KR102621992B1 - 습도 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 습도 센서는 전도성 섬유로 직조된 제1 전극을 포함하는 제1 직물층, 상기 제1 직물층 상에 배치되는 감습막, 그리고 상기 감습막 상에 배치되며, 전도성 섬유로 직조된 제2 전극을 포함하는 제2 직물층을 포함한다.

Description

습도 센서{HUMIDITY SENSOR}
본 발명은 습도 센서에 관한 것이다.
일반적인 습도 센서는 알루미늄 또는 유리로 이루어진 기판, 기판 상에 배치되는 하부 전극, 하부 전극 상에 배치되는 감습막 및 감습막 상에 배치되는 상부 전극을 포함한다. 여기서, 감습막의 표면에 흡착된 수분은 감습막 표면의 분자를 이온 형태로 분리하며, 이에 따라 감습막 표면의 저항 또는 정전용량이 변화하게 된다. 습도는 감습재 표면의 저항 또는 정전용량의 변화를 이용하여 감지될 수 있다.
한편, IoT(Internet of Things) 기술이 발전함에 따라, 자동차 시트, 의류, 매트 등의 습도를 감지하여 다양한 애플리케이션에 적용하고자 하는 시도가 있다. 이때, 자동차 시트, 의류 등은 플렉서블(flexible)하나, 일반적인 습도 센서는 플렉서블하지 않으므로, 사용자에게 이물감을 줄 수 있고, 외부 충격에 의하여 손상되기 쉬운 문제가 있다. 또한, 이러한 습도 센서는 감습막이 외부로 노출되는 면적이 적어 수분이 흡착되기 어려우므로, 감도가 떨어진다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다양한 애플리케이션에 적용 가능한 습도 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 습도 센서는 전도성 섬유로 직조된 제1 전극을 포함하는 제1 직물층, 상기 제1 직물층 상에 배치되는 감습막, 그리고 상기 감습막 상에 배치되며, 전도성 섬유로 직조된 제2 전극을 포함하는 제2 직물층을 포함한다.
상기 감습막은 상기 제1 직물층 또는 상기 제2 직물층에 코팅될 수 있다.
상기 감습막은 고분자 또는 다공성 산화물을 포함할 수 있다.
상기 감습막은 제3 직물층을 포함하며, 상기 제3 직물층은 감습재로 코팅된 섬유로 직조될 수 있다.
상기 제1 직물층 및 상기 제2 직물층은 각각 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 직물층 및 상기 제2 직물층은 각각 비전도성 섬유로 직조된 비전도 영역을 더 포함하며, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 각각 상기 비전도 영역에 의하여 소정 간격으로 이격되는 복수의 제1 전도 영역 및 복수의 제2 전도 영역을 포함할 수 있다.
상기 복수의 제1 전도 영역 및 상기 복수의 제2 전도 영역은 서로 다른 방향으로 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 습도 센서는 전도성 섬유로 직조된 제1 전극, 전도성 섬유로 직조된 제2 전극, 그리고 비전도성 섬유로 직조된 비전도 영역을 포함하는 직물층, 그리고 상기 직물층에 배치되는 감습막을 포함하며, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 비전도 영역에 의하여 이격된다.
상기 제1 전극은 평행하는 복수의 제1 전도 영역 및 상기 복수의 제1 전도 영역을 연결하는 제1 연결 영역을 포함하고, 상기 제2 전극은 평행하는 복수의 제2 전도 영역 및 상기 복수의 제2 전도 영역을 연결하는 제2 연결 영역을 포함하며, 상기 복수의 제1 전도 영역의 적어도 일부는 상기 복수의 제2 전도 영역의 적어도 일부 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 습도 센서는 섬유로 직조된 직물을 포함하며, 상기 섬유는 제1 전극, 상기 제1 전극을 둘러싸는 감습막 및 상기 감습막을 둘러싸는 제2 전극을 포함한다.
상기 섬유는 코어사를 더 포함하며, 상기 제1 전극은 코어사 상에 코팅된 금속층을 포함하고, 상기 감습막은 상기 제1 전극 상에 코팅되며, 상기 제2 전극은 상기 감습막 상에 코팅된 금속층을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극은 소정의 패턴으로 형성되며, 상기 소정의 패턴에 의하여 상기 감습막의 적어도 일부가 노출될 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 각각은 소정 방향으로 꼬인 전도성 실을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 습도 센서는 플렉서블하므로, 사용자에게 이물감을 주지 않으면서 자동차 시트, 의류, 매트, 인솔 등에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 습도 센서는 별도의 공간을 차지하지 않으며, 넓은 면적에 대한 습도를 센싱 포인트 별로 감지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 습도 센서의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 습도 센서의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 습도 센서의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 습도 센서의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 습도 센서의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 습도 센서에 포함되는 직물층의 일부의 확대도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 습도 센서의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 습도 센서의 단면도이다.
도 9 내지 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 습도 센서의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 습도 센서의 습도 대 임피던스 변화 특성을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 습도 센서의 히스테리시스 특성을 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 습도 센서의 온도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 습도 센서의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 습도 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 한 실시예에 따른 습도 센서의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 습도 센서의 단면도이다.
도 1 내지 2를 참조하면, 습도 센서(100)는 제1 직물층(110), 제1 직물층(110) 상에 배치되는 감습막(120), 그리고 감습막(120) 상에 배치되는 제2 직물층(130)을 포함한다.
여기서, 제1 직물층(110) 및 제2 직물층(130)은 모두 전도성 섬유로 직조되며, 각각 제1 전극 및 제2 전극이 된다. 예를 들어, 제1 직물층(110)에는 (+) 단자가 연결되고, 제2 직물층(130)에는 (-) 단자가 연결될 수 있다.
여기서, 전도성 섬유는 금속 와이어 또는 표면 상에 금속 막이 피복된 일반 섬유일 수 있다. 전도성 섬유는 금속 입자가 분산된 일반 섬유일 수도 있다. 전도성 섬유가 금속 와이어인 경우, 금속 와이어의 직경은 10㎛ 내지 500㎛일 수 있다. 금속 와이어의 직경이 10㎛ 미만이면 금속 와이어의 강도가 약하여 직물 가공이 어려울 수 있으며, 금속 와이어의 직경이 500㎛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, 습도 센서(100)의 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.
또는, 전도성 섬유는 카본을 포함하는 마이크로 파이버일 수 있으며, Au, Ni, Cu 및 Au 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다.
한편, 감습막(120)은 감습재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 감습재는 고분자 수 있다. 감습재는 트리메틸암모늄클로라이드를 포함할 수도 있다. 여기서, 고분자 물질은 수분에 대하여 높은 친화력을 가지는 친수성 고분자 물질이거나, 친수성 작용기를 포함하는 고분자 물질일 수 있다. 예를 들어, 고분자 물질은 폴리이미드 또는 폴리비닐알콜을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 감습재가 고분자 물질을 포함하는 경우, 고분자 물질은 주변 수분을 흡수한 후 해리되어 전기전도도를 나타내게 된다.
또한, 다공성 산화물은 실리카(SiO2) 또는 알루미나(Al2O3)를 포함할 수 있다. 감습재가 다공성 산화물을 포함하는 경우, 다공성 산화물의 표면에 수분이 흡착되면, 다공성 산화물의 특성값이 변화되어, 전기전도도를 나타내게 된다.
이에 따라, 감습막(120)의 정전용량 또는 저항이 변화하게 되면, 제1 직물층(110)으로부터 감습막(120)을 통하여 제2 직물층(130)으로 흐르는 전류가 변화하게 된다. 본 발명의 실시예에 따른 습도 센서(100)는 제1 직물층(110)으로부터 제2 직물층(130)을 향하는 전류의 변화에 기초하여 습도를 감지할 수 있다.
이때, 감습막(120)은 제1 직물층(110) 또는 제2 직물층(130)에 코팅될 수 있다. 예를 들어, 감습재를 제1 직물층(110) 또는 제2 직물층(130)에 스핀코팅(spin coating), 스크린 프린팅(screen printing) 또는 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 등의 방식으로 분사한 후 열처리하면, 감습막(120)이 형성될 수 있다.
또는, 감습막(120)은 제1 직물층(110) 또는 제2 직물층(130)과는 별도의 직물층일 수도 있다. 이때, 감습막(120)을 이루는 직물층은 감습재로 코팅된 섬유로 직조될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 습도 센서의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 습도 센서의 분해 사시도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 습도 센서의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 습도 센서에 포함되는 직물층의 일부의 확대도이다. 도 1 내지 2와 동일한 내용은 중복된 설명을 생략한다.
도 3 내지 6을 참조하면, 습도 센서(300)는 제1 직물층(310), 제1 직물층(310) 상에 배치되는 감습막(320), 그리고 감습막(320) 상에 배치되는 제2 직물층(330)을 포함한다.
여기서, 제1 직물층(310)은 비전도성 섬유로 직조된 복수의 제1 비전도 영역(312) 및 전도성 섬유로 직조된 복수의 제1 전도 영역(314)을 포함하고, 제2 직물층(330)은 비전도성 섬유로 직조된 복수의 제2 비전도 영역(332) 및 전도성 섬유로 직조된 복수의 제2 전도 영역(334)을 포함한다.
복수의 제1 전도 영역(314)은 제1 전극을 이루고, 복수의 제2 전도 영역(334)은 제2 전극을 이룬다. 예를 들어, 복수의 제1 전도 영역(314)에는 (+) 단자가 연결되고, 복수의 제2 전도 영역(334)에는 (-) 단자가 연결될 수 있다.
이때, 복수의 제1 전도 영역(314)은 복수의 제1 비전도 영역(312)에 의하여 소정 간격으로 이격되며, 복수의 제2 전도 영역(334)은 복수의 제2 비전도 영역(332)에 의하여 소정 간격으로 이격될 수 있다. 복수의 제1 비전도 영역(312) 및 복수의 제1 전도 영역(314)이 한 층의 직물로 직조되고, 복수의 제2 비전도 영역(332) 및 복수의 제2 전도 영역(334)이 한 층의 직물로 직조될 수 있다.
이때, 복수의 제1 전도 영역(314)은 서로 평행하게 배치되고, 복수의 제2 전도 영역(334)은 서로 평행하게 배치되며, 복수의 제1 전도 영역(314) 및 복수의 제2 전도 영역(334)은 서로 다른 방향으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 전도 영역(314)과 제2 전도 영역(334)이 교차하는 지점은 하나의 센싱 포인트(P)로 작용할 수 있다. 복수의 제1 전도 영역(314)에 각각 (+) 단자가 연결되고, 복수의 제2 전도 영역(334)에 각각 (-) 단자가 연결되면, 각 센싱 포인트 별로 정전용량 또는 저항의 변화량을 감지할 수 있으며, 이에 따라 각 센싱 포인트 별로 습도를 감지할 수 있다.
한편, 감습막(320)은 감습재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 감습재는 고분자 물질 또는 다공성 산화물일 수 있다. 습도가 변화하여 감습막(320)의 정전용량 또는 저항이 변화하게 되면, 제1 전도 영역(314)으로부터 감습막(320)을 통하여 제2 전도 영역(334)으로 흐르는 전류가 변화하게 된다. 본 발명의 실시예에 따른 습도 센서(300)는 제1 전도 영역(314)으로부터 제2 전도 영역(334)을 향하는 전류의 변화에 기초하여 습도를 감지할 수 있다.
이때, 감습막(320)은 제1 직물층(310) 또는 제2 직물층(330)에 코팅될 수 있다. 예를 들어, 감습재를 제1 직물층(310) 또는 제2 직물층(330)에 스핀코팅(spin coating), 스크린 프린팅(screen printing) 또는 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 등의 방식으로 분사한 후 열처리하면, 감습막(320)이 형성될 수 있다.
또는, 감습막(320)은 제1 직물층(310) 또는 제2 직물층(330)과는 별도의 직물층일 수도 있다. 이때, 감습막(320)을 이루는 직물층은 감습재로 코팅된 섬유로 직조될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 습도 센서의 사시도이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 습도 센서의 단면도이다. 도 1 내지 6과 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
도 7 내지 8을 참조하면, 습도 센서(700)는 직물층(710) 및 직물층(710)에 배치되는 감습막(720)을 포함한다.
여기서, 직물층(710)은 전도성 섬유로 직조된 제1 전극(712), 전도성 섬유로 직조된 제2 전극(714), 그리고 비전도성 섬유로 직조된 비전도 영역(716)을 포함한다. 제1 전극(712), 제2 전극(714) 및 비전도 영역(716)은 한 층의 직물로 직조될 수 있다. 이때, 제1 전극(712) 및 제2 전극(714)은 비전도 영역(716)에 의하여 소정 간격으로 이격될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(712)에는 (+) 단자가 연결되고, 제2 전극(714)에는 (-) 단자가 연결될 수 있다. 습도가 변화하는 경우, 감습막(720)의 정전용량 또는 저항이 변화하게 되며, 이에 따라 제1 전극(712)으로부터 감습막(720)을 통하여 제2 전극(714)으로 향하는 전류는 변화하게 된다. 이와 같이, 제1 전극(712) 및 제2 전극(714)이 하나의 직물층 내에 배치될 경우, 하나의 층에서 접지 연결이 가능하므로 추가 접지 전극을 설치할 필요가 없다. 또한, 습도 센서(700)의 재료비 및 제작 비용이 절감되며, 습도 센서(700)의 두께도 줄일 수 있다.
여기서, 도 7에서 예시된 바와 같이, 제1 전극(712)은 복수의 제1 전도 영역(712-2) 및 복수의 제1 전도 영역(712-2)을 연결하는 제1 연결 영역(712-4)을 포함하고, 제2 전극(714)은 복수의 제2 전도 영역(714-2) 및 복수의 제2 전도 영역(714-2)을 연결하는 제2 연결 영역(714-4)을 포함하며, 복수의 제1 전도 영역(712-2)의 적어도 일부는 복수의 제2 전도 영역(714-2)의 적어도 일부 사이에 배치될 수 있다. 이와 같이, 복수의 제1 전도 영역(712-2) 및 복수의 제2 전도 영역(714-2)이 교대로 배치되면, 제1 전극(712)으로부터 제2 전극(714)으로 흐르는 전류의 양이 커지게 되므로, 습도 감지의 민감도가 높아지게 된다.
한편, 감습막(720)은 감습재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 감습재는 고분자 물질 또는 다공성 산화물일 수 있다.
이때, 감습막(720)은 직물층(710)에 코팅될 수 있다. 예를 들어, 감습재를 직물층(710)에 스핀코팅(spin coating), 스크린 프린팅(screen printing) 또는 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 등의 방식으로 분사한 후 열처리하면, 감습막(720)이 형성될 수 있다.
또는, 감습막(720)은 직물층(710)과는 별도의 직물층일 수도 있다. 이때, 감습막(720)을 이루는 직물층은 감습재로 코팅된 섬유로 직조될 수 있다.
도 9 내지 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 습도 센서의 사시도이다. 도 1 내지 8과 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
도 9 내지 10을 참조하면, 습도 센서는 섬유(910)로 직조된 직물을 포함할 수 있다. 여기서, 섬유(910)는 제1 전극(912), 제1 전극(912)을 둘러싸는 감습막(914), 감습막(914)을 둘러싸는 제2 전극(916)을 포함한다.
감습막(914)을 사이에 두고 제1 전극(912) 및 제2 전극(916)이 배치되고, 제1 전극(912) 및 제2 전극(916)이 각각 (+) 단자와 (-) 단자에 연결되면, 습도 변화에 따라 감습막(914)의 정전용량 또는 저항이 변화하게 되고, 이에 따라 제1 전극(912) 및 제2 전극(916) 간의 전류가 변화하게 된다.
더욱 구체적으로, 도 9를 참조하면, 섬유(910)는 중심에 배치되는 코어사(918)를 더 포함하며, 제1 전극(912)은 코어사(918) 상에 코팅된 금속층일 수 있다. 또한, 제2 전극(916)은 감습막(914) 상에 코팅된 금속층일 수 있다.
이때, 제2 전극(916)은 소정의 패턴으로 형성되며, 소정의 패턴에 의하여 감습막(914)의 적어도 일부가 노출될 수 있다. 이에 따라, 감습막(914)은 외부의 수분에 더욱 쉽게 노출될 수 있으므로, 습도 센서의 습도 감지 성능을 높일 수 있다.
한편, 도 10을 참조하면, 제1 전극(912) 및 제2 전극(916)은 각각 소정 방향으로 꼬인 전도성 실을 포함할 수도 있다. 이때, 제1 전극(912) 및 제2 전극(916)을 이루는 전도성 실의 두께는 섬유(910)의 두께보다 작다. 이와 같이, 제1 전극(912) 및 제2 전극(916)이 전도성 실의 형태를 가질 경우, 금속층인 경우에 비하여 표면적이 넓으므로 제1 전극(912) 및 제2 전극(916) 사이를 흐르는 전류가 커지게 된다. 또한, 제2 전극(916)이 전도성 실의 형태를 가지는 경우, 꼬인 실 사이의 공극으로 인하여 감습막(914)이 자연적으로 외부의 수분에 노출될 수 있으므로, 습도 센서(900)의 습도 감지 성능을 더욱 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 습도 센서의 전극이 섬유 또는 직물로 구성되면, 사용자의 이물감 없이 자동차 시트, 의류, 인솔, 매트 등에 적용될 수 있다. 또한, 섬유 또는 직물 자체의 공극으로 인하여, 감습막이 외부의 수분에 쉽게 노출되므로, 감습막에 수분이 흡착되기 쉬워지며, 습도 감지 성능을 더욱 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 습도 센서의 습도 감지 성능을 설명한다. 습도 감지 성능을 테스트하기 위하여 도 7 내지 8에서 도시된 구조의 습도 센서를 제작하였다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 습도 센서의 습도 대 임피던스 변화 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11을 참조하면, 습도가 30 내지 90%인 구간에서 습도 센서의 임피던스가 26MΩ으로부터 160KΩ까지 변화함을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 습도 센서는 습도가 30 내지 90%인 구간에서 임피던스가 102배 이상으로 가변하므로, 감도 및 신뢰도가 높음을 알 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 습도 센서의 히스테리시스 특성을 나타내는 그래프이다. 히스테리시스 특성을 측정하기 위하여, 습도를 30%로부터 90%까지 높인 후, 다시 30%까지 낮추는 과정을 3회 반복하였다.
도 12를 참조하면, 습도를 30%로부터 90%까지 높인 후, 다시 30%까지 낮추는 과정을 1회 수행한 경우, 2회 수행한 경우 및 3회 수행한 경우 모두 습도가 30 내지 90%인 구간에서 임피던스가 102배 이상으로 가변함을 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 습도 센서는 높은 히스테리시스 특성 및 재현 반복성을 가짐을 알 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 습도 센서의 온도 특성을 나타내는 그래프이다. 온도 특성을 측정하기 위하여, 온도를 15℃, 25℃ 및 35℃에서 각각 습도 대 임피던스 변화 특성을 측정하였다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 습도 센서는 온도에 관계없이 습도가 30 내지 90%인 구간에서 임피던스가 102배 이상으로 가변함을 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 습도 센서는 다양한 온도 환경에서 적용 가능함을 알 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 습도 센서의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다. 주파수 특성을 측정하기 위하여, 주파수를 100Hz 및 1kHz에서 각각 습도 대 임피던스 변화 특성을 측정하였다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 습도 센서는 주파수에 관계없이 습도가 30 내지 90%인 구간에서 임피던스가 102배 이상으로 가변함을 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 습도 센서는 다양한 주파수 환경에서 적용 가능함을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 습도 센서는 습도 감지 장치에 포함될 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 습도 감지 장치의 블록도이다.
도 15를 참조하면, 습도 감지 장치(1500)는 습도 센서(1510), 신호 처리부(1520), 제어부(1530) 및 통신부(1540)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 습도 센서(1510)는 감습막의 정전용량 또는 저항 변화에 의한 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 습도 센서(1510)의 제1 전극 및 제2 전극의 전기 신호는 신호 처리부(1520)로 전달된다. 이를 위하여, 습도 센서(1510)의 제1 전극 및 제2 전극과 신호 처리부(1520)는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)에 의하여 연결될 수 있다.
신호 처리부(1520)는 습도 센서(1510)로부터 수신하나 전기 신호를 처리하여 제어부(1530)로 전달하며, 제어부(1530)는 신호 처리부(1520)에 의하여 처리된 신호에 기초하여 제어 신호를 생성할 수 있다. 한 예로, 제어부(1530)는 습도 감지 센서(1510)에 의하여 감지된 신호를 처리한 결과를 이용하여 진단 정보를 생성할 수 있다. 다른 예로, 제어부(1530)는 습도 감지 센서(1510)에 의하여 감지된 신호를 처리한 결과를 이용하여 사용자를 위한 알람 신호 등을 생성할 수도 있다.
그리고, 통신부(1540)는 제어부(1530)에 의하여 생성된 제어 신호를 외부 장치로 송신한다.
이때, 습도 감지 센서(1510)는 신호 처리부(1520), 제어부(1530) 및 통신부(1540)와 독립적인 공간에 배치되고, FPCB를 통하여 연결될 수 있다. 또는, 습도 감지 센서(1510)는 신호 처리부(1520), 제어부(1530) 및 통신부(1540)와 동일한 공간 내에 배치되고, FPCB를 통하여 연결될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 습도 감지 센서는 인솔, 장갑, 매트, 의자, 시트 등 습도 감지가 필요한 다양한 응용 분야에 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 포함된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (16)

  1. 제1 전극을 포함하는 제1 직물층,
    상기 제1 직물층 상에 배치되는 감습막, 그리고
    상기 감습막 상에 배치되며, 제2 전극을 포함하는 제2 직물층
    을 포함하고,
    상기 감습막은 감습재로 코팅된 섬유로 직조된 제3 직물층을 포함하며,
    상기 제1 직물층은 비전도성 섬유로 직조된 복수의 제1 비전도 영역 및 전도성 섬유로 직조되고 상기 복수의 제1 비전도 영역에 의하여 소정 간격으로 이격된 복수의 제1 전도 영역을 포함하고,
    상기 제2 직물층은 비전도성 섬유로 직조된 복수의 제2 비전도 영역 및 전도성 섬유로 직조되고 상기 복수의 제2 비전도 영역에 의하여 소정 간격으로 이격된 복수의 제2 전도 영역을 포함하며,
    상기 복수의 제1 전도 영역은 상기 제1 전극을 이루고, 상기 복수의 제2 전도 영역은 상기 제2 전극을 이루며,
    상기 복수의 제1 전도 영역은 상기 복수의 제2 전도 영역과 다른 방향으로 형성되고,
    상기 복수의 제1 전도 영역 중 하나와 상기 복수의 제2 전도 영역 중 하나가 교차하는 지점이 하나의 센싱 포인트로 작용하여 센싱 포인트 별 정전용량 또는 저항의 변화량에 의해 습도가 감지되는 습도 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감습재는 친수성 고분자 물질 또는 다공성 산화물을 포함하는 습도 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다공성 산화물은 실리카 또는 알루미나를 포함하는 습도 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 감습재는 트리메틸암모늄클로라이드를 포함하는 습도 센서.
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