KR102588576B1 - 열감지 기반 압력센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다공 탄성체의 열전도율 변화에 기초하여 압력을 센싱하는 압력센서에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 열감지 기반 압력센서는 다공 탄성체, 상기 다공 탄성체에 열을 인가하는 저항체, 상기 저항체에 교류 전원을 공급하는 AC 소스 및 상기 저항체의 저항값에 기초하여 상기 다공 탄성체에 인가되는 압력을 결정하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

열감지 기반 압력센서{THERMO-SENSATION BASED PRESSURE SENSOR}
본 발명은 다공 탄성체의 열전도율 변화에 기초하여 압력을 센싱하는 압력센서에 관한 것이다.
압력센서는 크게 외부 압력에 따른 탄성적 반발을 이용하는 기계식 센서와, 외부 압력에 따른 전기적 응답 특성의 변화를 이용하는 전기식 센서 및 외부 압력에 따른 열적 특성의 변화를 이용하는 열적 센서으로 구분된다.
이 중 기계식 센서는 가격은 저렴하나 기계적인 구성요소를 다수 포함함에 따라 측정 신뢰도가 낮고 수명이 짧다는 문제가 있다. 또한, 전기식 센서는 측정값을 쉽게 데이터화할 수 있다는 점에서 미래 응용분야에 적합하기는 하나 매우 좁은 측정 범위를 갖는 점에 한계가 있다.
한편, 열적 센서는 전술한 방식 대비 측정 범위가 매우 넓다는 장점이 있으나, 감도가 낮고 반응속도가 느려 상용화에 어려움을 겪고 있다. 다만, 4차 산업, 웨어러블(wearable) 디바이스, 전자 피부(e-skin), 생체신호 측정, 나노 반도체 공정 등의 미래 응용분야에서, 압력 센서가 넓은 측정 범위 및 낮은 검출 한계를 갖는 점은 매우 큰 장점이므로 열적 센서의 감도와 반응속도를 향상시킬 필요성이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1731173호
본 발명은 압력에 따라 변화하는 다공 탄성체의 열전도율을 교류 전원이 인가되는 저항체를 통해 측정하여 다공 탄성체에 인가되는 압력을 센싱하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 열감지 기반 압력센서는 다공 탄성체, 상기 다공 탄성체에 열을 인가하는 저항체, 상기 저항체에 교류 전원을 공급하는 AC 소스 및 상기 저항체의 저항값에 기초하여 상기 다공 탄성체에 인가되는 압력을 결정하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 다공 탄성체는 복수의 공극(pore) 및 나노 파티클을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 다공 탄성체는 일면을 통해 외부 압력을 인가받고, 상기 저항체는 상기 일면과 대향하는 상기 다공 탄성체의 타면에 구비되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 저항체의 일면은 상기 다공 탄성체와 인접 배치되고, 상기 일면과 대향하는 상기 저항체의 타면에는 단열 필름이 구비되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 저항체와 상기 다공 탄성체 사이에는 코팅재가 구비되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 저항체에서 발생하는 열의 침투 깊이(thermal penetration depth)가 상기 다공 탄성체의 최대 두께보다 크도록 상기 교류 전원의 주파수를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 저항체의 양단 전압에서 상기 교류 전원의 주파수에 대응하는 신호를 추출하고, 상기 추출된 신호에 기초하여 상기 저항체의 저항값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는 메모리를 참조하여 상기 저항값에 대응하는 압력을 식별하는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 열감지 기반 압력센서는 나란히 형성되는 제1 및 제2 다공 탄성체, 상기 제1 및 제2 다공 탄성체의 하부에서 상기 제1 및 제2 다공 탄성체에 각각 열을 인가하는 제1 및 제2 저항체, 상기 제1 및 제2 다공 탄성체의 상부를 둘러싸도록 형성되되 상면에 돌출부가 구비되는 범퍼, 상기 제1 및 제2 저항체에 교류 전원을 공급하는 AC 소스 및 상기 제1 및 제2 저항체의 저항값의 차이에 기초하여 수평 방향의 압력을 결정하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 저항체와 상기 제1 및 제2 다공 탄성체는 각각 동일한 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 저항체와 상기 제1 및 제2 다공 탄성체는 각각 동일 평면상에 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 측정된 두 저항값의 비에 기초하여 수평 방향의 압력을 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 교류 전원이 인가되는 저항체의 저항값에 기초하여 다공 탄성체에 인가되는 압력을 센싱함으로써, 압력 센싱의 반응속도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 저항체에서 발생하는 열의 침투 깊이를 다공 탄성체의 최대 두께보다 크게 제어하여 저항체의 저항값 변화량을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 압력 센싱의 감도를 향상시킬 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 다른 다공 탄성체의 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 압력센서의 일 구현예를 도시한 도면.
도 4는 도 3에 도시된 구현예에서 저항체로부터 발생하는 열의 분포를 도시한 도면.
도 5는 수평 방향으로 인가되는 압력을 측정하기 위한 압력센서의 일 구현예를 도시한 도면.
도 6은 도 5에 도시된 구현예에서 수평 방향의 압력이 인가되는 모습을 도시한 도면.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
본 명세서에서 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 명세서에서 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다
본 발명은 다공 탄성체의 열전도율 변화에 기초하여 압력을 센싱하는 압력센서에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 압력에 따라 변화하는 다공 탄성체의 열 전도율 변화를 저항체를 통해 감지하고, 이에 기초하여 압력을 센싱하는 압력센서에 관한 것이다. 이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 열감지 기반 압력센서(이하, 압력센서)를 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서를 도시한 도면이다. 또한, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 다른 다공 탄성체의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 압력센서의 일 구현예를 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 구현예에서 저항체로부터 발생하는 열의 분포를 도시한 도면이다.
도 5는 수평 방향으로 인가되는 압력을 측정하기 위한 압력센서의 일 구현예를 도시한 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 구현예에서 수평 방향의 압력이 인가되는 모습을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서(100)는 다공 탄성체(110), 저항체(120), AC(Alternating Current) 소스(130) 및 프로세서(140)를 포함할 수 있다. 다만, 도 1에 도시된 압력센서(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 1에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
본 발명의 다공 탄성체(110)는 내부에 공극(111)을 포함하는 임의의 탄성체로 구현될 수 있고, 탄성체로는 PDMS(polydimethylsiloxane)가 이용될 수 있다. 다공 탄성체(110)는 다음과 같은 제작과정을 통해 만들어질 수 있다.
먼저 용매에 녹는 파티클(particle)과 액체 상태의 탄성 중합체를 섞은 후 이를 경화시켜 혼합물을 준비한다. 이어서, 준비된 혼합물에서 파티클을 용매로 녹여 다공 탄성체(110)를 얻는다. 이러한 공정에서 용매로는 에탄올(ethanol)이 이용될 수 있으며, 파티클로는 에탄올에 용해되는 함수구연산(Citric Acid Monohydrate; CAM)이 이용될 수 있다.
다만, 상기 물질은 하나의 예시에 불과하며, 그 외에도 다양한 용매와, 해당 용매에 용해되는 임의의 파티클이 제작과정에 이용될 수 있다. 뿐만 아니라, 다공 탄성체(110)는 3D 프린터로도 제작될 수 있다.
도 2를 참조하면, 다공 탄성체(110)는 나노 파티클(112)을 더 포함할 수 있다. 다시 말해, 다공 탄성체(110)는 복수의 공극(pore, 111)과 나노 파티클(nano particle, 112)을 포함할 수 있다. 복수의 공극(111)은 전술한 바와 같이 제작과정에서 용매에 녹는 파티클에 의해 형성될 수 있다. 한편, 복수의 나노 파티클(112)은 전술한 혼합물 준비 과정에서 탄성 중합체와 함께 혼합되고 용매에 녹지 않는 물질로 이루어짐으로써, 최종적으로 다공 탄성체(110)에 포함될 수 있다.
나노 파티클(112)은 후술하는 저항체(120)에서 열이 발생할 때, 열 분포가 수직 방향으로 비등방적(anisotropic) 특성을 가지도록 할 수 있다. 본 발명에서 나노 파티클(112)로는 은(silver)이 이용될 수 있으나, 그 외에도 상기 비등방적 특성을 유도하는 다양한 물질이 이용될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 저항체(120)는 다공 탄성체(110)에 열을 인가할 수 있고, 이를 위해 AC 소스(130)는 저항체(120)에 교류 전원을 공급할 수 있다. 즉, AC 소스(130)가 저항체(120)에 교류 전원을 인가하면 저항체(120)에서는 줄열(Joule's heat)이 발생할 수 있고, 발생한 열은 저항체(120)에 인접한 다공 탄성체(110)에 전달될 수 있다.
AC 소스(130)가 저항체(120)에 교류 전원을 인가하는 이유는 압력센서(100)의 감도와 반응시간을 향상시키기 위함인데, 이에 대해서는 본 발명의 압력 센싱 방법을 후술하면서 함께 설명하도록 한다.
다공 탄성체(110)에 대한 열 전달율을 높이기 위하여 저항체(120)는 다공 탄성체(110)의 일면에 인접 배치될 수 있다. 다만, 저항체(120)는 주로 금속으로 이루어져 탄성력이 낮으므로 외부 압력에 의한 손상을 방지하기 위하여 저항체(120)는 외부 압력이 인가되지 않는 다공 탄성체(110)의 일면에 인접 배치될 수 있다.
보다 구체적으로, 다공 탄성체(110)가 어느 일면을 통해 외부 압력을 인가받는 경우, 저항체(120)는 상기 일면과 대향하는 다공 탄성체(110)의 타면에 구비될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 다공 탄성체(110)가 상면을 통해 외부 압력을 인가받는 경우 저항체(120)는 다공 탄성체(110)의 하면에 구비될 수 있다.
이러한 구조에서 다공 탄성체(110)에 전달되는 열의 양을 증가시키기 위해, 본 발명의 압력센서(100)는 저항체(120)의 일면에 단열 필름(150)을 더 구비할 수 있다. 보다 구체적으로, 저항체(120)의 일면이 다공 탄성체(110)와 인접 배치될 때, 해당 일면과 대향하는 저항체(120)의 타면에는 단열 필름(150)이 구비될 수 있다.
도 3을 참조하면, 저항체(120)의 상면은 다공 탄성체(110)와 인접 배치될 수 있고, 저항체(120)의 하면에는 단열 필름(150)이 구비될 수 다. 단열 필름(150)은 저항체(120)에서 발생하는 열이 저항체(120) 하부로 빠져나가는 것을 방지함으로써, 저항체(120)에서 발생하여 다공 탄성체(110)에 전달되는 열의 양을 증가시킬 수 있다. 본 발명에서 단열 필름(150)으로는 PI(polyimide) 필름이 이용될 수 있으나, 그 외에도 단열 특성이 높고, 내마모성이 강한 임의의 물질이 이용될 수 있다.
아울러 저항체(120)와 다공 탄성체(110)의 상호 배치에 있어서 외부 압력에 의해 저항체(120)가 손상되는 것을 보다 효과적으로 방지하기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 압력센서(100)는 저항체(120)와 다공 탄성체(110) 사이에 코팅재(160)를 더 구비할 수 있다.
저항체(120)와 다공 탄성체(110)가 인접하게 배치될 수 있도록 코팅재(160)는 얇게 형성될 수 있고, 다공 탄성체(110)로 전달되는 열의 전달율을 높이기 위하여 높은 열전도율을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 본 발명에서 코팅재(160)로는 패럴린(parylene)이 이용될 수 있으나, 이 외에도 상기 목적을 달성할 수 있는 임의의 물질이 이용될 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여, 본 발명의 압력센서(100)가 외부에서 인가되는 압력을 센싱하는 방법을 구체적으로 설명하도록 한다.
앞서 설명한 바와 같이 AC 소스(130)가 저항체(120)에 교류 전원을 인가할 때, 프로세서(140)는 저항체(120)의 저항값에 기초하여 다공 탄성체(110)에 인가되는 압력을 결정할 수 있다.
프로세서(140)는 이러한 동작을 수행하기 위하여 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 제어기(controller), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers) 중 적어도 하나의 물리적인 요소를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, AC 소스(130)가 저항체(120)에 교류 전원을 인가하면 저항체(120)에서는 줄열이 발생할 수 있고, 발생한 열은 다공 탄성체(110)에 수직 방향으로 분포될 수 있다. 다공 탄성체(110)에서 열이 분포되는 정도는 다공 탄성체(110)의 열전도율에 따라 결정되는데, 다공 탄성체(110)의 열전도율은 다공 탄성체(110)의 두께에 따라 달라질 수 있다.
구체적으로, 다공 탄성체(110)가 외부 압력에 의해 얇아질수록 다공 탄성체(110)의 열전도율은 증가할 수 있다. 즉, 다공 탄성체(110)에 가해지는 외부 압력이 클수록 다공 탄성체(110)는 압착되어 얇아질 수 있고, 이에 따라 다공 탄성체(110)의 열전도율은 증가할 수 있다.
열전도율이 증가하면 저항체(120)로부터 발생하는 열은 다공 탄성체(110)로 빠르게 전도될 수 있고, 이에 따라 저항체(120)의 온도는 낮아질 수 있다. 저항체(120)의 온도 변화는 저항체(120)의 저항값에 변화를 야기할 수 있다. 예컨대, 저항체(120)가 금속과 같은 도체인 경우 저항체(120)의 온도가 낮아지면 저항체(120)의 저항값은 낮아질 수 있다. 프로세서(140)는 저항값을 식별하고, 이에 기초하여 다공 탄성체(110)에 인가되는 압력을 결정할 수 있다.
한편, 저항체(120)에서 발생하는 열을 다공 탄성체(110) 외부로 발산시킴으로써 저항체(120)의 온도 변화량을 증가시키기 위하여, 프로세서(140)는 저항체(120)에서 발생하는 열의 침투 깊이(thermal penetration depth)가 다공 탄성체(110)의 최대 두께(dmax)보다 크도록 교류 전원의 주파수를 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 다공 탄성체(110)의 열 침투 깊이는 다공 탄성체(110)에 인가되는 전자기파의 주파수 제곱근에 반비례할 수 있다. 즉, 주파수가 클수록 열 침투 깊이는 작아질 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 다공 탄성체(110)의 열 침투 깊이가 다공 탄성체(110)의 최대 두께(dmax)보다 클 때, 저항체(120)에서 발생하는 열은 외부 압력의 인가 여부와 관계없이 다공 탄성체(110) 외부로 발산될 수 있다. 이에 따라, 프로세서(140)는 교류 전원의 주파수를 제어하여 열 침투 깊이가 다공 탄성체(110)의 두께 이상이 되도록 할 수 있다.
주파수 제어를 통해 열을 다공 탄성체(110) 외부로 발산시키는 경우, 저항체(120)의 온도 변화량이 증가하고, 이는 저항체(120)의 저항값 변화량을 증가시킬 수 있다. 프로세서(140)는 저항값에 대응하는 압력을 결정하므로, 저항값 변화량의 증가는 본 발명의 압력센서(100)의 감도를 증가시킬 수 있다.
프로세서(140)는 저항체(120)의 양단 전압에서 교류 전원의 주파수에 대응하는 신호를 추출하고, 추출된 신호에 기초하여 저항체(120)의 저항값을 산출할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(140)는 저항체(120) 양단 전압을 측정하고 주파수 필터를 이용하여 기 설정된 주파수(교류 전원의 주파수)에 대응하는 신호를 추출할 수 있다. 이어서 프로세서(140)는 추출된 신호의 크기와 저항체(120)에 인가되는 교류 전류의 크기의 비에 기초하여 저항체(120)의 저항값을 산출할 수 있다.
기존의 열감지 기반의 압력센서는 직류 전원을 이용하므로, 유전체가 회로적으로 수동소자(passive element)의 역할을 수행하게 되고, 이에 따라 열적 정상상태(thermal steady-state)에 도달하는데 장시간이 소요된다. 반면에, 본 발명은 교류 전원을 이용하므로 다공 탄성체(110)가 즉각적으로 열적 정상상태에 도달하게 되므로 압력 센싱의 반응속도를 향상시킬 수 있다.
저항값이 산출되면 프로세서(140)는 저항값에 대응하는 압력을 결정할 수 있다. 앞서 설명한 구조적, 전기적 설정에 따라 저항값에 대응하는 압력은 미리 결정될 수 있다. 저항값에 대응하는 압력은 메모리(미도시)에 미리 저장될 수 있고, 예컨대 룩업테이블(Look-Up Table; LUT)의 형태로 저장될 수 있다. 프로세서(140)는 메모리를 참조하여 저항값에 대응하는 압력을 식별할 수 있다.
더 구체적으로, 앞서 설명한 구조적, 전기적 설정에 따라 저항값에 대응하는 다공 탄성체(110)의 열전도율은 미리 결정될 수 있고, 또한 열전도율에 대응하는 압력 역시 미리 결정될 수 있다. 이들은 메모리에 미리 저장될 수 있고, 프로세서(140)는 메모리를 참조하여 먼저 저항값에 대응하는 다공 탄성체(110)의 열전도율을 식별하고, 다음으로 식별된 열전도율에 대응하는 압력을 식별할 수 있다.
이상에서는 수직으로 인가되는 외부 압력을 센싱하도록 설계된 압력센서(100)에 대해 설명하였다. 이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하여 수직으로 인가되는 외부 압력뿐만 아니라 수평으로 인가되는 외부 압력까지 센싱할 수 있는 압력센서(100)에 대해 설명하도록 하며, 수직으로 인가되는 압력을 센싱하는 방법은 앞서 설명한 것과 동일하므로 이하에서는 설명을 생략하도록 한다. 또한, 아래에서 설명되지 않는 각 구성요소의 구성 및 동작은 전술한 것과 동일한 것으로 이해되어야 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서(100)는 제1 및 제2 다공 탄성체(110a, 110b), 제1 및 제2 저항체(120a, 120b), 범퍼(170), AC 소스 및 프로세서(140)를 포함할 수 있다. 다만, 도 5에 도시된 압력센서(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 5에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
제1 및 제2 다공 탄성체(110a, 110b)는 동일 평면상에 나란히 형성될 수 있고, 제1 및 제2 저항체(120a, 120b)는 제1 및 제2 다공 탄성체(110a, 110b) 각각의 하부에 배치되어, 제1 및 제2 다공 탄성체(110a, 110b)에 열을 인가할 수 있다.
후술하는 바와 같이 프로세서(140)는 제1 및 제2 저항체(120a, 120b)의 저항값의 차이에 기초하여 수평 방향의 압력(이하, 수평 압력)을 결정하므로, 압력이 인가되지 않는 조건에서는 저항값이 동일해야 하며, 이를 위해 제1 및 제2 저항체(120a, 120b)는 그 구조와 성능이 동일할 수 있고, 제1 및 제2 다공 탄성체(110a, 110b) 역시 그 구조와 성능이 동일할 수 있다.
이러한 구조에서 범퍼(170)는 제1 및 제2 다공 탄성체(110a, 110b)의 상부를 둘러싸도록 형성되되 상면에 돌출부(171)가 구비될 수 있다. 돌출부(171)는 수평 압력을 전달받을 수 있도록 다양한 형태로 형성될 수 있다.
AC 소스는 제1 및 제2 저항체(120a, 120b)에 교류 전원을 공급함으로써 제1 및 제2 저항체(120a, 120b)에 줄열을 발생시킬 수 있고, 프로세서(140)는 제1 및 제2 저항체(120a, 120b)의 저항값의 차이에 기초하여 수평 압력을 결정할 수 있다.
도 6을 참조하면, 수평 압력, 예컨대 전단력(shear force)이 좌측 방향으로 인가되면 범퍼(170)의 돌출부(171)는 해당 압력을 전달받을 수 있다. 이에 따라, 범퍼(170)는 좌측 방향으로 찌그러지고 좌측 방향에 위치한 제1 다공 탄성체(110a)의 두께는 우측 방향에 위치한 제2 다공 탄성체(110b)의 두께보다 얇아질 수 있다.
제1 및 제2 저항체(120a, 120b)의 저항값은 제1 및 제2 다공 탄성체(110a, 110b)의 두께에 따라 결정되며, 제1 저항체(120a)의 저항값은 제2 저항체(120b)의 저항값보다 낮아질 수 있다. 프로세서(140)는 제1 및 제2 저항체(120a, 120b)의 저항값의 차이에 대응하는 수평 압력을 결정할 수 있다.
앞서 설명한 구조적, 전기적 설정에 따라 두 저항값의 차이에 대응하는 수평 압력을 미리 결정되어 메모리에 저장될 수 있다. 프로세서(140)는 메모리를 참조하여 두 저항값의 차이에 대응하는 수평 압력을 식별할 수 있다.
또한, 프로세서(140)는 제1 및 제2 저항체(120a, 120b)의 두 저항값의 비에 기초하여 수평 압력을 결정할 수도 있다. 앞서 설명한 구조적, 전기적 설정에 따라 두 저항값의 비에 대응하는 수평 압력은 미리 결정되어 메모리에 저장될 수 있다. 프로세서(140)는 메모리를 참조하여 두 저항값의 비에 대응하는 수평 압력을 식별할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (12)

  1. 다공 탄성체;
    상기 다공 탄성체에 열을 인가하는 저항체;
    상기 저항체에 교류 전원을 공급하는 AC 소스; 및
    상기 저항체의 저항값에 기초하여 상기 다공 탄성체에 인가되는 압력을 결정하는 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는 상기 저항체에서 발생하는 열의 침투 깊이(thermal penetration depth)가 상기 다공 탄성체의 최대 두께보다 크도록 상기 교류 전원의 주파수를 제어하는
    열감지 기반 압력센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다공 탄성체는 복수의 공극(pore) 및 나노 파티클을 포함하는
    열감지 기반 압력센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다공 탄성체는 일면을 통해 외부 압력을 인가받고,
    상기 저항체는 상기 일면과 대향하는 상기 다공 탄성체의 타면에 구비되는
    열감지 기반 압력센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저항체의 일면은 상기 다공 탄성체와 인접 배치되고,
    상기 일면과 대향하는 상기 저항체의 타면에는 단열 필름이 구비되는
    열감지 기반 압력센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저항체와 상기 다공 탄성체 사이에는 코팅재가 구비되는
    열감지 기반 압력센서.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 저항체의 양단 전압에서 상기 교류 전원의 주파수에 대응하는 신호를 추출하고, 상기 추출된 신호에 기초하여 상기 저항체의 저항값을 산출하는
    열감지 기반 압력센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 메모리를 참조하여 상기 저항값에 대응하는 압력을 식별하는
    열감지 기반 압력센서.
  9. 나란히 형성되는 제1 및 제2 다공 탄성체;
    상기 제1 및 제2 다공 탄성체의 하부에서 상기 제1 및 제2 다공 탄성체에 각각 열을 인가하는 제1 및 제2 저항체;
    상기 제1 및 제2 다공 탄성체의 상부를 둘러싸도록 형성되되 상면에 돌출부가 구비되는 범퍼;
    상기 제1 및 제2 저항체에 교류 전원을 공급하는 AC 소스; 및
    상기 제1 및 제2 저항체의 저항값의 차이에 기초하여 수평 방향의 압력을 결정하는 프로세서를 포함하는
    열감지 기반 압력센서.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 저항체와 상기 제1 및 제2 다공 탄성체는 각각 동일한
    열감지 기반 압력센서.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 저항체와 상기 제1 및 제2 다공 탄성체는 각각 동일 평면상에 형성되는
    열감지 기반 압력센서.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제1 및 제2 저항체의 저항값의 비에 기초하여 수평 방향의 압력을 결정하는
    열감지 기반 압력센서.
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