바람직하게는 적어도 70 wt.％이다. 따라서, 가요성 및 신축성 층(200)은 가요성 절연체 역할을 할 수 있고 제조가 용이할 수 있다.
열가소성 폴리우레탄(TPU)은, 사용된다면, 폴리에스테르계 TPU 및/또는 폴리에테르계 TPU를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 가요성 및 신축성 층(200)은 직물, 예컨대 폴리아미드(나일론과 같은) 또는 폴리에스테르를 포함한다. 가요성 및 신축성 층(200)은 상기 직물 및 상기 필름을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 재료(들)의 총량은 가요성 및 신축성 층(200)의 적어도 50 wt.％, 더욱 바람직하게는 적어도 70 wt.％이다.
일 실시예에서, 가요성 및 신축성 층(200)은 열가소성 폴리우레탄 TPU를 포함하고 신축성 전극(300)은 도전성 잉크로 제조된다. 일 실시예에서, 가요성 및 신축성 층(200)은 신축성 전극(300) 사이에 비도전성 직물을 포함하고, 신축성 전극(300), 또는 이의 적어도 일부는, 은과 같은 금속에 의해 코팅된 폴리아미드 또는 폴리에스테르와 같은 도전성 직물을 사용하여 제조될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 도전성 잉크는 신축성 전극(300) 또는 이의 적어도 일부를 형성하기 위해 직물과 조합하여 사용될 수 있다.
탄성 및 신축성 층(150)은 가요성 및 신축성 층(200) 및 제1 탄성 변형 가능한 층(130A)(도 1a 내지 도 1c 참조) 둘 모두의 목적을 위해 작용할 수 있다. 탄성 변형 가능한 층(130A)의 특성, 특히 그의 영률은 탄성 및 신축성 층(150)에도 적용될 수 있다. 따라서, 탄성 및 신축성 층(150)의 영률(Y150)은 탄성 변형 가능한 층(130A)에 대해 이 출원에서 논의된 한계 내에 있을 수 있다. 또한, 탄성 변형 가능한 층(130A)의 두께(t130A) 또는 두께(t130A)의 방향에 대해 언급될 내용은 탄성 신축성 층(150)의 두께(t150) 및 두께(t150)의 방향에 적용될 수 있다.
탄성 변형 가능한 층(130A, 130B, 150)은 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B, 150)(도면에 도시되지 않음)의 두께(t130) 방향으로 연장되는 구멍을 가질 수 있다. 이러한 구멍은 실제로 재료를 더 부드럽게 만든다. 따라서, 구멍을 가짐으로써, 더 단단한 재료 및/또는 더 높은 영률을 갖는 재료를 사용하는 것이 가능하다. 이러한 재료는 전형적으로 더 부드러운 재료보다 훨씬 덜 크리프한다. 구멍의 영향은 변형 가능한 고체 재료를 포함하는 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)의 그 부분의 면적을 감소시키는 것이다.
탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)이 구멍을 갖는 경우, 구멍의 전체 단면적은 바람직하게는 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)의 단면적의 적어도 5 ％, 더욱 바람직하게는 적어도 10 ％을 구성한다. 이러한 재료는 전형적으로 더 부드러운 재료보다 훨씬 덜 크리프한다. 여기서 단면은 두께 방향에 평행한 표면 법선을 갖는 평면 상의 단면을 의미한다. 게다가, 구멍의 전체 단면적은 개별 구멍의 단면적의 합을 나타내다. 또한, 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)의 단면적은 탄성 변형 가능한 층(130A)의 외부 경계에 의해 제한되는 부분의 면적을 의미한다.
일 실시예에서, 구멍 중 적어도 일부는 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)의 제1 측면(131, 133)으로부터 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)을 통해 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)의 제2 측면(132, 134)으로 연장된다. 연화(softening)에 추가하여, 이러한 관통 구멍은 센서(100)의 환기를 개선할 수 있다. 센서(100)가 추가적인 탄성 변형 가능한 층(130B)을 포함하는 경우, 일 실시예에서, 적어도 일부 구멍은 제2 탄성 변형 가능한 층(130B)의 제1 측면(133)으로부터 제2 탄성 변형 가능한 층(130B)을 통해, 제2 탄성 변형 가능한 층(130B)의 제2 측면(134)까지 연장한다. 일 실시예에서, 구멍은 탄성 및 신축성 층(150)의 두께 방향으로 연장된다. 구멍은 탄성 및 신축성 층(150)의 일 측면에서 탄성 및 신축성 층(150)의 반대 측면으로 탄성 및 신축성 층(150)의 두께 방향으로 연장될 수 있다.
구멍은 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)의 국부적인 유효 경도를 설계하는 데 사용될 수 있다. 구멍을 사용함으로써, 두 구역에 동일한 재료가 사용되더라도, 일 구역이 다른 구역보다 부드럽게 만들어질 수 있다. 이에 따라, 하중(예컨대, 힘 또는 압력)이 작은 것으로 알려진 영역에서는, 재료를 많이 부드럽게 하기 위해 다수의 구멍이 만들어질 수 있다. 다수의 구멍은 변형 가능한 층(130A)의 해당 구역에 비례하는 구멍의 전체 단면적을 의미한다. 구멍의 크기 및/또는 수를 증가시킴으로써, 재료는 더 부드럽게 만들어질 수 있다. 부드러움의 설계는 구멍의 수가 많을 때 더 효과적일 수 있다. 예를 들어, 구멍의 수는 적어도 10개 또는 적어도 50개일 수 있다.
바람직하게는, 변형 가능한 센서(100)는 다수의 전극을 포함한다(도 2a 및 도 2b 참조). 바람직하게는, 전극은 모든 전극을 동시에 사용하여 관심 값이 측정될 수 있는 방식으로 배열된다. 특히, 일 실시예에서, 전극은 단면적의 적어도 50 ％ 또는 적어도 80 ％와 같이 센서의 단면적의 대부분을 덮는다. 유리한 실시예에서, 전극에 의해 덮인 전체 단면적에 걸쳐 모든 전극을 동시에 사용함으로써 변형 가능한 센서(100)에 의해 정전 용량이 측정될 수 있다.
제1 전극(301)은 배선(400)의 일부를 형성할 수 있다. 이 경우, 제1 전극(301)의 적어도 일부는 바람직하게는 가요성 및 신축성 층(200)과 같은 기재의, 배선(400)과 동일한 측면에 배치된다. 이러한 경우, 바람직하게는 (전체) 제1 전극(301)은 배선(400)과 기재의 동일한 측면에 배열된다. 탄성 변형 가능한 층(130A)이 사용되고 제1 전극이 배선(400)의 일부를 형성하는 경우, 바람직하게는 제1 전극(301)의 적어도 일부는 가요성 및 신축성 층(200)과 탄성 변형 가능한 층(130A) 사이에 배열된다. 이러한 경우, 바람직하게는 (전체) 제1 전극(301)은 가요성 및 신축성 층(200)과 탄성 변형 가능한 층(130A) 사이에 배열된다.
일 실시예에서, 전극(들)(300)은 측정 영역을 한정한다. 측정 영역 내에는, 적어도 하나의 전극(300)이 배열된다. 전극에 의해 한정되는 측정 영역은 값, 예컨대 정전 용량이 이로부터 전극에 의해 측정되도록 구성되는 영역이다. 2개의 서로 다른 측정 영역의 전극은 바람직하게는 서로 갈바닉 접촉하지 않는다.
바람직한 실시예에서, 제1 일차(primary) 전극(301)을 포함하는 측정 영역은 센서(100)의 두께 방향(Sz)에서 제1 이차(secondary) 전극(321)을 포함하는 측정 영역과 부분적으로 중첩되지 않는다. 전극 사이에 약간의 중첩이 있을 수 있지만, 바람직하게는, 측정 영역과의 중첩의 양은 적다.
대안적으로, 중첩되는 측정 영역 중 큰 영역이 더 작은 측정 영역 전체를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 변형 가능한 센서는 용량성 센서이다. 그렇다면, 정전 용량이 바람직하게는 적어도 하나의 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140, 142)에 대해 측정될 때, 비중첩 부분의 정전 용량이 측정 값으로부터 계산될 수 있다. 더 작은 전극 및 더 큰 전극의 정전 용량은 예컨대 후속적으로 측정될 수 있고, 비중첩 부분의 정전 용량은 감산에 의해 계산될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 센서 어레인지먼트는 변형 가능한 센서(100) 및 전자 어레인지먼트(120)를 포함한다. 따라서, 변형 가능한 센서(100)로부터 데이터를 수집하고 전자 어레인지먼트(120)를 사용함으로써 수집된 데이터를 분석 및/또는 전송하는 것이 가능하다.
전자 어레인지먼트(120)는 변형 가능한 센서(100)로부터 관심 값을 나타내는 신호를 획득하도록 구성될 수 있다.
전자 어레인지먼트(120)는,
- 변형 가능한 센서로부터 데이터(신호)를 획득하기 위한 수단,
- 선택적으로 분석 수단,
- 선택적으로 무선 구성요소와 같은 전송 수단, 및
- 전원 공급 장치를 포함할 수 있다.
전자 어레인지먼트(120)는 변형 가능한 센서로부터 오는 데이터를 처리하도록 구성될 수 있는 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 변형 가능한 센서의 신호에 기초하여 데이터를 분석하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 관심 값을 나타내는 값을 계산하도록 프로그래밍될 수 있다.
전자 어레인지먼트(120)는 메모리를 포함할 수 있다. 따라서, 전자 어레인지먼트(120)는 파라미터 및 계산 값을 저장할 수 있다. 따라서, 전자 어레인지먼트(120)는 측정 결과를 전자 어레인지먼트(120)의 메모리에 저장하도록 구성될 수 있다. 이것은 전자 어레인지먼트(120)를 사용함으로써 측정 데이터를 분석하는 것을 허용한다.
바람직하게는, 전자 어레인지먼트(120)는 정전 용량(들)을 디지털 형태로 변환하도록 구성된 전자 칩(510)을 포함한다. 이러한 칩은 공통적으로 정전 용량 - 디지털 변환기[CDC(Capacitance to Digital Converters)]로 알려져 있다. 따라서, 일 실시예에서, 제어기는 정전 용량 - 디지털 변환기를 포함한다.
전자 어레인지먼트(120)의 전송 수단은 데이터를 전송하고 선택적으로 수신하기 위한 구성요소를 포함할 수 있다.
전송 수단은
- 무선 주파수 식별(RFID),
- BT(블루투스),
- 무선 로컬 액세스 네트워크(WLAN),
- 근거리 무선 통신(NFC),
- 셀룰러 시스템 4G, 또는
- 셀룰러 시스템 5G
와 같은 무선 기술에 기초할 수 있지만, 그러나 임의의 다른 무선 기술에 기초할 수도 있다.
대안적으로, 무선 기술 대신에 전송 수단은
- USB
- 이더넷
- CAN
- LIN,
- MOST
- FlexRay, 또는
- UART
기술에 기초할 수 있다.
따라서, 무선 기술의 경우, 전자 어레인지먼트(120)는 무선 연결을 제공하기 위한 안테나, 및 안테나를 통해 통신을 수행하기 위한 통신 회로와 같은 통신 인서트를 포함할 수 있다. 안테나는 통신 회로에 통합될 수 있거나, 또는 통신 회로와 분리되지만 전기적으로 결합되어 있을 수 있다. 통신 인서트는 안테나에 추가로 연결된 송신기에 연결될 수 있는 변형 가능한 센서의 프로세서에 결합될 수 있다.
바람직하게는, 전송 수단, 즉 전송기는 변형 가능한 센서의 측정 값에 기초하여 값(들)을 전송하도록 구성된다.
변형 가능한 센서의 전자 어레인지먼트(120)는 획득된 값, 예를 들어 교정된 값을 외부 유닛(550) 및/또는 클라우드 서비스 유닛(570)에 전송하도록 구성될 수 있다. 따라서, 변형 가능한 센서의 전자 어레인지먼트(120)는 획득된 값이 변형 가능한 센서(100) 외부로 전송되게 할 수 있다.
일 실시예에서, 전자 어레인지먼트(120)는 제1 전극(301)에 전기적으로 결합된 회로 기판(700); 및 회로 기판(700)에 부착된 전자 칩(510)을 포함한다. 변형 가능한 센서(100)의 전자 어레인지먼트(120)는 마이크로칩과 같은 하나 이상의 전자 칩(510)을 포함할 수 있다. 따라서, 변형 가능한 센서(100)는 전기 도전성 방식으로 배선(400)에 부착되고 제1 전극(301)에 전기적으로 결합된 적어도 하나의 회로 기판(700)을 포함할 수 있다. 회로 기판은 바람직하게는 가요성 회로 기판이다. 가요성 회로 기판은 변형 가능한 센서의 변형성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 회로 기판은 오직 부분적으로 가요성이다. 추가로, 회로 기판은 전혀 가요성이 아닐 수 있다.
회로 기판(700), 특히 가요성 회로 기판에 적절한 재료에 관하여, 이들은 폴리이미드, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에테르에테르케톤을 포함한다. 일 실시예에서, 가요성 회로 기판(700)은 이들 재료로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함한다. 가장 바람직하게는, 가요성 회로 기판은 폴리이미드 및/또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함한다. 가요성 회로 기판(700)의 가요성은 또한 기판(700)이 상대적으로 얇은 것의 결과이다. 일 실시예에서, 가요성 회로 기판(700)의 두께는 1 ㎜ 미만, 예를 들어 최대 0.5 ㎜ 또는 0.4 ㎜ 미만이다.
추가적으로, 회로 기판(700)은 전기 도전성 배선을 포함할 수 있다. 회로 기판(700)의 배선의 전기 전도도는 20 ℃의 온도에서 적어도 1 S/m일 수 있다.
전자 어레인지먼트(120)는, 변형 가능한 센서(100)에 결합될 때, 신축성 전극(300) 중 적어도 하나, 바람직하게는 신축성 전극 각각의 관심 값을 개별적으로 측정하도록 구성될 수 있다. 유리한 실시예에서, 전자 어레인지먼트(120)는 신축성 전극(300) 각각의 정전 용량을 개별적으로 측정하도록 구성된다.
전자 어레인지먼트(120)는 적어도 하나의 메모리 구성요소와 같은 데이터 저장소를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 전자 어레인지먼트(120)의 프로세서는 메모리를 포함할 수 있다. 따라서, 전자 어레인지먼트(120)는 측정 결과를 변형 가능한 센서 어레인지먼트의 메모리에 저장하도록 구성될 수 있다. 이는 적어도 측정 후에 측정 데이터를 분석하는 것을 허용한다. 관심 값을 나타내는 값은 센서의 전자 어레인지먼트(120)에서 계산될 수 있다.
변형 가능한 센서는 데이터를 측정 및/또는 분석 및/또는 전송할 때 에너지를 소비한다. 변형 가능한 센서는 변형 가능한 센서(100)의 기능에 전력을 공급하기 위한 전기를 제공하기 위해 전원, 바람직하게는 배터리와 같은 전력원을 포함할 수 있다. 전원은 예컨대 기계적인 및/또는 화학적인 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성될 수 있다. 대안으로서 또는 추가적으로, 전원은 자기적인 에너지를 전기로 변환하도록 구성된 구성요소를 포함할 수 있다. 대안으로서 또는 추가적으로, 전원은 전기 에너지를 그 자체로 저장하는 고용량 커패시터(예컨대, 슈퍼 커패시터)를 포함할 수 있다. 이러한 고용량 커패시터는 예컨대 자기적인 또는 기계적인 에너지를 각각 전기로 변환하는 구성요소로 유도적으로 또는 전기적으로 충전될 수 있다. 더욱이, 전원은 압전 에너지 수확 디바이스, 열전 수확 디바이스 또는 마찰전기 에너지 수확 디바이스와 같은 에너지 수확 디바이스를 포함할 수 있으며, 이 디바이스는 요소 중 하나로서 배터리 및/또는 커패시터를 포함할 수 있다.
가장 바람직하게는, 전원은 화학적인 에너지를 전기로 변환함으로써 전기를 제공하도록 구성된 배터리이다. 따라서, 간단하고 비용 효율적인 솔루션을 달성할 수 있다. 바람직하게는, 배터리는 재충전 가능하다.
일 실시예에서, 변형 가능한 센서 어레인지먼트의 에너지 소비를 절약하기 위해 변형 가능한 센서 어레인지먼트와 관련하여 변형 가능한 센서(100)로부터의 데이터는 분석되지 않는다. 다른 실시예에서, 변형 가능한 센서 어레인지먼트의 에너지 소비를 절약할 필요가 없으므로, 변형 가능한 센서(100)로부터의 데이터는 바람직하게 변형 가능한 센서 어레인지먼트와 관련하여 적어도 부분적으로 분석된다.
전송 수단은 변형 가능한 센서 어레인지먼트로부터 외부 제어 유닛(550)에 또는 직접적으로 클라우드 서비스 유닛(570)에 적어도 일부 측정된 파라미터를 전송하는 데 사용될 수 있다. 바람직하게는, 전송 수단은 에너지를 절약하기 위해 센서 어레인지먼트 근처에서 외부 제어 유닛(550)에 데이터를 전송하도록 구성된다. 일 실시예에서, 안테나는 전자 어레인지먼트(120)로부터의 정보를 변형 가능한 센서로부터 일정 거리에 위치한 수신 디바이스, 예컨대 외부 제어 유닛(550)으로 무선으로 전송하도록 배열될 수 있다. 관심 값을 나타내는 값은 외부 제어 유닛(550) 또는 클라우드 서비스 유닛(570)에서 계산될 수 있다. 따라서, 변형 가능한 센서 어레인지먼트의 에너지를 절약하는 것이 가능하다. 대안적으로, 관심 값을 나타내는 값은 변형 가능한 센서 어레인지먼트와 관련하여 바람직하게는 전자 칩(510)을 사용하여 계산될 수 있고, 선택적으로 클라우드 서비스 유닛 또는 외부 제어 유닛(550)으로 전송될 수 있다. 따라서, 클라우드 서비스 유닛(570)은 개인이 어디서나 실시간으로 데이터를 수집하고 수집된 데이터를 분석하는 것을 가능하게 할 수 있다.
변형 가능한 센서 어레인지먼트가 가요성 회로 기판(700)과 같은 회로 기판(700)을 포함하는 경우, 이는 제1 전극(301)에 전기적으로 결합될 수 있다. 게다가, 전자 칩(510)은 회로 기판(700)에 부착되고 제1 전극의 정전 용량와 같은 값을 측정하도록 구성될 수 있다. 전자 어레인지먼트(120)는 예를 들어 전자 칩(510)을 사용함으로써 외부 제어 유닛(550)에 측정 결과를 보내도록 구성될 수 있다. 따라서, 전자 칩(510)은 외부 제어 유닛(550) 또는 클라우드 서비스 유닛(570)에 신호(Sin)를 보내도록 구성될 수 있다. 그러면, 외부 제어 유닛(550) 또는 클라우드 서비스 유닛(570)은 신호(Sin)를 수신하여 다음의 단계를 결정할 수 있다. 신호(Sin)는 유선 또는 무선을 통해 보내질 수 있다. 일 실시예에서, 전자 어레인지먼트(120)는 데이터를 무선으로 전송하도록 구성된다. 이는 측정 데이터를 실시간으로 분석하는 것을 허용한다.
외부 제어 유닛(550)은, 예를 들어, 휴대폰, 태블릿, 또는 퍼스널 컴퓨터(랩톱 컴퓨터와 같은)일 수 있다. 외부 제어 유닛은 프로세서, 매개변수 및 계산 값과 같은 값을 위한 메모리 데이터 저장 유닛(즉, 메모리), 프로세서에 의해 실행될 컴퓨터 코드, 및 예를 들어 작업자 디스플레이 및 키보드(도면에 도시되지 않음)를 갖는 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 작업자 디스플레이는 상태 정보와 경고를 제공할 수 있다. 외부 제어 유닛(550)은 센서로부터의 출력을 수신하기 위한 센서 인터페이스를 더 포함할 수 있다. 외부 제어 유닛(550)의 동작을 위한 전원을 공급하기 위한 전원 공급 장치도 있을 수 있다.
통신 목적을 위해, 외부 제어 유닛(550)은 근거리 및/또는 장거리 통신 연결을 통해 일부 다른 디바이스, 예컨대, 클라우드 서비스 유닛과 통신할 수 있는 통신 인터페이스를 구비할 수 있다. 따라서, 외부 제어 유닛(550)은 이동 전화 네트워크와 같은 서비스 제공자와 통신하도록 구성될 수 있다.
외부 제어 유닛(550)의 메모리 데이터 저장 유닛은 파라미터 및 계산 값을 저장할 수 있다. 따라서, 외부 제어 유닛(550)은 측정 결과를 외부 제어 유닛의 메모리에 저장하도록 구성될 수 있다. 이는 외부 제어 유닛(550)을 사용함으로써 측정 데이터를 분석하는 것을 허용한다.
바람직하게는, 전자 어레인지먼트(120)는 적어도 재료 보상 계수(181)를 저장하고, 따라서 현재 표면에 대한 측정 결과를 간단히 획득하여 조립 보상 계수(182)를 획득함으로써 변형 가능한 센서를 쉽고, 신뢰할 수 있고, 빠르게 교정하는 것이 가능하다.
전자 어레인지먼트(120)의 메모리는 또한 상기 조립 보상 계수(182)를 저장할 수 있다. 따라서, 측정된 값을 쉽고, 신뢰할 수 있고, 빠르게 교정하는 것이 가능할 수 있다.
전자 어레인지먼트(120)의 메모리 및/또는 외부 제어 유닛(550)의 메모리는 적어도 미리 정해진 시간 동안 이력 데이터를 유지할 수 있다. 더욱이, 메모리는 데이터를 저장하는 것뿐만 아니라, 외부 제어 유닛(550)의 프로세서 및/또는 전자 어레인지먼트(120)에 의해 실행될 컴퓨터 코드를 저장하는 데에도 사용될 수 있다.
컴퓨터 코드는 조립 보상 계수(182)를 획득하기 위해 재료 보상 계수(181)를 사용할 수 있다. 따라서, 비평면 표면에서 변형 가능한 센서를 쉽고 빠르게 교정하는 것이 가능하다. 비평면 표면에 대한 변형 가능한 센서의 교정은 변형 가능한 센서의 신호에 대한 온도의 영향과 평면 표면에 대한 변형 가능한 센서의 거동을 포함하는 함수를 전형적으로 포함하는 상기 재료 보상 계수(181) 없이는 매우 느리고 어려운 작업일 수 있다.
컴퓨터 코드는 바람직하게는 측정된 신호로부터 교정된 값을 얻기 위해 조립 보상 계수(182)를 사용한다. 따라서, 비평면 표면에서 신뢰할 수 있는 데이터를 얻는 것이 가능하다.
외부 제어 유닛(550)은 변형 가능한 센서 어레인지먼트의 송신기에 의해 전송된 신호(Sin)과 같은 디지털 데이터를 수신하도록 위치 설정된 수신기 또는 수신기-송신기를 가질 수 있다. 외부 제어 유닛(550)이 사용될 때, 컴퓨터 프로그램은 외부 제어 유닛(550)에서 실행될 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램은, 외부 제어 유닛(550)에서 실행될 때, 외부 제어 유닛(550)이 신호(Sin)를 수신하게 하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 컴퓨터 프로그램은, 외부 제어 유닛(550)에서 실행될 때, 외부 제어 유닛(550)이 변형 가능한 센서(100)에 의해 측정된 값을 나타내는 원시(raw) 신호(Sin)를 수신하게 하도록 구성된다. 추가로, 컴퓨터 프로그램은, 외부 제어 유닛(550)에서 실행될 때, 외부 제어 유닛(550)이 신호(Sin)로부터 교정된 값을 결정하게 하도록 구성될 수 있다.
대안적으로, 또는 추가적으로, 전자 어레인지먼트(120)는 디지털 데이터를 수신하도록 위치 설정된 수신기 또는 수신기-송신기를 가질 수 있다. 추가적으로, 전자 어레인지먼트(120)는 전자 어레인지먼트(120)가 원시 값으로부터 교정된 값을 결정하게 하도록 구성될 수 있는 컴퓨터 코드를 가질 수 있다.
측정된 값은 제1 전극의 값이 아날로그 신호로 전송되는 경우, 전압, 정전 용량, 저항 또는 전류의 값일 수 있다. 바람직하게는, 값은 관심의 디지털 값이다. 따라서, 전자 어레인지먼트(120)는 바람직하게 측정된 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성된다.
전형적으로, 측정은 노이즈를 포함한다. 따라서, 센서(100) 주변에 물체가 없더라도, 그로부터 측정된 신호는 일정하지 않을 수 있다. 따라서, 신호는 바람직하게 필터링된다. 따라서, 일 실시예에서, 노이즈의 영향은 데이터를 필터링함으로써 제거된다.
전자 어레인지먼트(120) 및/또는 전자 어레인지먼트를 포함하는 시스템은 재료 보상 계수(181)를 결정하도록 구성될 수 있다. 재료 보상 계수는 하나의 변형 가능한 센서에 대해 결정될 수 있고, 이후에 모든 유사한 변형 가능한 센서에 대해 사용될 수 있다. 재료 보상 계수(181)는 예를 들어 여러 가지의 온도 및/또는 수분에 대해 결정될 수 있다. 추가로, 재료 보상 계수는 예를 들어 변형 가능한 센서의 제조 과정 동안 변형 가능한 센서의 메모리에 저장될 수 있다. 따라서, 각각의 제조된 변형 가능한 센서에 대해 별도로 재료 보상 계수(181)를 재결정하는 것이 필요하지 않다. 그러나, 원하는 경우 상기 센서의 제조 과정 후에 각각의 제조된 변형 가능한 센서에 대해 재료 보상 계수가 교정될 수 있다.
따라서, 논의된 바와 같이, 재료 보상 계수(181)는 각각의 변형 가능한 센서에 대해 별도로 결정될 필요가 없지만, 재료 보상 계수(181)는 한 번 결정될 수 있고, 그 후에 변형 가능한 센서를 제조할 때 재료 보상 계수(181)는 변형 가능한 센서의 메모리에 저장될 수 있다.
재료 보상 계수(181)는 예를 들어 현재 표면에서 변형 가능한 센서의 조립 보상 계수(182)를 결정하는 데 사용될 수 있다.
전자 어레인지먼트(120) 및/또는 외부 유닛(550)은 측정된 원시 값으로부터 교정된 값을 결정하도록 구성될 수 있다. 변형 가능한 센서의 교정된 값은 조립 보상 계수(182)에 기초하여 결정될 수 있다.
변형 가능한 센서 어레인지먼트 및/또는 변형 가능한 센서 어레인지먼트를 포함하는 시스템은:
- 변형 가능한 센서(100)를 사용함으로써 원시 값(신호)을 획득하고,
- 선택적으로, 원시 값(신호)으로부터 필터링된 값을 결정하고,
- 원시 값 및/또는 필터링된 값, 및
재료 보상 계수(181) 및/또는 조립 보상 계수(182)
에 기초하여 교정된 값을 결정하고,
- 선택적으로, 예를 들어 교정된 값을 이전에 측정된 값과 비교함으로써 데이터의 신뢰성을 확인하도록 구성될 수 있다.
추가로, 전자 어레인지먼트(120) 및/또는 전자 어레인지먼트를 포함하는 시스템은 변형 가능한 센서(100)의 설치 위치에서의, 즉 변형 가능한 센서의 현재의 표면에의 설치 후이고(도 5b, 도 6b 및 도 8a 참조) 변형 가능한 센서의 재교정 전의 신호를 나타내는 제3 기준 값, 즉, 제3 곡선(183)을 결정하도록 구성될 수 있다. 현재의 표면은 예컨대 평면, 만곡된 또는 이중 만곡된 표면일 수 있다.
추가로, 전자 어레인지먼트(120) 및/또는 전자 어레인지먼트를 포함하는 시스템은 조립 보상 계수를 결정하도록 구성될 수 있다(도 8b 참조). 조립 보상 계수(182)는 변형 가능한 센서의 현재 형태에 대해 교정된 재료 보상 계수(181)에 기초한다.
재교정 전에 측정된 값을 나타내는 제3 기준 값(183)(도 6b 및 도 8a 참조)은 재료 보상 계수(181)와 함께 사용되어 조립 보상 계수(182)를 형성할 수 있다(도 8b 참조). 조립 보상 계수(182)는 변형 가능한 센서의 신호로부터 교정된 값을 결정하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 변형 가능한 센서(100)가 비평면 표면에 있는 경우에도, 조립 보상 계수가 사용되어 교정된 측정 결과를 얻을 수 있다.
- 변형 가능한 센서, 및
- 바람직하게는 전자 칩(510)을 포함하는 전자 어레인지먼트(120), 및
- 선택적으로 외부 유닛(550, 570)
을 포함하는 시스템은 측정 값의 해석을 위해 조립 보상 계수(182)를 결정하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 시스템은 조립 보상 계수(182)에 기초하여 원시 신호 또는 필터링된 신호로부터 수정된(교정된) 값을 결정하도록 구성될 수 있다.
변형 가능한 센서의 외부 유닛(550, 570) 및/또는 전자 어레인지먼트(120)는 교정된 값(182)을 결정하도록 구성될 수 있다.
외부 제어 유닛(550) 또는 클라우드 서비스 유닛(570)과 같은 외부 유닛(550, 570) 및/또는 변형 가능한 센서의 전자 어레인지먼트(120)는 교정된 값을 포함하는 출력 신호(Sout)를 전송하도록 구성될 수 있다. 상응하게, 컴퓨터 프로그램은, 외부 유닛(550, 570) 및/또는 변형 가능한 센서의 전자 어레인지먼트(120) 상에서 실행될 때, 교정된 값을 나타내는 그러한 출력 신호(Sout)를 생성하도록 구성될 수 있다.
재료 보상 계수(181)는 메모리에 저장될 수 있거나, 또는 평면 표면에서 결정될 수 있다. 재료 보상 계수(181)는 주요한 교정 노력 없이 현재 위치에서 변형 가능한 센서에 의한 적어도 하나의 측정 값을 단순히 측정함으로써 조립 보상 계수(182)를 결정하는 데 사용될 수 있다. 조립 보상 계수는 변형 가능한 센서의 신호로부터 교정된 값을 결정하는 데 사용될 수 있다.
조립 보상 계수(182)는 변형 가능한 센서의 설치 위치, 즉 변형 가능한 센서(100)의 설치 과정 후에 결정될 수 있다. 평면 표면 상의 측정 범위의 예는 일반적으로 도 5a에 도시되어 있고 교정 없는 비평면 표면 상에 대해서는 도 5b에 도시되어 있다.
재료 보상 계수(181)의 결정은 다음 단계를 포함할 수 있다:
- 평면 표면 상에서 변형 가능한 센서(100)의 신호(전극으로부터의 출력)를 측정하는 단계,
- 측정된 신호에 기초하여 재료 보상 계수(181)를 결정하는 단계.
변형 가능한 센서 어레인지먼트는 바람직하게는 측정 동안 온도를 측정한다. 더욱이, 재료 보상 계수(181)는 바람직하게는 신호에 대한 온도의 영향을 포함한다. 따라서, 조립 보상 계수(182)가 빠르게, 즉 현재 온도만을 이용하여 형성되더라도, 교정된 값은 신뢰성 있게 결정될 수 있다.
조립 보상 계수(182)의 결정은 예를 들어 다음 단계를 포함할 수 있다:
ⅰ) 표면에 변형 가능한 센서를 설치한 후 변형 가능한 센서(100)의 신호(들)[전극(들)로부터의 출력(들)]를 측정하는 단계,
ⅱ) 측정될 물체가 표면의 센서에 영향을 미치지 않는다는 것을 나타내는 값을 결정하는 단계,
ⅲ) 측정된 신호를 재료 보상 계수(181)와 비교하는 단계,
ⅳ) 재료 보상 계수 및 측정된 신호에 기초하여 조립 보상 계수(182)를 결정하는 단계.
관심 값을 결정하기 위한 방법은 다음 단계를 포함할 수 있다:
- 변형 가능한 센서(100)의 적어도 하나의 신호[전극(들)로부터의 출력(들)]를 측정하는 단계,
- 선택적으로, 측정된 신호에 기초하여 적어도 일부 값을 전송하는 단계,
- 신호 및/또는 신호로부터 결정된 값을 조립 보상 계수(182)와 비교하는 단계, 및
- 측정된 신호(들) 및 조립 보상 계수(182)에 기초하여 교정된 값(들)을 결정하는 단계.
위에서 논의된 바와 같이, 재료 보상 계수(181)는 평면 표면에서 변형 가능한 센서의 신호를 나타낼 수 있다(도 5a 및 도 6a 참조). 따라서, 재료 보상 계수(181)는 평면 표면에서의 전기적인 값의 함수로서 계산될 수 있다. 유리하게는, 재료 보상 계수(181)는 온도를 변수로서 사용한다. 따라서, 측정 결과는 개선될 수 있다.
재료 보상 계수(181)를 나타내는 데이터는 전자 어레인지먼트 및/또는 외부 유닛(550, 570)의 메모리에 저장될 수 있다. 따라서, 재료 보상 계수(181)는 오직 한 번 결정되고, 메모리에 저장되고, 필요할 때 사용될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 조립 보상 계수(182)는 센서가 위치 설정되는 설치 표면에서의 전기적인 값의 함수로서 계산될 수 있다. 센서가 위치 설정되는 설치 표면은 비평면일 수 있다. 비평면 표면은 이중 만곡된 표면일 수 있다. 재료 보상 계수 및/또는 조립 보상 계수(182)를 나타내는 데이터는 전자 어레인지먼트 및/또는 외부 유닛(550, 570)의 메모리에 저장될 수 있다. 따라서, 조립 보상 계수(182)는 각 설치 위치에 대해 오직 한 번 계산되고, 메모리에 저장되고, 그리고 필요할 때 사용될 수 있다.
전자 어레인지먼트(120) 및/또는 외부 유닛(550, 570)은 재료 보상 계수(181) 및/또는 조립 보상 계수(182)를 결정하도록 구성될 수 있고, 여기서 조립 보상 계수(182)는 재료 보상 계수 및 제2 표면(즉, 변형 가능한 센서의 설치 위치)에서 측정된 신호에 기초하여 결정될 수 있다.
시스템은 다음을 포함할 수 있다:
- 변형 가능한 센서(들)로부터 데이터를 수집하기 위한 수단,
- 재료 보상 계수, 및
조립 보상 계수(182)를 포함하는 메모리,
- 수집된 데이터 및 조립 보상 계수에 기초하여 교정된 데이터를 형성하기 위해 수집된 데이터를 분석하기 위한 수단.
값의 비교는 전자 어레인지먼트(120)에서 행해질 수 있다. 일 실시예에서, 비교는 외부 유닛(550)에서 행해진다. 따라서, 교정, 즉 기준 값 및 측정 신호에 기초한 교정된 값(들)의 결정이, 예컨대 외부 유닛(550, 570)에서, 일어날 수 있다. 외부 유닛(550, 570)은 교정된 값을 포함하는 출력 신호(Sout)를 전송하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 전자 어레인지먼트(120)는 교정된 값을 포함하는 출력 신호(Sin)를 전송하도록 구성될 수 있다.
신호(Sin, Sout)는 교정된 값(들) 및/또는 재료 보상 계수(181) 및/또는 조립 보상 계수(182)를 나타낼 수 있다. 또한, 신호 Sin은 교정되지 않은 측정된 신호(들)를 나타낼 수 있다.
조립 보상 계수(182)는 변형 가능한 센서의 설치 과정 후에, 즉 변형 가능한 센서가 설치 위치에 있을 때 결정될 수 있다. 변형 가능한 센서가 평면 표면에 설치된 경우, 조립 보상 계수(182)는 모두 1이 될 수 있다. 따라서, 변형 가능한 센서가 평면 표면에 설치되는 경우 오직 재료 보상 계수가 교정된 값에 영향을 미칠 수 있다.
그러나, 변형 가능한 센서는 또한 비평면 표면에 설치될 수도 있다. 따라서, 전형적으로 조립 보상 계수(182)는 신뢰할 수 있는 데이터를 위해 필요하다. 측정된 신호는 설치 위치에서 변형 가능한 센서에 영향을 미치는 힘을 결정하기 위해 조립 보상 계수(182)와 함께 적용될 수 있다.
설치 위치는 전형적으로 변형 가능한 센서의 신호에 영향을 미친다. 따라서, 변형 가능한 센서의 신호는 변형 가능한 센서에 영향을 주는 물체가 없는 경우에도 상이한 표면들에 상이한 값을 나타낼 수 있다(도 5a 및 도 5b 참조). 조립 보상 계수(182)는 현재 표면에서 변형 가능한 센서의 설치 위치에서 신호에 필요한 계수를 나타낸다. 변형 가능한 센서(100)가 다른 표면에 설치되거나, 또는 현재 표면에서 다른 형태인 경우, 새로운 조립 보상 계수가 결정될 수 있다(그리고 전형적으로 결정되어야 한다).
위에서 논의된 바와 같이, 변형 가능한 센서(100)는 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 전자 어레인지먼트(120)는 변형 가능한 센서(100)의 신호를 판독하도록 구성될 수 있다. 시스템은:
- 평면 표면의 재료 보상 계수를 결정하고, 그리고/또는 메모리에 저장된 재료 보상 계수를 사용하고, 그리고/또는
- 변형 가능한 센서의 설치 위치에서 조립 보상 계수(182)를 결정하고, 그리고/또는 메모리에 저장된 조립 보상 계수를 사용하고, 그리고/또는
- 조립 보상 계수를 사용함으로써 판독 신호로부터 교정된 값을 결정하도록 구성될 수 있다.
재료 보상 계수(181)는 바람직하게는 변형 가능한 센서(100)의 첫번째 설치 전에 결정된다.
조립 보상 계수(182)는 바람직하게는 변형 가능한 센서의 각각의 설치 위치에 대하여 또는 변형 가능한 센서의 형태가 바뀔 때마다 결정된다.
일 실시예에 따르면, 변형 가능한 센서로부터 수집된 데이터의 적어도 일부는 이력 데이터를 형성하기 위해 저장된다. 이 이력 데이터는 분석되고, 그리고/또는 예를 들어 재료 보상 계수에 비교될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 이 이력 데이터는 분석되고, 그리고/또는 조립 보상 계수와 비교될 수 있다.
대안적으로, 또는 추가적으로, 이 이력 데이터는 분석되고, 그리고/또는 새로운 측정 신호와 비교될 수 있다. 따라서, 예를 들어 설치 표면이 변경되고 있는지 확인하는 것이 가능하다. 따라서, 변형 가능한 센서는 센서가 설치된 물체의 유지 관리의 필요성을 결정하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 변형 가능한 센서는 센서가 위치 설정되는 물체의 유지 관리의 필요성을 통지하도록 구성될 수 있다.
따라서, 시스템은,
적어도 하나의 새로운 측정에 기초한 적어도 하나의 교정되지 않은 값을 메모리에 저장된 적어도 하나의 다른 교정되지 않은 값에 비교하도록 구성될 수 있고, 상기 적어도 하나의 다른 교정되지 않은 값은 바람직하게는 변형 가능한 센서가 현재의 표면에 설치된 직후에 획득되었다.
적어도 하나의 새로운 값과 적어도 하나의 저장된 값 사이의 차이는 센서가 위치 설정되는 설치 표면이 여전히 적절한 상태에 있는지 여부를 결정하는 데 사용될 수 있다. 그런 다음, 시스템은 센서가 위치 설정되는 설치 표면이 여전히 적절한 상태인지 여부를 표시하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 수집된 데이터 또는 수집된 데이터의 적어도 일부는 로컬 디스플레이를 사용하여 사용자에게 표시된다. 외부 유닛(550, 570)은 예컨대 사용자를 위해 압력 및/또는 힘과 같은 관심 값을 표시하도록 구성될 수 있다.
변형 가능한 센서(100)의 전자 어레인지먼트(120)는 제1 전극(301)에 가깝게 고정식으로 위치 설정될 수 있다. 전자 어레인지먼트(120)는 판독 디바이스의 역할을 할 수 있다. 이러한 배열은 제1 전극과 전자 어레인지먼트(120) 사이의 신뢰할 수 있는 상호 작용을 가능하게 한다.
논의된 바와 같이, 변형 가능한 센서(100)는 측정된 데이터[센서(100)의 출력]의 적어도 일부를 예를 들어 외부 제어 유닛(550)으로 전달하기 위한 전송 수단을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전자 어레인지먼트(120)는 다른 변형 가능한 센서로부터 데이터를 수신하도록 구성된다. 더욱이, 일 실시예에서, 전자 어레인지먼트(120)는 이러한 데이터를 다른 외부 제어 유닛으로 보내도록 구성된다. 이러한 방식으로, 다수의 변형 가능한 센서는 다른 변형 가능한 센서를 통해, 예를 들어 외부 제어 유닛(550)으로 측정 데이터를 보낼 수 있다.
일 실시예에서, 외부 유닛(550, 570)은 다수의 변형 가능한 센서로부터, 예를 들어 적어도 3개의 변형 가능한 센서로부터 데이터를 수신하도록 구성된다.
변형 가능한 센서는 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)을 포함할 수 있다. 적어도 이 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B)은 변형 가능하며, 즉 사용 중에 변형될 수 있다. 그 결과, 전극(300)의 측정된 값이 변경될 수 있다. 이 변경은 측정을 위해 사용될 수 있다. 더욱이, 이 변화는 조립 보상 계수(182)를 결정함으로써 변형 가능한 센서를 교정하는 데 사용될 수 있다.
변형 가능한 센서(100)(사용 중)의 형상은 예를 들어 평면이거나, 만곡되거나 또는 이중 만곡될 수 있다. 더욱이, 이의 형상은 보관 시의 형상과 다를 수 있다. 예를 들어, 변형 가능한 센서(100)는 평면 형태로 보관될 수 있고, 사용시 형상은 변형 가능한 센서가 위치 설정되는 표면의 형상에 순응될 수 있다.
센서(100)는 상부 층을 포함할 수 있다. 상부 층의 두께는 예컨대 적어도 0.5 ㎜와 같이 적어도 0.1 ㎜일 수 있다. 이 경우, 제1 와이어(401)의 적어도 일부와 탄성 층(들)(150, 130A, 130B)은 상부 층의 동일한 측면에 배열된다. 상부 층은 예컨대 센서의 시각적 외관 및/또는 개선된 사용 편의성을 위해 마감 처리될 수 있다. 바람직하게는, 상부 층은 직물(합성 또는 천연)로 만들어진다. 일 실시예에서, 상부 층은 섬유 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 상부 층은 직조 섬유 재료를 포함한다. 보강 구조물(250)은 상부 층일 수 있고 필요에 따라 마감 처리될 수 있다. 따라서, 보강 구조물은 상부 층으로 사용될 수 있다. 이는 센서(100)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
센서(100)의 신뢰성은 바닥 층을 적용함으로써 추가로 향상될 수 있다. 바닥 층의 두께는 예컨대 적어도 0.5 ㎜와 같이 적어도 0.1 ㎜일 수 있다. 선택적으로, 다층 구조의 다른 부분을 통해 바닥 층이 제1 와이어(401)에 부착될 때, 바닥 층도 와이어(401)에 대한 기계적 지지를 제공하고, 이러한 방식으로 신뢰성을 향상시킨다. 제1 와이어(401)의 적어도 일부는 센서의 두께 방향(Sz)으로 탄성 층(130A, 130B, 150)과 바닥 층 사이에 배열될 수 있다. 바닥 층의 재료는 필요에 따라 선택될 수 있다. 바닥 층이 순응성이고, 그리고/또는 사용 중에 압축되도록 구성될 필요가 있는 경우, 바닥 층의 재료는 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리(에틸렌-비닐 아세테이트), 폴리염화비닐, 폴리보로디메틸실록산, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 스티렌-부타디엔스티렌, 에틸렌 프로필렌 고무, 네오프렌, 코르크, 라텍스, 천연 고무, 실리콘 및 열가소성 엘라스토머 겔로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 그러나, 바닥 층이 가요성이면 충분한 경우, 또한 폴리이미드, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에테르에테르케톤으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료가 사용될 수 있다.
바닥 층은 예컨대 센서의 시각적 외관 및/또는 개선된 사용 편의성을 위해 마감 처리될 수 있다.
변형 가능한 센서(100)는 제2 보강 층과 같은 제2 보강 구조물을 포함할 수 있다. 상부 층은 제1 보강 구조물(250)일 수 있고, 바닥 층은 제2 보강 구조물일 수 있다. 변형 가능한 센서(100)가 제1 보강 구조물(250) 및 제2 보강 구조물(250)뿐만 아니라 별도의 바닥 층을 포함하는 경우, 바람직하게는 두 보강 구조물은 바닥 층의 동일한 측면에 배열된다.
위에서 논의된 바와 같이, 변형 가능한 센서는 다수의 층, 예를 들어 2개 내지 10개의 층을 포함할 수 있다. 변형 가능한 센서는 예를 들어,
- 1개 내지 6개의 절연 층,
- 1개 또는 2개의 전극 층(300), 및
- 0개 내지 3개의 전기 투과성 및/또는 도전성 층을 포함할 수 있다.
- 상기 언급된 수의 층을 갖는 변형 가능한 센서, 및
- 측정된 신호로부터 교정된 값을 얻기 위해 조립 보상 계수(182)를 사용하는 컴퓨터 코드를 포함하는 시스템은 비평면 표면에서 신뢰할 수 있는 데이터를 얻는 데 사용될 수 있다.
예를 들어, 적어도 3개의 절연 층과 2개의 전극 층을 포함하는 구조는 예컨대 오직 하나의 전극 층을 갖는 구조보다 압력을 더 정확하게 측정하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 다수의 층을 갖는 적층형 센서 구조는 단지 일부 층을 포함하는 센서보다 복잡하기 때문에, 제조하기에 더욱 비쌀 것이다.
변형 가능한 센서(100)가 2개의 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140, 142)을 포함하는 경우, 절연 층이 전기 투과성 및/또는 도전성 층(142) 각각과 전극(321, 322) 사이에 배열될 수 있다. 따라서, 절연 층이 제1 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140)과 전극(301, 302) 사이 및 제2 전기 투과성 및/또는 도전성 층(142)과 전극(301, 302) 사이에 배열될 수 있다.
제1 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140)의 재료에 관하여, 제1 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140)은:
- 도전성 잉크로 만든 전기 도전성 재료,
- 전기 도전성 직물, 및
- 중합체로 만들어진 필름과 같은 전기 도전성 중합체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이러한 재료는 향상된 변형 가능한 센서를 얻는 데 사용될 수 있다.
도전성 중합체 기반 재료는 전기 투과성 및 도전성 층(140, 142)과 같은 도전성 영역(들)을 위한 재료로 사용될 수 있다. 이러한 도전성 중합체 기반 재료는 전형적으로 전기 도전성 방식으로 서로 부착된 플레이크 또는 나노입자와 같은 도전성 입자를 포함한다. 일 실시예에서, 전기 도전성 입자는 금속(예컨대, 구리, 알루미늄, 은, 금) 또는 탄소(그래핀 및 탄소 나노튜브를 포함하지만, 이에 제한되지 않음)를 포함한다. 또한, 도전성 중합체 기반 재료는 폴리아닐린, 폴리비닐(예컨대, 폴리비닐 알코올 또는 폴리염화비닐), 및 PEDOT:PSS[즉, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리스티렌 설포네이트]를 포함하고, 이들은 도전성 영역(들)을 위한 재료로서 사용될 수 있다. 상기 재료는 변형 가능한 센서의 특성에 특히 유리할 수 있다.
도전성 영역(들)은 도전성 라인, 필라멘트 또는 서로 교차하는 얀으로 형성될 수 있고, 이에 의해 비도전성 영역(들)은 도전성 라인, 필라멘트 또는 얀 사이에 배열된다. 전기 투과성 및 도전성 층(140, 142)은 도전성 얀으로 제조된 직조 층(즉, 직물)일 수 있다. 이러한 도전성 직물은 얀을 도전성 영역으로 그리고 얀 사이에 비도전성 영역을 포함한다. 상기 재료는 변형 가능한 센서의 특성에 특히 유리할 수 있다.
제1 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140)은 예컨대 균일한 표면에 균일한 양으로 도전성 잉크 또는 페이스트를 사용함으로써 균일하게 도전성일 수 있다. 대안적으로, 제1 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140)은 예를 들어 도전성 잉크 또는 페이스트 또는 필라멘트를 사용하여 제조된 도전성 얀의 메쉬일 수 있다. 제1 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140)이 사행하는 전기 도전성 라인으로 구성되는 것으로도 충분할 수 있다. 또한, 제1 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140)이 다수의 개별 전기 도전성 라인을 포함하는 것으로 충분할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140)의 적어도 일부는 도전성 잉크로 만들어진다. 일 실시예에서, 제1 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140)은 전기 도전성 직물을 포함한다. 일 실시예에서, 제1 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140)은 전기 도전성 중합체를 포함한다. 바람직하게는, 제1 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140)은 균일하게 도전성이다. 이는 변형 가능한 센서의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
제1 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140)의 재료에 대해 언급된 것은 제2 전기 투과성 및/또는 도전성 층(142)의 재료에 적용된다.
변형 가능한 센서는 신축성이고, 그리고/또는 변형 가능한 층 또는 층들을 포함한다. 변형 가능한 센서(100)는 이 층 또는 이들 층 중 하나에 부착된 신축성 전극을 더 포함한다. 신축성과 변형성은 힘 센서의 편안함을 향상시킬 수 있다.
도 1d는 보다 복잡한 구조를 갖는 변형 가능한 센서를 도시한다. 변형 가능한 센서는 제1 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140) 및 제2 전기 투과성 및/또는 도전성 층(142)을 포함할 수 있다. 적절한 기능을 위해, 제2 전기 투과성 및/또는 도전성 층(142)은 센서의 두께 방향으로 [ⅰ] 제1 일차 전극(301)의 전체 영역, [ⅱ] 제2 일차 전극(302)의 전체 영역, [ⅲ] 제1 이차 전극(321)의 전체 영역, 및 [ⅳ] 제2 이차 전극(322)의 전체 영역과 중첩될 수 있다. 변형 가능한 센서가 전기 투과성 및/또는 도전성 층(들)(140, 142) 및 추가적인 전극을 포함할 경우, 제2 전기 투과성 및/또는 도전성 층(142)은 바람직하게는 센서의 두께 방향으로 모든 전극과 중첩된다.
제1 이차 전극(321)은 제2 전기 투과성 및/또는 도전성 층(142)과 가요성 및 신축성 층(200) 사이에서 센서(100)의 두께 방향(Sz)으로 배열될 수 있다. 게다가, 제2 탄성 변형 가능한 층(130B)의 일부는 제1 이차 전극(321)과 제2 전기 투과성 및/또는 도전성 층(142) 사이에 배열될 수 있다. 더욱 구체적으로, 제2 탄성 변형 가능한 층(130B)의 일부는 [A] 제1 일차 전극(301)과 제2 전기 투과성 층(142) 사이에 및 [B] 제1 이차 전극(321)과 제2 전기 투과성 및/또는 도전성 층(142) 사이에 배열될 수 있다. 일차 전극(들)(301, 302) 및 이차 전극(들)(321, 322)은 센서(100)의 두께 방향(Sz)에서 제2 전기 투과성 및/또는 도전성 층(142)과 제1 탄성 변형 가능한 층(130A) 사이에 남겨질 수 있다. 또한, 배선(400)은 센서(100)의 두께 방향(Sz)으로 제2 전기 투과성 및/또는 도전성 층(142)과 제1 변형 가능한 층(130A) 사이에 남겨질 수 있다.
유리하게는, 변형 가능한 센서는 용량성 센서이다. 대안적으로, 변형 가능한 센서는 바람직하게는 저항성 센서 또는 압전저항 센서이다. 이들 센서의 작동 원리는 당업자에게 알려져 있다. 신규의 변형 가능한 센서는 상기 센서가 이들 센서 중 하나일 때 특히 유리할 수 있다. 예를 들어, 교정되지 않은 때, 상기 센서의 신호는, 센서가 비평면 표면에 설치될 경우, 측정된 값으로 정확하게 변환되지 않을 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 변형 가능한 센서는 용량성 센서일 수 있고; 따라서 이는 정전 용량의 변화를 감지하고 변화를 나타내는 출력을 제공하도록 구성될 수 있다. 변형 가능한 센서는 이중 만곡된 표면에 위치 설정되기에 적절한 용량성 센서일 수 있다. 용량성 센서는 예를 들어 힘 및/또는 압력 센서일 수 있다.
전형적으로, 전극(300)의 주변 환경에 대한 정전 용량은, 물체가 전극에 가까워지거나 멀어질 때, 변한다. 제2 전극(층)이 반드시 필요한 것은 아니지만, 2개의 전극은 전극 사이의 재료가 사용 중에 압축될 수 있는 방식으로 향상된 정확도를 위해 사용될 수 있다. 다수의 전극이 여러 가지의 위치에서 사용되는 경우, 다수의 국부 압력이 여러 가지의 위치에서 결정될 수 있다. 터치 센서에서, 터치하는 물체(예컨대, 사용자의 손가락)는 예컨대 공기와 다른 유전 상수를 갖는다. 따라서, 전극의 정전 용량은 전형적으로 접촉하는 물체의 움직임에 따라 변경된다.
변형 가능한 센서(100)가
- 제2 탄성 변형 가능한 층(130B) 및 제2 전기 투과성 및/또는 도전성 층(142), 및
- 제1 변형 가능한 층(130A) 및 제1 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140)을 포함하는 경우,
제2 전기 투과성 및/또는 도전성 층(142)은 바람직하게는 탄성 변형 가능한 층(130B)의 제1 측면(133)에 배열되고 제1 이차 전극(321)은 탄성 변형 가능한 층(130B)의 반대쪽 제2 측면(134)에 배열된다. 일 실시예에서, 전극(300) 및 배선(400)의 적어도 일부는 제2 탄성 변형 가능한 층(130B)의 반대쪽 제2 측면(134)에 배열된다. 그에 따라, 제2 탄성 변형 가능한 층(130B)의 일부는 센서(100)의 두께 방향(Sz)에서 제2 전기 투과성 및/또는 도전성 층(142)과 제1 이차 전극(321) 사이에 남겨진다. 2개의 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140, 142) 및 2개의 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B) 모두는 정전 용량 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다. 추가적으로, 2개의 탄성 변형 가능한 층 사이의 가요성 및 신축성 층(200)은 제조 과정을 단순화할 수 있다. 더욱이, 전극과 배선의 상호 배열은 특히 신뢰성을 손상시키지 않고 힘에 대한 측정 정확도를 향상시킬 수 있다. 힘은 힘이 작용하는 표면에 대한 압력의 적분이므로 힘이 측정될 때 큰 전극(즉, 전극의 넓은 적용 범위)이 필요할 수 있다. 따라서, 힘을 정확하게 결정하려면 센서 내의 거의 모든 위치에서 압력이 알려질 필요가 있다.
변형 가능한 센서는 더미 와이어 및/또는 접지 전극을 포함할 수 있다. 이 경우, 변형 가능한 센서의 구조를 개선하기 위해, 더미 와이어의 형상은 인접한 와이어의 형상과 실질적으로 유사할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 시스템은
- 수집된 데이터 및 조립 보상 계수(182)에 기초하여 힘 및/또는 압력 및/또는 관심의 다른 값을 결정하기 위해 변형 가능한 센서로부터 수집된 데이터를 분석하기 위한 분석 수단을 포함한다.
용량성 센서에서, 전극의 정전 용량이 측정된다. 정전 용량은 주변 환경에 대해 또는 접지 전극과 같은 다른 전극에 대해 측정될 수 있다. 일반적으로 세 가지 작동 원리가 있다: (1) 전극에 가까운(예컨대, 두 전극 사이에 있는) 유전체가 변경되어, 정전 용량을 변경한다; 및/또는 (2) 두 전극 사이의 거리가 변경되어, 이들 전극 사이의 정전 용량을 변경한다; 및/또는 (3) 전극의 영역이 변경되거나 두 전극 사이의 공통 영역(mutual area)이 변경되어 전극의 정전 용량(예컨대, 다른 전극 또는 주변 환경에 대해)를 변경한다. 공통 영역은 예컨대 전단 하중 하에서 변경될 수 있다. 이러한 원리는 당업자에게 알려져 있다.
상술된 바와 같은 센서 구조에 의해, 어떤 것에 대한 신축성 전극(300)의 정전 용량을 측정하는 것이 가능하다. 정전 용량은 다른 신축성 전극(300)에 대해 측정될 수 있다. 예컨대, 모든 다른 신축성 전극(300)은 이에 대해 정전 용량이 측정될 수 있는 공통 접지를 형성할 수 있다. 따라서, 이어서 모든 신축성 전극(300)의 정전 용량이 측정될 수 있다. 그러나, 이것은 샘플링 속도를 감소시킨다. 주변 환경에 대한 정전 용량을 측정하는 것도 또한 가능하다. 그러나, 이는 정확한 결과를 제공하지 않을 수 있다.
예를 들어, 힘 및/또는 압력은 용량성 센서를 사용함으로써 측정될 수 있다. 따라서, 전자 어레인지먼트(120)는 힘 및/또는 압력을 용량적으로 검출하기 위한 변형 가능한 센서(100)의 일체형 부분일 수 있다. 따라서, 변형 가능한 센서는 정전 용량의 변화를 감지하고 압력 및/또는 힘을 나타내는 출력을 제공하도록 구성될 수 있다.
센서(100)가 2개의 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140, 142)을 포함하는 경우, 시스템은 바람직하게는 제1 및 제2 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140, 142) 둘 다에 대한 적어도 제1 일차 전극(301)의 전체 영역, 제2 일차 전극(302)의 전체 영역, 제1 이차 전극(321)의 전체 영역 및 제2 이차 전극(322)의 전체 영역으로부터 정전 용량을 측정하도록 구성된다.
특히, 센서가 적어도 하나의 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140, 142)을 포함할 때; 전자 어레인지먼트(120)는:
- 어느 시점에서(at one instance of time) 전기 투과성 및/또는 도전성 층(또는 층들)에 대한 제1 주 전극(301)의 전체 영역으로부터의 정전 용량;
- 어느 시점에서 전기 투과성 및/또는 도전성 층(또는 층들)에 대한 제2 일차 전극(302)의 전체 영역으로부터의 정전 용량;
- 어느 시점에서 전기 투과성 및/또는 도전성 층(또는 층들)에 대한 제1 이차 전극(321)의 전체 영역으로부터의 정전 용량; 및
- 어느 시점에서 전기 투과성 및/또는 도전성 층(또는 층들)에 대한 제2 이차 전극(322)의 전체 영역으로부터의 정전 용량을 측정하도록 구성될 수 있다.
이들 시점(instance of time)은 같을 수도 있고 다를 수도 있다.
탄성 변형 가능한 층(130A, 130B, 150)은 전극(300)과 제1 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140) 사이에 배열될 수 있다.
제1 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140)은 이에 대해 신축성 전극(300) 각각의 정전 용량이 측정되는 접지 전극의 역할을 할 수 있다. 이러한 구성에서, 변형 가능한 층(130A, 130B, 150)의 압축은 두 전극 사이의 거리에 영향을 미친다. 당업자에게 알려진 바와 같이, 상기 2개의 전극에 의해 형성된 이러한 커패시터의 정전 용량은 전극 사이의 거리에 반비례한다. 정전 용량을 측정함으로써, 전극 사이의 거리가 계산될 수 있다. 거리로부터 탄성 층(150, 130A) 내의 변형률이 결정될 수 있다. 탄성 층(150, 130A)의 재료가 알려져 있기 때문에, 변형은 탄성 층(150, 130A) 내의 응력(즉, 압력)을 정의한다. 이러한 방식으로, 각각의 신축성 전극의 압력이 결정될 수 있다. 게다가, 신축성 전극의 유효 면적이 알려져 있기 때문에, 그 신축성 전극에 영향을 미치는 힘이 결정될 수 있다. 마지막으로, 전극이 실질적으로 센서의 전체 단면적을 덮는 경우, 변형 가능한 센서의 설치 위치의 표면 형상과 관련된 조립 보상 계수가 알려진 때, 전체 힘이 측정될 수 있다.
변형 가능한 센서(100)는 센서(100)의 두께 방향(Sz)의 성분을 갖는 방향으로 작용하는 압력 및/또는 힘을 감지하도록 구성될 수 있다. 그에 따라, 적어도 탄성 변형 가능한 층(예컨대, 130A 또는 130B)의 두께는 압력 하에서 감소하도록 구성될 수 있다.
변형 가능한 센서(100)는 상대적으로 얇을 수 있다. 즉, 두께는 길이와 폭 중 작은 것보다 작다. 압력 감지 응용 분야와 같은 일부 응용 분야에서, 측정 정확도를 최적화하기 위해 변형 가능한 센서의 두께(t100)는 예컨대 1 ㎜ 내지 5 ㎜일 수 있다. 터치 기반 HMI와 같은 일부 다른 응용 분야에서, 변형 가능한 센서의 두께(t100)는 변형 가능한 센서의 최적화된 두께 및 순응성을 위해 예컨대 0.05 ㎜ 내지 1.0 ㎜일 수 있다. 추가로, 변형률 게이지와 같은 일부 다른 응용 분야에서, 변형 가능한 센서의 두께(t100)는 변형 가능한 센서의 두께를 최적화하고 제조 비용을 감소시키기 위해 예컨대 0.02 ㎜ 내지 0.5 ㎜일 수 있다.
일반적으로, 예를 들어 힘 센서에서, 실질적으로 모든 측정 영역이 측정에 사용되는 전극에 의해 덮여야 하는 반면, 예를 들어 압력 센서에서는 압력이 측정되어야 하는 그러한 영역에만 측정에 사용되는 전극을 제공하는 것으로 충분하다. 압력(즉, 국부적인 압력) 외에 힘(즉, 전체 힘)을 측정하기 위하여, 바람직하게는 실질적으로 모든 측정 영역이 신축성 전극(300)으로 덮여 있어야 한다. 따라서, 전술된 거리(d1)(도 2b 참고)는 작아야만 한다. 한편, 거리(d1)가 너무 작으면, 이웃하는 전극(300)이 서로 용량적으로 결합하여, 측정을 방해할 수 있다.
일반적으로, 압력 및/또는 힘을 감지하도록 구성된 변형 가능한 센서(100)에서, 가요성 및 신축성 층(200)의 두께는 예컨대 5 ㎜까지일 수 있다. 일 실시예에서, 압축성 층으로 작용하지 않는 가요성 및 신축성 층(200)의 두께는 예컨대 0.5 ㎜ 미만과 같은 1 ㎜ 미만, 예컨대 20 ㎛ 내지 1 ㎜, 또는 50 ㎛ 내지 0.5 ㎜일 수 있다.
합리적인 변형을 갖기 위해, 탄성 변형 가능한 층(들)(130A, 130B)의 두께는 바람직하게는 0.05 ㎜ 내지 5 ㎜, 예컨대 0.3 ㎜ 내지 4 ㎜, 예컨대 0.5 ㎜ 내지 2 ㎜이다.
압력 및/또는 힘을 감지하도록 구성된 변형 가능한 센서(100)에서, 합리적인 변형을 갖기 위해 탄성 변형 가능한 층(들)(130A, 130B)의 두께는 적어도 0.05 ㎜, 바람직하게는 적어도 0.5 ㎜와 같은 적어도 0.3 ㎜일 수 있다.
신축성 전극(300) 각각은 다른 모든 신축성 전극(300)으로부터 일정 거리 (d1,i,j)만큼 이격되어 배열될 수 있다. 상기 거리(d1,i,j)만큼 서로 전기적으로 절연된 신축성 전극의 수는 전형적으로 센서의 공간 정확도와 상관 관계가 있다. 더 많은 전극(300)이 사용될수록, 공간 정확도가 향상된다. 바람직한 실시예에서, 신축성 전극의 수는 적어도 20개, 예를 들어 20 내지 50개이다.
바람직하게는, 제1 와이어(401)는 오직 제1 전극(301)을 전자 어레인지먼트(120)에 연결하고 제2 와이어(402)는 오직 제2 전극(302)을 전자 어레인지먼트(120)에 연결한다. 이는, 예를 들어, 제1 및 제2 전극(301, 302)의 정전 용량이 다중화(multiplexing) 없이 측정될 수 있어, 측정의 시간적인 정확도를 향상시키는 효과를 갖는다. 따라서, 바람직하게는, 전극 층(300)은 제2 전극(302) 및 제2 전극(302)에 부착된 제2 와이어(402)를 포함한다. 이는 용량성 측정의 공간적인 정확도가 개선되는 효과를 갖는다. 그러나, 정전 용량은 또한 다중화에 의해 결정될 수도 있다.
제1 탄성 변형 가능한 층(130A)은 사용 시 압력 하에서 압축 및 변형되도록 구성될 수 있다. 특히, 변형 가능한 센서가 변형 가능하고 가요성이기 때문에, 충분한 수의 전극이 사용된다면, 가요성은 높은 공간적인 정확도로 압력 분포의 측정을 허용할 수 있다. 많은 수의 개별 전극은 또한 위에 지적된 바와 같이 시간적인 정확도를 향상시킬 수 있다.
변형 가능한 센서(100)는 재료 선택 및 합리적으로 얇은 층 구조로 인해 쉽게 변형될 수 있다. 센서(100)의 형상 및/또는 두께는 센서가 위치 설정되는 설치 표면의 형상에 적절화될 수 있다. 따라서, 변형 가능한 센서는 만곡된 표면에 사용하기에 특히 적절하다. 유리한 실시예에서, 변형 가능한 센서(100)는 이중 만곡된 표면에 부착되기에 적절하다. 따라서, 특히 사용 시 변형 가능한 센서(100)는 평면일 필요가 없다.
이러한 센서는 의류, 헬멧, 차량 및 가구를 포함하지만, 이에 제한되지 않는 다양한 응용 분야에 사용될 수 있다. 따라서, 센서가 위치 설정되는 설치 표면은, 예를 들어, 웨어러블 아이템 또는 차량의 이중 만곡된 표면일 수 있다. 또한, 센서는 의자, 소파, 침대 시트, 담요, 매트리스, 러그, 카페트와 같은 스마트 가구 및 차량용 의자와 같은 차량 내부의 물체에 사용될 수 있다.
변형 가능한 센서(100)는 응용 분야에 가장 적절하게 될 수 있고, 여기서 변형 가능한 센서는 사용 중에 변형된다.
습기가 많은 땀이나 물은 측정 결과에 영향을 미칠 수 있다. 특히, 수분이 전극(300)에 접근하는 경우, 수분은 측정에 많은 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 재료 보상 계수(181)는 바람직하게는 변형 가능한 센서의 신호에 대한 수분의 영향에 대한 정보를 포함한다.
또한, 온도가 측정 결과에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 재료 보상 계수(181)는 바람직하게는 변형 가능한 센서의 신호에 대한 온도의 영향을 포함한다.
더욱이, 재료 보상 계수(181)는
- 응력 대 변형률, 및/또는
- 온도 대 변형률, 및/또는
- 변형률 대 저항, 및/또는
- 시간 경과에 따른 크리프로부터의 정보를 포함할 수 있다.
따라서, 매우 신뢰할 수 있는 측정 결과를 얻는 것이 가능하다.
본 발명으로 인해, 압력 및/또는 힘과 같은 관심 값은 이중 만곡된 표면 및 사용 중에 변형되는 표면과 같은 복잡한 표면에서 모니터링될 수 있다.
예 1: 변형 가능한 시트 센서
변형 가능한 시트 센서는 압력 센서일 수 있다.
센서 재료 특성화는 센서 재료 모델, 즉 재료 보상 계수(181)에 귀착한다. 재료 보상 계수(181)는 여러 비선형 센서 특성, 예컨대 응력 대 변형률, 및/또는 온도 대 변형률, 및/또는 변형률 대 저항, 및/또는 시간 경과에 따른 크리프 등으로부터의 정보를 포함할 수 있다. 재료 보상 계수(181)는 최대 센서 측정 정확도를 위해 재료 및 구조 기반 비선형성을 보상하기 위한 컴퓨터 측정 알고리즘 소프트웨어에 의해 사용될 수 있다. 재료 보상 계수는 센서 재료 및 구조의 비선형 특성을 보상하기 위해 가중치 계수를 포함하는 매트릭스 또는 다차원 어레이로서 구현된다. 소프트웨어에서, 재료 모델은 룩업 테이블[LUT(Look-Up-Table)]로 구현될 수 있다. 도 7a는 원시 데이터(교정되지 않은 데이터) 측정을 예시한다. 도 7b는 원시 데이터에 대한 재료 보상 계수를 예시한다. 도 7c는 원시 데이터 및 재료 보상 계수에 기초하여 교정된 신호를 예시한다(교정된 신호 = 교정된 원시 데이터 x 재료 보상 계수).
변형 가능한 시트 센서는 플랫 센서로 제작될 수 있다. 변형 가능한 시트 센서가 제작된 후, 모든 개별 압력 센서는 휴지 위치에서 재료 보상 계수를 이용하는 알고리즘으로 측정될 수 있다. 이들 센서 기준 측정 값은 시트 조립 충격 및 변동을 보상하는 교정에 나중에 사용되기 위해 저장된다.
변형 가능한 시트 센서는 좌석에 조립될 수 있다. 조립 단계에서 센서는 시트 형상과 재료에 맞추기 위해 부분적으로 신축되고, 그리고/또는 절곡된다. 이러한 형상화는 개별 센서 측정 값에 영향을 미칠 것이다.
변형 가능한 시트 센서는 초기 재료 모델을 사용함으로써 시트에 조립 후 값을 얻을 수 있다. 설치 시의 변형으로 인해, 측정 결과(도 8a에 도시됨)가 초기 기준 측정 값, 즉 설치 전에 센서가 측정되었을 때와 비교하여 변경된다. 변형은 센서 또는 센서 부품의 동적 측정 범위, 측정 선형성 및 감도에 영향을 미친다. 따라서, 오직 초기 재료 모델을 갖는 알고리즘은 시트에의 설치 후 정확한 측정 결과를 제공하기에 충분하지 않다.
시트에의 변형 가능한 시트 센서 설치의 충격을 보상하기 위해, 추가적인 교정이 요구된다. 이 재교정은 재료 보상 계수(181), 설치 후 측정 및 선택적으로 설치 전 기준 측정 결과를 사용하는 것이다. 재교정의 결과로서, 조립 보상 계수(도 8b에 도시됨)가 형성된다. 결과는 재교정 후 추가적인 측정으로 결과는 검증될 수 있다.
조립 보상 계수(도 8b에 도시됨) 덕분에, 변형 가능한 센서의 신호는 쉽게 교정될 수 있다. 조립 보상 후 교정된 값은 도 8c에 도시되어 있다.
번호를 매긴 예
1. 만곡된 표면에 부착되기에 적절한 변형 가능한 센서 ― 변형 가능한 센서는 바람직하게는 파손 없이 평면 형상과 만곡된 형상 사이에서 절곡될 수 있음 ― 를 포함하는 변형 가능한 센서 어레인지먼트로서, 변형 가능한 센서는,
- 20 ℃의 온도에서 적어도 0.01 MPa의 영률 및 적어도 10 퍼센트의 제1 항복 변형률을 갖는 탄성 층,
- 탄성 층에 부착된 제1 신축성 전극(301), 및
- 신축성 전기 도전성 배선(400)을 포함하고,
여기서,
- 제1 신축성 전극은 20 ℃의 온도에서 파손 없이 적어도 5％ 신축될 수 있고, 그리고
- 신축성 전기 도전성 배선(400)은 20 ℃의 온도에서 파손 없이 적어도 5％ 신축될 수 있고,
여기서 변형 가능한 센서 어레인지먼트는,
- 신축성 전기 도전성 배선(400)을 통해 제1 신축성 전극(301)에 전기적으로 결합된 전자 어레인지먼트(120)를 더 포함하고, 전자 어레인지먼트(120)는 변형 가능한 센서의 설치 위치에서 제1 신축성 전극(301)으로부터 제1 신호를 획득하도록 구성되고,
여기서 변형 가능한 센서 어레인지먼트는:
- 획득된 제1 신호 및 조립 보상 계수에 기초하여 교정된 값을 결정하도록 구성된 분석 수단을 더 포함하고, 조립 보상 계수는,
- 재료 보상 계수, 및
- 변형 가능한 센서의 적어도 하나의 다른 측정된 신호에 기초하고,
적어도 하나의 다른 측정된 신호는 측정될 물체가 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않을 때의 설치 위치에서 측정된, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
2. 예 1에 있어서, 변형 가능한 센서 어레인지먼트는 온도 센서를 포함하는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
3. 예 1 또는 예 2에 있어서, 재료 보상 계수는 제1 신호에 대한 온도의 영향을 포함하는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
4. 예 1 내지 예 3 중 어느 한 예에 있어서,
- 변형 가능한 센서 어레인지먼트는 바람직하게는 수분 센서를 포함하고, 그리고
- 재료 보상 계수는 변형 가능한 센서의 제1 신호에 대한 수분의 영향을 포함하는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
5. 예 1 내지 예 4 중 어느 한 예에 있어서, 재료 보상 계수는 변형 가능한 센서의 제1 신호에 대한 변형 가능한 센서의 재료(들)의 영향을 포함하는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
6. 예 1 내지 예 5 중 어느 한 예에 있어서, 재료 보상 계수는 변형 가능한 센서의 제1 신호에 대한 변형 가능한 센서의 구조의 영향을 포함하는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
7. 예 1 내지 예 6 중 어느 한 예에 있어서, 변형 가능한 센서는 제1 신축성 전극(301)으로부터 제1 거리(d1, d1,301,302) 이격되어 배열된 제2 신축성 전극(302)을 더 포함하고, 여기서 전자 어레인지먼트(120)는 배선(400)을 통해 제2 신축성 전극(302)에 추가로 결합되고, 제2 신축성 전극(302)으로부터 제2 신호를 획득하도록 구성되는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
8. 예 7에 있어서, 재료 보상 계수는 변형 가능한 센서의 제2 신호에 대한 온도의 영향을 포함하는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
9. 예 7 또는 예 8에 있어서, 재료 보상 계수는 변형 가능한 센서의 제2 신호에 대한 수분의 영향을 포함하는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
10. 예 7 내지 예 9 중 어느 한 예에 있어서, 재료 보상 계수는 변형 가능한 센서의 제2 신호에 대한 변형 가능한 센서의 재료(들)의 영향을 포함하는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
11. 예 7 내지 예 10 중 어느 한 예에 있어서, 재료 보상 계수는 변형 가능한 센서의 제2 신호에 대한 변형 가능한 센서의 구조의 영향을 포함하는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
12. 예 7 내지 예 11 중 어느 한 예에 있어서, 분석 수단은 획득된 제1 및 제2 신호 및 조립 보상 계수에 기초하여 교정된 값을 결정하도록 구성되는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
13. 예 1 내지 예 12 중 어느 한 예에 있어서, 분석 수단은,
- 측정될 물체가 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않을 때 제1 신호를 획득하고,
- 제1 신호를 메모리에 저장된 적어도 하나의 다른 신호와 비교하고, 적어도 하나의 다른 신호는 변형 가능한 센서가 현재의 표면에 설치되었을 때 획득되었고, 그리고
- 제1 신호와 저장된 신호 사이의 차이에 기초하여 센서가 위치 설정된 설치 표면이 여전히 적절한 상태인지 여부를 결정하도록 추가로 구성되는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
14. 예 1 내지 예 13 중 어느 한 예에 있어서, 분석 수단은 프로세서를 포함하고, 전자 어레인지먼트(120)는,
- 무선 구성요소와 같은 전송 수단, 및
- 선택적으로 적어도 하나의 메모리 구성요소를 더 포함하는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
15. 예 1 내지 예 14 중 어느 한 예에 있어서, 변형 가능한 센서는,
이중 만곡된 형태, 및/또는
만곡된 형태로 형상화될 수 있는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
16. 예 1 내지 예 15 중 어느 한 예에 있어서, 배선(400)의 적어도 하나의 와이어(401, 402)는 적어도 부분적으로 사행하는 배선으로서 배열되는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
17. 예 1 내지 예 16 중 어느 한 예에 있어서, 전자 어레인지먼트(120)는 출력 신호(Sout)를 전송하도록 구성되고, 출력 신호(Sout)는 제1 신호 및/또는 제1 신호의 교정된 값을 나타내는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
18. 예 1 내지 예 17 중 어느 한 예에 있어서, 변형 가능한 센서는 신축성 층(200), 신축성 전극(들)(300, 301, 302) 및 전기 도전성 배선(400)이 탄성 변형 가능한 층(130A)의 동일한 측면에 남겨지는 방식으로 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B) 및 신축성 층(200)을 포함하는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
19. 예 1 내지 예 18 중 어느 한 예에 있어서, 탄성 층은 절연 층이고 변형 가능한 센서는 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140, 142)을 더 포함하는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
20. 예 19에 있어서, 전자 어레인지먼트(120)는 전기 투과성 및/또는 도전성 층(140, 142)에 전기적으로 결합되는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
21. 예 1 내지 예 20 중 어느 한 예에 있어서, 전자 어레인지먼트(120)는 제1 전극(301)에 전기적으로 결합된 전자 칩(510)을 포함하고, 분석 수단은 바람직하게는 전자 칩에 위치 설정되는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
22. 예 1 내지 예 21 중 어느 한 예에 있어서, 변형 가능한 센서 어레인지먼트는 획득된 신호로부터 필터링된 값을 결정하도록 구성되고, 교정된 값(들)의 결정은 필터링된 값에 기초하는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
23. 예 1 내지 예 22 중 어느 한 예에 있어서, 변형 가능한 센서 어레인지먼트는
- 평면 표면에서 재료 보상 계수(181)를 결정하고, 그리고/또는
- 메모리에 저장된 재료 보상 계수를 사용하도록 구성되는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
24. 예 1 내지 예 23 중 어느 한 예에 있어서, 변형 가능한 센서 어레인지먼트는,
- 측정될 물체가 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않을 때 변형 가능한 센서의 설치 위치에서 조립 보상 계수(182)를 결정하도록 구성되는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
25. 예 1 내지 예 24 중 어느 한 예에 있어서, 조립 보상 계수(182)는 전자 어레인지먼트(120)의 메모리에 저장되는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
26. 예 1 내지 예 25 중 어느 한 예에 있어서, 변형 가능한 센서 어레인지먼트는 이의 위치에 기계적으로 부착되는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
27. 예 1 내지 예 26 중 어느 한 예에 있어서, 변형 가능한 센서 어레인지먼트는 제거 가능하게 이의 위치에 부착되는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
28. 예 1 내지 예 26 중 어느 한 예에 있어서, 변형 가능한 센서 어레인지먼트는 접착제를 사용함으로써 이의 위치에 부착되는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
29. 예 1 내지 예 28 중 어느 한 예에 있어서, 전자 어레인지먼트(120)는 회로 기판, 바람직하게는 가요성 회로 기판을 더 포함하는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
30. 예 29에 있어서, 회로 기판(700)은 제1 전극(301)에 전기적으로 결합되는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
31. 예 29 또는 예 30에 있어서, 전자 칩(510)이 회로 기판(700)에 부착되는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
32. 예 1 내지 예 31 중 어느 한 예에 있어서, 변형 가능한 센서는:
- 용량성 센서, 또는
- 저항성 센서, 또는
- 압전저항 센서 중 하나인, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
33. 변형 가능한 전자 센서 및 변형 가능한 센서에 의해 관심 값을 측정하도록 구성된 전자 어레인지먼트를 포함하는 시스템으로서,
- 만곡된 물체에 부착되기에 적절한 변형 가능한 센서는,
- 20 ℃의 온도에서 적어도 0.01 MPa의 영률 및 적어도 10 퍼센트의 제1 항복 변형률을 갖는 탄성 층,
- 탄성 층에 부착되고, 20 ℃의 온도에서 파손 없이 적어도 5％ 신축될 수 있는 제1 신축성 전극(301), 및
- 20 ℃의 온도에서 파손 없이 적어도 5％ 신축할 수 있는 신축성 전기 도전성 배선(400)을 포함하고, 그리고
- 전자 어레인지먼트(120)는 배선(400)을 통해 제1 신축성 전극(301)에 전기적으로 결합되며, 전자 어레인지먼트는 제1 신축성 전극(301)으로부터 적어도 제1 신호를 획득하도록 구성되고, 전자 어레인지먼트는 전원을 포함하고,
여기서 시스템은,
- 획득된 신호(들) 및 조립 보상 계수(182)에 기초하여 변형 가능한 센서의 설치 위치에서 교정된 값을 결정하도록 구성된 분석 수단,
- 획득된 값 및/또는 교정된 값 중 적어도 일부를 전송하기 위한 전송 수단, 및
- 선택적으로, 전송된 값을 수신하기 위한 외부 유닛(550, 570)
을 더 포함하고,
조립 보상 계수는,
- 재료 보상 계수, 및
- 변형 가능한 센서의 적어도 하나의 다른 측정된 신호
에 기초하고, 적어도 하나의 다른 측정된 신호는 측정될 물체가 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않을 때의 설치 위치에서 측정된,
시스템.
34. 예 33에 있어서, 시스템은,
- 평면 표면에서 재료 보상 계수(181)를 결정하고, 그리고/또는
- 메모리에 저장된 재료 보상 계수를 사용하도록 구성되는, 변형 가능한 센서 어레인지먼트.
35. 예 33 또는 예 34에 있어서, 시스템은,
- 변형 가능한 센서의 설치 위치에서 조립 보상 계수(182)를 결정하고, 그리고/또는
- 메모리에 저장된 조립 보상 계수를 사용하도록 구성된, 시스템.
36. 예 33 내지 예 35 중 어느 한 예에 있어서, 예 1 내지 예 32 중 어느 한 예에 따른 변형 가능한 센서 어레인지먼트를 포함하는, 시스템.
37. 예 33 내지 예 36 중 어느 한 예에 있어서, 분석 수단은 외부 유닛(550, 570)에 위치 설정되고, 전자 어레인지먼트(120)는 신호(Sin)를 수신하고 교정된 값을 결정하도록 구성된 외부 유닛(550, 570)에 신호(Sin)를 전송하도록 구성되는, 시스템.
38. 예 33 내지 예 37 중 어느 한 예에 있어서, 외부 유닛(550, 570)은 모바일 폰, 태블릿, 또는 퍼스널 컴퓨터와 같은 외부 제어 유닛(550) 또는 클라우드 서비스 유닛(570)인, 시스템.
39. 예 38에 있어서, 외부 유닛(550, 570)은 클라우드 서비스 유닛(570)인, 시스템.
40. 관심 값을 결정하기 위한 방법으로서,
- 변형 가능한 센서(100) 및 전자 어레인지먼트(120)를 포함하는 변형 가능한 센서 어레인지먼트를 제공하는 단계를 포함하고,
변형 가능한 센서(100)는,
- 20 ℃의 온도에서 적어도 0.01 MPa의 영률 및 적어도 10 퍼센트의 제1 항복 변형률을 갖는 탄성 층,
- 탄성 층에 부착된 제1 신축성 전극(301), 및
- 신축성 전기 도전성 배선(400)을 포함하고,
- 제1 신축성 전극은 20 ℃의 온도에서 파손 없이 적어도 5 ％ 신축될 수 있고, 그리고
- 신축성 전기 도전성 배선(400)은 20 ℃의 온도에서 파손 없이 적어도 5％ 신축될 수 있고,
여기서
- 전자 어레인지먼트(120)는 배선(400)을 통해 제1 신축성 전극(301)에 전기적으로 결합되고, 전자 어레인지먼트는 제1 신축성 전극(301)으로부터 제1 신호를 획득하도록 구성되고,
방법은,
- 변형 가능한 센서의 제1 신축성 전극(301)을 이용함으로써 제1 값을 제공하는 단계,
- 전자 어레인지먼트(120)를 이용함으로서 제1 값을 판독하는 단계,
- 제1 값을 조립 보상 계수(182)와 비교하는 단계,
- 조립 보상 계수 및 판독된 제1 값에 기초하여 교정된 제1 값을 결정하는 단계를 포함하고,
조립 보상 계수는,
- 재료 보상 계수, 및
- 변형 가능한 센서의 적어도 하나의 다른 측정된 신호에 기초하고,
적어도 하나의 다른 측정된 신호는 측정될 물체가 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않을 때의 설치 위치에서 측정된,
방법.
41. 변형 가능한 센서를 설치하기 위한 설치 방법으로서,
- 변형 가능한 센서(100) 및 전자 어레인지먼트(120)를 포함하는 변형 가능한 센서 어레인지먼트를 제공하는 단계를 포함하고,
변형 가능한 센서는,
- 20 ℃의 온도에서 적어도 0.01 MPa의 영률 및 적어도 10 퍼센트의 제1 항복 변형률을 갖는 탄성 층,
- 탄성 층(150, 130A, 130B, 200)에 부착된 제1 신축성 전극(301), 및
- 신축성 전기 도전성 배선(400)을 포함하고, 여기서
- 제1 신축성 전극은 20 ℃의 온도에서 파손 없이 적어도 5％ 신축될 수 있고, 그리고
- 신축성 전기 도전성 배선(400)은 20 ℃의 온도에서 파손 없이 적어도 5％ 신축될 수 있고,
- 여기서 전자 어레인지먼트(120)는 배선(400)을 통해 제1 신축성 전극(301)에 전기적으로 결합되고, 전자 어레인지먼트는 제1 신축성 전극(301)으로부터 제1 신호를 획득하도록 구성되고,
설치 방법은,
- 재료 보상 계수(181)를 제공하는 단계,
- 변형 가능한 센서(100)를 제1 표면에 설치하는 단계,
- 측정될 물체가 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않을 때 제1 표면 상의 변형 가능한 센서(100)의 신호를 측정하는 단계,
- 측정될 물체가 제1 표면의 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않음을 나타내는 값을 결정하는 단계,
- 조립 보상 계수(182)를 결정하기 위해 측정될 물체가 제1 표면 상의 센서에 영향을 미치지 않는다는 것을 나타내는 값을 재료 보상 계수(181)와 비교하는 단계를 포함하는, 설치 방법.
42. 예 41에 있어서, 재료 보상 계수를 제공하는 단계는 재료 보상 계수가 메모리로부터 판독되는 단계를 포함하는, 설치 방법.
43. 예 41 또는 예 42에 있어서, 재료 보상 계수를 제공하는 단계는:
- 측정될 물체가 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않을 때 평면 표면에서 변형 가능한 센서(100)의 신호를 측정하는 단계,
- 측정될 물체가 평면 표면에서 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않음을 나타내는 값을 결정하는 단계,
- 값을 재료 보상 계수로서 메모리에 저장하는 단계, 및/또는
값을 재료 보상 계수로서 사용하는 단계를 포함하는, 설치 방법.
44. - 차량 기능의 터치 및/또는 압력 센서 기반 작동/제어를 포함한 인간-기계 인터페이스, 또는
- 차량 좌석의 압력 감지를 위한, 예 1 내지 예 32 중 어느 한 예에 따른 변형 가능한 센서의 사용.
45. 변형 가능한 센서가 표면의 형상을 갖도록 이중 만곡된 표면으로부터 신호를 획득하기 위한, 예 1 내지 예 32 중 어느 한 예에 따른 변형 가능한 센서의 사용.
46. 변형 가능한 센서가 표면의 형상을 갖도록 만곡된 표면으로부터 신호를 획득하기 위한, 예 1 내지 예 32 중 어느 한 예에 따른 변형 가능한 센서의 사용.
47. 관심 값을 결정하기 위한 컴퓨터 프로그램으로서, 컴퓨터 프로그램은, 컴퓨터 상에서 실행될 때, 컴퓨터로 하여금,
- 제1 표면 상의 변형 가능한 센서에 의해 측정된 제1 신호를 나타내는 입력 신호(Sin)를 수신하고,
- 제1 입력 신호(Sin)에 대한 조립 보상 계수(182)를 사용하여 입력 신호(Sin)로부터 교정된 값을 결정하고,
- 교정된 값을 포함하는 출력 신호(Sout)를 생성하고,
- 선택적으로, 사용자에게 교정된 값을 표시하게 하도록 구성되고,
조립 보상 계수는,
- 재료 보상 계수, 및
- 변형 가능한 센서의 적어도 하나의 다른 측정된 신호
에 기초하고, 적어도 하나의 다른 측정된 신호는 측정될 물체가 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않을 때 변형 가능한 센서의 설치 위치에서 측정된,
컴퓨터 프로그램.
Claims (17)
- 만곡된 표면에 부착되기에 적절한 변형 가능한 센서를 포함하는 변형 가능한 센서 어레인지먼트로서,
상기 변형 가능한 센서는,
- 20 ℃의 온도에서 적어도 0.01 MPa의 영률 및 적어도 10 퍼센트의 제1 항복 변형률을 갖는 탄성 층,
- 상기 탄성 층에 부착된 제1 신축성 전극(301), 및
- 신축성 전기 도전성 배선(400)을 포함하고,
- 상기 제1 신축성 전극은 20 ℃의 온도에서 파손 없이 적어도 5 ％ 신축될 수 있고,
- 상기 신축성 전기 도전성 배선(400)은 20 ℃의 온도에서 파손 없이 적어도 5 ％ 신축될 수 있고,
상기 변형 가능한 센서 어레인지먼트는,
- 상기 신축성 전기 도전성 배선(400)을 통해 상기 제1 신축성 전극(301)에 전기적으로 결합된 전자 어레인지먼트(120)를 더 포함하고, 상기 전자 어레인지먼트(120)는 상기 변형 가능한 센서의 설치 위치에서 상기 제1 신축성 전극(301)으로부터 제1 신호를 획득하도록 구성되며,
상기 변형 가능한 센서 어레인지먼트는:
- 상기 획득된 제1 신호 및 조립 보상 계수들에 기초하여 교정된 값을 결정하도록 구성된 분석 수단을 더 포함하고, 상기 조립 보상 계수들은
- 재료 보상 계수들, 및
- 상기 변형 가능한 센서의 적어도 하나의 다른 측정된 신호에 기초하고, 상기 적어도 하나의 다른 측정된 신호는 측정될 물체가 상기 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않았을 때 상기 변형 가능한 센서의 설치 위치에서 측정되었던 것이며,
- 상기 변형 가능한 센서 어레인지먼트는 평면 표면에서 상기 재료 보상 계수들(181)을 결정하도록 구성되고, 그리고/또는
- 상기 재료 보상 계수들(181)은 메모리에 저장되고 상기 변형 가능한 센서 어레인지먼트는 상기 메모리에 저장된 재료 보상 계수들을 사용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
변형 가능한 센서 어레인지먼트. - 제1 항에 있어서,
상기 재료 보상 계수들은 상기 변형 가능한 센서의 제1 신호에 대한
- 온도, 및/또는
- 수분
의 영향을 포함하는,
변형 가능한 센서 어레인지먼트. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 재료 보상 계수들은 상기 변형 가능한 센서의 제1 신호에 대한
- 상기 변형 가능한 센서의 재료(들), 및/또는
- 상기 변형 가능한 센서의 구조
의 영향을 포함하는,
변형 가능한 센서 어레인지먼트. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 분석 수단은
- 측정될 물체가 상기 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않을 때 상기 제1 신호를 획득하고,
- 상기 제1 신호를 상기 메모리에 저장된 신호와 비교하고 ― 상기 저장된 신호는 변형 가능한 센서가 현재의 표면에 설치되었을 때 획득됨 ―, 그리고
- 상기 제1 신호와 상기 저장된 신호 사이의 차이에 기초하여 센서가 위치 설정된 설치 표면이 여전히 적절한 상태인지 여부를 결정하도록 추가로 구성되는,
변형 가능한 센서 어레인지먼트. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 분석 수단은 프로세서를 포함하고, 상기 전자 어레인지먼트(120)는 전송 수단 및 선택적으로, 메모리를 갖는 적어도 하나의 구성요소를 더 포함하는,
변형 가능한 센서 어레인지먼트. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 변형 가능한 센서는 신축성 층(200), 신축성 전극(들)(300, 301, 302) 및 전기 도전성 배선(400)이 탄성 변형 가능한 층(130A)의 동일한 측면에 남겨지는 방식으로 탄성 변형 가능한 층(130A, 130B) 및 상기 신축성 층(200)을 포함하는,
변형 가능한 센서 어레인지먼트. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 전자 어레인지먼트(120)는 상기 제1 전극(301)에 전기적으로 결합된 전자 칩(510)을 포함하는,
변형 가능한 센서 어레인지먼트. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 변형 가능한 센서 어레인지먼트는,
- 측정될 물체가 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않을 때 상기 변형 가능한 센서의 설치 위치에서 조립 보상 계수들(182)을 결정하도록 구성되는,
변형 가능한 센서 어레인지먼트. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 변형 가능한 센서는:
- 용량성 센서, 또는
- 저항성 센서, 또는
- 압전저항 센서 중 하나인,
변형 가능한 센서 어레인지먼트. - 변형 가능한 전자 센서 및 상기 변형 가능한 센서에 의해 관심 값을 측정하도록 구성된 전자 어레인지먼트를 포함하는 관심 값을 결정하기 위한 시스템으로서,
- 만곡된 물체에 부착되기에 적절한 상기 변형 가능한 센서는,
- 20 ℃의 온도에서 적어도 0.01 MPa의 영률 및 적어도 10 퍼센트의 제1 항복 변형률을 갖는 탄성 층,
- 상기 탄성 층에 부착되고, 20 ℃의 온도에서 파손 없이 적어도 5 ％ 신축될 수 있는 제1 신축성 전극(301), 및
- 20 ℃의 온도에서 파손 없이 적어도 5 ％ 신축될 수 있는 신축성 전기 도전성 배선(400)을 포함하고,
- 상기 전자 어레인지먼트(120)는 배선(400)을 통해 제1 신축성 전극(301)에 전기적으로 결합되고, 상기 전자 어레인지먼트는 제1 신축성 전극(301)으로부터 적어도 제1 신호를 획득하도록 구성되고, 상기 전자 어레인지먼트는 전원을 포함하며,
상기 시스템은,
- 획득된 신호(들) 및 조립 보상 계수들(182)에 기초하여 상기 변형 가능한 센서의 설치 위치에서 교정된 값을 결정하도록 구성된 분석 수단 ― 상기 조립 보상 계수들은,
- 재료 보상 계수들, 및
- 상기 변형 가능한 센서의 적어도 하나의 다른 측정된 신호에 기초하고,
상기 변형 가능한 센서 어레인지먼트는 평면 표면에서의 재료 보상 계수들(181)을 결정하도록 구성되고, 그리고/또는 상기 재료 보상 계수들(181)은 메모리에 저장되고 상기 변형 가능한 센서 어레인지먼트는 메모리에 저장된 상기 재료 보상 계수를 사용하도록 구성되며,
상기 적어도 하나의 다른 측정된 신호는 측정될 물체가 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않을 때의 설치 위치에서 측정되었던 것임 ―
- 획득된 값들 및/또는 교정된 값들 중 적어도 일부를 전송하기 위한 전송 수단, 및
- 선택적으로, 전송된 값들을 수신하기 위한 외부 유닛(550, 570)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
관심 값을 결정하기 위한 시스템. - 관심 값을 결정하기 위한 방법으로서,
- 변형 가능한 센서(100) 및 전자 어레인지먼트(120)를 포함하는 변형 가능한 센서 어레인지먼트를 제공하는 단계를 포함하고,
상기 변형 가능한 센서(100)는
- 20 ℃의 온도에서 적어도 0.01 MPa의 영률 및 적어도 10 퍼센트인 제1 항복 변형률을 갖는 탄성 층,
- 상기 탄성 층에 부착된 제1 신축성 전극(301), 및
- 신축성 전기 도전성 배선(400)을 포함하고,
- 상기 제1 신축성 전극은 20 ℃의 온도에서 파손 없이 적어도 5 ％ 신축될 수 있고, 그리고
- 상기 신축성 전기 도전성 배선(400)은 20 ℃의 온도에서 파손 없이 적어도 5％ 신축될 수 있고,
- 상기 전자 어레인지먼트(120)는 상기 배선(400)을 통해 제1 신축성 전극(301)에 전기적으로 결합되고, 전자 어레인지먼트는 제1 신축성 전극(301)으로부터 제1 신호를 획득하도록 구성되며,
상기 방법은:
- 상기 변형 가능한 센서의 제1 신축성 전극(301)을 이용함으로써 제1 값을 제공하는 단계,
- 상기 전자 어레인지먼트(120)를 이용함으로써 제1 값을 판독하는 단계,
- 상기 제1 값을 조립 보상 계수들(182)과 비교하는 단계 ― 상기 조립 보상 계수들은,
- 재료 보상 계수들, 및
- 상기 변형 가능한 센서의 적어도 하나의 다른 측정된 신호에 기초하고,
상기 변형 가능한 센서 어레인지먼트는 평면 표면에서의 재료 보상 계수들(181)을 결정하도록 구성되고, 그리고/또는 상기 재료 보상 계수들(181)은 메모리에 저장되고, 상기 변형 가능한 센서 어레인지먼트는 메모리에 저장된 상기 재료 보상 계수들을 사용하도록 구성되고, 그리고
상기 적어도 하나의 다른 측정된 신호는 측정될 물체가 상기 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않았을 때의 설치 위치에서 측정되었던 것임 ―
- 상기 조립 보상 계수들 및 상기 판독된 제1 값에 기초하여 교정된 제1 값을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
관심 값을 결정하기 위한 방법. - 변형 가능한 센서를 설치하기 위한 설치 방법으로서,
- 변형 가능한 센서(100) 및 전자 어레인지먼트(120)를 포함하는 변형 가능한 센서 어레인지먼트를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 변형 가능한 센서는,
- 20 ℃의 온도에서 적어도 0.01 MPa의 영률 및 적어도 10 퍼센트의 제1 항복 변형률을 갖는 탄성 층,
- 상기 탄성 층(150, 130A, 130B, 200)에 부착된 제1 신축성 전극(301) 및
- 신축성 전기 도전성 배선(400)을 포함하고,
- 상기 제1 신축성 전극은 20 ℃의 온도에서 파손 없이 적어도 5 ％ 신축될 수 있고,
- 상기 신축성 전기 도전성 배선(400)은 20 ℃의 온도에서 파손 없이 적어도 5 ％ 신축될 수 있고, 상기 전자 어레인지먼트(120)는 상기 배선(400)을 통해 상기 제1 신축성 전극(301)에 전기적으로 결합되고, 상기 전자 어레인지먼트는 상기 제1 신축성 전극(301)으로부터 제1 신호를 획득하도록 구성되며,
상기 설치 방법은,
- 평면 표면에서 재료 보상 계수들(181)을 결정함으로써 그리고/또는 메모리에 저장된 재료 보상 계수들을 사용함으로써 상기 재료 보상 계수들(181)을 제공하는 단계,
- 상기 변형 가능한 센서(100)를 제1 표면에 대해 설치하는 단계,
- 측정될 물체가 상기 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않을 때 상기 제1 표면에서 적어도 하나의 신호들을 측정하는 단계,
- 상기 측정될 물체가 상기 제1 표면의 상기 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않음을 나타내는 값들을 결정하는 단계, 및
- 조립 보상 계수들(182)을 결정하기 위해 상기 측정될 물체가 상기 제1 표면의 상기 센서에 영향을 미치지 않는다는 것을 나타내는 값들을 상기 재료 보상 계수들(181)과 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
변형 가능한 센서를 설치하기 위한 설치 방법. - 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 저장된, 관심 값을 결정하기 위한 컴퓨터 프로그램으로서,
상기 컴퓨터 프로그램은, 컴퓨터 상에서 실행될 때, 상기 컴퓨터로 하여금,
- 제1 표면 상에서 제1 항에 따른 변형 가능한 센서에 의해 측정된 제1 신호를 나타내는 입력 신호(Sin)를 수신하고,
- 상기 제1 입력 신호(Sin)에 조립 보상 계수들(182)을 사용함으로써 상기 입력 신호(Sin)로부터 교정된 값을 결정하고 ― 상기 조립 보상 계수들은,
- 재료 보상 계수들, 및
- 상기 변형 가능한 센서의 적어도 하나의 다른 측정된 신호에 기초하고,
상기 재료 보상 계수들(181)은 평면 표면에서 결정되었고, 그리고/또는 메모리에 저장되고, 상기 메모리로부터 사용되고, 그리고
상기 적어도 하나의 다른 측정된 신호는, 측정될 물체가 상기 변형 가능한 센서에 영향을 미치지 않을 때 상기 변형 가능한 센서의 설치 위치에서 측정되었던 것임 ―
- 상기 교정된 값을 포함하는 출력 신호(Sout)를 생성하고, 그리고
- 선택적으로, 사용자에게 상기 교정된 값을 보여주게 하도록 구성되는,
컴퓨터 프로그램. - 삭제
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- 삭제
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