KR102553036B1 - 압력 감지 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서는 센싱 신호를 출력하는 채널부, 상기 채널부와 연결된 배선부를 포함하는 제1 전극층, 상기 제1 전극층 상에 배치되는 제1 탄성 유전층, 상기 제1 탄성 유전층 상에 상기 채널부와 대응되는 위치에 배치되는 제2 전극층, 상기 제2 전극층 상에 배치된 제2 탄성 유전층 및 상기 제2 탄성 유전층 상에 배치되는 제3 전극층을 포함하고, 상기 제3 전극층에 압력이 가해지면 상기 제1 탄성 유전층 및 제2 탄성 유전층의 용량이 변화한다.

Description

압력 감지 센서{SENSOR FOR DETECTING PRESSURE}
본 발명은 압력 감지 센서에 관한 것이다.
최근, 전자 기술과 정보 통신 기술의 발전으로 헬스 케어(Health Care) 분야가 급속하게 발전하고 있다. 즉, 생체 정보를 이용하여 사람의 몸 상태를 측정할 수 있는 건강 관리 시스템이 요구되고 있으며, 특히 일상 생활에서 주로 사용하는 의자를 이용하여 생체 정보를 획득하는 기술이 개발되고 있다. 예를 들어, 의자 내에 압력을 감지하는 센서를 장착하여 착석자의 무게, 연령대, 자세 등을 파악하고자 하는 기술이 개발되고 있다.
일반적인 압력 감지 센서는 하부 전극, 탄성 유전층 및 상부 전극이 순차적으로 적층되는 구조를 가질 수 있다. 이러한 압력 감지 센서는 상부 전극 상에 가해지는 압력의 변화에 따라 탄성 유전층의 두께가 변화하게 되며, 탄성 유전층의 두께 변화에 따라 커패시턴스가 변화하게 되고, 커패시턴스의 변화량에 따라 상부전극 상에 가해지는 압력을 산출하게 된다.
그런데, 이러한 압력 감지 센서의 배선 상에 압력이 가해지는 경우 및 압력 감지 센서 주변에 전자파가 형성되는 경우, 실질적으로 압력이 가해지지 않은 영역에서 압력이 감지된다.
또한, 흔들림 또는 전자파와 같은 외부 환경의 변화는 압력 감지 센서의 노이즈로 작용할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 가해진 압력을 감지하는 압력 감지 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서는 센싱 신호를 출력하는 채널부, 상기 채널부와 연결된 배선부를 포함하는 제1 전극층, 상기 제1 전극층 상에 배치되는 제1 탄성 유전층, 상기 제1 탄성 유전층 상에 상기 채널부와 대응되는 위치에 배치되는 제2 전극층, 상기 제2 전극층 상에 배치된 제2 탄성 유전층 및
상기 제2 탄성 유전층 상에 배치되는 제3 전극층을 포함하고, 상기 제3 전극층에 압력이 가해지면 상기 제1 탄성 유전층 및 제2 탄성 유전층의 용량이 변화한다.
상기 제3 전극층은 상기 배선부와 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
상기 제1 전극층, 상기 제2 전극층 및 상기 제3 전극층은 전도성 섬유 재질일 수 있다.
상기 제1 탄성 유전층의 두께는 상기 제2 탄성 유전층의 두께보다 작을 수 있다.
상기 제1 탄성 유전층의 두께는 0.7㎜ 내지 1.5㎜이고, 상기 제2 탄성 유전층의 두께는 3㎜ 내지 5㎜일 수 있다.
상기 제2 탄성 유전층의 두께는 2.7㎜ 내지 3.3㎜일 수 있다.
상기 제1 탄성 유전층의 밀도는 상기 제2 탄성 유전층의 밀도보다 작을 수 있다.
상기 제2 탄성 유전층의 밀도는 99㎏/㎤ 내지 121㎏/㎤일 수 있다.
상기 제1 탄성 유전층의 경도는 상기 제2 탄성 유전층의 경도보다 작을 수 있따.
상기 제3 전극층에는 상기 채널부와 매칭되는 패턴이 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 압력 감지 장치는 압력 감지 센서, 상기 압력 감지 센서와 연결되며, 상기 압력 감지 센서에서 발생한 전기 신호를 처리하는 신호 처리부 및 상기 신호 처리부와 연결되며, 상기 신호 처리부에 의하여 처리된 신호에 기초하여 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하며, 상기 압력 감지 센서는, 센싱 신호를 출력하는 채널부, 상기 채널부와 연결된 배선부를 포함하는 제1 전극층, 상기 제1 전극층 상에 배치되는 제1 탄성 유전층, 상기 제1 탄성 유전층 상에 상기 채널부와 대응되는 위치에 배치되는 제2 전극층, 상기 제2 전극층 상에 배치된 제2 탄성 유전층 및 상기 제2 탄성 유전층 상에 배치되는 제3 전극층을 포함하고, 상기 제3 전극층에 압력이 가해지면 상기 제1 탄성 유전층 및 제2 탄성 유전층의 용량이 변화한다.
본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서는 가해진 무게에 따른 압력을 정밀하게 감지할 수 있으며, 압력 분포를 정확하게 감지할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서는 압력에 대한 노이즈 또는 압력 감지 센서 주변에 형성되는 전자파, 손 접촉 등으로 인한 터치 노이즈를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 복수의 탄성 유전층을 포함하고 압력 전달력이 우수한 압력 감지 센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 특정 포인트를 감지하는 것이 아니고, 면 단위로 감지하므로, 자세 판단에 유리하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서는 대면적화가 가능하며, 사용자에게 이물감이 느껴지지 않는다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서는 고해상도를 가지면서도 모듈화가 간단하게 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 압력 감지 센서의 하면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 압력 감지 센서의 상면도이다.
도 3은 도1의 A-A'의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 다른 압력 감지 센서의 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 제2 탄성 유전층 및 제3 전극층이 존재하지 않는 압력 감지 센서의 단면도, 상면도 및 하면도를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 압력 감지 센서의 제2 탄성 유전층의 두께 및 밀도에 따른 신호 감쇄 정도를 단계에 따라 측정한 표이다.
도 9는 도 8의 결과인 총합(Sum), 평균(Average), 최대값(Max), 최소값(Min)에 따른 센싱 신호 크기를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 의자의 측면도이다
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 의자에 내장된 압력 감지 장치의 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 압력 감지 센서의 하면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 압력 감지 센서의 상면도이며, 도 3은 도1의 A-A'의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 다른 압력 감지 센서의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 압력 감지 센서(100)는 채널부(112)와 배선부(114)를 포함하는 제1 전극층(110), 제1 전극층(110) 상에 배치되는 제1 탄성 유전층(120), 제1 탄성 유전층(120) 상에 채널부(112)와 대응되도록 배치되는 제2 전극층(130), 제2 전극층(130) 상에 배치되는 제2 탄성 유전층(140), 제2 탄성 유전층(140) 상에 배치되는 제3 전극층(150)을 포함한다.
제1 전극층(110)은 채널부(112)와 채널부(112)에 연결된 배선부(114)를 포함한다. 채널부(112)는 제3 전극층(150)과 제1 전극층(110) 사이에서 측정된 전압, 전하량의 변화를 통해 제3 전극층(150) 상에서 가해진 압력에 의해 변한 제1 탄성 유전층(120), 제2 탄성 유전층(140)의 커패시턴스 변화를 감지할 수 있다. 이하에서는 제3 전극층(150)과 제2 전극층(130)을 제2 탄성 유전층(140)에 형성된 관통홀(미도시됨)을 통해 연결하여, 제1 탄성 유전층(120)의 변화에 의해서 압력을 감지하는 것으로 설명하겠다.
그리고 감지된 커패시턴스의 변화로부터 제3 전극층(150)에 가해진 압력을 감지할 수 있다. 커패시턴스 변화에 대한 압력 감지에 대해서는 아래에서 자세히 설명하겠다.
즉, 채널부(112)는 센싱한 신호를 출력하고, 출력된 센싱 신호는 채널부(112)에 전기적으로 연결된 배선부(114)을 통해 외부 또는 신호전달부(160)로 송신한다.
도 1 및 도 3과 같이, 제1 전극층(110)은 복수의 채널부(112-1, 112-2 ~ 112-4) 및 복수의 배선부(114-1, 114-2, 114-3)을 포함할 수 있고, 채널부(112)는 제1 전극층(110)에서 이격 배치될 수 있다. 이로써, 채널부(112)는 압력이 가해지는 위치에 따라 세분화된 센싱 신호를 출력할 수 있다.
또한, 배선부(114)도 채널부(112)와의 연결에 따라 다양한 위치에 배치될 수 있다.
제1 전극층(110)은 배선부(114)와 연결되어 채널부(112)의 센싱 신호가 전달되는 신호전달부(160)를 포함할 수 있다. 신호전달부(160)는 리지드(rigid) 인쇄회로기판 또는 연성 인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)일 수 있다.
또한, 제1 전극층(110)은 전도성 직물을 포함할 수 있다. 전도성 직물은 전도성 섬유로 구성된 직물이며, 전도성 섬유는 금속 와이어 또는 표면 상에 금속 막이 피복된 일반 섬유일 수 있다. 전도성 섬유는 금속 입자가 분산된 일반 섬유일 수도 있다. 이로써, 압력 감지 센서(100)는 가요성을 가질 수 있다.
전도성 섬유가 금속 와이어인 경우, 금속 와이어의 직경은 10㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 금속 와이어의 직경이 10㎛ 미만 이면 금속 와이어의 강도가 약하여 직물 가공이 어려울 수 있으며, 금속 와이어의 직경이 100㎛를 초과하면 금속 와이어의 강성이 높아 직물의 유연성이 떨어질 수 있으므로, 직물의 가공 시 설비에 데미지를 줄 수 있고, 사용자가 이질감을 느끼기 쉽다. 이때, 금속 와이어는 Cu, Ni, 또는 스테인레스 합금일 수 있다. 스테인레스 합금은, 예를 들면 마르텐사이트계 스테인레스 합금, 페라이트계 스테인레스 합금, 오스테나이트계 스테인레스 합금, 2상계 스테인레스 합금, 석출경화계 스테인레스 합금 등일 수 있다. 금속 와이어가 스테인레스 합금인 경우, 압력 감지 센서의 내부식성을 높일 수 있다.
전도성 섬유가 표면 상에 금속 막이 피복된 일반 섬유인 경우, 금속 막은 금속 입자가 도금 방식 또는 증착 방식으로 일반 섬유의 표면 상에 피복되는 방법에 의하여 형성될 수 있다. 이때, 금속 입자는 Cu, Ni, 또는 스테인레스 합금일 수 있으며, 금속 막의 두께는 1㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 금속 막의 두께가 1㎛ 미만이면, 전도율이 낮으므로 신호 전송 시에 손실을 유발할 수 있으며, 금속 막의 두께가 50㎛ 를 초과하면 섬유의 표면에서 금속 막이 쉽게 이탈될 수 있다.
또한, 제1 전극층(110)의 두께는 0.1㎜ 이하일 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
배선부(114)도 채널부(112)와 동일하게 전도성 직물을 포함할 수 있다.
제1 탄성 유전층(120)은 제1 전극층(110) 상에 배치되어, 외부로부터 압력이 가해지는 경우에 탄성 변형이 일어 난다. 그리고 가해진 압력이 해제되면, 원래의 형상으로 돌아가는 복원력을 가진 재질의 유전체일 수 있다.
제1 탄성 유전층(120)은, 예를 들어, 발포폼, 부직포, 나노웹 등의 랜덤한 섬유 배열을 가지는 섬유 기재, 폴리우레탄, 나일론, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에스터로 이루어진 그룹에서 선택된 하나를 포함하는 합성섬유 또는 천연섬유, 엘라스토머, 고무, 우레탄 등을 포함할 수 있다. 이때, 제1 탄성 유전층(120)의 두께는 0.7㎜ 내지 1.5㎜일 수 있다.
제1 탄성 유전층(120)은 외부로부터 압력이 가해지면, 제1 탄성 유전층(120)의 두께가 감소하고, 제1 전극층(110)과 제2 전극층(130) 사이의 커패시턴스가 변화한다. 이러한 현상은 아래의 수학식으로 설명될 수 있다.
Figure 112016062971084-pat00001
여기서, C는 커패시턴스고, A는 제1 전극층(110)과 제2 전극층(130)이 겹쳐지는 면적이며, d는 제1 전극층(110)과 제2 전극층(130) 간의 거리이고, εr은 제1 탄성 유전층(120)의 유전상수이고, ε0은 전기 상수이다.
발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서(100) 및 이를 포함하는 압력 감지 장치는 커패시턴스의 변화량에 기초하여 압력 감지 센서(100) 상에 가해진 압력을 감지할 수 있다. 즉, 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(130) 사이에 일정한 전압차가 유지되는 경우, 커패시턴스가 변화하면, 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(130) 사이의 전하량이 변하게 된다.
그리고 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(130) 사이의 전하량이 변하면, 채널부(112) 및 배선부(114)에서 흐르는 전기 신호가 변화하게 되므로, 압력 감지 장치는 이를 이용하여 압력 감지 센서(100) 상에 가해진 압력을 감지할 수 있다.
제2 전극층(130)은 제1 탄성 유전층(120) 상에서 제1 전극층(110)의 채널부(112)와 대응되는 위치에 배치되며, 제1 전극층(110)과 동일하게 전도성 직물을 포함할 수 있다.
또한, 제1 전극층(110)과 동일하게 제2 전극층(130)의 두께는 0.1㎜ 이하일 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 채널부(112)가 연속적으로 배치된 경우에 제2 전극층(130)은 연속한 채널부 전체 범위에 대해 배치될 수 있다. 또한, 연속한 채널부(112) 각각에 대해 대응되게 배치될 수 있다.
제2 탄성 유전층(140)는 제2 전극층(130) 상에 배치되고, 제1 탄성 유전층(120)와 동일한 재질을 가질 수 있다. 제1 탄성 유전층(120)와 달리, 제2 탄성 유전층(140)의 두께는 3㎜ 내지 5㎜일 수 있다. 일실시예로, 제1 탄성 유전층(120)의 두께는 1.5㎜일 수 있다. 그리고 제2 탄성 유전층(140)의 두께는 2.7㎜ 내지 3.3㎜일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 탄성 유전층(140)의 두께에 대해서는 도 8 내지 9에서 설명하겠다.
제2 탄성 유전층(140)은 외부 압력, 압축 등으로부터 압력 감지 센서(100)에 전달되는 충격을 흡수하여 내구성을 향상시킨다. 또한, 충격 흡수를 통해 제1 전극층(110)의 채널부(112) 및 배선부(114)의 단선을 방지하고, 신호전달부(160)와의 접촉 불량 발생을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명과 달리 제2 탄성 유전층 및 제3 전극층이 존재하지 않는 압력 감지 센서의 단면도, 상면도 및 하면도를 도시한 도면인 도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 기재한 바와 같이 압력 감지 센서는 제2 전극층(130)에 가해진 압력을 감지한다.
일예로 제2 전극층(130)에 압력(F3)이 가해지는 경우, 압력(F3)이 가해지는 영역은 도 6a에서 제2 전극층(130) 상의 제1 영역(A-1)과 도 6b에서 제1 전극층(110) 상의 제 2 영역(A-2)이다. 이 때, 가해진 압력(F3)에 의해 채널부(112-1, 112-2)는 가해진 압력(F3)을 감지한다. 하지만, 배선부(114-2)도 채널부(112-1, 112-2)와 동일한 전도성 직물을 포함하므로, 예를 들어, 실제 압력이 가해지지 않은 채널부(112-n)에서 압력이 감지되는 압력 노이즈가 발생한다.
다른 예로 제2 전극층(130)에 압력(F4)이 가해지는 경우, 압력(F4)이 가해지는 영역은 도 7a에서 제2 전극층(130) 상의 제3 영역(B-1)과 도 7b에서 제1 전극층(110) 상의 제4 영역(B-2)이다. 이 때, 압력(F4)이 가해지는 제3 영역(B-1)은 제2 전극층(130)이 존재하지 않는 제1 탄성 유전층(120)이며, 제4 영역(B-2)은 배선부(114-3)이다. 하지만, 압력을 가하기 위하여 인체의 손 등에 의한 접촉이 요구되고, 접촉으로 인해 채널부(112-1, 112-2)에서 센싱 신호의 값이 급격하게 변화하는 터치 노이즈가 발생한다. 따라서 정확한 압력 감지가 어려워진다.
이에, 본 발명의 일실시예에 따른 압력 감지 센서(100)는 채널부(112)에 대응되는 위치에 제2 전극층(130)을 배치하고 고밀도/고경도의 제2 탄성 유전층(140)을 배치하여, 제3 전극층(150) 상에 가해진 압력을 감지하는 제1 탄성 유전층(120)으로 우수한 압력 전달력을 제공하고, 채널부(112)로 압력 노이즈가 제거된 센싱 신호를 전달할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제3 전극층(150) 및 제2 탄성 유전층(140)의 상면에 압력(F1)이 가해질 때, 가해지는 압력이 제1 탄성 유전층(120)으로 전달될 때, 압력 전달력이 우수하도록 제2 탄성 유전층(140)의 두께, 밀도, 경도를 설정할 수 있다. 예로, 고밀도/고경도 소재를 사용하면, 가해진 압력(F1)에 대해 대부분의 압력이 제1 탄성 유전층(120)으로 전달되어 압력 노이즈를 제거하기 위해 배치된 제2 탄성 유전층(140)으로 인하여 센싱 신호의 크기는 감소하는 현상을 방지할 수 있다.
일예로, 제2 탄성 유전층(140)의 밀도는 제1 탄성 유전층(120)의 밀도 보다 클 수 있다. 예를 들어, 제1 탄성 유전층(120)의 밀도는 30㎏/㎤이고, 제2 탄성 유전층(140)의 밀도는 110㎏/㎤일 수 있다. 이 때, 제2 탄성 유전층(140)의 밀도는 99㎏/㎤ 내지 121㎏/㎤일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
그리고 제2 탄성 유전층(140)의 경도는 제1 탄성 유전층(120)의 경도보다 클 수 있다. 예를 들어, 제1 탄성 유전층(120)의 경도는 0.05kgf/㎤이고, 제2 탄성 유전층(140)의 경도는 0.5 kgf/㎤일 수 있다. 이로써, 상기 설명한 바와 같이, 외부로부터 가해진 압력이 제1 탄성 유전층(120)으로 대부분 전달되고, 제1 탄성 유전층(120)의 커패시턴스 변화로 외부로부터 가해진 상기 압력을 보다 정확도 높게 감지할 수 있다.
또한, 제1 전극층(110)의 배선부(114-2)에 대응되는 제3 전극층(150)의 상면에 압력(F2)이 가해질 때, 제2 전극층(130)이 채널부(112)에만 대응되는 위치에 배치되고 배선부에 대응되는 부분은 비어 있어, 배선부(114-2) 상의 제1 탄성 유전층(120) 및 제2 탄성 유전층(140)의 커패시턴스 변화를 감지하는 경로가 차단된다. 따라서 가해진 압력(F2)에 의해 발생하는 압력 노이즈를 방지할 수 있다.
이로써, 압력 노이즈는 제거하면서 압력에 대해 신호 전달력이 우수한 압력 감지 센서(100)를 제공할 수 있다.
제3 전극층(150)은 제2 탄성 유전층(140) 상에 배치될 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 제3 전극층(150-1, 150-2, 150-3)은 제2 탄성 유전층(140) 상에서 제1 전극층(110)의 배선부(112-1, 112-2, 112-3)와 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 이로써, 상기 기재와 같이 제2 탄성 유전층(140)에서 인체의 손가락 등과의 접촉으로 인해 발생하는 터치 노이즈를 차단할 수 있다.
이로써, 일실시예에 따른 압력 감지 센서(100)는 압력 노이즈와 터치 노이즈가 모두 제거될 수 있다.
또한, 제3 전극층(150)은 제2 탄성 유전층(140) 전체 또는 제1 전극층(110)의 배선부(114)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 제1 전극층(110)의 배선부(114)에 대응되는 위치에 제3 전극층(150)을 배치하여 일실시예에 따른 압력 감지 센서(100)의 제조 비용을 감소할 수 있다.
또한, 제3 전극층(150)에는 제1 전극층(110)의 복수의 채널부(112)의 배열과 매칭되는 패턴(152)이 형성될 수 있다. 이때, 패턴(152)에 의하여 제3 전극층(150)이 복수 개로 서로 분리되는 것은 아니다. 제3 전극층(150)에 형성된 패턴(152)으로 인하여 제3 전극층(150)의 일부에 빈 공간이 형성되거나, 빈 공간이 절연 물질로 채워질 수 있다. 이와 같이, 제3 전극층(150)의 패턴(152)이 제1 전극층(110)의 복수의 채널부(112)의 배열과 매칭되는 경우, 채널부(112) 별로 압력 감지의 민감도가 향상될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 압력 감지 센서의 제2 탄성 유전층의 두께 및 밀도에 따른 신호 감쇄 정도를 단계에 따라 측정한 표이고, 도 9는 도 8의 결과인 총합(Sum), 평균(Average), 최대값(Max), 최소값(Min)에 따른 센싱 신호 크기를 나타낸 그래프이다.
도 8 및 도 9는 제2 탄성 유전층이 없는 경우, 제2 탄성 유전층의 두께가 다른 경우(3㎜, 5㎜) 및 제2 탄성 유전층의 밀도가 다른 경우(110㎏/㎤, 35㎏/㎤)에 대해 2개의 단계로 16개의 채널부에서 감지한 센싱 신호의 출력값을 나타낸다.
여기서, 1단계는 125㎝, 35㎏의 여아가 본 발명의 일실시예에 따른 압력 감지 센서에 안착하여 압력을 가한 경우이고, 2 단계는 135㎝, 45㎏의 남아가 본 발명의 일실시예에 따른 압력 감지 센서에 안착하여 압력을 가한 경우이다.
또한, 감지한 센싱 신호의 출력값을 총합(Sum), 평균(Average), 최대값(Max), 최소값(Min)에 대해 각각 나타내었다.
도 8을 참조하면, 1단계에서 제2 탄성 유전층이 없는 경우를 기준으로 제2 탄성 유전층이 110㎏/㎤, 3㎜인 경우 총합(Sum) 및 평균(Average)은 -18% 감소하였으며, 제2 탄성 유전층이 110㎏/㎤, 5㎜인 경우 총합(Sum) 및 평균(Average)은 -29% 감소하였으며, 제2 탄성 유전층이 35㎏/㎤, 5㎜인 경우 총합(Sum) 및 평균(Average)은 -48% 감소하였음을 알 수 있다.
또한, 2단계에서 제2 탄성 유전층이 없는 경우를 기준으로 제2 탄성 유전층이 110㎏/㎤, 3㎜인 경우 총합(Sum) 및 평균(Average)은 -7% 감소하였으며, 제2 탄성 유전층이 110㎏/㎤, 5㎜인 경우 총합(Sum) 및 평균(Average)은 -19% 감소하였으며, 제2 탄성 유전층이 35㎏/㎤, 5㎜인 경우 총합(Sum) 및 평균(Average)은 -40% 감소하였음을 알 수 있다.
또한, 최대값(Max) 및 최소값(Min)의 경우에, 제2 탄성 유전층의 밀도가 110㎏/㎤이고, 두께가 3㎜인 경우에 센싱 신호가 가장 큰 결과(1단계에서 최소값을 제외)를 나타낸다.
즉, 제2 탄성 유전층의 밀도가 110㎏/㎤이고, 두께가 3㎜인 경우에 압력 감지 센서에 가해진 압력에 대한 센싱 신호가 가장 민감함을 알 수 있다.
이로써, 제2 탄성 유전층을 민감도가 개선되도록 밀도가 110㎏/㎤이고, 두께가 3㎜로 설정할 수 있다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 의자에 내장된 압력 감지 장치의 블록도이고, 도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 의자의 측면도이다.
도 10 내지 11을 참조하면, 압력 감지 장치(300)는 압력 감지 센서(100), 신호 처리부(200), 제어부(310) 및 통신부(320)를 포함할 수 있다. 압력 감지 센서(100)는 좌판(1100)에 대한 사람의 착석 여부 및 착석에 따른 상대적 압력 분포 등을 감지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 압력 감지 센서(100)는 좌판(1100) 내에 배치될 수 있다. 그리고, 신호 처리부(200)는 압력 감지 센서(100)와 연결되며, 압력 감지 센서(100)에서 발생한 전기 신호를 처리할 수 있다. 그리고, 제어부(310)는 신호 처리부(200)와 연결되며, 신호 처리부(200)에 의하여 처리된 신호에 기초하여 제어 신호를 생성할 수 있다. 한 예로, 제어부(310)는 압력 감지 센서(100)에 의하여 감지된 신호를 처리한 결과를 이용하여 압력 감지 장치(300)의 온오프를 제어할 수 있다. 다른 예로, 제어부(310)는 압력 감지 센서(100)에 의하여 감지된 신호를 처리한 결과를 이용하여 착석자의 자세에 관한 진단 정보를 생성할 수 있다. 또 다른 예로, 제어부(310)는 압력 감지 센서(100)에 의하여 감지된 신호를 처리한 결과를 이용하여 착석자의 자세 교정을 위한 알람 신호 등을 생성할 수도 있다.
그리고, 통신부(320)는 제어부(310)에 의하여 생성된 제어 신호를 외부 장치로 송신한다.
압력 감지 의자(1000)는 좌판(1100), 팔걸이(1200), 등받이(1300), 그리고 다리(1400) 등을 포함한다. 좌판(1100)에 사람이 착석하면, 압력 감지 의자(1000)에 내장된 압력 감지 장치(300)는 사람의 착석 여부를 감지하고, 착석에 따른 상대적 압력 분포를 측정할 수 있다. 압력 감지 장치(300)는 측정한 압력 분포에 따라 무게, 연령대, 앉은 자세 등을 검출할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 압력 감지 센서
110: 제1 전극층
112: 채널부
114: 배선부
120: 제1 탄성 유전층
130: 제2 전극층
140: 제2 탄성 유전층
150: 제3 전극층
152: 패턴
160: 신호 전달부

Claims (11)

  1. 센싱신호와 복수의 배선부를 개별적으로 출력하도록 구성된 복수의 도전경로 및 서로 다른 복수의 도전경로에 개별적으로 연결되는 배선부;를 포함하는 제1 전극층;
    제1 방향으로 상기 제1 전극층 상에 배치된 제1 탄성 유전층;
    상기 제1 전극층의 모든 도전 경로에 대응하는 위치에서 상기 제1 탄성 유전층 상에 배치되어, 제1 방향으로 상기 모든 도전 경로와 상기 제1 방향으로 중첩되는 제2 전극층;
    상기 제1 방향으로 상기 제2 전극층 상에 배치되는 제2 탄성 유전층; 및
    상기 제1 방향으로 상기 제2 탄성 유전층 상에 배치되는 제3 전극층;을 포함하고,
    상기 제2 전극층은 상기 제1 전극층의 배선부에 대응하는 위치에 배치되지 않고,
    상기 제3 전극층은 상기 제1 방향으로 상기 제1 전극층의 배선부의 일부를 덮도록 상기 복수의 배선부에 대응하는 적어도 하나의 위치에 배치되고,
    상기 제3 전극층에는 상기 도전경로와 매칭되는 패턴이 형성되는 압력 감지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 전극층에 압력이 가해지면 상기 제1 탄성 유전층 및 상기 제2 탄성 유전층의 커패시턴스가 변경되는 압력 감지 센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 탄성 유전층의 두께는 상기 제2 탄성 유전층의 두께보다 작은 압력 감지 센서.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 탄성 유전층의 밀도는 상기 제2 탄성 유전층의 밀도보다 작은 압력 감지 센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 탄성 유전층의 경도는 상기 제2 탄성 유전층의 경도보다 작은 압력 감지 센서.
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