KR20060069673A - 압전형 압력 센서를 이용한 근력측정시스템 - Google Patents

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신민철
구경환
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Abstract

본 발명은 운동역학(kinesiology)에 관련되는 근력 변화에 대한 정성적, 정량적 측정 및 분석을 위한 근력측정시스템에 관한 것으로, 이러한 근력측정시스템은, 인체로부터의 근력변화를 수집 및 전송하기 위한 근력측정기와, 상기 근력측정기로부터 전송되는 근력변화신호를 분석하기 위한 정보처리기와, 분석된 근력변화신호를 출력하기 위한 출력장치로 이루어지며, 상기 근력측정기를 구성하는 압전센서는 근력변화에 따른 압력 신호을 직접 전기 신호나 전압으로 변환할 수 있는 압전성 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 압전성 물질로는 강유전성의 압전성 단결정이거나, 세라믹, 다층구조세라믹, 압전성 고분자 물질로 이루어질 수 있다.
압전형 압력 센서, 근력 측정기, 원격 검사, 근력측정시스템

Description

압전형 압력 센서를 이용한 근력측정시스템{KINESIOLOGY POWER MEASURING SYSTEM USING SENSOR WITH PIEZOELECTRIC MATERIALS}
도 1은 본 발명에 따른 근력측정시스템에 있어서 근력변화신호의 처리 과정을 도시한 블록도.
도 2는 상기 근력측정시스템에 사용되는 압전형 압력 센서의 구조도.
도 3은 상기 근력측정시스템을 구성하는 정보처리기에 있어서 수집된 근력변화신호의 분석하는 과정을 도시한 블록도.
도 4은 상기 정보처리기에 있어서 분석된 근력변화신호가 파형으로 시각화되어 모니터에 표시된 예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 근력측정시스템의 구성도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 근력 측정기 110 : 압력 센서
111 : 압전성 물질층 112 : 접착제
113 : 전극 114 : 탄성체
120 : 증폭기 130 : 필터
140 : 아날로그-디지털 변환기 150 : 유/무선 송신 포트
160 : 버튼 170 : 케이스
200 : 정보처리기 210 : 유/무선 수신 포트
220 : 증폭기 230 : 가변 주파수 필터
240 : 신호 분석기 250 : 출력신호처리기
270 : 표준 근력변화데이터베이스
280 : 피검사자별 근력변화데이터베이스
290 : 유/무선 송신 포트 300 : 모니터
400 : 외부 출력장치 500 : 멀티미터
600 : 게임기
본 발명은 운동역학(kinesiology)에 관련되는 근력 변화에 대한 정성적, 정량적 측정 및 분석을 위한 근력측정시스템에 관한 것이다.
서양에서 운동역학은 20세기 후반에 이르러, 조지 굿하트(Goodheart, G., 1976. Applied kinesiology, 12th ed. Detroit: Privately Published.) 박사의 연구에 의해 처음으로 과학적인 조명을 받았다. 그는 몸에 좋은 영양물질에 의한 자극에는 근육의 힘이 증가하는 반면, 인체에 해로운 물질의 자극에는 근육의 반응이 현저히 약해진다는 사실을 처음으로 발견하고, 이를 특별히 '응용 운동역학'이라 명명했다. 그의 이러한 시험은, 표면 의식에서는 거의 알 수 없는 경우에도 인체의 근육은 어떤 것이 몸에 좋고 나쁜지를 이미 알고 있음을 암시했다. 이 시험 이후 널리 알려진 대표적인 사례로는 인공 감미료를 들 수 있다. 인공 감미료는 예외 없이 근육을 약화시켰고, 이에 반해 몸에 좋은 천연적인 성분들은 근육을 강화시켰던 것이다.
1970년대 말 존 다이아몬드(Diamond, J. 1979. Behabioral Kinesiology. New York : Harper&Row, 1979. Your Body Doesn't Lie. New York : Warner Books)는 응용 운동역학을 '행동 운동역학'으로 발전시켰다. 그는 물질적인 자극뿐만 아니라 감정적이고 지적인 자극에도 근육이 강화되거나 약화된다는 놀라운 사실을 발견했다. 미소는 근육을 강화시키고, 나는 너를 미워한다는 말은 근육을 약화시켰다. 그러나 이러한 결과를 판단하기 위한 값들을 측정하기 위한 장치로는 사람들의 힘을 사용함으로 객관적으로 재현될 수 있는 값을 얻기가 어려웠다(Kendall, H.O. Muscles:Testing and Function, Baltimore: Williams&Willkins, end ed.,1971).
한편 동양과 한국의 한방의학에서는 완력테스트를 이용하여 체질을 진단하는 방법이 고대로부터 널리 알려지고 있다. 이러한 테스트 방법은, 왼손에 무, 오이, 당근, 감자 등의 식품을 든 상태에서 오른팔의 완력을 측정하여 그 사람의 체질을 태양인, 태음인, 소양인, 소음인으로 구분하는 것이다. 이때 오른팔의 완력을 테스트하는 방법으로는 모래주머니 또는 바벨 등을 들어 올려 완력을 조사하거나 저울에 연결된 고리를 오른팔로 들어 올려 그 완력 정도를 조사할 수 있었다. 이 방법은 1970년경 일본인 의사 오무라 오시아기가 연구 창안한 것으로 일명 '오무라테스트'라고도 일컫는다. 이 방법은 오른손의 엄지와 검지를 오링 형태로 취한 상태에서 검사자가 피검사자의 엄지와 검지를 벌리는 테스트를 하여 피검사자의 체질을 판단하는 것이다. 그러나 이와 같은 테스트 방법도 역시 사람의 감각에 의존하기 때문에 정량적이고 재현성 있는 값을 측정하기가 어려운 단점들이 있었다.
종래에 이와 같은 문제점을 극복하기 위한 방법으로 기시험기(특허공개 제1999-008005호), 저항센서나 전자식 압력감지수단, 기계식 압력감지, 스트레인 게이지 타입의 압축형 로드셀, 스프링방식, 반도체 압력 센서 등의 수단을 사용하는 방식(특허공개 제2000-0037041호, 특허공개 제2002-0060773호, 특허공개 제2000-0017804호, 특허공개 제2002-0039388호, 특허공개 제2000-0062240호)들이 출원되어 일부는 등록된 바 있으나, 이러한 근력, 약력 또는 오링 측정기들 또한, 구조가 복잡하고, 사용되는 압력 센서가 근육의 미세한 힘의 변화를 재현성 있게 얻기에는 부족한 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 신호의 왜곡이 적고 보다 넓은 범위의 근력변화신호를 높은 감도를 가지고 수집할 수 있는 근력 측정기와, 수집된 광범위한 근력변화신호를 효과적으로 기록, 분석 및 출력할 수 있는 정보처기를 포함하여 구성되며, 시간적 공간적 제약을 넘어 인체로부터 수집되는 근력변화신호를 보다 객관적이고 정량적인 형태의 정보로 변화시킴으로써 근력 변화를 통한 객관적이고 정량적인 검사 결과을 얻을 수 있는 근력측정 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 높은 감도를 지닌 근력측정 시스템을 이용한 압력 신호 입력시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 요지는 다음과 같다.
(1) 인체로부터의 근력변화를 수집 및 전송하기 위한 근력측정기와, 상기 근력측정기로부터 전송되는 근력변화신호를 분석하기 위한 정보처리기와, 분석된 근력변화신호를 출력하기 위한 출력장치로 이루어진 근력측정시스템에 있어서,
상기 근력측정기는, 근력변화를 전기적 신호로 변환하는 압력센서와, 전기적 신호를 증폭시키는 증폭기와, 근력변화신호 외 잡음을 제거하는 필터와, 잡음이 제건된 근력변화신호를 디지털 신호로 전환하는 아날로그-디지털 변환기와, 디지털 신호의 송신포트를 포함하고,
상기 정보처리기는 상기 근력측정기로부터 전송되는 근력변화신호를 수신하는 수신포트와, 측정된 근력변화신호를 표준 근력변화데이터베이스와 비교분석하여 피검사자별 근력변화데이터베이스를 생성하는 신호분석기와, 분석된 근력변화신호의 출력 유형을 결정하는 출력신호처리기를 포함하며,
상기 압력 센서는 근력변화에 따른 압력 신호을 직접 전기 신호나 전압으로 변환할 수 있는 압전성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 근력측정시스템.
(2) 상기 압력센서의 압전성 물질은 복수의 층들로 이루어지며, 이러한 복수의 층들은 인접하는 층간의 분극방향이 서로 반대가 되도록 분극 방향에 수직으로 적층되어 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 상기 (1) 기재의 근력측정시스템.
(3) 상기 압전성 물질은 강유전성의 압전성 단결정 물질, 압전 세라믹, 다층 세라믹, 압전성 고분자 물질로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상기 (2) 기재의 근력측정시스템.
(4) 상기 정보처리기는 근력측정기와 유선 또는 무선으로 통신하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 기재의 근력측정시스템.
(5) 상기 신호분석기는 수집된 각각의 근력변화신호를 표준 근력변화데이터베이스와 비교분석함에 있어서, 파형의 분리, 조합 및 선별 증폭을 행하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 기재의 근력측정시스템.
(6) 상기 표준 근력변화데이터베이스는 인체의 체질, 적합성 유무 또는 음식과 체질 사이의 상관관계에 관한 운동역학 데이터베이스 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 표준화된 것을 특징으로 하는 상기 (1) 기재의 근력측정시스템.
(7) 상기 신호분석기는 수집된 근력변화신호를 표준 근력변화데이터베이스와 분석한 결과를 저장함으로써 피검사자별 근력변화데이터베이스를 생성하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 기재의 근력측정시스템.
(8) 상기 표준 근력변화데이터베이스는 상기 피검사자별 근력변화데이터베이스에 의해 추가 갱신됨으로써 사용에 따라 정확도가 향상되는 것을 특징으로 하는 상기 (7) 기재의 근력측정시스템.
(9) 상기 정보처리기 및 출력장치는 휴대용 전화기 또는 휴대용 정보 단말기에서 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 기재의 근력측정시스템.
(10) 상기 정보처리기의 출력신호처리기와 연결되어 근력변화신호를 외부출력장치로 전송할 수 있는 송신 포트를 더 포함함으로써 외부에서 원격진료가 가능한 것을 특징으로 하는 상기 (1) 기재의 근력측정시스템.
(11) 상기 외부 출력장치는 상기 정보처리기와 유선으로 또는 무선으로 통신 할 수 있는 전자기기인 것을 특징으로 하는 상기 (10) 기재의 근력측정시스템.
(12) 상기 외부 출력장치는 게임기인 것을 특징으로 하는 상기 (10) 기재의 근력측정시스템.
(13) 상기 피검사자별 근력변화데이터베이스에는 사용자별 신호 증폭비가 추가로 설정되고, 출력신호처리기는 근력변화신호를 상기 설정된 증폭비에 따라 증폭하여 상기 게임기의 입력신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 상기 (12) 기재의 근력측정시스템.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 근력측정시스템의 블록도다. 본 발명에 따른 근력측정시스템은 인체에서 일어나는 근력변화를 수집 및 전송하기 위한 근력 측정기(100)와 근력 측정기(100)로부터 전송되는 근력변화신호를 분석하기 위한 정보처리기(200)와 분석된 신호를 출력하기 위한 출력장치(300, 400, 500, 600)를 포함한다.
인체로부터 전달된 근력변화는 근력 측정기(100)의 압력 센서(110)에 감지되어 전기적 신호로 변환된다. 상기 변환된 근력신호는 압력 센서(110)에 맞게 적절히 구현된 증폭기(120)에 의해 증폭된 후, 필터(130)를 통과하면서 생체신호 대역의 신호만 집중적으로 선별 획득된다. 이 경우 필요에 따라 생활 잡음 등의 외란을 제거하기 위한 노치 필터(notch filter)가 추가될 수 있다. 계속하여 근력변화신호는 아날로그-디지털 변환기(140)에 의해 디지털 신호로 변환되어 근력 측정기(100)의 송신 포트(150)를 통해 외부기기로 송신된다. 선택적으로, 전기적 신호로 변환 된 근력변화신호는 통상의 멀티미터(500)와 같은 계측기를 통해 직접적으로 외부에 표시될 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 근력변화에 따른 압력 신호을 직접 전기 신호나 전압으로 변환할 수 있는 압전성 물질을 이용하여 압력 센서를 구성할 경우, 별도의 전원 공급없이 "물리적인 힘"을 "전기적인 변화량"으로 변환할 수 있어 종래의 근력측정장치보다 휴대전화나 PDA 등의 이동통신 단말기에 용이하게 부착하여 사용할 수 있다. 압전성 물질을 이용한 압력 센서의 경우, 도 2에서와 같이 매우 단순한 구성으로 제조될 수 있다.
이러한 압력센서에서 측정되는 근력변화의 신호는 통상의 멀티미터(MULTIMETER)(도 1의 500)와 같은 전기 계측기를 통해 전압의 변화로서 즉시 표시되거나, 혹은 핸드폰이나 PDA 등의 휴대용 기기에 설치된 프로그램 기타의 솔루션을 통해 분석 가공되어 표시(출력)될 수 있다. 근력변화의 수집, 분석 및 출력에 관한 상세한 사항은 후술한다.
상기 압력 센서(110)를 구성하는 압전성 물질은 종래의 압전성 고분자 물질, 폴리비닐리덴과 같은 압전성 고분자 물질, 혹은 티탄화 바륨, PZT 등과 같은 압전 세라믹, 또는 다층 세라믹 물질 등이 사용될 수 있다.
유리하게는 상기 압전성 물질로서 우수한 감도와 높은 출력 전압을 얻기 위하여 강유전성의 압전성 단결정 물질이 사용될 수 있으며, 이러한 단결정 물질로는 PMN-PT(납 마그네슘 나이오베이트-납 티타네이트계 물질), PZN-PT(납 아연 나이오베이트-납 티타네이트계 물질), PZT(납 지르코늄 티타네이트 계 물질), PYN-PT(납 이터비움 나이오베이트-납 티타네이트계 물질), PIN-PT(납 인듐 니아오베이트 -납 티타네이트계 물질) 중 어느 하나로서, 아래의 화학식 1과 화학식 2 중 어느 하나의 조성을 만족하는 것 바람직하다.
[화학식 1]
s[L]-x[P]y[M]z[N]p[T]
[P]는 산화납(PbO, PbO2, Pb3O4)이고,
[M]은 산화 마그네슘 (MgO) 또는 산화 아연(ZnO)이고,
[N]은 나이오비움 옥사이드(Nb2O5)이고,
[T]은 산화 티탄(TiO2)이고,
[L]은 리튬 탄탈레이트(LiTaO3), 리튬나이오베이트(LiNbO3), 리튬(Li), 리튬 산화물(Li2O) 또는 리튬 카보네이트(Li2CO3)이거나, 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 팔라디움(Pd), 로디움(Rh), 인디움(In), 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 스트론티움(Sr), 스칸디움(Sc), 루쎄니움(Ru), 구리(Cu), 이트리움(Y) 및 이터비움(Yb)으로 이루어진 군 중에서 선택된 하나의 금속 또는 그의 산화물이고,
x는 0.55 보다 크거나 같고 0.65보다 작거나 같고,
y는 0.09보다 크거나 같고 0.20보다 작거나 같고,
z는 0.09보다 크거나 같고 0.20보다 작거나 같고,
p는 0.01보다 크거나 같고 0.1보다 작거나 같고,
s는 0.01보다 크거나 같고 0.1보다 작거나 같다.
[화학식 2]
[1-x]Pb(Zn1/3,Nb2/3)-[x]PbTiO3,
[1-y]Pb(Mg1/3,Nb2/3)-[y]PbTiO3
[1-z]PbZrO3-[z]PbTiO3,
[1-l]Pb(Yb1/2,Nb1/2)O3-lPbTiO3
[1-m]Pb(In1/2,Nb1/2)O3-mPbTiO3
x는 0이거나 0.01보다 크거나 0.2보다 작고,
y는 0.1보다 크거나 0.4보다 작고,
Z는 0.4보다 크고 0.6보다 작고,
l은 0.2보다 크고 0.8보다 작고,
m은 0.2보다 크고 0.8보다 작다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 근력 측정기(100)의 구조에 대한 개략도이다. 도 2의 근력 측정기(100)에 따르면, 케이스(160) 외부에 설치된 버튼(170)을 손가락으로 파지하면, 손가락으로부터 전달된 압력이 압력 센서(110)에 의해 전기적 신호로 변환된 후, 증폭기(120), 필터(130), 아날로그-디지털 변환기(140) 및 송신 포트(150)를 순차적으로 통과하여 외부 기기로 송신된다.
도 2를 참조할 때, 본 발명의 특징에 따르면, 상기 압력 센서(110)의 구조는 복수의 압전성 물질층(111)으로 이루어져 있으며, 상기 층(111)들은 분극 방향에 수직으로 접착제(112)에 의해 서로 인접하는 층간의 분극방향이 서로 반대가 되도록 접착되어 있다. 분극된 압전성 물질층(111)들의 양단부에는 개개의 층들을 직렬로 연결시키기 위하여 전극(113)이 교대로 부착되며, 전극(113) 외측으로 탄성체(114)가 형성되어 있다.
압전체(111)가 압력을 받는 경우 발생되는 전압의 크기는 아래의 식에 따라 결정된다.
Figure 112004059531797-PAT00001
여기서, V는 발생하는 전압, d는 압전상수, P는 압전체에 가해지는 압력, εo는 진공에서의 유전율, εr은 상대 유전율, t는 압전체의 두께를 각각 나타낸다. 즉, 발생 전압의 크기는 압전체의 압전상수(d) 값과 두께(t)에 비례하여 증가한다.
상기 도 2에 도시된 본 발명의 특징에 따라 복수의 압전성 물질층(111)을 분극방향이 서로 다르게 분극 방향에 수직으로 교대로 적층하고 직렬로 연결함으로써 압전체를 구성할 경우, 측정되는 전체 전압의 크기는 각각의 층(111)에서 발생되는 전압의 합이 되어 커지고 이에 대해 잡음은 상대적으로 그 크기가 작아질 수 있어 미세한 근력변화에 대해서도 높은 감도로 측정할 수 있다.
또한, 상기 식으로부터 알 수 있는 바와 같이 일정한 압전성 물질에 대해서 발생 전압의 크기를 증가시키기 위해서는 압전성 물질의 두께(t)를 증가시키는 방법이 있지만 이는 압력 센서(110)의 크기가 커져 제품의 소형화에 불리한데 대하 여, 본 발명에 따라 복수의 압전성 물질층(111)으로 압전체를 구성할 경우 요구되는 감도에 필요한 압전체 전체의 크기가 줄어들 수 있어 유리하다.
한편, 압전상수(d) 값이 큰 물질로는 상술한 강유전성의 압전성 단결정 물질을 사용하는 것이 유리하다.
계속하여, 도 1을 참조할 때, 상기 근력 측정기(100)의 송신 포트(150)로부터 송신된 근력변화신호는 정보처리기(200)의 수신 포트(210)를 통해 수신된다. 이 경우, 상기 근력 측정기(100)와 정보처리기(200) 사이에서의 근력변화신호 전달은 유선 또는 무선 통신의 방법으로 이루어질 수 있다. 수신된 근력변화신호는 증폭기(220)에 의해 증폭되어 가변 주파수 필터(230)에 의해 주파수 대역별로 분류된 후, 신호 분석기(240)에서 표준 근력변화데이터베이스(270)에 저장된 표준 파형과 패턴 매칭되어 피검사자별 근력변화데이타베이스(280)에 저장된다. 이러한 데이터베이스(270, 280)는 상기 정보처리기(200)에 구비된 메모리 장치(도면 미도시)에 저장되어 있다.
상기 표준 근력변화데이터베이스(270)는 인체의 체질, 적합성 유무 또는 음식과 체질과의 상관관계에 관한 운동역학 데이터베이스 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 표준화되어 있고, 근료측정시스템의 사용자는 필요에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
피검사자별 근력변화데이타베이스(280)에 저장된 근력변화신호는 검사 기록으로 축적되어 시간이 지난 후 다시 출력할 수 있기 때문에 검사의 시간적 제약을 해소할 수 있으며, 또한 그 자체가 피검사자의 개인별 근력변화데이타베이스가 되 어 상기 표준 근력변화데이터베이스(270)를 추가 갱신하는 새로운 데이타베이스의 역할도 하기 때문에 검사의 횟수가 증가할수록 검사자는 보다 정확하게 객관적인 검사를 할 수 있으며, 후술하는 게임기에서와 같이 출력되는 근력변화신호를 입력 신호를 사용할 경우 개인별 입력 신호의 구분을 더욱 정확하게 할 수 있다.
도 3은 본원 발명에 따른 정보처리기(200)의 신호 분석기(240)가 근력변화신호를 분석하는 알고리즘을 도시한 도면이다.
이 경우, 상기 신호 분석기(240)는 각각의 수집된 근력변화신호를 상기한 표준 근력변화데이터베이스(270)와 비교 분석함에 있어서 파형의 분리, 조합 및 선별 증폭을 행하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에 따른 신호 분석기(240)는 파형의 분리와 조합이 자유롭기 때문에 수집된 근력변화신호를 특정한 표준 파형의 조합으로 분리하거나 표준 파형을 조합하여 근력변화신호와 유사한 파형을 생성하는 것이 가능하며, 이에 따라 사용자는 양 데이터를 비교함으로써 수집된 근력변화신호에 대하여 보다 객관적이고 정확한 판단을 할 수 있게 된다.
신호 분석기(240)를 통과한 근력변화신호는 출력신호 처리기(250)에 의해 출력 유형 및 특징 주파수 대역 등이 결정된다. 본 발명에 따른 정보처리기(200)는 컴퓨터 모니터와 같은 출력장치(300)를 통해 상기 근력변화신호를 시각적으로 출력하게 된다. 이에 따라, 검사자는 보다 정확한 검사을 내릴 수 있으며, 피검사자 또한 시각화된 근력변화에 대한 파형 신호를 직접 확인할 수 있어 객관성이 담보될 수 있다.
상기 출력장치(300)는 정보처리기(200)와 함께 휴대용 전화기, 휴대용 정보 단말기 또는 컴퓨터 등에서 일체로 구성될 수 있다. 선택적으로, 상술한 정보처리기와 일체로 구성된 자체출력부로 출력하는 대신에, 근력측정시스템의 사용자는 원하는 경우 출력신호 처리기(250)에서 원하는 파형만을 선별하여 통신 포트(290)를 통해 외부 출력장치로 전송할 수 있다. 이러한 외부 출력장치(400)로는, 상기 통신 포트(290)와 유선 또는 무선으로 통신할 수 있는, 외부기관에 네트워크 케이블 또는 인터넷 등의 유선 통신의 방법으로 또는 무선으로 연결된 휴대용 정보 단말기(PDA)나 컴퓨터와 같은 전자기기일 수 있다. 이에 따라, 검사와 관련된 종래의 장소적 제약의 문제가 해소되어 원격 검사가 가능하게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 정보처리기(200)에서 분석된 근력변화신호가 파형으로 시각화되어 표시된 예를 도시한 도면이다. 인체로부터 수집된 근력변화신호를 서로 주파수가 다른 파가 분리되어 화면에 나타나 있다. 상술한 바와 같이, 정보처리기의 표준 근력변화데이터베이스(270)는 인체의 체질, 적합성 유무, 또는 음식과 체질과의 상관관계별로 선택될 수 있으며, 이에 따라 선택된 표준 근력변화데이터베이스와 인체로부터 수집된 근력변화신호를 비교함으로써 피검사자의 근력변화를 정확하게 파악할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 근력측정시스템의 실시예를 나타낸 도면으로서, 압전성 단결정을 사용한 압력 센서가 장착된 근력 측정기(100)가 유선 또는 무선으로 분석기능이 있는 휴대용 정보 단말기(200) 또는 외부 컴퓨터(400)와 통신할 수 있다. 이에 따라 압전성 물질을 사용한 압력 센서(100)에서 측정된 근력변화신호가 유선뿐만 아니라 무선으로 외부기기와 통신함으로써 검사의 공간적 제약을 해소하 여 검사의 편의성을 높일 수 있다. 선택적으로, 상술한 바와 같이 멀티미터(500)가 근력 측정기(100)에 바로 연결되어 간이하게 수집된 신호를 확인할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 근력측정시스템은 게임기에 응용하여 활용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 분석된 근력변화신호의 외부출력단자로 기능하는 정보처리기(200)의 유선/무선 송신포트(290)에 컴퓨터와 같은 외부 출력장치(400) 대신에 게임기(600)를 연결하는 경우, 상기 근력변화신호는 게임기의 입력신호로 작용하게 된다.
본 발명에 따른 근력측정시스템을 게임기(500)에 응용하는 경우, 상기 피검사자별 근력변화데이터베이스(280)에는 게임기 사용자별로 신호 증폭비를 별도로 설정할 수 있도록 구성하고, 상기 출력신호처리기(250)에서 설정된 신호 증폭비에 따라 분석된 근력변화신호를 적절히 증폭하여 게임기(500)로 출력하도록 구성하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 사용자별로 게임기 입력신호가 달라지는 것으로 인하여 발생될 수 있는 게임내용에 대한 제어의 곤란성이 해소될 수 있다.
예컨대, 게임기 버튼에 대한 압력 변화에 따라 입력신호가 10단계로 구분되어 있는 경우, 게임기 사용자 개인별로 자신에게 적합한 입력 신호의 크기 단계, 즉 신호 증폭비를 설정하여 개인별 데이터베이스에 저장하게 되면, 게임기 사용자는 자신의 근력변화에 맞게 설정된 신호 증폭비에 따라 게임 제어에 필요한 입력신호를 별도의 노력을 들이지 않고도 용이하게 입력할 수 있다.
본 발명에 따른 근력측정시스템은 게임기 버튼을 누르는 강도 또는 조절 민감도가 입력신호로 사용되어 게임 내용을 제어하는 경우에 특히 유리하게 적용될 수 있는데, 게임기 사용자에 따라 근력의 세기와 조절 민감도가 다르고 이에 따라 게임 내용의 제어에 있어서도 사용자별로 편차가 심해지는 문제점이 제거될 수 있다.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 중심으로 기술되었지만, 이러한 실시예에 대한 기재에 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며 본 발명의 본질을 해하지 않는 범위에서 상기한 실시예에 대한 다양한 수정과 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백하다. 따라서 특허청구범위에 기재된 사항으로부터 파악되는 본 발명의 범위는 이러한 수정과 변경을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따른 근력측정시스템에서는 근력변화신호의 수집 수단으로서 압전형 압력 센서를 구비한 근력 측정기를 이용함으로써 별도의 전원 공급없이 물리적인 근력변화신호를 전기적 신호로 변환할 수 있기 때문에 종래의 근력 측정기보대 휴대용 정보 단말기나 전화기 등의 통신 수단에 용이하게 연결되어 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 근력측정시스템은 수집된 근력변화신호를 미리 마련된 표준 근력변화데이터베이스와 비교 및 분석하여 파형으로 시각화하여 출력할 수 있고, 그 비교 및 분석 결과를 개인별 근력변화데이터베이스로 저장하여 새로운 표준 근력변화데이터베이스를 마련함으로써 보다 객관적이고 정확한 검사를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 근력측정시스템의 근력 분석을 통해 근력을 통한 압력의 변화를 입력 신호로 사용하여 게임기에 응용할 수 있으며 개인별로 압력에 신호에 대한 신호 증폭비를 조절할 수 있어 신호 입력을 위한 근력의 크기를 개인이 조정할 수 있다.
본 발명에 따른 근력측정시스템은 휴대가 간편한 휴대용 정보단말기 등에 연결되어 일반인들도 쉽고 신속하게 자가 검사할 수 있으며, 수집 및 분석된 근력변화데이터베이스를 네트워크 또는 인터넷 등의 통신망을 이용하여 외부 기기로 전송함으로써 원격 검사를 가능하게 할 수 있다.

Claims (13)

  1. 인체로부터의 근력변화를 수집 및 전송하기 위한 근력측정기와, 상기 근력측정기로부터 전송되는 근력변화신호를 분석하기 위한 정보처리기와, 분석된 근력변화신호를 출력하기 위한 출력장치로 이루어진 근력측정시스템에 있어서,
    상기 근력측정기는, 근력변화를 전기적 신호로 변환하는 압력센서와, 전기적 신호를 증폭시키는 증폭기와, 근력변화신호 외 잡음을 제거하는 필터와, 잡음이 제건된 근력변화신호를 디지털 신호로 전환하는 아날로그-디지털 변환기와, 디지털 신호의 송신포트를 포함하고,
    상기 정보처리기는 상기 근력측정기로부터 전송되는 근력변화신호를 수신하는 수신포트와, 측정된 근력변화신호를 표준 근력변화데이터베이스와 비교분석하여 피검사자별 근력변화데이터베이스를 생성하는 신호분석기와, 분석된 근력변화신호의 출력 유형을 결정하는 출력신호처리기를 포함하며,
    상기 압력 센서는 근력변화에 따른 압력 신호을 직접 전기 신호나 전압으로 변환할 수 있는 압전성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 근력측정시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력센서의 압전성 물질은 복수의 층들로 이루어지며, 이러한 복수의 층들은 인접하는 층간의 분극방향이 서로 반대가 되도록 분극 방향에 수직으로 적층되어 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 근력측정시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 압전성 물질은 강유전성의 압전성 단결정 물질, 압전 세라믹, 다층 세라믹, 및 압전성 고분자 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 근력측정시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보처리기는 근력측정기와 유선 또는 무선으로 통신하는 것을 특징으로 하는 근력측정시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호분석기는 수집된 각각의 근력변화신호를 표준 근력변화데이터베이스와 비교분석함에 있어서, 파형의 분리, 조합 및 선별 증폭을 행하는 것을 특징으로 하는 근력측정시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 표준 근력변화데이터베이스는 인체의 체질, 적합성 유무 또는 음식과 체질 사이의 상관관계에 관한 운동역학 데이터베이스 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 표준화된 것을 특징으로 하는 근력측정시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호분석기는 수집된 근력변화신호를 표준 근력변화데이터베이스와 분석한 결과를 저장함으로써 피검사자별 근력변화데이터베이스를 생성하는 것을 특징으로 하는 근력측정시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 표준 근력변화데이터베이스는 상기 피검사자별 근력변화데이터베이스에 의해 추가 갱신됨으로써 사용에 따라 정확도가 향상되는 것을 특징으로 하는 근력측정시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보처리기 및 출력장치는 휴대용 전화기 또는 휴대용 정보 단말기에서 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 근력측정시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보처리기의 출력신호처리기와 연결되어 근력변화신호를 외부 출력장치로 전송할 수 있는 송신 포트를 더 포함함으로써 외부에서 원격진료가 가능한 것을 특징으로 하는 근력측정시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 외부 출력장치는 상기 정보처리기와 유선으로 또는 무선으로 통신할 수 있는 전자기기인 것을 특징으로 하는 근력측정시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 외부 출력장치는 게임기인 것을 특징으로 하는 근력측정시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 피검사자별 근력변화데이터베이스에는 사용자별 신호 증폭비가 추가로 설정되고, 출력신호처리기는 근력변화신호를 상기 설정된 증폭비에 따라 증폭하여 상기 게임기의 입력신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 근력측정시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018044037A1 (ko) * 2016-08-30 2018-03-08 박홍석 근력 측정 및 운동 시스템
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