KR102529143B1 - 스마트 온수매트 커버 기반 수면상태 모니터링을 위한 유연 압력센서 및 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수면모니터링 온수매트용 센서 및 이를 결합한 모듈에 관한 것으로, 마찰전기를 기반으로 압력의 크기를 측정하는 센서, 복수개의 센서가 2차원 평면 상에서 서로 소정의 간격으로 배치되는 매트, 센서와 전기적으로 연결되어 압력의 크기를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 변환모듈 및 변환모듈과 전기적으로 연결되어 상기 압력의 크기를 매트에 배치된 복수개의 센서와 일대일 대응되도록 2차원 평면 상에서 시각적으로 출력하는 모니터링부를 포함하여 구비되고, 발열장치, 수면자세유도장치 및 전자석을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 용액공정 기반의 반도체 공정을 통해 제작된 센서를 이용하여 전력 소비를 최소화하며 이물감을 최소화하고 실질 동작 기반의 데이터로 수면 상태를 모니터링 할 수 있으며, 발열장치를 통해 압력의 크기 및 주변압력을 시각적으로 파악할 수 있고, 수면자세유도장치를 통해 사용자가 수면하는 동안 일정한 자세를 유지하도록 유도할 수 있으며, 전자석을 구비하여 매트가 지나치게 압력을 받아 변형되지 않도록 하여 사용자의 불편감을 최소화 할 수 있다.

Description

스마트 온수매트 커버 기반 수면상태 모니터링을 위한 유연 압력센서 및 모듈 {FLEXIBLE PRESSURE SENSOR AND MODULE FOR MONITORING SLEEP CONDITION BASED ON SMART HOT WATER MAT COVER}

본 발명은 수면모니터링 온수매트용 센서 및 이를 결합한 모듈에 관한 것이다. 보다 자세하게는 스마트 온수매트 커버를 기반으로 수면상태를 모니터링 하기 위한 유연 압력센서 및 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 수면모니터링용 센서는 환자의 움직임 유무를 실시간으로 감지하여 모니터링 하는 것으로, 압력을 정밀하게 측정하기보다 압력이 가해진 유무를 정확하고 정밀하게 인지하는 것이 중요하다.

이러한 수면모니터링용 센서를 이용한 수면모니터링 방법은, 마이크 내장형으로 구비되고 매트에 설치하여 소리를 감지함으로써 데이터를 분석하여 수면상태를 측정하는 방식, 다채널 대면적 압력센서를 사용하여 압력에 따른 수면 상태 유형을 분석하는 방식, 심박수, 호흡률 및 움직임을 매트리스 아래에 구비된 센서로 수집하고, 수집한 데이터를 알고리즘으로 신호처리 하는 방식 등이 있었다.

그러나, 이러한 종래의 방식은 매트리스 전반에 걸쳐 데이터를 감지하여 측정하고 이 데이터를 Log file의 형태로 저장 가능한 2차원 형태의 제품이 없다는 한계점이 있고, 사용자가 누웠을 때 머리, 목 또는 어깨의 일부가 접촉하는 지 여부를 기초로 하여 가상의 데이터를 생성하는 정도의 모니터링만 가능하므로 사용자 인체의 전반적인 움직임을 감지하는 센서 2차원 Array 기반 시스템 수준의 제품이 없다는 한계점이 있다.

상기와 같은 한계를 해결하기 위해, 본 발명에서는 저가로 대량생산이 가능한 용액공정 기반의 반도체 공정을 이용하여 제작한 유연 압력센서 및 상기 유연 압력센서가 부착되고, 민감도가 우수하며 이물감이 적은 모듈을 포함하는 수면모니터링 시스템을 제공하고자 한다.

선행문헌 1 : 대한민국 등록특허 제10-1575112호 (2015년 12월 01일 등록) 선행문헌 2 : 대한민국 등록특허 제10-1840411호 (2018년 03월 14일 등록)

본 발명의 기술적 과제는 매트 전반에 걸쳐 압력을 측정하는 수면 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 측정된 압력을 log file의 형태로 저장하여 2차원 평면 상에서 시각적으로 출력하는 수면 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 종래 센서에 비해 감도가 향상된 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 용액공정 기반의 반도체 공정을 이용하여 제작할 수 있는 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 발열장치를 통해 압력의 크기 및 주변압력을 시각적으로 파악하는 것이다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 수면자세유도장치를 통해 사용자가 일정한 자세를 유지하도록 유도하는 것이다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 전자석을 구비하여 매트가 지나치게 압력을 받아 변형되지 않도록 하여 사용자의 불편감을 최소화하는 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 마찰전기를 기반으로 압력의 크기를 측정하는 센서, 복수개의 센서가 2차원 평면 상에서 서로 소정의 간격으로 이격되도록 배치되는 매트, 센서와 전기적으로 연결되어 압력의 크기를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 변환모듈 및 변환모듈과 전기적으로 연결되어 상기 압력의 크기를 매트에 배치된 복수개의 센서와 일대일 대응되도록 2차원 평면 상에서 시각적으로 출력하는 모니터링부를 포함하는 수면모니터링 시스템을 제공한다.

또한, 센서와 연결되어 상기 압력의 크기에 따라 열을 발생시키는 발열장치를 더 포함하고, 발열장치에 발생된 열을 열화상 카메라로 촬영하여 상기 압력에 따라 발생한 열의 온도를 측정하여 센서에 발생한 압력의 크기를 파악하는 것을 특징으로 하는 수면모니터링 시스템을 제공한다.

또한, 발열장치와 접촉하도록 구비되어 열을 전달받고, 소정의 제1 임계온도보다 높은 온도에 도달하면 소정의 제1 각도로 변형되며, 소정의 제1 임계온도보다 더 높은 온도인 소정의 제2 임계온도보다 높은 온도에 도달하면 소정의 제1 각도보다 더 큰 소정의 제2 각도로 변형되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 소재의 누름장치를 더 포함하고, 누름장치는, 소정의 제1 임계온도보다 높은 온도에 도달하여 소정의 제1 각도로 변형되면, 푸시 버튼으로 구비되는 제1 스위치를 눌러서 켜고, 소정의 제2 임계온도보다 높은 온도에 도달하여 소정의 제2 각도로 변형되면 누름장치가 푸시 버튼으로 구비되는 제2 스위치를 눌러서 켜는 것을 특징으로 하며, 제1 스위치 또는 제2 스위치가 켜지면, 사용자가 수면하는 동안 일정한 자세를 유지하도록 유도하는 수면자세유도장치를 동작시키는 것을 특징으로 하는 수면모니터링 시스템을 제공한다.

또한, 수면자세유도장치는, 제1 스위치와 상기 제2 스위치가 켜진 것을 감지하여 사용자의 수면 자세를 판단하는 감지부를 포함하고, 수면자세에 따라 매트를 들어올려서 매트를 소정의 모양으로 변형하는 리프트를 포함하며, 리프트는, 제2 스위치가 모두 꺼지는 것을 상기 감지부가 감지할 때까지 상기 매트를 들어올려서 상기 매트가 소정의 모양을 유지하도록 하여 사용자가 일정한 자세를 유지하도록 유도하는 것을 특징으로 하는 수면모니터링 시스템을 제공한다.

또한, 복수의 상기 센서 각각에 대응되는 전자석을 더 포함하고, 센서압력이 감지되는 경우 전자석에 전류가 인가되어 자력이 발생되는 것을 특징으로 하고, 전자석은, 센서를 감싸도록 센서의 주변에 배치되며, 전자석과 마주보도록 배치되고, 전자석과 마주보는 면이 상기 전자석에 자력이 발생될 때와 동일한 극으로 구비되는 자석부를 더 포함하며,

센서에 압력이 감지되어, 상기 전자석에 전류가 흘러 자력이 발생되면, 마주보는 면이 동일한 극으로 구비되는 상기 자석부와 서로 밀어내어 상기 매트가 압력에 의해 지나치게 변형되지 않게 하여 사용자가 이용 시 편안하도록 하는 것을 특징으로 하는 수면모니터링 시스템을 제공한다.

본 발명에 따르면, 복수개의 센서가 2차원 평면 상에서 서로 소정의 간격으로 이격되도록 배치되므로, 가상의 데이터 생성이 아닌 실질 동작 기반의 데이터로 수면 상태를 모니터링 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 복수개의 센서가 2차원 평면 상에서 서로 소정의 간격으로 이격되도록 배치되므로, 보다 정확하고 정밀하게 수면상태 모니터링이 가능하여, 수면 시 다양한 동작을 인식 및 데이터화할 수 있다.

본 발명에 따르면, 종래 센서에 비해 감도가 향상된 센서가 제공되므로, 수면 시 센서로 인한 이물감을 최소화할 수 있다.

본 발명에 따르면, 센서는 매트로부터 탈부착이 가능하게 구비되므로, 매트를 교체 또는 세탁하기 용이하므로, 범용성이 뛰어나다.

본 발명에 따르면, 용액공정 기반의 반도체 공정을 통해 센서를 제작할 수 있으므로, 제작비를 절감하고 대량으로 생산할 수 있다.

본 발명에 따르면, 외부 전력 공급이 불필요한 센서가 제공되므로, 전력 소비를 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 사용자의 상태를 모니터링하고 수면 모니터링 데이터 플랫폼을 구축하여 플랫폼에 연결된 사용자와 의료 업체에 데이터를 제공함으로써 의료 및 노인 복지 시설 등에 활용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 압력을 다양한 방식으로 확인할 수 있으며, 단순히 한 지점이 아니라 압력의 전체적인 분포를 확인할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 사용자가 수면하는 동안 일정한 자세를 유지하도록 유도할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 압력이 측정되는 지점이 지나치게 눌리지 않도록 방지하여 사용자가 불편감을 느끼지 않도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수면모니터링 시스템의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수면모니터링 시스템의 매트에 센서 및 변환모듈이 배치되는 모습을 나타내는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수면모니터링 시스템에서 압력을 측정하는 흐름을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수면모니터링 시스템의 일 사용 예를 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수면모니터링 시스템의 발열장치 및 열화상 카메라를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수면모니터링 시스템의 누름장치가 온도에 따라 변형되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수면모니터링 시스템의 수면자세유도장치를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수면모니터링 시스템의 전자석 및 자석부를 나타내는 도면이다.

본 발명의 목적 및 효과는 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이나 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한 도면에서 본 발명을 명확하게 개시하기 위해서 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 동일하거나 유사한 부호들은 동일하거나 유사한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수면모니터링 시스템의 전체 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수면모니터링 시스템의 매트(200)에 센서(100) 및 변환모듈(300)이 배치되는 모습을 나타내는 정면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 수면모니터링 시스템은 압력을 측정하는 센서(100), 센서(100)가 부착되는 매트(200), 센서(100)가 측정한 압력의 크기를 전기적 신호로 변환하는 변환모듈(300) 및 변환모듈(300)이 변환한 신호를 입력 받아 압력의 크기를 시각적으로 출력하는 모니터링부(400)를 포함하여 구성된다.

센서(100)는 마찰전기를 기반으로 압력의 크기를 측정하는 구성이다. 이를 위해, 센서(100)는 압력센서(100)로 구비되고, 마찰전기를 발생시킬 수 있는 구성을 포함하여 구비된다. 상세하게, 센서(100)는 후술할 매트(200)에 배치되어, 매트(200)의 상부에 위치하는 사용자의 자세 변경에 따른 압력 변화를 측정함으로써 사용자의 수면 상태를 실시간으로 모니터링하도록 구비된다.

매트(200)는 복수개의 센서(100)가 2차원 평면 상에서 서로 소정의 간격으로 이격되도록 배치되는 구성이다. 도 2를 참조하면, 복수개의 센서(100)가 매트(200)의 상부에 서로 소정의 간격으로 이격되어 배치된다. 바람직한 실시예로, 매트(200)의 가로부의 양단을 기준으로 각각 15cm의 위치, 세로부의 양단을 기준으로 각각 30cm의 위치에 센서(100)를 4개 부착하고, 이를 기준으로 상하좌우에 각각 35cm 간격으로 11개의 센서(100)를 부착하여 총 15개의 센서(100)를 매트(200)의 상부에 배열할 수 있다. 이 때, 매트(200)의 뒤틀림과 눌림 등 외력 요인을 감안하여, 센서(100)로부터 각각 5cm 정도 이격된 거리에 전선(150)을 배치하고, 전선(150)을 복수개의 센서(100)와 연결하여 후술할 변환모듈(300)과 센서(100)가 전기적으로 연결될 수 있도록 한다.

도 2에는 센서(100)가 매트(200)의 상부에 노출되도록 도시되었으나, 이물감을 최소화하기 위해 센서(100)는 매트(200)의 내부에 배치될 수 있다. 바람직한 실시예로, 센서(100)는 매트(200)의 상부로부터 5cm 깊이에 배치되도록 구비될 수 있다. 본 발명에 따른 수면모니터링 시스템의 센서(100)는 마찰전기를 기반으로 압력의 크기를 측정하게 되므로, 센서(100)가 사용자의 신체와 직접 접촉하는 위치에 설치되지 않고 사용자의 신체에 의해 압력을 받는 매트(200)의 하부에 설치되더라도, 사용자의 무게 중심 변동에 따라 매트(200)의 각 지점에 가해지는 압력에 의해 발생하는 마찰전기를 통해 압력을 측정할 수 있다.

본 발명에 따른 수면모니터링 시스템에 대한 바람직한 일 실시예로, 온수보일러를 더 포함하도록 구비될 수 있다. 온수보일러는 매트(200)에 설치되어 온수를 이용하여 매트(200)의 온도를 조절하는 구성이다. 상세하게, 온수보일러는 매트(200)의 상부 또는 내부에 설치되어 물이 이동하는 경로를 제공하는 배관, 배관의 내부를 이동하는 물을 가열 또는 냉각시키는 가열기, 가열기의 온도 및 물의 흐름을 제어하는 온수보일러 박스를 포함하여 구비될 수 있다. 이처럼 온수보일러가 구비되는 경우, 온수보일러 박스와 변환모듈(300)이 전기적으로 연결되어, 후술할 모니터링부(400)에 발열부의 온도 변화를 시각적으로 출력하도록 구비될 수 있다.

변환모듈(300)은 센서(100)와 전기적으로 연결되어 압력의 크기를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 구성이다. 상세하게, 센서(100)와 연결된 전선(150)이 변환모듈(300)에 연결됨으로써, 센서(100)가 측정한 압력의 크기를 변환모듈(300)이 전달받도록 구비된다. 변환모듈(300)에 대한 바람직한 실시예로, 매트(200)에 온수보일러가 구비되는 경우, 온수보일러 박스와 전기적으로 연결되어 발열부의 온도 변화를 전기적 신호로 변환하여 출력하도록 구비될 수 있다. 변환모듈(300)에 대한 상세한 실시예는 도 3을 참조하여 후술하도록 한다.

모니터링부(400)는 변환모듈(300)과 전기적으로 연결되어 압력의 크기를 매트(200)에 배치된 복수개의 센서(100)와 일대일 대응되도록 2차원 평면 상에서 시각적으로 출력하는 구성이다. 상세하게, 변환모듈(300)과 유선 또는 무선을 통해 전기적으로 연결되어, 변환모듈(300)이 생성한 전기적 신호를 입력받아 매트(200)에 배치된 복수개의 각 센서(100)의 압력값이 2차원 평면 상에 시각적으로 출력하도록 구비된다. 모니터링부(400)에 대한 바람직한 실시예로, 매트(200)에 온수보일러가 구비되는 경우, 발열부의 온도 크기 또는 변화를 2차원 평면 상에서 시각적으로 출력하도록 구비될 수 있다. 모니터링부(400)에 대한 상세한 실시예는 도 3을 참조하여 후술하도록 한다.

도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 수면 모니터링 시스템은 발열장치(500)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

발열장치(500)는 센서(100)와 연결되어 센서(100)에 감지되는 압력의 크기에 따라 열을 발생시키는 구성이다. 이때, 발열장치(500)는 압력을 받으면 열을 내는 재질을 이용할 수도 있고, 센서(100)에서 압력의 크기를 전기적 신호로 변환하는 변환모듈(300)에서 받는 신호의 크기를 통해 압력의 크기를 열로 변환하도록 구비될 수 있으며, 센서(100)에서 직접 압력의 크기를 전달받아 열을 내도록 구비될 수 있다. 다만, 센서(100)에서 직접 압력의 크기를 전달받아 열을 내는 것이 센서(100)에 입력된 압력을 좀 더 정확하게 반영할 수 있기 때문에 센서(100)에서 압력의 크기를 전달받는 방식이 바람직하다.

발열장치(500)는 각각의 센서(100)와 대응되도록 구비되며, 복수의 센서(100)가 구비되는 경우 각각의 센서(100)와 연결되는 복수개의 발열장치(500)가 구비될 수 있고, 발열장치(500)는 복수개의 센서(100)가 배치된 형태로 배치되어 각각의 센서(100)가 위치한 곳의 압력을 나타내도록 구비될 수 있으며, 한 개의 발열장치(500)에 전체 센서(100)가 연결되어 복수의 센서(100)에서 입력되는 압력의 총량을 발열장치(500)의 온도로 표시되도록 하는 것도 가능하다. 다만, 복수개의 센서(100)가 배치된 형태로 배치되어 각각의 센서(100)가 위치한 곳의 압력을 나타내는 것이 전체 압력의 분포를 알 수 있어 바람직하며, 발열장치(500)가 센서(100)가 배치되는 형태로 배치되는 경우, 발열장치(500)가 설치되는 발열장치 고정부(510)가 더 구비될 수 있고, 해당 발열장치 고정부(510)는 열이 잘 전달되어 발열장치(500) 주변의 온도를 표현할 수 있도록 구비될 수 있다.

또한, 발열장치(500)를 통해 발생된 열을 열화상 카메라(520)로 촬영하여 압력에 따라 발생한 열의 온도를 측정하여 센서(100)에 발생한 압력의 크기를 파악할 수 있다. 이때, 열화상 카메라(520)뿐만 아니라 열을 측정할 수 있는 온도 센서(100) 등이 활용될 수 있지만, 열화상 카메라(520)를 이용하면 특정 부위의 온도만 확인하는 것이 아니라 발열장치(500)에 의해 생성된 중심부의 온도이외에도 주변에 퍼진 온도를 확인하여 그에 대응되는 주변 압력까지도 알 수 있다는 장점이 있기 때문에 열화상 카메라(520)를 이용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 발열장치(500)에 발생하는 열을 통해 온도를 측정하여 압력의 크기를 확인하는 경우, 온도의 편차를 통해 디테일 하게 알 수 있고, 센서(100)가 있는 특정부위의 압력 수치를 알 수 있을 뿐만 아니라 온도의 차이를 통해 센서(100)의 주변으로 압력이 어떻게 분포되는지 전체적인 압력분포를 확인할 수 있으며, 이를 이미지화 하면 시각적으로 압력의 분포를 확인할 수 있으며 센서(100)만을 이용한 한가지 방식이 아닌 서로 다른 방식으로 압력을 확인하여 서로 다른 정보를 교차 확인할 수 있다. 또한, 압력에 따른 전압을 전달받아 온도를 변화시키기 때문에 순간적인 과전압 등의 오류가 있을 때도 바로 오류가 나타나지 않을 수 있다는 장점도 있다.

도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 수면 모니터링 시스템은 형상기억합금 소재로 구비되는 누름장치(600), 제1 스위치(611) 및 제2 스위치(621)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

누름장치(600)는 형상기억합금 소재로 구비될 수 있고, 발열장치(500)와 접촉하도록 구비되어 열을 전달받을 수 있다. 누름장치(600)는 센서(100)에 소정의 압력 이상의 압력이 감지되면 발열장치(500)에서 열이 발생하고, 발열장치(500)에서 열을 전달받은 누름장치(600)의 온도가 소정의 임계온도보다 높은 온도가 발생되면, 누름장치(600)가 소정의 각도로 변형이 일어날 수 있고, 해당 변형에 의해 누름장치(600)가 스위치를 온 오프 하도록 할 수 있다.

형상기억합금 소재로 구비되는 누름장치(600)는 온도에 따른 변화에 의해 스위치를 온오프 할 수 있도록 다양한 형태로 구비될 수 있고, 온도의 변화에 따라 한쪽방향으로 소정의 각도로 휘어지거나, 형상기억합금 스프링으로 구비되어 온도 변화에 따라 길이가 달라지는 등의 방식을 통해 스위치를 물리적이나 전기적으로 온 오프 하도록 구비될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 온도의 변화에 따라 소정의 각도로 변형되어 물리적으로 스위치를 켜고 끄는 것을 기준으로 설명하며 다른 방식으로도 구비될 수 있음은 당연하다.

발열장치(500)는 센서(100)에 소정의 압력이 이상이 감지되면 발열장치(500)에서 열을 전달받은 누름장치(600)가 소정의 임계온도에 도달하고, 형상기억합금으로 구비된 누름장치(600)가 소정의 각도로 변형된다. 즉, 정해진 소정 압력 이상을 받으면 최종적으로 누름장치(600)가 변형되어 스위치를 동작시키는 동작을 수행하도록 하는 것이다. 이때, 소정의 압력은 설정된 압력에 도달하면 특정한 동작을 하도록 하기위한 압력이며, 본 발명의 일 실시예에서는 사용자가 매트(200)에서 측면으로 눕거나 하는 특정 자세를 취해 신체에 무리가 가는 경우 센서(100)에 가해지는 압력을 기준으로 선정될 수 있다.

한편 누름장치(600)가 변형되어 온 오프 할 수 있는 스위치가 하나 또는 복수개로 구비될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예 에서는 제1 스위치(611) 및 제2 스위치(621)로 스위치가 2개 구비되는 것을 기준으로 설명한다.

제1 스위치(611) 및 제2 스위치(621)가 구비되는 경우, 형상기억합금 소재로 구비되는 누름장치(600)는, 소정의 제1 임계온도에 도달하면 소정의 제1 각도(610)로 변형될 수 있고, 소정의 제1 임계온도보다 높은 소정의 제2 임계온도에 도달하면 소정의 제1 각도(610)보다 더 큰 소정의 제2 각도(620)로 변형될 수 있으며, 누름장치(600)가 제1 각도(610)로 변형되면 제1 스위치(611)를 켜고, 누름장치(600)가 제2 각도(620)로 변형되면 제2 스위치(621)를 켜도록 할 수 있다. 이처럼 제1 스위치(611) 및 제2 스위치(621)를 발열장치(500)의 변형에 따라 켜지고 꺼질 수 있도록 하면 각각의 스위치에 소정의 장치들이 각각 연결되어 해당 스위치가 켜지면 각각의 장치가 동작하도록 할 수 있고, 또는 하나의 장치가 두 스위치와 연결되어 서로 다른 동작을 하도록 구비될 수 있다. 이때, 제1 스위치(611)는 및 제2 스위치(621)는 푸시 버튼, 딥, 리드, 로커 슬라이드 등의 다양한 방식의 스위치로 구비될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 누름장치(600)가 변형에 의해 푸시 버튼을 누르는 방식이 적절하기 때문에 스위치가 푸시 버튼인 것을 기준으로 설명한다.

예를 들면, 누르는 동안만 스위치가 온 되는 푸시 버튼으로 구비되는 제1 스위치(611) 및 제2 스위치(621)를 누름장치(600)가 변형되어 소정의 제1 각도(610)로 변형되면 제1 스위치(611)를 누르고, 소정의 제2 각도(620)로 변형되면서 제1 스위치(611)는 누르지 않게 되면서 제2 스위치(621)를 누르게 되어 소정의 제1각도에서는 제1 스위치(611)를 누르고, 소정의 제2 각도(620)에서는 제2 스위치(621)를 누르게 되어 각각의 스위치에 연결되는 장치가 온 오프 되도록 할 수 있다. 다만, 스위치는 푸시 버튼으로 한정되지 않으며, 스위치를 누름장치(600)를 통해 켜고 끄는 방식도 누름장치(600)의 종류와 스위치의 종류에 따라 다양하게 구비될 수 있는 것은 당연하다.

또한, 누름장치(600)는 소정의 제1 임계온도와 제2 임계온도가 하나로 한정되는 것이 아니라 다양한 다른 제1 임계온도 및 제2 임계온도를 가지는 누름장치(600)가 구비될 수 있으며, 기존의 누름장치(600)를 기존의 누름장치(600)와 소정의 제1 및 제2 임계온도가 다르게 구비되는 누름장치(600)로 교체하는 것도 가능하다. 이처럼 누름장치(600)를 교체하면 누름장치(600)가 변형되는 온도가 달라지고, 누름장치(600)가 변형되기 위해 발열장치(500)로부터 받는 열의 양도 달라지며, 해당 열을 발생하기위해 센서(100)가 받아야하는 소정의 압력도 달라지게 된다. 따라서 결국 누름장치(600)가 변형되어 제1 스위치(611) 또는 제2 스위치(621)를 켜기 위해 센서(100)가 받아야하는 소정의 압력을 누름장치(600)를 교체하는 방식을 통해 변경할 수 있다.

본 발명의 일 실시에서는 상술한 제1 스위치(611) 및 제2 스위치(621)에 수면자세유도장치가 연결되어 동작되는 것을 기준으로 설명한다.

도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 수면 모니터링 시스템은 수면자세유도장치를 더 포함할 수 있으며, 수면자세유도장치는 감지부 및 리프트를 포함하여 구성된다.

수면자세유도장치는 사용자가 매트(200) 위에서 수면할 때, 특정 센서(100)에 압력을 주어 제1 스위치(611)와 제2 스위치(621)가 켜진 것을 감지하여 사용자의 수면자세를 판단하는 감지부를 포함하며, 감지부에서 감지된 사용자의 수면자세에 따라 리프트가 매트(200)를 들어올려서 매트(200)가 소정의 모양으로 변형하게 하는 장치이고, 스위치와 연결되어 스위치의 온 오프에 의해 동작하도록 구비될 수 있다. 이때 스위치는 하나 또는 복수일수도 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 제1 스위치(611) 및 제2 스위치(621)가 구비되어 동작하도록 하는 것을 기준으로 설명한다.

감지부는 센서(100)에 감지된 압력에 의해 소정의 제1 또는 제2 임계온도에 도달하여 누름장치(600)가 변형되어 제1 또는 제2 스위치(621)를 켜지면 제1 또는 제2 스위치(621)가 켜진 위치들을 감지하고 종합하여 사용자의 수면자세를 감지하는 구성이다. 예를 들면, 사용자가 누운 길이방향을 기준으로 우측 센서(100)는 전혀 감지되지 않고, 가운데 및 좌측 센서(100)만이 감지된다면 이를 기반으로 사용자가 좌측으로 돌아누워서 자고 있다고 판단할 수 있을 것이다. 이와 같이 다양하게 사용자가 실제 자는 상황에 따라 미리 감지부에 저장된 데이터를 기준으로 사용자의 수면자세를 감지할 수 있다. 이처럼 감지된 사용자의 수면자세를 기준으로 감지부는 리프트가 매트(200)를 들어올리거나 낮추도록 하여 매트(200)를 소정의 모양으로 변형하여 사용자가 일정한 자세를 유지하도록 유도할 수 있다. 이때, 일정한 자세란 사용자의 신체적인 상황에 따라 유지해야 하는 다양한 자세로 구비될 수 있다. 예를 들면, 허리가 안 좋은 경우 정자세로 바르게 누워야 할 수도 있고, 또는 한쪽 어깨를 보호하기 위해 정자세 또는 측면자세로 누워야 할 수도 있다. 따라서 일정한 자세를 미리 정하여 감지부에 저장하는 방식으로 해당 자세를 유지하도록 유도할 수 있다.

리프트는 감지부에서 사용자의 수면자세를 기준으로 매트(200)를 소정의 모양으로 변형하기위해 매트(200)를 들어올리거나 낮추도록 하는 구성이다. 이때, 리프트가 매트(200)를 낮추면 사용자가 매트(200)에서 추락할 수도 있기 때문에 리프트는 매트(200)를 들어올리는 방식으로 구동되는 것이 바람직하다. 또한, 리프트가 매트(200)를 들어올릴 때는, 사용자가 갑작스러운 매트(200)의 움직임에 의해 놀라지 않도록 소정의 시간동안 서서히 매트(200)를 들어올리도록 설정될 수 있으며 마가지로 리프트가 원래의 위치로 돌아갈 때에도 서서히 내려오도록 구성하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 사용자가 사용자의 우측으로 돌아 누운 자세를 취하는 경우, 사용자의 우측 센서(100)와 중앙의 센서(100)들만이 압력을 감지하게 되고, 이에 따라 발열장치(500)에서 열이 발생하며, 발열장치(500)에서 열을 전달받은 누름장치(600)가 소정의 임계온도에 도달하여 변형되어 제1 스위치(611) 또는 제2 스위치(621)를 켜면 해당 센서(100)들에서 제1 스위치(611) 또는 제2 스위치(621)가 켜진 것을 감지부가 감지하여 사용자가 우측으로 돌아누웠다고 판단하고, 사용자가 정자세로 수면 자세를 일정하게 유지하도록 설정된 경우, 사용자의 우측에 구비된 센서(100)부에 있는 리프트를 들어올리도록 하여 사용자가 정자세를 유지할 수 있도록 유도한다.

이때, 수면자세유도장치는 사용자가 정자세로 돌아가서 제2 스위치(621)가 모두 꺼질 때까지 동작하거나, 제1 스위치(611)도 모두 꺼질 때까지 동작할 수 있으며, 또는 미리 설정된 제1 스위치(611) 및 제2 스위치(621)가 소정의 개수만큼 켜져 있을 때까지 동작하도록 할 수 있으며, 제1 스위치(611) 및 제2 스위치(621)의 분포를 확인하여 정자세로 판단될 때까지 동작할 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에서는 지나친 압력으로 판단되는 제2 스위치(621)가 모두 꺼질 때까지 동작하는 것을 기준으로 설명한다.

이와 같이 수면자세유도장치가 수면 시 자세를 일정하게 유지하는 것이 필요한 사용자에게 자세를 일정하게 유지하기 위한 도움을 줄 수 있다.

도 8을 참고하면, 본 발명에 따른 수면 모니터링 시스템은 전자석(700) 및 자석부(710)를 더 포함하도록 구비될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서는 복수의 센서(100) 각각에 대응되는 전자석(700)을 더 포함하고, 전자석(700)은 센서(100)에 압력이 감지되는 경우 전자석(700)에 전류가 인가되어 자력이 발생되는 구성이다. 이때 전자석(700)은 센서(100)의 주변을 감싸도록 센서(100)의 주변에 배치되어 센서(100)가 압력을 측정하는데 방해되지 않도록 배치된다.

또한, 전자석(700)과 마주보도록 배치되는 자석부(710)를 더 포함하는데, 자석부(710)는 전자석(700)과 마주보도록 배치되고 전자석(700)과 마주보는 면이 전자석(700)과 동일한 극으로 구비되는 구성이다. 자석부(710)는 전자석(700)에 전류가 흘러 자력이 발생되면 전자석(700)과 마주보는 면이 동일한 극으로 구비되어 서로 밀어내게 되고, 전자석(700) 또는 자석부(710) 중 하나는 고정되어 있고, 나머지 하나는 고정된 구성의 상부에 배치되며, 서로 밀어내면 매트(200)의 상면을 밀어내어 매트(200)가 압력을 받는 해당 부위가 압력에 의해 지나치게 변형되어 밑으로 꺼지지 않도록 한다.

따라서 이와 같이 전자석(700) 및 자석부(710)를 더 포함하여 사용자가 이용 시 편안함을 느낄 수 있도록 할 수 있고, 관절 등의 신체가 지나치게 압력을 받는 것을 방지할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수면모니터링 시스템에서 압력을 측정하는 흐름을 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수면모니터링 시스템에서 마찰전기를 이용하여 센서(100)가 감지하는 압력은 변환모듈(300)을 거쳐 모니터링부(400)에 시각적으로 출력된다.

변환모듈(300)은 복수개의 센서(100)에 연결되는 저항기(310), 복수개의 센서(100)가 측정한 압력값에 일대일 대응되는 전기적 신호를 생성하는 신호처리부(320), 신호처리부(320)가 생성한 전기적 신호를 출력하는 출력부(330)를 포함하여 구비된다. 이에 대한 바람직한 실시예로, 변환모듈(300)은 무선통신부를 더 포함하도록 구비될 수 있다. 무선통신부는 센서(100) 및 모니터링부(400)와 데이터를 송수신하는 구성이다.

저항기(310)는 독립적으로 작동하는 복수개의 센서(100)에 연결되어 플로팅 현상을 방지하는 구성이다. 플로팅 현상은 전원의 인가가 없는 상태에서는 입력이 없어야 함에도 전류가 불규칙적으로 발생하는 것으로, 주변 회로의 전기적인 흐름 등으로 인해 발생한다. 플로팅 현상을 방치할 경우 마찰전기를 이용한 압력값의 측정 시 오차가 발생하며, 회로에 과전류가 발생하여 회로가 손상될 위험이 있으므로 이를 제거하기 위해 저항기(310)가 구비되는 것이 바람직하다.

신호처리부(320)는 복수개의 센서(100)가 측정한 복수의 압력값과 일대일 대응되는 전기적 신호를 생성하는 구성이다.

출력부(330)는 신호처리부(320)가 생성한 전기적 신호를 출력하는 구성이다. 출력부(330)를 통해 출력되는 전기적 신호는 USB 케이블 등의 유선 연결단자를 통해 후술할 모니터링부(400)에 전달된다. 그러나, 이에 한정되지 않고 앞서 서술한 바람직한 실시예와 같이 변환모듈(300)에 무선통신부가 구비되는 경우, 전기적 신호는 무선 신호의 형태로 모니터링부(400)에 전달될 수 있다. 보다 상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 악력 측정 시스템에서 센서(100), 변환모듈(300) 및 모니터링부(400)는 무선통신으로 데이터를 송수신하도록 구비될 수 있다.

모니터링부(400)는 변환모듈(300)로부터 전기적 신호를 수신하는 입력부(420), 입력부(420)가 수신한 전기적 신호를 시각적으로 출력하는 디스플레이부(430), 입력부(420) 및 디스플레이부(430) 중 적어도 하나를 제어하는 제어부(410)를 포함하여 구비된다.

입력부(420)는 변환모듈(300)과 전기적으로 연결되어 전기적 신호를 입력 받는 구성이다.

디스플레이부(430)는 전기적 신호를 시각적으로 출력하는 구성이다.

제어부(410)는 입력부(420) 및 디스플레이부(430) 중 적어도 하나를 제어하는 구성이다.

이 때, 제어부(410)는 사용자 입력값에 따라 전기적 신호에 대한 연산을 수행하는 소프트웨어(411)가 탑재되도록 구비될 수 있다. 상세하게, 소프트웨어(411)는 디스플레이부(430)에 출력되는 데이터값의 색깔 변환, 디스플레이부(430)에 출력되는 데이터 값의 Threshold value 설정, 입력부(420)에 입력되는 전기적 신호의 실시간 Log history 출력 및 입력부(420)에 입력되는 전기적 신호의 Log file 변환 중 적어도 하나에 대한 연산을 수행하도록 구비되는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수면모니터링 시스템의 일 사용 예를 나타내는 측면도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수면모니터링 시스템의 센서(100)는 마찰층(110) 및 마찰층(110)의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 연결되는 전극(120)을 포함하여 구비된다. 본 실시예에서는 마찰층(110)의 상면에 상부 전극(120)이 연결되고, 마찰층(110)의 하면에 하부 전극(120)이 연결된 것을 기준으로 설명하도록 한다.

마찰층(110)은 센서(100)에 가해지는 압력에 의해 마찰전기를 발생시키기 위한 구성이며, PDMS(polydimethylsiloxane) 재질의 다공성 스펀지 형태로 구비된다. 마찰층(110)의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 배치되는 전극(120)은 마찰층(110)과의 접촉을 통해 마찰전기를 발생시키고, 마찰층(110)에서 발생한 마찰전기를 측정할 수 있도록 전기적인 연결을 제공하기 위한 구성으로, CNT(carbon-nanotube)-PDMS 재질의 박막 형태로 구비된다. 상세하게, 마찰층(110)은 전극(120)과의 마찰을 통해 마찰전기를 발생시키며, 전극(120)은 마찰층(110)과의 마찰을 통해 마찰전기를 발생시키는 동시에 센서(100)와 변환모듈(300)의 전기적인 연결을 제공한다.

이와 같이 마찰층(110) 및 전극(120)을 포함하여 구비됨으로써, 본 발명에 따른 수면모니터링 시스템의 센서(100)는 마찰층(110) 및 전극(120)의 접촉에 의해 발생하는 마찰전기를 기반으로 압력의 크기를 측정하게 된다. 상세하게, 마찰층(110) 및 전극(120)의 마찰에 의해 마찰전기가 발생하며, 발생한 마찰전기를 측정하여 압력 강도를 측정하도록 구비된다. 이를 위해, 전극(120)은 마찰층(110)과 접촉하여 양전하로 대전되는 소재로 구비되고, 마찰층(110)은 전극(120)과 접촉하여 음전하로 대전되는 소재로 구비된다. 구체적으로, 마찰층(110)은 PDMS(polydimethylsiloxane) 소재로 구비되고, 전극(120)은 구리 또는 CNT(Carbon-NanoTube)-PDMS 소재로 구비된다. 가장 바람직하게는 전극(120)은 CNT-PDMS 소재로 구비된다.

이처럼 마찰층(110)이 PDMS 소재로 구비됨으로써 접촉 대전의 효율이 상승하여 압력 감지의 감도가 상승하는 효과가 있으며, 전극(120)이 CNT-PDMS 소재인 경우는 구리 소재일 경우에 비해서 10배 가량 접촉 대전의 효율이 상승하고, 탄성이 뛰어나므로 압력센서(100)로서 활용도가 증가하는 효과가 있다.

마찰층(110)에 대한 일 실시예로, 마찰층(110)은 다공성 스펀지 형태로 구비될 수 있다. 상세하게, 본 발명에 따른 마찰층(110)은 소정의 두께를 갖는 판 형상의 스펀지 형태로 구비되고, 상부 전극(120) 및 하부 전극(120) 사이에 위치하도록 구비될 수 있다. 마찰층(110)이 다공성 스펀지 형태로 구비됨으로써, 일반적인 PDMS 소재일 경우에 비하여 전극(120)과의 접촉 대전 효율이 증가하며, 탄성이 증가하는 효과가 있다.

도 4의 A를 참조하면, 마찰층(110) 내부에 도시된 원들은 스펀지의 기공을 도시한 것이다. 도 4의 A는 스펀지 형태를 알아보기 쉽도록 구상의 기공이 규칙적인 배열을 이루도록 형성된 것을 기준으로 도시하였지만, 실제 스펀지의 기공은 규칙적인 배열 또는 불규칙적인 배열로 구비될 수 있다.

또한 도 4에 도시된 실시예에서는 각 전극(120)의 양단이 마찰층(110)의 양단과 일치하도록 도시되었으나, 전극(120)의 일단은 마찰층(110)의 일단에 일치하고 타단은 마찰층(110)의 타단에 비해 돌출되도록 구비될 수 있다. 이 경우, 돌출된 부분을 통해 외부의 장비와 본 발명에 따른 압력센서(100)가 전기적으로 연결되기 용이한 효과가 있다. 이와 같이, 도 4에는 본 발명에 따른 전극(120)이 마찰층(110)의 상면 및 하면에 연결되는 박막 형태로 도시되었으나, 본 발명에 따른 전극(120)의 형태는 마찰층(110)과 마찰전기를 발생시키기 용이한 형태면 족하고, 도시된 실시예에 제한되지 않는다.

이하에서는 본 발명의 일 실시에 따른 센서(100)의 구성요소인 마찰층(110)의 제조 방법에 대해 서술하도록 한다. 본 발명에 따른 센서(100)의 마찰층(110)은, 복수의 입자로 구성된 구조체에 주제-경화제 혼합물을 흡수시키는 흡수단계; 주제-경화제 혼합물을 가열하여 경화시키는 경화단계; 및 용매를 통해 구조체를 용해시키는 용해단계;를 포함하는 방법으로 제조되는 것을 특징으로 한다.

흡수단계는 스펀지 형태에 대응되는 구조체에 마찰층(110)의 원료인 주제-경화제 혼합물을 흡수시키는 단계이다.

구조체는 복수의 입자들이 규칙적 또는 불규칙적으로 배열되어 틈새를 형성하며 결합된 구조로 구비되어, 마찰층(110)의 스펀지 형태를 형성하기 위한 틀 역할을 하는 구성이다. 예를 들어, 구 형상의 기공이 복수 형성된 스펀지 구조로 형성된 마찰층(110)을 제조하는 경우, 구조체는 구 형상의 입자들이 규칙적 또는 불규칙적으로 배열되어 틈새를 형성하며 결합된 구조로 구비된다. 따라서, 틈새에 해당하는 부분은 채워지고, 입자에 해당되는 부분은 기공이 형성되는 스펀지 구조의 마찰층(110)을 제조할 수 있게 된다. 구조체에 대한 바람직한 실시예로, 구조체는 특정 용매에 용해되는 가용성의 재질로 구비될 수 있다. 상세하게, 구조체는 수용성 입자가 결합된 구조체일 수 있다.

이러한 구조체에 흡수되는 주제-경화제 혼합물은 마찰층(110)을 형성하기 위한 원료인 주제 및 주제를 경화시키기 위한 화학성분인 경화제의 혼합물이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 Dow Corning 사의 Sylgard 184에 포함된 주제 및 경화제가 사용될 수 있다. 이에 바람직한 실시예로, 흡수단계 전에 주제 및 경화제를 혼합하는 혼합단계가 더 포함될 수 있다. 또한, Sylgard 184가 사용되는 경우 주제 및 경화제는 10:1 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.

경화단계는 구조체의 틈새에 흡수된 주제-경화제 혼합물이 구조체가 제거되어도 형태를 유지할 수 있도록 가열하여 경화시키는 단계이다. 일 실시예로, Sylgard 184가 사용되는 경우 75℃의 온도에서 2시간동안 가열하여 경화시킨다.

용해단계는 경화단계에서 경화된 마찰층(110)을 분리하기 위해 구조체를 제거하는 단계이다. 상세하게, 용매를 통해 구조체를 용해시켜 제거한다. 바람직하게는, 구조체는 용매에 대해 가용성을 갖고, 마찰층(110)은 용매에 대해 불용성의 소재로 구비된다. 이에 대한 일 실시예로, 마찰층(110)이 PDMS로 구비되는 경우 구조체는 수용성 물질로 구비되고, 용매로 물을 사용하도록 구비될 수 있다. 다른 일 실시예로, 마찰층(110)이 PDMS로 구비되는 경우 구조체는 수용성 물질로 구비되고, 용매로 탈이온수(deionized water)를 사용하도록 구비될 수 있다.

이와 같이 혼합단계, 경화단계 및 용해단계를 포함하여 제조되는 본 발명의 일 실시예에 따르면, Sylgard 184의 주제-경화제 혼합물을 용기에 담고, 구조체를 주제-경화제 혼합물에 담금으로써 모세관 현상에 의해 주제-경화제 혼합물이 구조체에 흡수된다. 구조체는 수용성 물질로서, 일 예로 설탕 입자가 결합된 형태의 구조체가 사용된다. 주제-경화제 혼합물이 구조체에 흡수된 이후, 이를 가열하여 경화시킴으로써, 용매에 의해 구조체가 용해되면 경화된 주제-경화제 혼합물만 잔여함으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 센서(100)의 마찰층(110)이 제조된다.

[그림 1]

[그림 2]

그림 1은 일반적인 PDMS의 단면을 주사전자현미경(SEM, scanning electron microscope)으로 촬영한 사진이며, 그림 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 스펀지 구조의 PDMS 마찰층(110)의 단면을 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다. 그림 1 및 2에 나타난 바와 같이, 스펀지 구조의 PDMS로 구비된 마찰층(110)의 경우 기공에 의하여 일반적인 PDMS에 비해 마찰이 용이하여, 접촉 대전 효율이 상승한다.

본 발명에 따른 센서(100)의 전극(120)은, 구리 소재의 전극(120)인 경우는 구리 테이프를 최종적인 센서(100)의 크기 및 센서(100)의 용도에 맞추어 재단함으로써 제조될 수 있다. 한편, CNT-PDMS 소재의 전극(120)인 경우는 하기의 제조 방법에 따라 제조될 수 있다.

상세하게, 본 발명에 따른 센서(100)의 전극(120)은 CNT 및 PDMS를 혼합하는 혼합물 형성단계; 및 CNT-PDMS 혼합물을 가열하여 경화시키는 전극(120) 형성단계;를 포함하는 방법으로 제조되는 것을 특징으로 한다.

CNT 및 PDMS를 혼합하는 혼합물 형성단계는 CNT 및 PDMS를 혼합하여 CNT-PDMS 혼합물을 형성하는 단계이다. 이 때, CNT 및 PDMS가 100:0.5의 비율로 혼합되는 것이 바람직할 것이다.

CNT-PDMS 혼합물을 가열하여 경화시키는 전극(120) 형성단계는 CNT-PDMS 혼합물을 경화시켜 CNT-PDMS 소재의 전극(120)을 형성하는 단계이다. 이 때, CNT-PDMS 혼합물을 75℃의 온도에서 2시간 가열하여 경화시키는 것이 바람직할 것이다.

전극(120)의 형태를 형성하기 위해서, 혼합물 형성단계 이후에 CNT-PDMS 혼합물을 소정의 두께로 형성시키는 박막 형성단계를 더 포함할 수 있다. 상세하게, CNT-PDMS 혼합물을 담을 용기에 소정의 두께를 형성하는 양으로 CNT-PDMS 혼합물을 조절하여 담는다. 이 때, CNT-PDMS가 경화에 의하여 수축 또는 팽창하는 비율을 고려하여, 수축 또는 팽창 후에 소정의 두께를 형성하는 양으로 CNT-PDMS 혼합물을 조절하여 담는 것이 바람직할 것이다. 이에 따라, 경화된 CNT-PDMS가 소정의 두께를 갖는 박막의 형태로 형성된다. 보다 바람직한 일 실시예로, CNT-PDMS 혼합물을 스핀 코팅하여 박막의 형태로 형성할 수 있다. 스핀 코팅을 이용함으로써 보다 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다.

또한, 전극(120)의 형태를 형성하기 위해서, 전극(120) 형성단계 이후에 경화된 CNT-PDMS을 전극(120)으로 가공하는 절삭단계를 더 포함할 수 있다. 상세하게, 경화된 CNT-PDMS를 절단 및 절삭하여 박막 형태의 전극(120)으로 가공한다.

[그래프 1]

그래프 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서(100)에 구리 소재 및 CNT-PDMS 소재의 전극(120)을 사용했을 때의 출력 전압 및 전류를 실측하여 나타낸 그래프이다. 그래프 1에 나타난 바와 같이, 전극(120)이 구리 소재로 구비되는 경우 약 25V의 출력 전압을 나타내고, 전극(120)이 CNT-PDMS 소재로 구비되는 경우 약 250V의 출력 전압을 나타내므로, CNT-PDMS의 경우가 구리에 비해 약 10배 높은 출력 전압을 나타내는 것을 알 수 있다. 따라서, 전극(120)이 CNT-PDMS 소재로 구비되는 경우 전극(120)이 구리로 구비되는 경우에 비해 센서(100)의 민감도에 따른 감지 효율이 증가한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수면모니터링 시스템에서, 센서(100)의 민감도는 압력별 캐패시턴스(capacitance) 변화율로 정의할 수 있다. 캐패시턴스 변화율을 수학식으로 나타내면 다음과 같다.

[수학식 1]

상기 수학식 1에서

는 상대적인 캐패시턴스 변화를 의미하고,

는 캐패시턴스 값을 의미하며,

는 압력이 0일 때의 초기 캐패시턴스 값을 의미한다.

[그래프 2]

그래프 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서(100)의 압력 당 캐패시턴스 변화를 실측하여 나타낸 그래프이다. Pa는 SI 압력 단위로서, N/m2와 동일한 단위이다. 그래프 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 센서(100)는 압력에 대해 캐패시턴스 변화율이 선형 비례하는 특성을 나타낸다. 따라서 본 발명에 따른 센서(100)는 정전형 센서(100)로도 활용될 수 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며 이러한 수정, 변경 및 부가는 상기의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. 또한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 센서 110 : 마찰층
120 : 전극 121 : 상부전극
122 : 하부전극 150 : 전선
200 : 매트 300 : 변환모듈
310 : 저항기 320 : 신호처리부
330 : 출력부
400 : 모니터링부 410 : 제어부
420 : 입력부 430 : 디스플레이부
411 : 소프트웨어 P : 압력
500: 발열장치 510: 발열장치 고정부
520: 열화상 카메라 600: 누름장치
610: 제1 각도 620: 제2 각도
611: 제1 스위치 621: 제2 스위치
700: 전자석 710: 자석부

Claims (5)

1. 마찰전기를 기반으로 압력의 크기를 측정하는 센서;
   복수개의 상기 센서가 2차원 평면 상에서 서로 소정의 간격으로 이격되도록 배치되는 매트;
   상기 센서와 전기적으로 연결되어 상기 압력의 크기를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 변환모듈; 및
   상기 변환모듈과 전기적으로 연결되어 상기 압력의 크기를 상기 매트에 배치된 복수개의 센서와 일대일 대응되도록 2차원 평면 상에서 시각적으로 출력하는 모니터링부;를 포함하는 것을 특징으로 하고,
   상기 센서와 연결되어 상기 압력의 크기에 따라 열을 발생시키는 발열장치를 더 포함하고,
   상기 발열장치에 발생된 열을 열화상 카메라로 촬영하여 상기 압력에 따라 발생한 열의 온도를 측정하여 상기 센서에 발생한 압력의 크기를 파악하는 것을 특징으로 하며,
   상기 발열장치와 접촉하도록 구비되어 열을 전달받고,
   소정의 제1 임계온도보다 높은 온도에 도달하면 소정의 제1 각도로 변형되며,
   상기 소정의 제1 임계온도보다 더 높은 온도인 소정의 제2 임계온도보다 높은 온도에 도달하면 소정의 제1 각도보다 더 큰 소정의 제2 각도로 변형되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 소재의 누름장치를 더 포함하고,
   상기 누름장치는,
   상기 소정의 제1 임계온도보다 높은 온도에 도달하여 소정의 제1 각도로 변형되면, 누름장치가 푸시 버튼으로 구비되는 제1 스위치를 눌러서 켜고,
   상기 소정의 제2 임계온도보다 높은 온도에 도달하여 소정의 제2 각도로 변형되면 누름장치가 푸시 버튼으로 구비되는 제2 스위치를 눌러서 켜는 것을 특징으로 하며,
   상기 제1 스위치 또는 제2 스위치가 켜지면, 사용자가 수면하는 동안 일정한 자세를 유지하도록 유도하는 수면자세유도장치를 동작시키는 것을 특징으로 하고,
   상기 수면자세유도장치는,
   상기 제1 스위치 또는 상기 제2 스위치가 켜진 것을 감지하여 사용자의 수면 자세를 판단하는 감지부를 포함하고,
   상기 수면자세에 따라 상기 매트를 들어올려서 상기 매트를 소정의 모양으로 변형하는 리프트를 포함하며,
   상기 리프트는, 상기 제2 스위치가 꺼지는 것을 상기 감지부가 감지할 때까지 상기 매트를 들어올려서 상기 매트가 소정의 모양을 유지하도록 하여 사용자가 일정한 자세를 유지하도록 유도하는 것을 특징으로 하고,
   복수의 상기 센서 각각에 대응되는 전자석을 더 포함하고,
   상기 센서에 압력이 감지되는 경우 상기 전자석에 전류가 인가되어 자력이 발생되는 것을 특징으로 하고,
   상기 전자석은,
   상기 센서를 감싸도록 상기 센서의 주변에 배치되며,
   상기 전자석과 마주보도록 배치되고, 상기 전자석과 마주보는 면이 상기 전자석에 자력이 발생될 때와 동일한 극으로 구비되는 자석부를 더 포함하며,
   상기 센서에 압력이 감지되어, 상기 전자석에 전류가 흘러 자력이 발생되면, 마주보는 면이 동일한 극으로 구비되는 상기 자석부와 서로 밀어내어 상기 매트가 압력에 의해 변형되지 않게 하는 것을 특징으로 하는 수면모니터링 시스템.
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