KR102519741B1 - 정전 용량형 센서 및 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법 - Google Patents

정전 용량형 센서 및 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법은 외력에 의해 변화하는 정전 용량값을 기초로 상기 외력의 성분을 측정하는 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법에 대한 것이며, 정전 용량형 센서에 외력을 가하여 상기 정전 용량형 센서로부터 상기 외력에 따른 정전 용량값을 획득하는 단계, 상기 정전 용량값의 역수에 비례하는 제1 역정전 용량 인자를 연산하는 단계, 상기 정전 용량형 센서에 가해진 외력의 성분을 원소로 하는 포스 매트릭스를 생성하는 단계, 상기 제1 역정전 용량 인자를 원소로 포함하는 정전 용량 매트릭스를 생성하는 단계 및 상기 포스 매트릭스와 상기 정전 용량 매트릭스를 기초로 캘리브레이션 매트릭스를 연산하는 단계를 포함한다.

Description

정전 용량형 센서 및 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법{Capacitive sensor and calibration method for a capacitive sensor}
본 발명은 정전 용량형 센서 및 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외력에 의해 변화하는 커패시터의 정전 용량값을 기초로 다축 힘/토크를 센싱하는 정전 용량형 센서와 정전 용량형 센서를 캘리브레이션하는 방법에 관한 것이다.
종래의 힘/토크 센서는 대부분 스트레인 게이지를 이용하여 힘/토크를 감지 또는 측정하는 방식을 사용하고 있다.
일반적으로 스트레인 게이지를 이용하는 센서는 외력이 가해지는 한 쌍의 외부 연결구와, 한 쌍의 외부 연결구를 연결하는 탄성체 그리고 탄성체에 부착되어 탄성체의 변형량을 측정하는 스트레인 게이지로 구성된다. 스트레인 게이지는 외부 연결구에 가해지는 외력에 의해 변형되는 탄성체의 변형량에 따라 변화하는 저항을 감지하여 외력을 감지 또는 측정한다.
스트레인 게이지를 이용한 센서는 탄성체에 다수의 스트레인 게이지를 접착하는 방식으로 제조되는데, 이 과정에서 제조 경비가 상승하고, 오랜 시간이 경과한 후에는 스트레인 게이지를 접착하는데 사용되는 접착제가 경화되어 접착제의 손상이 쉽게 유발되는 등의 문제가 종종 발생하였다.
따라서 최근에는 단순한 구조로 제조 난이도를 낮추고 내구성이 향상된 정전 용량형 6축 힘/토크 센서가 개발된 바 있다. 이러한 정전 용량형 6축 힘/토크 센서에 대해서는 이미 ‘대한민국 등록특허 제1477120호; 정전 용량형 6축 힘/토크 센서’ 등에 의해 개시된 바 있다.
하지만, 6축 센서를 정밀하게 제조한다 하더라도 제조되는 모든 6축 센서에 의해 검출되는 값들에는 오차가 발생될 수 있다. 따라서 6축 센서를 실제로 사용하기 전에는 6축 센서에 작용하는 토크의 크기와 힘의 크기에 대응하여 6축 센서에 의해 검출되는 값들을 수집하고, 6축 센서에 작용하는 토크의 크기와 힘의 크기에 대응하여 6축 센서에 의해 검출되는 값들의 상관 관계에 따른 6축 센서의 캘리브레이션이 필수로 수행되어야만 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 정전 용량형 센서에 대한 정밀한 캘리브레이션이 가능한 캘리브레이션 방법과 정전 용량형 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법은 외력에 의해 변화하는 정전 용량값을 기초로 상기 외력의 성분을 측정하는 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법에 대한 것이며, 정전 용량형 센서에 외력을 가하여 상기 정전 용량형 센서로부터 상기 외력에 따른 정전 용량값을 획득하는 단계, 상기 정전 용량값의 역수에 비례하는 제1 역정전 용량 인자를 연산하는 단계, 상기 정전 용량형 센서에 가해진 외력의 성분을 원소로 하는 포스 매트릭스를 생성하는 단계, 상기 제1 역정전 용량 인자를 원소로 포함하는 정전 용량 매트릭스를 생성하는 단계 및 상기 포스 매트릭스와 상기 정전 용량 매트릭스를 기초로 캘리브레이션 매트릭스를 연산하는 단계를 포함한다.
상기 제1 역정전 용량 인자의 n제곱에 비례하는 제2 역정전 용량 인자를 연산하는 단계를 더 포함하고, 상기 정전 용량 매트릭스는 상기 제2 역정전 용량 인자를 원소로 더 포함할 수 있다.
상기 n은 2부터 1씩 순차적으로 증가하는 자연수를 포함할 수 있다.
상기 포스 매트릭스는 A X 1의 매트릭스이고(A는 상기 외력의 성분 개수), 상기 정전 용량 매트릭스는 (K*n) X 1의 매트릭스이고(K는 상기 정전 용량형 센서 내부의 커패시터의 개수), 상기 캘리브레이션 매트릭스는 A X (K*n)이며, 상기 포스 매트릭스는 상기 캘리브레이션 매트릭스와 상기 정전 용량 매트릭스의 곱으로 표현될 수 있다.
상기 포스 매트릭스는 1 X A의 매트릭스이고(A는 상기 외력의 성분 개수),
상기 정전 용량 매트릭스는 1 X (K*n)의 매트릭스이고(K는 상기 정전 용량형 센서 내부의 커패시터의 개수), 상기 캘리브레이션 매트릭스는 (K*n) X A 이며, 상기 포스 매트릭스는 상기 정전 용량 매트릭스와 상기 캘리브레이션 매트릭스의 곱으로 표현될 수 있다.
상기 제1 역정전 용량 인자의 m제곱에 비례하는 제3 역정전 용량 인자를 연산하는 단계를 더 포함하고, 상기 정전 용량 매트릭스는 상기 제3 역정전 용량 인자를 원소로 더 포함할 수 있다.
상기 정전 용량값은 상기 정전 용량형 센서 내부의 캐패시터의 정전 용량에서 미리 연산된 기생 정전 용량을 감산한 것일 수 있다.
상기 외력의 성분은 Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz 중 적어도 2개 이상일 수 있다.
상기 캘리브레이션 매트릭스를 상기 정전 용량형 센서에 입력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법은 외력에 의해 변화하는 정전 용량값을 기초로 상기 외력의 성분을 측정하는 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법에 대한 것이며, 정전 용량형 센서에 외력을 가하여 상기 정전 용량형 센서로부터 상기 외력에 따른 정전 용량값을 획득하는 단계, 상기 정전 용량값의 역수의 n제곱에 비례하는 제1 역정전 용량 인자를 연산하는 단계 및 상기 제1 역정전 용량 인자와 상기 외력과의 상관 관계를 연산하는 단계를 포함한다.
상기 n은 1부터 1씩 순차적으로 증가하는 자연수를 포함할 수 있다.
상기 정전 용량값의 역수의 m제곱에 비례하는 제2 역정전 용량 인자를 연산하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 역정전 용량 인자와 상기 외력과의 상관 관계를 연산하는 단계에서, 상기 제1 역정전 용량 인자 및 상기 제2 역정전 용량 인자와 상기 외력과의 상관 관계를 연산할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량형 센서는, 외력에 의해 변화하는 정전 용량값을 기초로 상기 외력의 성분을 측정하는 정전 용량형 센서이며, 외력에 의해 변화하는 정전 용량이 변화하는 복수의 커패시터 및
상기 복수의 커패시터의 정전 용량값들을 수신하여, 상기 정전 용량값들의 역수에 n제곱에 비례하는 제1 역정전 용량 인자를 연산하고 이를 기초로 상기 외력의 성분을 연산하는 연산 유닛을 포함한다.
상기 n은 1부터 1씩 순차적으로 증가하는 자연수를 포함할 수 있다.
상기 연산 유닛은 상기 정전 용량값들의 역수의 m제곱에 비례하는 제2 역정전 용량 인자를 더 연산하고, 상기 제1 역정전 용량 인자 및 상기 제2 역정전 용량 인자를 기초로 상기 외력의 성분을 연산할 수 있다.
상기 정전 용량값은 상기 복수의 캐패시터의 정전 용량에서 미리 연산된 기생 정전 용량을 감산한 것일 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
정전 용량형 센서에 대한 정밀한 캘리브레이션이 가능하고 이를 기초로 보다 정밀하게 외력을 측정할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 도 2의 S11 단계의 일례를 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법에 따른 캘리브레이션 결과를 검증한 그래프이다.
도 5는 도 4의 A 영역을 확대 도시한 그래프이다.
도 6은 도 5의 B 영역을 확대 도시한 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 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.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 또한 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 시스템 및 센서의 캘리브레이션 방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 시스템(1)은 외력 제공 유닛(10), 연산부(30) 및 디스플레이부(40)를 포함한다. 그리고 캘리브레이션 대상이 되는 정전 용량형 센서(20)가 캘리브레이션 시스템(1)에 장착된다.
외력 제공 유닛(10)은 정전 용량형 센서(20)와 물리적으로 연결되어, 정전 용량형 센서(20)에 외력을 가한다. 정전 용량형 센서(20)가 감지할 수 있는 힘/토크의 성분의 종류에 따라 외력 제공 유닛(10)이 정전 용량형 센서(20)에 가할 수 있는 외력의 종류는 달라질 수 있다.
예를 들어, 정전 용량형 센서(20)가 3축의 힘(Fx, Fy, Fz)을 감지하는 센서인 경우, 외력 제공 유닛(10)은 정전 용량형 센서(20)에 3축 방향의 외력(Fx, Fy, Fz)을 가하도록 구성될 수 있다.
또는, 정전 용량형 센서(20)가 6축의 힘/토크(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz)를 감지하는 센서인 경우, 외력 제공 유닛(10)은 정전 용량형 센서(20)에 6축의 방향의 외력(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz)을 가하도록 구성될 수 있다.
다른 실시예로서, 정전 용량형 센서(20)가 6축의 힘/토크(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz) 중 2개 성분을 감지하는 2축 센서인 경우 외력 제공 유닛(10)은 정전 용량형 센서(20)가 감지하는 성분의 힘 및/토크의 외력을 가할 수 있고, 정전 용량형 센서(20)가 6축의 힘/토크(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz) 중 3개 성분을 감지하는 3축 센서인 경우 외력 제공 유닛(10)은 정전 용량형 센서(20)가 감지하는 성분의 힘 및/토크의 외력을 가할 수 있다.
또는, 캘리브레이션 시스템(1)의 범용성을 위해 외력 제공 유닛(10)이 6축의 방향의 외력(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz)을 가할 수 있도록 구성되고, 캘리브레이션 대상이 되는 정전 용량형 센서(20)의 타입에 따라 외력 제공 유닛(10)이 요구되는 성분의 외력만을 제공하도록 구성될 수 있다.
외력 제공 유닛(10)은 연산부(30)와 통신 가능하게 연결되며, 연산부(30)에 의해 제어된다. 외력 제공 유닛(10)을 제어하는 프로그램은 미리 연산부(30)에 입력될 수 있으며, 필요에 따라 사용자가 연산부(30)를 통해 외력 제공 유닛(10)을 임의로 조작할 수 있도록 구성될 수 있다.
연산부(30)의 제어에 따른 일련의 프로세스에 따라 외력 제공 유닛(10)이 정전 용량형 센서(20)에 여러 조합의 외력을 가하면, 정전 용량형 센서(20) 내에 구비된 복수의 커패시터는 여러 조합의 외력에 따라 정전 용량값이 변화한다.
정전 용량형 센서(20)가 6축의 힘/토크(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz)를 감지하는 경우, 정전 용량형 센서(20)는 최소 6개의 커패시터를 포함하여 최소 6가지의 정전 용량값(C1, C2, C3, C4, C5, C6)을 출력한다.
정전 용량형 센서(20)가 6축의 힘/토크(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz) 중 3개 성분을 감지하는 3축 센서인 경우에는 정전 용량형 센서(20)가 최소 3개의 커패시터를 포함하여 최소 3가지의 정전 용량값(C1, C2, C3)을 출력하고, 정전 용량형 센서(20)가 6축의 힘/토크(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz) 중 2개 성분을 감지하는 2축 센서인 경우에는 정전 용량형 센서(20)가 최소 2개의 커패시터를 포함하여 최소 2가지의 정전 용량값(C1, C2)을 출력할 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 정전 용량형 센서(20)가 6축의 힘/토크(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz)를 감지하는 센서임을 전제로 설명한다.
연산부(30)는 정전 용량형 센서(20)로부터 정전 용량값을 수신하여, 외력 조합과 정전 용량값을 대응시킨 데이터 세트들로 구성된 데이터 테이블을 생성한다. 예를 들어, 정전 용량형 센서(20)가 6축의 힘/토크(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz)를 감지하는 경우, 연산부(30)는 아래의 [표 1]에 도시된 바와 같은 데이터 테이블을 생성할 수 있다.
세트NO. Fx Fy Fz Tx Ty Tz C1 C2 C3 C4 C5 C6
1 Fx1 Fy1 Fz1 Tx1 Ty1 Tz1 C11 C21 C31 C41 C51 C61
2 Fx2 Fy2 Fz2 Tx2 Ty2 Tz2 C12 C22 C32 C42 C52 C62
… … … … … … … … … … … … …
N Fxn Fyn Fzn Txn Tyn Tzn C1n C2n C3n C4n C5n C6n
연산부(30)는 데이터 테이블의 데이터들을 기초로 정전 용량형 센서(20)의 캘리브레이션을 수행한다. 캘리브레이션은 정전 용량형 센서(20)로부터 출력된 정전 용량값들과 정전 용량형 센서(20)에 가해진 외력 간의 상관 관계를 연산하는 것을 의미한다. 이에 대한 보다 구체적인 내용은 후술하는 캘리브레이션 방법에서 설명한다.
정전 용량형 센서(20)에 정전 용량값을 기초로 6축의 힘/토크(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz)를 연산하는 연산 유닛이 있는 경우, 연산부(30)는 캘리브레이션 수행 이후, 정전 용량형 센서(20)의 연산 유닛에 캘리브레이션 함수를 입력할 수 있다.
정전 용량형 센서(20)에 MCU와 같은 연산 유닛이 장착되는 경우, 연산 유닛은 복수의 커패시터의 정전 용량값들을 수신하여 후술하는 제1 역정전 용량 인자 및/또는 제2 역정전 용량 인자들로 연산한 후, 연산된 제1 역정전 용량 인자 및/또는 제2 역정전 용량 인자들을 연산부(30)로 송신할 수 있다.
이 경우, 연산부(30)는 정전 용량형 센서(20)의 연산 유닛으로부터 제1 역정전 용량 인자 및/또는 제2 역정전 용량 인자들을 수신하여 데이터 테이블을 생성할 수 있다. 연산부(30)가 생성하는 데이터 테이블은 외력 조합과 제1 역정전 용량 인자 및/또는 제2 역정전 용량 인자들 대응시킨 데이터 세트들로 구성된 데이터 테이블일 수 있다.
디스플레이부(40)는 연산부(30)와 통신 가능하게 연결되어, 필요한 정보들을 시각화한다. 예를 들어, 디스플레이부(40)는 정전 용량형 센서(20)에 가해지는 외력(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz)의 변화 추이, [표 1]의 데이터 테이블, 캘리브레이션 시작/중지 등을 제어할 수 있는 화면 등을 표시할 수 있다.
이하에서는 전술한 캘리브레이션 시스템(1)을 이용한 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법을 도시한 순서도이고, 도 3은 도 2의 S11 단계의 일례를 도시한 순서도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법은 정전 용량 데이터를 획득하는 단계(S11), 역정전 용량 인자를 연산하는 단계(S12), 정전 용량 매트릭스를 생성하는 단계(S13), 포스 매트릭스를 생성하는 단계(S14), 캘리브레이션 매트릭스를 연산하는 단계(S15) 및 캘리브레이션 매트릭스를 입력하는 단계(S16)를 포함한다.
정전 용량 데이터를 획득하는 단계(S11)는 외력 제공 유닛(10)에 의해 인가되는 여러 조합에 외력에 따라 변화하는 정전 용량형 센서(20)의 정전 용량값들을 획득한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 정전 용량 데이터를 획득하는 단계(S11)의 일례로, 정전 용량 데이터를 획득하는 단계(S11)는 외력을 인가하는 단계(S11a)와 획득된 데이터 세트의 수를 미리 설정된 수(N)와 비교하는 단계(S11b)를 포함할 수 있다.
외력을 인가하는 단계(S11a)에서 연산부(30)는 미리 프로그램된 프로세스에 의해 외력 제공 유닛(10)을 제어하여 정전 용량형 센서(20)에 여러 조합의 외력을 가한다. 예를 들어, 연산부(30)는 외력 제공 유닛(10)이 6축의 외력(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz)을 순차적으로 -100N으로부터 +100N까지 연속적으로 변화시키도록 제어할 수 있다.
그리고 연산부(30)는 외력 제공 유닛(10)이 정전 용량형 센서(20)에 여러 조합의 외력을 가하는 중에 정전 용량형 센서(20)로부터 출력되는 정전 용량값들(C1, C2, C3, C4, C5, C6)을 획득하며 [표 1]과 같은 데이터 테이블을 생성할 수 있다.
획득된 데이터 세트의 수를 미리 설정된 수(N)와 비교하는 단계(S11b)에서 연산부(30)는 획득된 데이터 세트의 수를 미리 설정된 수(N)와 비교하고, 획득된 데이터 세트의 수가 미리 설정된 수(N) 이하(실시예에 따라 획득된 데이터 세트의 수가 미리 설정된 수(N) 미만이 될 수 있다)인 경우에는 외력 제공 유닛(10)이 정전 용량형 센서(20)에 외력을 가하는 프로세스를 유지하며 데이터 세트를 추가적으로 획득한다.
획득된 데이터 세트의 수가 미리 설정된 수(N)를 초과(실시예에 따라 획득된 데이터 세트의 수가 미리 설정된 수(N) 이상이 될 수 있다)하는 경우에, 연산부(30)는 외력 제공 유닛(10)이 정전 용량형 센서(20)에 더 이상 외력을 가하지 않도록 외력 제공 유닛(10)을 제어할 수 있다.
그리고, S12 및 S14 단계가 진행된다.
역정전 용량 인자를 연산하는 단계(S12)에서 연산부(30)는 정전 용량형 센서(20)로부터 획득한 정전 용량값들(C1, C2, C3, C4, C5, C6)의 역수에 비례하는 제1 역정전 용량 인자들을 연산한다. C1, C2, C3, C4, C5, C6는 데이터 테이블 내의 정전 용량값들에 대한 통계적 산술을 통해 얻어진 대표값일 수 있다.
즉, 정전 용량형 센서(20)로부터 획득한 정전 용량값들이 C1, C2, C3, C4, C5, C6인 경우, 제1 역정전 용량 인자들은 α1/C1, α2/C2, α3/C3, α4/C4, α5/C5, α6/C6가 된다. α1, α2, α3, α4, α5, α6는 비례 상수이며, 모두 동일한 값일 수도 있고, 서로 다른 값일 수도 있다. 또한, α1, α2, α3, α4, α5, α6는 모두 1이 될 수도 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해 별도의 정의가 있지 않은 이상, α1/C1를 d1, α2/C2를 d2, α3/C3를 d3, α4/C4를 d4, α5/C5를 d5, α6/C6를 d6으로 칭한다.
정전 용량형 센서(20) 내부의 커패시터들은 가해지는 외력에 비례하여 전극의 간격(d)이 가까워지거나 멀어지게 된다. 그리고 커패시터의 정전 용량값은 전극의 간격과 반비례하는 특성을 갖는다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법 및 시스템에서는 정전 용량값의 역수에 비례하는 제1 역정전 용량 인자(d1, d2, d3, d4, d5, d6)를 이용한다.
다른 실시예로서, 제1 역정전 용량 인자(d1, d2, d3, d4, d5, d6)는 정전 용량형 센서(20)로부터 획득한 정전 용량값들(C1, C2, C3, C4, C5, C6)에서 기생 정전 용량(Cp)을 감산한 정전 용량값(C1-Cp, C2-Cp, C3-Cp, C4-Cp, C5-Cp, C6-Cp)의 역수에 비례하는 값으로 설정될 수 있다.
이 경우, d1=α1/(C1-Cp), d2=α2/(C2-Cp), d3=α3(C3-Cp), d4=α4/(C4-Cp) d5=α5/(C5-Cp), d6=α6/(C6-Cp)가 될 수 있다.
기생 정전 용량(Cp)은 정전 용량형 센서(20)의 기생 정전 용량 또는 정전 용량형 센서(20) 및 캘리브레이션 시스템(1)의 기생 정전 용량이 될 수 있다.
다른 실시예로서, 정전 용량형 센서(20)에 제1 역정전 용량 인자(d1, d2, d3, d4, d5, d6)를 연산할 수 있는 연산 유닛이 구비된 경우에는, S12단계가 정전 용량형 센서(20)의 연산 유닛에서 수행될 수 있다.
이 경우, S11단계는 제1 역정전 용량 인자를 수신하는 단계로 변경되고, S11단계와 S12 단계는 동시에 진행될 수 있다. 즉, 외력이 인가됨에 따라 변화하는 정전 용량값은 정전 용량형 센서(20)의 연산 유닛에서 제1 역정전 용량 인자(d1, d2, d3, d4, d5, d6)로 변환하면, 연산부(30)가 제1 역정전 용량 인자(d1, d2, d3, d4, d5, d6)을 수신하여 데이터 세트 및 데이터 테이블을 생성하게 된다.
정전 용량 매트릭스를 생성하는 단계(S13)에서 연산부(30)는 제1 역정전 용량 인자(d1, d2, d3, d4, d5, d6)를 원소로 하는 정전 용량 매트릭스(D)를 생성한다.
정전 용량 매트릭스(D)는 아래와 같은 6X1 형태의 매트릭스가 될 수 있다.
Figure 112016083259334-pat00001
정전 용량형 센서(20)가 3축 센서인 경우, 정전 용량형 센서(20)는 3개의 정전 용량값(C1, C2, C3)을 출력할 수 있으며, 이 경우, 정전 용량 매트릭스(D)는 3X1 형태의 매트릭스가 될 수 있다.
정전 용량형 센서(20)가 2축 센서인 경우, 정전 용량형 센서(20)는 2개의 정전 용량값(C1, C2)을 출력할 수 있으며, 이 경우, 정전 용량 매트릭스(D)는 2X1 형태의 매트릭스가 될 수 있다.
포스 매트릭스를 생성하는 단계(S14)에서 연산부(30)는 정전 용량형 센서(20)에 가해진 외력의 성분(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz)을 원소로 하는 포스 매트릭스(F)를 생성한다. 포스 매트릭스(F)의 원소인 외력의 성분(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz)은 각 데이터 세트의 외력값에서 선택될 수 있다.
포스 매트릭스(F)는 아래와 같은 6X1 형태의 매트릭스가 될 수 있다.
Figure 112016083259334-pat00002
캘리브레이션 매트릭스를 연산하는 단계(S15)에서, 연산부(30)는 포스 매트릭스(F)와 정전 용량 매트릭스(D)를 기초로 캘리브레이션 매트릭스(C)를 연산한다.
예를 들어, 포스 매트릭스(F)는 캘리브레이션 매트릭스(C)와 정전 용량 매트릭스(D)의 곱이므로(F = C X D), 연산부(30)는 포스 매트릭스(F)에 정전 용량 매트릭스(D)의 Pseudo inverse matrix를 곱하는(F X D†) 방식으로 캘리브레이션 매트릭스(C)를 연산할 수 있다.
캘리브레이션 매트릭스(C)는 아래와 같은 6X6 형태의 매트릭스가 될 수 있다.
Figure 112016083259334-pat00003
정전 용량형 센서(20)에 정전 용량값을 기초로 6축의 힘/토크(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz)를 연산하는 연산 유닛이 있는 경우, 캘리브레이션 매트릭스를 입력하는 단계(S16)가 진행된다.
캘리브레이션 매트릭스를 입력하는 단계(S16)에서 연산부(30)는 연산된 캘리브레이션 매트릭스(C)를 정전 용량형 센서(20)의 연산 유닛에 입력한다.
캘리브레이션 매트릭스(C)가 입력된 정전 용량형 센서(20)는, 정전 용량형 센서(20)에 가해지는 외력에 따른 정전 용량값(C1, C2, C3, C4, C5, C6)을 연산 유닛이 제1 역정전 용량 인자(d1, d2, d3, d4, d5, d6)로 변환하고 이를 캘리브레이션 매트릭스(C)과 연산하여 6축의 힘/토크(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz)를 연산하여 출력할 수 있다.
본 실시예에서는 6축 센싱을 하는 정전 용량형 센서(20)로서 6개의 정전 용량값을 출력하는 경우를 기준으로 설명하였으므로 정전 용량 매트릭스(D)와 포스 매트릭스(F)는 6X1의 매트릭스가 되고 캘리브레이션 매트릭스(C)는 6X6 형태의 매트릭스가 되었다.
그러나 정전 용량형 센서(20)가 2축 센싱을 하는 경우에는 정전 용량형 센서(20) 내에 2개의 커패시터가 구비되어 2개의 정전 용량값을 출력하는 경우에는, 정전 용량 매트릭스(D)와 포스 매트릭스(F)는 2X1의 매트릭스가 되고 캘리브레이션 매트릭스(C)는 2X2 형태의 매트릭스가 될 수 있다.
또한, 정전 용량형 센서(20)가 3축 센싱을 하는 경우에는 정전 용량형 센서(20) 내에 3개의 커패시터가 구비되어 정전 용량 매트릭스(D)와 포스 매트릭스(F)는 3X1의 매트릭스가 되고 캘리브레이션 매트릭스(C)는 3X3 형태의 매트릭스가 될 수 있다.
즉, 정전 용량형 센서(20)가 센싱하는 외력 성분의 개수 또는 정전 용량형 센서(20) 내부의 커패시터의 개수에 따라 정전 용량 매트릭스(D), 포스 매트릭스(F) 및 캘리브레이션 매트릭스(C)의 형태는 달라질 수 있다.
이를 일반화하면, 정전 용량형 센서(20)가 센싱하는 외력 성분의 개수가 A개 이고, 정전 용량형 센서(20) 내부의 커패시터의 개수가 K개인 경우, 포스 매트릭스(F)는 A X 1의 매트릭스가 되고, 정전 용량 매트릭스(D)는 K X 1의 매트릭스가 되고, 캘리브레이션 매트릭스(C)는 A X K의 매트릭스가 된다.
한편, 전술한 실시예에서는 정전 용량 매트릭스(D)와 포스 매트릭스(F)는 6X1의 매트릭스가 되고 캘리브레이션 매트릭스(C)는 6X6 형태의 매트릭스가 되며, F = C X D의 관계가 성립하는 예를 기준으로 설명하였으나, 다른 실시예로서, 정전 용량 매트릭스(D)와 포스 매트릭스(F)는 1X6의 매트릭스가 되고 캘리브레이션 매트릭스(C)는 6X6 형태의 매트릭스가 되며, F = D X C의 관계가 성립할 수도 있다. 이 경우, 연산부(30)는 정전 용량 매트릭스(D)의 pseudo inverse matrix에 포스 매트릭스(F)를 곱하는(D† X F) 방식으로 캘리브레이션 매트릭스(C)를 연산할 수 있다.
이를 일반화하면, 정전 용량형 센서(20)가 센싱하는 외력 성분의 개수가 A개 이고, 정전 용량형 센서(20) 내부의 커패시터의 개수가 K개인 경우, 포스 매트릭스(F)는 1 X A의 매트릭스가 되고, 정전 용량 매트릭스(D)는 1 X K의 매트릭스가 되고, 캘리브레이션 매트릭스(C)는 K X A 의 매트릭스가 된다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법에 대해 설명한다. 설명의 편의를 위하여 제1 실시예와 유사한 부분은 동일한 도면부호를 사용하고, 제1 실시예와 공통되는 부분은 그 설명을 생략한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법은 전술한 제1 실시예에 따른 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법과 비교하여, 역정전 용량 인자를 연산하는 단계(S12)에서 차이가 있다.
역정전 용량 인자를 연산하는 단계(S12)에서 제2 역정전 용량 인자를 연산하는 단계를 더 포함한다.
제2 실시예에 따른 캘리브레이션 방법의 역정전 용량 인자를 연산하는 단계(S12)에서 연산부(30)는 제1 역정전 용량 인자(d1, d2, d3, d4, d5, d6) 및 제2 역정전 용량 인자를 연산한다.
제2 역정전 용량 인자는 제1 역정전 용량 인자의 n제곱에 비례하는 인자들이다. 즉, 제2 역정전 용량 인자는 d1n, d2 n, d3 n, d4 n, d5 n, d6 n으로 표현된다.
n이 1인 경우에는 전술한 제1 실시예와 동일하며, n이 2이상의 자연수에서 선택될 수 있다.
예를 들어, n이 2인 경우, 연산부(30)는 제1 역정전 용량 인자(d1, d2, d3, d4, d5, d6)와 제2 역정전 용량 인자(d12, d22, d32, d42, d52, d62)를 연산한다.
그리고 정전 용량 매트릭스를 생성하는 단계(S13)에서 연산부(30)가 생성하는 정전 용량 매트릭스(D2)는 아래와 같은 12X1 형태의 매트릭스가 될 수 있다.
Figure 112016083259334-pat00004
그리고, 캘리브레이션 매트릭스를 연산하는 단계(S15)에서 연산부(30)에 의해 연산되는 캘리브레이션 매트릭스(C)는 6X12 형태의 매트릭스가 될 수 있다.
설명의 편의를 위해, n이 2가 되는 경우를 예로 설명하였으나, n은 3 이상의 자연수 중 어느 하나로 선택될 수 있다.
또한, 본 실시예에서, n은 1 또는 2부터 1씩 순차적으로 증가하는 자연수를 포함할 수 있다.
예를 들어, n이 3인 경우, n은 1, 2, 3을 포함하며, n이 1인 경우는 제1 역정전 용량 인자(d1, d2, d3, d4, d5, d6)와 동일하므로, 연산부(30)는 제2 역정전 용량 인자로서 d12, d22, d32, d42, d52, d62과 d13, d23, d33, d43, d53, d63을 연산한다.
이 경우, 정전 용량 매트릭스를 생성하는 단계(S13)에서 연산부(30)가 생성하는 정전 용량 매트릭스(D3)는 아래와 같은 18X1 형태의 매트릭스가 될 수 있다.
Figure 112016083259334-pat00005
그리고, 캘리브레이션 매트릭스를 연산하는 단계(S15)에서 연산부(30)에 의해 연산되는 캘리브레이션 매트릭스(C)는 6X18 형태의 매트릭스가 될 수 있다.
설명의 편의를 위해, n이 3이 되는 경우를 예로 설명하였으나, n은 4 이상의 자연수 중에서 선택될 수 있다.
다른 실시예로서, 정전 용량형 센서(20)에 연산 유닛이 구비된 경우, 연산부(30) 대신 연산 유닛이 제1 역정전 용량 인자 및 제2 역정전 용량 인자를 연산하여 연산부(30)로 제공할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법에서 사용되는 포스 매트릭스(F), 정전 용량 매트릭스(D) 및 캘리브레이션 매트릭스(C)를 일반화하면, 정전 용량형 센서(20)가 센싱하는 외력 성분의 개수가 A개 이고, 정전 용량형 센서(20) 내부의 커패시터의 개수가 K개이며, n이 1부터 1씩 순차적으로 증가하는 자연수를 포함한다고 할 때에, 포스 매트릭스(F)는 A X 1의 매트릭스가 되고, 정전 용량 매트릭스(D)는 (K*n) X 1의 매트릭스가 되고, 캘리브레이션 매트릭스(C)는 A X (K*n)의 매트릭스가 되며, F = C X D의 관계가 성립한다.
또는, 포스 매트릭스(F)는 1 X A 의 매트릭스가 되고, 정전 용량 매트릭스(D)는 1 X (K*n)의 매트릭스가 되고, 캘리브레이션 매트릭스(C)는 (K*n) X A의 매트릭스가 되며, F = D X C의 관계가 성립한다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법에 따른 캘리브레이션 결과를 검증한 그래프이고, 도 5는 도 4의 A 영역을 확대 도시한 그래프이며, 도 6은 도 5의 B 영역을 확대 도시한 그래프이다.
도 4 내지 도 6에서 검은색으로 표현된 레퍼런스 그래프(R)는 정전 용량형 센서(20)에 실제로 작용한 외력을 표시한 것이고, 붉은색으로 표현된 그래프(d)는 제1 실시예에 따른 캘리브레이션 방법에서 D의 정전 용량 매트릭스를 적용한 캘리브레이션 결과로 정전 용량형 센서(20)가 감지한 외력을 표시한 것이고, 파란색으로 표현된 그래프(d2)는 제2 실시예에 따른 캘리브레이션 방법에서 D2의 정전 용량 매트릭스를 적용한 캘리브레이션 결과로 정전 용량형 센서(20)가 감지한 외력을 표시한 것이며, 녹색으로 표현된 그래프(d3)는 제2 실시예에 따른 캘리브레이션 방법에서 D3의 정전 용량 매트릭스를 적용한 캘리브레이션 결과로 정전 용량형 센서(20)가 감지한 외력을 표시한 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, D3의 정전 용량 매트릭스를 적용한 그래프(d3)가 레퍼런스 그래프(R)와 가장 근접하고, D2의 정전 용량 매트릭스를 적용한 그래프(d2)가 그 다음으로 레퍼런스 그래프(R)와 근접함을 확인할 수 있다.
그리고, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, D의 정전 용량 매트릭스를 적용한 그래프(d)가 레퍼런스 그래프(R)와 전체적으로는 유사한 추이를 갖지만 그래프(d3)나 그래프(d2)보다는 레퍼런스 그래프(R)와 차이가 있는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 정전 용량 매트릭스로서 D3를 적용한 경우가 가장 캘리브레이션의 정밀성이 우수하고, D2, D의 순서로 정밀성이 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 캘리브레이션 방법에 대해 설명한다. 설명의 편의를 위하여 제1 실시예 및/또는 제2 실시예와 유사한 부분은 동일한 도면부호를 사용하고, 제1 실시예 및/또는 제3 실시에와 공통되는 부분은 그 설명을 생략한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법은 전술한 제2 실시예에 따른 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법과 비교하여, 역정전 용량 인자를 연산하는 단계(S12)에서 차이가 있다.
역정전 용량 인자를 연산하는 단계(S12)에서 제3 역정전 용량 인자를 연산하는 단계를 더 포함한다.
제3 실시예에 따른 캘리브레이션 방법의 역정전 용량 인자를 연산하는 단계(S12)에서 연산부(30)는 제1 역정전 용량 인자(d1, d2, d3, d4, d5, d6) 및 제2 역정전 용량 인자(d1n, d2 n, d3 n, d4 n, d5 n, d6 n) 외에 제3 역정전 용량 인자를 연산한다.
제3 역정전 용량 인자는 제1 역정전 용량 인자의 m제곱에 비례하는 인자들이다. 즉, 제3 역정전 용량 인자는 d1m, d2 m, d3 m, d4 m, d5 m, d6 m으로 표현된다. m은 n과 다른 자연수이다.
따라서, 정전 용량 매트릭스를 생성하는 단계(S13)에서 연산부(30)가 생성하는 정전 용량 매트릭스(D4)는 아래와 같은 18X1 형태의 매트릭스가 될 수 있다.
Figure 112016083259334-pat00006
n으로 2가 선택되고 m으로 3이 선택된 경우에는 전술한 제2 실시예에 따른 캘리브레이션 방법에서 D3의 정전 용량 매트릭스와 동일한 정전 용량 매트릭스가 생성될 수 있다.
그러나, n으로 2가 선택되거나 3이상의 자연수 중 어느 하나가 선택되고, m으로 4이상의 자연수 중 어느 하나가 선택되는 경우 제2 실시예에 따른 정전 용량 매트릭스와 다른 정전 용량 매트릭스가 생성될 수 있다.
또는 전술한 바와 같이, n은 1 또는 2부터 1씩 순차적으로 증가하는 자연수를 포함할 수 있으며, n과 m이 서로 중첩되지 않는 범위 내에서 1씩 순차적으로 증가하는 자연수를 포함할 수도 있다.
다른 실시예로서, 정전 용량형 센서(20)에 연산 유닛이 구비된 경우, 연산부(30) 대신 연산 유닛이 제1 역정전 용량 인자, 제2 역정전 용량 인자 및 제3 역정전 용량 인자를 연산하여 연산부(30)로 제공할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량형 센서에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량형 센서(20)는 복수의 커패시터와 연산 유닛을 포함한다.
복수의 커패시터는 정전 용량형 센서(20)에 작용하는 외력에 의해 전극 사이의 간격이 변화하고, 이에 의해 정전 용량값이 변화한다.
정전 용량형 센서(20) 내에 구비되는 커패시터의 수는 정전 용량형 센서(20)가 감지하는 외력의 성분 수에 따라 달라질 수 있다.
정전 용량형 센서(20)가 6축의 힘/토크(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz)를 감지하는 경우, 정전 용량형 센서(20)는 최소 6개의 커패시터를 포함하여 최소 6가지의 정전 용량값(C1, C2, C3, C4, C5, C6)을 출력한다.
정전 용량형 센서(20)가 6축의 힘/토크(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz) 중 3개 성분을 감지하는 3축 센서인 경우에는 정전 용량형 센서(20)가 최소 3개의 커패시터를 포함하여 최소 3가지의 정전 용량값(C1, C2, C3)을 출력하고, 정전 용량형 센서(20)가 6축의 힘/토크(Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz) 중 2개 성분을 감지하는 2축 센서인 경우에는 정전 용량형 센서(20)가 최소 2개의 커패시터를 포함하여 최소 2가지의 정전 용량값(C1, C2)을 출력할 수 있다.
연산 유닛은 각 커패시터의 정전 용량값들을 수신하여 전술한 제1 역정전 용량 인자를 연산한다. 실시예에 따라, 제2 역정전 용량 인자 및 제3 역정전 용량 인자를 연산할 수도 있다. 역정전 용량 인자들에 대해서는 상술하였으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
그리고, 연산 유닛은 연산부(30)로부터 캘리브레이션 매트릭스(C)를 입력받은 이후에는, 외력에 의해 변화된 각 커패시터의 정전 용량값들을 수신하여 역정전 용량 인자들로 변환하고, 변환된 역정전 용량 인자를 캘리브레이션 매트릭스(C)와 연산하여 외력의 성분을 연산하고 출력할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 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. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 캘리브레이션 시스템
10: 외력 제공 유닛
20: 정전 용량형 센서
30: 연산부
40: 디스플레이부

Claims (16)

  1. 외력에 의해 변화하는 정전 용량값을 기초로 상기 외력의 성분을 측정하는 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법에 있어서,
    정전 용량형 센서에 외력을 가하여 상기 정전 용량형 센서로부터 상기 외력에 따른 정전 용량값을 획득하는 단계;
    상기 정전 용량값의 역수에 비례하는 제1 역정전 용량 인자를 연산하는 단계;
    상기 정전 용량형 센서에 가해진 외력의 성분을 원소로 하는 포스 매트릭스를 생성하는 단계;
    상기 제1 역정전 용량 인자를 원소로 포함하는 정전 용량 매트릭스를 생성하는 단계;
    상기 포스 매트릭스와 상기 정전 용량 매트릭스를 기초로 캘리브레이션 매트릭스를 연산하는 단계를 포함하는 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 역정전 용량 인자의 n제곱에 비례하는 제2 역정전 용량 인자를 연산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 정전 용량 매트릭스는 상기 제2 역정전 용량 인자를 원소로 더 포함하는, 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 n은 2부터 1씩 순차적으로 증가하는 자연수를 포함하는, 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 포스 매트릭스는 A X 1의 매트릭스이고(A는 상기 외력의 성분 개수),
    상기 정전 용량 매트릭스는 (K*n) X 1의 매트릭스이고(K 는 상기 정전 용량형 센서 내부의 커패시터의 개수),
    상기 캘리브레이션 매트릭스는 A X (K*n)이며,
    상기 포스 매트릭스는 상기 캘리브레이션 매트릭스와 상기 정전 용량 매트릭스의 곱으로 표현되는, 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 포스 매트릭스는 1 X A의 매트릭스이고(A는 상기 외력의 성분 개수),
    상기 정전 용량 매트릭스는 1 X (K*n)의 매트릭스이고(K는 상기 정전 용량형 센서 내부의 커패시터의 개수),
    상기 캘리브레이션 매트릭스는 (K*n) X A 이며,
    상기 포스 매트릭스는 상기 정전 용량 매트릭스와 상기 캘리브레이션 매트릭스의 곱으로 표현되는, 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 역정전 용량 인자의 m제곱에 비례하는 제3 역정전 용량 인자를 연산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 정전 용량 매트릭스는 상기 제3 역정전 용량 인자를 원소로 더 포함하는, 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 정전 용량값은 상기 정전 용량형 센서 내부의 캐패시터의 정전 용량에서 미리 연산된 기생 정전 용량을 감산한 것인, 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 외력의 성분은 Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz 중 적어도 2개 이상인, 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 매트릭스를 상기 정전 용량형 센서에 입력하는 단계를 더 포함하는, 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법.
  10. 외력에 의해 변화하는 정전 용량값을 기초로 상기 외력의 성분을 측정하는 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법에 있어서,
    정전 용량형 센서에 외력을 가하여 상기 정전 용량형 센서로부터 상기 외력에 따른 정전 용량값을 획득하는 단계;
    상기 정전 용량값의 역수의 n제곱에 비례하는 제1 역정전 용량 인자를 연산하는 단계; 및
    상기 제1 역정전 용량 인자와 상기 외력과의 상관 관계를 연산하는 단계를 포함하는 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 n은 1부터 1씩 순차적으로 증가하는 자연수를 포함하는, 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 정전 용량값의 역수의 m제곱에 비례하는 제2 역정전 용량 인자를 연산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 역정전 용량 인자와 상기 외력과의 상관 관계를 연산하는 단계에서, 상기 제1 역정전 용량 인자 및 상기 제2 역정전 용량 인자와 상기 외력과의 상관 관계를 연산하는, 정전 용량형 센서의 캘리브레이션 방법.
  13. 외력에 의해 변화하는 정전 용량값을 기초로 상기 외력의 성분을 측정하는 정전 용량형 센서에 있어서,
    외력에 의해 변화하는 정전 용량이 변화하는 복수의 커패시터; 및
    상기 복수의 커패시터의 정전 용량값들을 수신하여, 상기 정전 용량값들의 역수에 n제곱에 비례하는 제1 역정전 용량 인자를 연산하고 이를 기초로 상기 외력의 성분을 연산하는 연산 유닛을 포함하는 정전 용량형 센서.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 n은 1부터 1씩 순차적으로 증가하는 자연수를 포함하는, 정전 용량형 센서.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 연산 유닛은 상기 정전 용량값들의 역수의 m제곱에 비례하는 제2 역정전 용량 인자를 더 연산하고, 상기 제1 역정전 용량 인자 및 상기 제2 역정전 용량 인자를 기초로 상기 외력의 성분을 연산하는, 정전 용량형 센서.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 정전 용량값은 상기 복수의 캐패시터의 정전 용량에서 미리 연산된 기생 정전 용량을 감산한 것인, 정전 용량형 센서.
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