KR20090077810A - 신호 처리 시스템 및 그 구성 요소 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신호 처리 시스템과 신호 처리 시스템의 각각의 구성 요소에 관한 것이다. 본 발명의 목적은, 제한된 공간에서 상대적으로 적은 회로 구성으로 여러가지의 센서 문제를 비용면에서 효율적인 방식으로 해결할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 이를 위하여, 스위칭 상태를 설정하는데 사용되는 제어 신호를 생성하는 센서 시스템으로서, 상기 센서 시스템의 주변 영역에 신호 전송 구조로서 기능하는 사용자가 위치하는 센서 시스템이 개시된다. 상기 센서 시스템은, 센서, 로컬-키 스위치 및 센서에 의해 탐지된 센서 이벤트를 나타내는 정보를 포함하는 부분 신호를 생성하는 신호 출력 스위치를 구비하는 제1 센서 요소; 센서, 로컬-키 스위치 및 센서에 의해 탐지된 센서 이벤트를 나타내는 정보를 포함하는 부분 신호를 생성하는 신호 출력 스위치를 구비하는 제2 센서 요소; 사용자측으로 탐색 신호을 출력하고 사용자로부터 부분 신호를 수신하도록 하는 인터페이스를 구비하는 신호 요청기 요소를 구비하고, 상기 로컬-키 회로는 각각의 센서 요소에 연관되어, 부분 신호가 각각의 센서 요소에 할당할 수 있게 하는 정보를 부분 신호가 전송하도록 구성된 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 센서 요소와 신호 요청기 요소 사이에 직접적인 배선 없이 복수개의 센서의 신호를 탐지할 수 있다.

센서, 신호 처리

Description

신호 처리 시스템 및 그 구성 요소{SIGNAL PROCESSING SYSTEM AND COMPONENTS THEREOF}

본 발명은 신호 처리 시스템과 상기 시스템의 각각의 구성 요소에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 사용자의 동작 범위 내에서 동작, 제스춰, 위치 또는 기타 사용자에 대한 스위칭 상태에 적용할 수 있는 행동 등과 관련되는 신호를 획득하고, 이를 기초로 하여 스위칭 상태를 설정할 수 있는 신호 처리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, "센서(sensor)"라는 용어는 스위치 또는 압력, 온도, 밝기 및 힘을 탐지하는 요소나 상태 변화가 발생하는 경우 상태를 탐지할 수 있는 장치를 말한다. 최근까지 센서 특히, 스위치를 통해 사용자의 스위치 동작(switch action)을 탐지하는 기술이 널리 사용되고 있다. 이러한 센서들은 일반적으로 스위칭 신호를 처리하는 컨트롤러(controller)와 연결되어 있다.

한편, 가능한 한 최소의 회로 및 배선 구성에 의해 관련 신호를 탐지하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이는 백색 상품(white goods)(예컨대, 세탁기, 식기 세척기, 스토브 등)이나 예컨대, 자동차의 시트, 스티어링 휠(steering wheel) 등과 같은 차량 장비 및 부품에서 특히 그러하다. 예컨대, 특정한 상황에서의 전체적인 물리적인 이미지를 만들어 낼 수 있는 각각의 다른 종류의 센서들이 서로 연결되어야 한다. 이는 버스 시스템(bus system)을 통해 이루어지거나, 필요한 경우 고주파 기술(radio technology)에 의한 무선 기술을 통해 이루어질 수 있는데, 특정한 경우 센서들은 자체의 파워 서플라이(배터리, 충전지 등)가 구비되기도 한다.

본 발명의 목적은, 제한된 공간에서 비용 면에서 효율적인 방식으로 보다 적은 회로 구성에 의해 센서와 관련된 여러 가지 문제를 해결할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스위칭 상태를 설정하는데 사용되는 제어 신호를 생성하는 센서 시스템으로서, 상기 센서 시스템의 주변 영역에는 신호 전송 구조(signal-transmitting structure)로서 기능하는 사용자가 위치하는 센서 시스템에 있어서,

센서, 로컬-키 회로(local-key circuit) 및 센서에 의해 탐지된 센서 이벤트에 상응하는 데이터를 포함하는 구별 신호(tell signal)를 생성하는 신호-출력 회로를 구비하는 제1 탐지기(first detector);

센서, 로컬-키 회로(local-key circuit) 및 센서에 의해 탐지된 센서 이벤트에 상응하는 데이터를 포함하는 구별 신호(tell signal)를 생성하는 신호-출력 회로를 구비하는 제2 탐지기(second detector); 및

사용자측으로 탐색 신호(seek signal)을 출력하고 사용자로부터 구별 신호를 수신하는 인터페이스를 구비하는 신호 요청기(signal requester)

를 구비하고,

상기 로컬-키 회로는 각각의 탐지기에 할당되어, 구별 신호를 각각의 탐지기에 할당할 수 있게 하는 정보를 구별 신호가 전달하도록 구성된 것을 특징으로 하는 센서 시스템을 제공한다.

이에 의하면, 상기 목적을 위해 필요한 탐지기들과 신호 요청기들 사이에 특별한 직접적인 배선 연결 없이도 복수개의 센서들의 신호를 탐지할 수 있게 된다.

구별 신호는 탐색 신호와 시간-간격(time-offset)을 두는 것이 바람직하다. 각각의 탐지기에 데이터 피드백의 충돌이 거의 발생하지 않도록 하는 서로 다른 지연 윈도우(delay window)를 제공할 수 있다. 지연 길이는 로컬-키 회로에 의해 특정된 식별자(identifier)를 구성할 수 있다.

또한, 구별 신호는 적어도 위상 방식으로 탐색 신호와 동시에 방출되도록 할 수도 있다. 구별 신호는 임피던스 변조에 의해 신호 요청기의 인터페이스로 유도(routed back)될 수 있다.

바람직하게는, 탐지기 중 하나는 탐색 신호에 의해 주소 지정(addressed)될 수 있다. 전원은 탐색 신호를 통해 탐지기들로 공급될 수 있다.

접근 센서 신호로서 센서 신호를 생성하는 경우, 예컨대 탐색 신호를 통한 레벨 탐지(level detection)를 통해 센서 신호를 생성할 수 있다.

특히, 본 발명에 의한 센서 시스템을 차량 좌석에 사용하는 경우, 센서들 중 적어도 하나는 압력 센서로 구성할 수 있다. 센서 시스템은 적어도 일부분이 차량 좌석 또는 좌석 공간에 직접 통합 구성되도록 할 수도 있다. 특히, 신호 요청기를 중앙 콘솔(center console) 영역에 구비하여, 신호 다이얼로그(signal dialog)를 좌석에 앉은 사용자의 허벅지를 통해 처리하도록 할 수도 있다. 압력 센서는 좌석의 적절한 위치에 예컨대 재봉된 형태 또는 평판형 장착 모듈 형태로 제공될 수 있다. 센서 시스템을 통해 좌석의 점유 여부를 판별할 수 있다. 에어백 시스템은 이러한 좌석 점유 여부 판별 결과에 따라 제어될 수 있다.

본 발명에 의한 센서 시스템은 예컨대, 탐지기들의 주소를 결정하기 위하여, 서로 통신할 수 있는 복수개의 신호 요청기를 구비할 수 있다.

인터페이스는 바람직하게는, 서로 이격 배치되는 전달 전극(transmitter electrode)과 수신 전극(receiver electrode)를 구비한다.

바람직하게는, 각각의 탐지기의 로컬-키 회로는 신호 요청기에 의해 특정될 수 있다. 예컨대, 응답 지연(response delay) 등의 각각의 센서의 응답 특성(response characteristic)은 신호 요청기를 통해 특정되는 것이 바람직하다.

본 발명은 무선 및 비접촉식으로 동작하며, 자체의 파워 서플라이가 요구되는 탐지기를 사용하지 않는다. 선택적 동작 모드에 비하여, 본 발명은 동시에 동작한다는 점이 장점이다. 사람과 그들의 행동이 본 발명의 센서 네트워크에 필수적인 구성 요소로 될 수 있다.

탐지기는 탐색신호에 의해서만 전원이 공급되는 전력, 전압, 온도, 압력, 습도 및 진동에 대한 물리적인 추출장치(physical pickups)를 포함할 수 있다. 탐지기는 기계적 또는 기타 다른 물리적인 환경 효과를 변환(예컨대, 피에조(piezo), 유도(induction) 등)함으로써 전원 공급이 이루어지도록 하는, "에너지 획득(energy harvesting)"이 가능하도록 구성될 수 있다. 이러한 센서들은 보통 통신 메커니즘에 의해 구성된다. 특정한 구조에 따른 프로토콜을 사용함으로써 이들 센서를 주기적으로 설정 및/또는 탐색할 수 있다.

본 발명에 의하면, 배선, 플러그 또는 배터리 등에 실질적으로 비용이 발생하지 않는 장점을 가지는, 비용 면에서 효율적인 회로에 의하여 의사 자가-구성적(quasi self-organizing)인 센서 네트워크를 구성할 수 있다. 센서 네트워크는 동시에 작동할 수 있으며 무선 방식으로 전원을 공급받고 신호를 탐색할 수 있다. 이는 값비싼(비용 집약적인) 프로토콜의 사용을 피할 수 있다. 회로 구성을 단순하게 할 수 있기 때문에, 장래에는 이러한 센서를 폴리머 필름(polymer film)에 인쇄하여 모니터하는 지점에 접착제 등으로 부착하는 것도 가능하다. 본 발명은 배선 없이 무선 방식에 의하여, 교류 전기(또는 전자기)장에 의해 주변의 센서를 관리하는 평가 유닛(evaluation unit)(서버)으로 센서 정보를 동시에 전달할 수 있다. 장의 세기(field strength)를 변화시키는 것에 의하여 센서를 온 또는 오프로 스위치하거나 기타 스위칭 작업을 수행할 수 있다. 또한, 센서를 주변의 사람에 의해서 구동하는 것도 가능하다. 이는 의도된 의식적인 행동에 의해 이루어지거나 센서의 특정한 공간 배치에 의해 자동적으로 이루어질 수 있다.

본 발명은 여러 가지 기능을 구비한다. 본 발명은 파워 서플라이, 센서 및 기타 통신 요소에 금속 또는 기타 도전성 연결부를 사용한다. 이러한 목적으로 도전성 섬유(conductive fiber)(예컨대, 탄소(carbon))를 사용할 수 있다. 모든 센서들은 동시에 동작하기 때문에 서버는 예컨대 퓨리에 변환 분석(Fourier transform analysis)(FFT)에 의해 평가할 수 있는 상태도(status diagram)를 생성할 수 있다. 센서들은 적어도 하나의 전기(또는 전자기)장에 의해 전원을 공급(또한 탐색(queried))받기 때문에, 유전체(dielectric)의 변화가 발생하고 또한 평가될 수 있다. 따라서, 본 발명은 바람직하게는 레벨 응답 동작 방식(level-responsive operating method)을 갖는다(그러나, 주파수 또는 위상 쉬프트 및 펄스 폭에 의해서도 가능하다). 본 발명은 또한 동시에 복수개의 서버를 사용할 수 있도록 한다. 센서들은 동시에 전기장에 의해 전원을 공급받아 탐색되므로, 올바른 기능(센서 "OK" 신호)을 수행할 수 있도록 계속적으로 체크될 수 있다. 패러데이 효과(Faraday effect)로 인하여, 예컨대 장치 내부 등과 같은 내부 공간에서 작동하는 것도 가능하다. 센서의 전달 기능은 장치 외부로 나오지 않으므로 다른 장치들을 방해하지 않는데, 이는 고주파(radio) 기술에서는 완전히 보장되지 않는 것이다.

도 1 내지 도 4, 도 10 및 도 11은, 본 발명에 의한 센서 시스템의 구성 요소를 상세하게 나타낸 회로도이다.

도 5 내지 도 9는 차량 좌석에 본 발명이 적용된 경우를 나타낸 도면이다.

도 1은 본 발명에 의한 서버(server)(신호 요청기(signal requester))의 회로 구성을 나타낸 것이다. 파워 서플라이(q)는 예컨대 직류 등과 같은 특정 방식으로 전기 에너지를 공급한다. 이는 교류 전압(예컨대, 200KHz)을 생성할 수 있는 오실레이터(OSC)를 구동한다. 이 교류 전압은 믹서(mixer)(x)로 입력된다. 센서 제어를 위한 데이터 또한 믹서에 예컨대, 제어 블록(control block)을 통해 입력될 수 있다. 혼합된 신호는 레벨 단계(level stage)(p)로 입력되는데, 상기 레벨 단계에서 레벨은 적절한 회로 구성에 의해 특정 크기로 조절될 수 있다. 예컨대, 간단한 직렬 공진 회로(series resonance circuit)를 이용하면 소정의 계수(factor)에 의해 레벨을 증가시켜서 충분한 전달 범위(transmission range)를 갖는 전기장(electric field)을 생성할 수 있다. 저항기(resistor) 등과 같은 하부 리미터(downstream limiter)(r)는 예컨대, 단락 회로(short circuit)가 발생하는 경우와 같이 전류가 특정 크기를 넘는 것을 방지한다. 한편, 리미터는 전기장 회로에 의해 구동되는 센서에 의해 생성되는 변조 신호를 적어도 하나의 평가 유닛(evaluation unit)으로 전달한다. 이는 단순한 필터(예컨대, 로우패스(low pass), 차분 증폭기(differential amplifier) 및/또는 트랜스임피던스 증폭기(transimpedance amplifier) 등)를 구비하며, 다양한 진폭의 서로 다른 주파수의 혼합일 수 있는 예컨대 퓨리에 변환(Fourier transform) FFT와 같은 필터링된 센서 신호를 전달한다. 평가 유닛은 신경망 네트워크(neuronal newworks)에 의하거나 또는 음향 디코더(acoustic decoder)에 의해 디지털 방식으로 구성할 수 있다. 전기장을 전달하고 또한 센서의 변조 신호를 수신하기 위해서, 예컨대 도전성 재료(금속, 플라스틱, 카본 파이버 등)로 된 필름형 구조로 형성될 수 있는 적어도 하나의 연결부(k)가 제공될 수 있다. 이러한 연결부(k)는 저항성(예컨대 탄소 섬유(carbon fiber)) 재료로 구성되고 또한 리미터(r)를 포함할 수 있는데 비용 면에서 효율적이라는 점에서 매우 중요하다. 또한, 특정 센서 영역을 탐지하기 위해 강한 점 부하(strong point loading)로서 바늘(needle)에 의해 전기장을 집중(focus)시킬 수도 있다. 다수의 서버가 내부 공간(기계, 차량 등)에 배치될 수 있다. 서로 다른 주파수가 동시에 또는 연속적으로 사용될 수 있는데, 이들은 모두 전자기적 분산(electromagnetic scattering)을 방지하기 위하여 예컨대, 1MHz 등과 같이 일정한 한계값 아래로 설정된다. 따라서, 본 발명은 인접 장 통신 장치(near-field communication device)라고 할 수 있다. 동작 중에 주파수를 변화시킴으로써, 센서 장 안에 위치한 사람의 인체 임피던스(body impedance)(또한 장 그 자체)를 체크하는 것도 가능하다.

도 2는 센서-클라이언트(sensor-client)(탐지기(detector))에 대한 바람직한 회로 구성을 나타낸 것이다. 본 실시예는 용량성(capacitive)(및/또는 전자기) 커플링(coupling)이기 때문에, 서버와 클라이언트 사이의 연결부의 크기와 이들간의 거리가 입력 에너지를 결정한다. 이것이 안테나에 의해 전달되는 신호가 파장 때문에 일정한 물리적인 해당 차원(dimension)을 가져야 하는 고주파 시스템(radio system)과의 근본적인 차이이다. 연결부 사이의 유전체(dielectric)는 예컨대, 사 람의 무게에 의해 눌려지는 차량 시트의 땀과 같이 변화될 수 있는 경우에 특히 중요하다. 연결부(k)에 의해 흡수되는 교류 장(alternating field)은 AC/DC 컨버터(w)에 의해 DC 전압으로 변환된다. 이는 예컨대, 입력 신호로부터 높은 동작 전압을 생성하는 직렬 다이오드 또는 정류기를 통해 이루어질 수 있다. 이 전압은, 바람직하게는 수신되는 교류 전압 신호보다 낮은 주파수를 갖는 적어도 하나의 오실레이터(m)를 구동한다. 이는 예컨대, 통상적으로 신속하게 계산을 수행할 수는 없는 8비트 마이크로프로세서 등에 의해 비용 면에서 효율적인 방식으로 평가가 수행되기 때문에, 예컨대 퓨리에 변환 등에 의한 저주파 신호를 평가하는 것이 보다 용이하기 때문이다. 입력 전압에 따라 오실레이터는 교류 전압인 입력 전압을 변조할 수 있는 정도의 레벨을 갖는다. 이를 위하여, 실제 오실레이터 그 자체와 파워 서플라이에 대한 적절한 연결부를 구비하는 변조기(modulator)를 사용할 수 있다. 이러한 전압(LF)의 레벨을, 서버에 영향을 미치는 크기에 비례하여 평가될 수 있고 그 영향을 미치는 크기에 대한 측정을 할 수 있는 정도의 효과가 있는 물리적 크기의 전기적 변환(s)에 의해 변경할 수 있다. 또한, LF 오실레이터를 VCO로서 구성하여 효과(검증될)에 상응하여 그 주파수를 변경하도록 구성할 수도 있다. 따라서, 클라이언트를 구동할 때마다 오실레이터가 여기(excite) 되도록 하는 적절한 크기의 장이 발생되는데 이는 전술한 "센서 OK" 신호로서 동시에 평가할 수 있다. 이러한 신호의 부재(不在)는 평가 유닛의 FFT 스펙트럼에서 명백한 갭(gap)으로서 인식할 수 있다. 복수개의 오실레이터 또는 클라이언트가 전기장(또는 전자기장) 내에 연속적으로 또는 공간적으로 분리되어 존재하여 주소 지정될(addressed) 수 있다. 거리에 따라, 서로 다른 LF 오실레이터 전압이 발생하는데, 이들의 주파수는 예컨대 100 Hz(음향 주파수(acoustic frequency))씩 증가하는 등의 방식으로 약간만 다르더라도 각각의 클라이언트에 고유해야 한다. 따라서, 내부 공간에서(이는 예컨대 공통 접지(common ground)를 가지며 및/또는 예컨대 세탁기의 내부 등과 같이 제공되는 전기장(또는 전자기장)을 통해 도달할 수 있는 공간이다) 다수의 센서 클라이언트를 구동하여 이들을 구동시키고 구동 후 동시에 이들을 탐색(query)할 수 있게 된다.

또한, 각각의 센서 클라이언트 안에, 서버에 의해 전달되는 식별 번호(identification number)를 비교하여 매치(match)가 이루어지는 경우에만 센서 및/또는 클라이언트의 변조부를 구동하도록 하는 적어도 하나의 비교기(comparator)(i)를 제공할 수도 있다(도 3). 이는 전기(또는 전자기)장안에 위치하는 모든 센서 클라이언트들이 각각 주소 지정될 수 있도록(addressable) 한다. 그렇게 되면, 센서들은 전술한 바와 같이 자신의 측정값을 인터럽트(interrupt)될 때까지 캐리어 신호(carrier signal)로 변조한다. 식별은 불가능하게 되고 센서들을 동작시키기 위한 에너지는 부족하게 된다. 내부 공간 안에서 다수의 센서들을 체크하는 것은 매우 간단하게 이루어질 수 있다. 서버로부터 캐리어 신호가 되돌아 오면, 하나(또는 그 이상)의 클라이언트가 다시 선택될 수 있다. 비용 문제 때문에 이러한 구성은 생략될 수 있는데, 예컨대 전기장에 의해 전원을 공급받는 모든 클라이언트들은 자신들의 레벨 종속 센서 주파수(level-dependent sensor frequency)를 전달할 수 있다. 이는 예컨대 FFT 퓨리에 변환에 의해(예컨대, 서버 내에서 또는 별도로 분리된 채로) 평가될 수 있는 주파수 혼합체(frequency mixture)를 발생시킨다. 또한, 필요한 경우, 음향 디코더(acoustic decoder)를 사용하여 서버로부터 특정 주파수를 필터링하고 이들을 관찰할 수도 있다. 또한, 타이머(예컨대, R/C)(도 3b)에 의해 캐리어 신호를 수신하는 특정 시간에만 센서-클라이언트가 동작되도록 할 수도 있다. 이러한 타이머는 결정 가능한 스위칭 임계치에 의해 오실레이터를 스위치 온하는(예컨대, 쉬미트 트리거(Schmitt trigger)) DC 전압의 직렬 배치에 의해 형성될 수 있다. 이는 캐리어 신호의 출력시 서로 다른 클라이언트들로부터 일시적으로 조절된 센서 신호를 수신할 수 있도록 한다. 여기에서, 캐리어 신호가 없어지면(drops out) 셧-오프(shut-off)가 동시에 발생한다. 또한, 연속적인 캐리어 신호인 경우에는 클라이언트에서 컷아웃 타이머(cutout timer)에 의해 동작 모드를 제한할 수도 있다. 센서-클라이언트는 적은 수의 구성 요소(연결 면(connecting face), AC/DC 직렬 연결 구조, LFO, 가변 저항 또는 가변 용량(capacity))를 구비하기 때문에 최근의 기술에 의하여 이들을 폴리머 필름(polymer film)에 인쇄될 수 있도록 구성할 수도 있다. 이러한 필름은 구부릴 수 있고 또한 감겨진 상태에서 센서의 특성을 나타낼 수 있으므로, 매우 유용하다. 이러한 점은 실시예에서 더욱 명확하다. 또한, 탐지기(detector)를 칩(chip) 형태로 구현하여 용량성 폴리머 필름(conductive polymer film) 안에 삽입하는 형태로 구성할 수도 있다. 이러한 감지기는 나노기술(nanotechnology) 분야에도 적합한데, 향후에는 반도체 구조, 다이오드 및 트랜지스터를 분자 수준(molecular level)에서 제조하고 이들에 의하여 회로를 구현할 수 있기 때문이 다. 최소한의 회로 구성 조건으로 인하여 이러한 탐지기를 적층(stack) 형태로 형성할 수도 있다. 일반적으로, 센서 클라이언트는 내부 공간내의 극(pole) 또는 접지(earth)에 전기적으로(galvanically) 또는 용량적으로(capacitively) 연결되기 때문에, 서버와 클라이언트들 사이에는 폐쇄 교류 전압 회로(closed alternating voltage circuit)가 형성된다. 접지에 대한 이러한 연결은, 예컨대 사람이 접지 연결부에서 접지되지 않은 클라이언트를 접촉하는 경우 사람에 의해서도 이루어질 수 있다(도 10). 접지는 사람의 몸을 통해 용량적으로(capacitively) 발생한다. 이러한 센서는 또한 무선 키 대체 구조(wireless key substitute) 또는 터치 구동 센서(touch-activated sensor)로서 작용할 수 있다. 본 발명은 이하 또 다른 적절한 실시예들을 나타낸다. 또한, 센서 클라이언트들을 통해 스위칭 절차를 시작하도록 하는 것도 가능하다(도 3c). 예컨대, 임계치 고정 장치(threshold value fixer)(비교기, 쉬미트 트리거 등)를 통해 약간 상승된 입력 레벨 또는 캐리드 오버 스위치 신호(carried-over switch signal)(비교에 의해)에 의한 바이어스 스위칭 단계(biased switching step)에 의해 구동될 수도 있다.

도 4는 센서 클라이언트의 구체적인 회로 구성예를 나타낸 것이다. 센서 클라이언트에 대한 최소의 가능 필요 동작 전압을 얻기 위하여, 모든 분기 전류(branch currents)들은 최대한 낮게 설정되고 또한 사용되는 직렬 다이오드의 전류 전압 변환은 사용가능한 낮은 소스 전류의 출력 변환 계수(factor) 형태로 설계된다. 도시된 이러한 다이오드의 직렬 배치(D2, D3, D4, C12, C1, C2, C6, C4, C7) 구성은 이러한 목적을 달성하기 위한 것이다.

파워 서플라이로서 기능하는 제너레이터에서의 부하 변조를 크게 하기 위하여, 센서 클라이언트의 전체 네트워크는 소스로부터 T1 및 T2에 의해 분리되는데, 이들 소모 MOSFETs(depletion MOSFETs)들은 교류 전류 회로에서 최대한의 분리를 위하여 비연속적으로(antiserially) 스위칭된다. 클라이언트는 저주파 진폭 변조(amplitude-modulated low frequency)(예컨대, 100Hz)에 의해 1비트 길이의 정보를 전송한다.

T4B, T6 및 T7은 이러한 저주파 "톤(tone)"을 생성하는데 사용되는데, 이들간의 상호 작용에 의하여 펄스 전압 시퀀스(pulsed voltage sequence)가 T6의 콜렉터(collector)에서 생성되고, 펄스폭(pulse width)은 C3와 C5를 합하여 C8에 의해 설정되고 펄스 반복 주파수(pulse repeat frequency)는 C10 및 C11의 합에 의해 C9에 의해 설정된다.

이와 같이 톤은 서버에 의해 저장되는 부하량에 따라 최소의 가능한 주파수 변동을 가지므로, C7에서의 전압과는 독립적으로 C9 등의 부하 과정을 설정할 필요가 있다. 이는 콜렉터 전류를 전류 레벨 트랜지스터(current level transistor)(T5A)를 통해 설정하되 C7에서의 전압 레벨에 의해 영향을 받지 않도록, T4A, T5A 및 T5B의 네트워크를 배선에 의해 연결하도록 하게 한다.

센서 클라이언트 설계를 최적화하는 또 다른 방법은, 여기된 클라이언트가 "그 톤"을 방출하는 사이의 지연시간(delay time)을 최소화하는 것이다. 이를 위하여, 필요한 동작 전압을 얻기 위한 충전 시간이 클라이언트의 차단 커패시턴스(block capacitance)에 의해 최소화되어야 한다. 불충분한 차단 커패시턴스는 동작 전압에서의 간섭 물결(interfering ripple)을 발생시키는데 이는 목표 출력 변수에 대해 계속적으로 상호 작용을 하게 된다. 회로 설계의 관점에서 이러한 물결(ripple)을 처리하기 위하여, 전체 스위칭 위상 동안 가능한 소스 전류가 T4B 및 T6으로부터 직접 흐르도록 하고(T1과 T2는 이 때 스위칭된다), 또한 클라이언트에서의 진폭 변조가 회로의 저장된 에너지가 인지할 수 있는 정도의 이상을 일으키는 부하 최대화에 의해 이루어지는 것이 아니라, 회로 구성 요소에서의 에너지가 가능한 한 길게 잔류하도록 하는 본 발명에 의한 부하 최소화에 의해 이루어지도록 회로를 구성할 수 있다.

전술한 회로의 가장 중요한 전기적 특징은 다음과 같다.

연결 부분에서 최소 단자 동작 전압

UKmin: ca. 1.5Vss

일반적인 단자 동작 전압

UKtyp: 2Vss...4Vss

최대 단자 동작 전압

UKmax: ca. 10Vss

UKtyp=3Vss에서의 레이팅(rating)

ca.만(only ca.) 0.5㎼

캐리어 주파수 범위 F(T) :

< 100KHz...> 200KHz

톤 F(Mod)의 조절 가능 주파수 범위 :

ca. 100Hz ...1000Hz

주파수 드리프트(frequency drift) D △F(Mod) (2Vss에서 4Vss) :

< ∀ 10%

종래의 시스템에 비한 본 발명의 장점

본 발명은 무선 방식(고주파가 아님(no radio))이며 바람직하게는 교류 전기장(E 필드; B 필드도 가능)에서 중간 주파수(예컨대 200KHz)로 동작한다. 센서 클라이언트들은 유전체, 연결부의 크기 및 제공되는 장 레벨(field level)에 따라 비접촉식으로 동작한다. 모든 센서 클라이언트들은 동시에 동작한다. 하나의 저항기에 의해 각각의 클라이언트에 대한 채널 설정이 간단하게 이루어진다. 따라서, 본 발명은 자가-구성 방식(self-organizing manner)으로 작용한다. 동작 중에 이러한 자가 구성은 유전체, 연결부 또는 연결부 사이의 거리, 제공되는 장 레벨 및 기타 센서 관련 조건 등에 따라 이루어진다. 또한 본 발명은 자가-유지(self-sustaining) 기능을 갖는다. 본 발명은 배터리가 필요없으며, 충전지(또는 금캡(goldcaps))는 예컨대 버퍼(buffer)로서 사용할 수 있다. 모든 센서 클라이언트들은 교류 전기장을 적절한 레벨(예컨대 직렬)의 DC 전압으로 변환할 수 있는 통합 전압 컨버터(w)를 포함한다. 또한, 본 발명은 최소의 하드웨어만을 필요로 한다. 예컨대, 하나의 클라이언트에는 최대 6개의 다이오드, 5~8개의 트랜지스터, 10개의 컨덴서 및 10개의 저항기만이 필요하다. 또한, 본 발명은 폴리머 필름 등에 인쇄함으로써 소형화하는데에도 적합하다. 통합 연결부를 갖는 접힘 가능 필 름(foldable film)이 필름 압력(film pressure)에서 발생할 수 있다. 따라서, 센서들은 차량 또는 기타 좌석 내에, 스티어링 휠 안에, 나사(screw) 안에 또는 커버 아래 또는 패널 뒤쪽 등에 보이지 않게 배치될 수 있다.

본 발명의 작동 예

최초 단계에서, 서버(도 1 참조)는 제너레이터(오실레이터)를 파워 서플라이(q)를 통해 구동시킴으로써 전기장을 생성하는데, 생성된 전기장은 레벨 컨버터(p)에 작용하게 된다. 전기장은 전류 리미터(r)의 연결부(k)로 전달된다. 이러한 전기장의 출력을 공급(feeding) 및 탐색(query) 사이클에서 서로 분리하는 것도 가능하다(필수적인 것은 아니다). 연결부(k)를 갖는 센서 클라이언트들은 전기장 내에 위치하고 있다(도 2 참조). 충분한 정도의 레벨이 존재하면, 작동 임계치가 될 때까지 다이오드 직렬 배치(w)에서 DC 전압이 발생한다. 여기에서, 센서에 계속적으로 전원을 공급하거나 전기장 또는 파워 서플라이를 단속함으로써 센서가 스위치 오프되도록 할 수도 있으며, 또한 타이머에 의해 작동 시간을 설정할 수도 있다(도 3b 참조). 센서들 안에 위치하는 제너레이터(오실레이터)(m)는 공급되는 주파수보다 낮은 주파수를 생성하는 것이 바람직하다. 이 주파수는 예컨대, 밸브가 개방 또는 폐쇄되었는지 등을 센서가 판별하는 것을 보장할 수 있는 정도로 안정적이다. 진폭 또한 레벨-종속(level-dependent)일 수 있다. 이러한 레벨은 공급되는 전기장과 유전체로부터의 거리 또는 간섭(interference)에 따라 다르다. 진폭은 필요한 경우 물리적 효과(physical effect)에 따라 센서에 의해 설정될 수 있 다. 전체적으로, 센서 클라이언트를 동작시키기 위해서는 약간의 마이크로 증폭기(μ-amps)만이 필요하다. 물리적 효과에 의해 진폭이 수정된 오실레이터 신호는 적절하게 변조되고 감소되며, 경우에 따라 서버(도 1)의 리미터 저항기(r)에서 예컨대 믹서(mixer) 및 딥 패스(deep pass) 등을 통한 필터링에 의해 증폭된다. 진폭 혼합은 대역 통과 필터(또는 기타 필터링 수단)에 의해 필터링되어 예컨대 퓨리에 변환(FFT), 웨이브렛(wavelets), DFT 등의 분석기로 전달될 수 있다. 이는 일종의 매트릭스 복조(matrix demodulation)와 유사한 동시 평가(simultaneous evaluation)를 가능하게 하고, 또한 상태 다이어그램(status diagram)(도 5 내지 도 9 참조)으로서 센서에 작용하는 모든 이벤트를 평가할 수 있도록 한다. 이는 매트릭스 또는 신경망에 의해서도 이루어질 수 있다. 또한 필요한 경우 각각의 주파수 범위를 조절가능한 필터(예컨대, PLL)에 의해 선택하고 체크할 수도 있다. 클라이언트에 타이머가 존재하는 경우(도 3b), 타이머를 측정 작업에 사용될 수 있다.

사용예

차량 내에서는 좌석 점유의 분류가 이루어져야 한다. 이는 서로 다른 무게의 사람들이 좌석에 앉아 있는 것을 확인할 수 있어야 한다는 것을 의미한다. 무게 때문에 사람들은 다양한 정도로 좌석의 내장재를 누르게 된다. 도 5에 도시된 바와 같은 전기장에서 사람이 하나 또는 그 이상의 서버측 연결부(k)에 의해 구별되는 경우, 인체를 통한 해당 센서와의 연결부의 영역은 도 6에 나타낸 경우와 같 이 된다. 센서 클라이언트들은 모두 접지로 스위칭되며, 입력 에너지는 사람이 센서 연결부와 얼마나 가까운가에 따라 다르게 된다. 또한, 이는 사람의 무게 및 앉는 위치에 따라서도 다르다. 평가 유닛에서의 간단한 패턴 분석에 의해 그 좌석에 앉은 사람이 여자인지(도 7), 아동(도 8) 또는 남자(도 6)인지를 무게에 의해 판별할 수 있다. 또한 그 사람이 좌석에서 대칭되게 앉았는지, 그 또는 그녀가 무게 중심을 이동했는지(위치를 벗어나서)(도 9)도 판별할 수 있다. 자주 있는 경우는 아니지만 예컨대 차량 내의 에어백은 사람이 의도한 대로 행동하는 경우에만 작동해야 하기 때문에 이러한 점은 특히 중요한 의미를 갖는다. 여름에는 승객이 다리를 대쉬보드(dashboard) 위로 올리거나 심지어 창밖으로 내미는 경우가 많다. 이러한 경우 에어백은 잘못 작동되지 않아야 하는데, 이는 본 발명에 의해 유용하게 처리될 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 사람이 상체 및/또는 머리를 움직이고 있는지(머리 지지부의 추적이 가능하다) 또는 좌석의 안전벨트를 착용했는지 및 사람이 이 벨트를 어떻게 이동시켰는지에 대해서도 확인할 수 있다. 벨트 및 차량 내장재에 도전성 섬유(conductive fiber) 또는 도전성 페인트 재료 등을 통해 연결부가 배치될 수 있다. 서버는 예컨대 멀티플렉서(multiplexer) 등을 통해 스위치 온 또는 오프 될 수 있는 복수개의 연결 해제부(k)를 가질 수도 있다.

또 다른 사용예

차량에서의 또 다른 사용예가 도시되어 있다. 여기에서는, 스위치를 비접촉 식(contact-free)으로 대체할 수 있다. 또한, 이에 의하면, 운전자와 승객 사이의 조작을 구별할 수 있다. 이는 예컨대, 각각의 콘솔 쪽에 있는 좌석 패드(seat pad)에 위치하며 공급되는 주파수(서버로부터)가 교대로 전달되는 방전 표면(discharge surface)에 의해 이루어진다. 운전자 또는 승객은 이를 몸체로 흡수하고 이를 손을 이용하여 커플링 면(coupling face)을 통해 적어도 하나의 센서 클라이언트로 전달한다(도 10). 클라이언트는 본 발명에 의해 판별되는 음향 주파수(acoustic frequency)에 의해 반응하게 되는데, 이는 접촉 제어(touch control)로서 평가될 수 있다. 주파수는 접촉 피드백(tactile feedback)을 가능하게 하는 높이 또는 레벨에 있어서의 구동력(actuation force)에 의해 변경될 수 있다. 적절한 입력 레벨의 경우, 주변과 구별함으로써(주변 탐지) 자극된 키로서 결정하여 접촉 제어에 의해 불이 들어오도록 할 수 있다. 기어 변속 레버에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 여기에서도 운전자/승객의 구별이 가능하다. 센서 클라이언트에 의해 기어 변속 레버의 노브의 엄지 손가락에 의해 조작가능한 일종의 조이스틱 또는 글라이드 패드(glide pad) 등을 포함하여 기어 변속 레버의 위치를 결정할 수 있다. 이러한 센서 클라이언트는 패달(pedal)에 부착되어 구동 그 자체를 결정하거나 구동력 또는 구동 동력을 결정하여 이를 평가 유닛으로 전달할 수 있다. 전달은 인체 특히 피부를 통해 이루어질 수 있다. 따라서, 사람은 실질적으로 연결부 사이에서 유전체로서 기능하게 된다.

본 발명에 의하면, 전술한 서버의 제한 저항기(limiting resistor)(r)는 사람에게 해로운 전류를 발생시키지 않도록 한다. 또한, 예컨대 차량의 중앙 콘솔에 위치하며 운전자와 승객에 의해 교대로 구동되어 각각의 좌석을 이동시킬 수 있는 좌석 쉬프팅(seat shifting) 또한 센서 클라이언트를 이용하여 수행할 수 있다. 서로 다른 자유도를 설정할 수 있도록, 다수의 연결부 및/또는 용량성 면(capacitive faces)을, 구동시에 상호간의 위치 및/또는 거리를 변경할 수 있는 조절 가능한 스위치로 병합 구성할 수도 있다. 본 발명의 센서에 의하면, 서로 다른 센서 클라이언트를 확인하고 이를 저장함으로써 조절가능식 차량 좌석에 있어서 거리에 의한 일종의 메모리 기능을 수행할 수 있다(후보값-실제값 비교).

본 발명에 의한 센서 클라이언트를 차량의 스티어링 휠에 장착하는 것 또한 매우 중요하다. 이를 통해 일종의 라커 스위치(rocker switch)가 구현될 수 있다. 또한, 스티어링 휠이 어떻게 및 어디에서 쥐어졌는지 또는 스티어링 휠을 잡는데 무릎을 사용했는지 등을 확인할 수 있다. 여기에서도 마찬가지로 운전자와 승객의 구별이 구동 분석에 의해 가능한데, 이 구동 분석에 의해 사람의 잡는 힘(holding force)은 그 사람의 감각 상태(긴장했는지, 편안한지 등의)에 대한 정보를 제공할 수 있다.

또 다른 응용예는 "백색 상품(white goods)"으로 알려져 있는 세탁기, 식기세척기, 오븐, 전자렌지 등에 존재한다. 여기에서, 본 발명은 2가지를 달성할 수 있다. 우선, 본 발명에 의한 무선 클라이언트를 유선 스위치, 키, 로터리 스위치, 슬라이드 스위치 및 그립 스위치 등 대신 사용함으로써 조작을 보다 용이하게 한다. 이들은 도 10에 예로서 나타낸 바와 같이 사람의 접근 및/또는 접촉에 의해 구동되고, 또한 이들은 패널 뒤에 또는 패널 위에 간편하게 부착(예컨대, 접착)시켜 구성할 수 있다. 이는 제조 비용을 절감시키는 한편, 방수와 관련된 문제 또한 해결할 수 있게 해 준다. 종래의 버튼이나 스위치는 패널의 구멍을 통과해야만 한다. 이는 방수 문제를 어렵게 만든다. 플랩(flap)이나 밸브가 개방 또는 폐쇄되었는지(오프/온)를 판별할 수 있는 센서 네트워크를 장치 내에 포함시켜 구성할 수 있다. 또한, 예컨대 린트 필터(lint filter) 등과 같은 부품이 존재하는지 또는 없는지의 여부도 판별할 수 있다. 물의 흐름, 수위 또는 물의 상태 등도 측정할 수 있다. 모터 구동형 기계에서 흔히 볼 수 있는 속도, 회전 방향, 무게, 진동 등도, 이들의 물리적 힘은 제공되는 전기장의 크기를 변화시켜 클라이언트의 NF/LF 오실레이터로 전달되는 레벨에 대해 직접적인 영향을 발생시키므로, 간편하게 확인할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, NTC 또는 PTC에 의해 저항 온도(resistance temperature)를 측정하고 이를 전달하는 것도 가능하다. 하나의 탐지기가 동시에 서로 다른 물리적 크기를 전달할 수도 있다. 예컨대, 드럼 세탁기의 무게와 진동 등은 동작 전 및 동작 중에 하나의 센서에 의해 측정될 수 있다. 도 11은 서버와 센서 클라이언트 사이의 전달을 나타낸 것이다.

일반적인 사용

본 발명은 또한 스포츠 분야의 장비에도 사용함으로써, 의도된 사용(intended use) 또는 물리적 크기의 결과를 확인하거나 사고를 방지하고 사고의 결과를 완화시킬 수 있다.

마지막으로, 본 발명은 의료 기술 분야에도 사용함으로써, 센서를 구비하는 임플란트(implant)를 (인체 또는 동물의 몸안에) 제공하고 임플란트 외부에서 측정 값을 조회하거나 메카트로닉적인 조절을 수행하도록 할 수 있다.

본 발명에 의한 평가 유닛은 레벨 전달기(level transmitter)로부터 원격지에 설치될 수 있으나, 교류 장의 영향권 내에 위치하여야 한다.

키(key)로서 사용된 클라이언트(도 10 참조)들은 예컨대 클라이언트들이 금속 기계 패널의 외부에 부착된 경우에는 직접 또는 간접으로 접지될 수 있다(경우에 따라서는 지표 전위). 서버에 의해 전달되는 교류 전기장은 사람의 몸에 의해 흡수되어 연결부(k)가 접촉되는 경우 접촉되는 클라이언트에 저장되어야 한다(이들 사이에는 유전체가 존재해야 한다).

Claims (17)

1. 스위칭 상태를 설정하는데 사용되는 제어 신호(control signal)를 생성하는 센서 시스템(sensor system)으로서, 상기 센서 시스템의 주변에 신호 전송 구조(signal-transmitting structure)로서 기능하는 사용자가 위치하는 센서 시스템에 있어서,

   센서, 로컬-키 회로(local-key circuit) 및 센서에 의해 탐지된 센서 이벤트에 상응하는 데이터를 포함하는 구별 신호(tell signal)를 생성하는 신호-출력 회로를 구비하는 제1 탐지기(first detector);

   센서, 로컬-키 회로 및 센서에 의해 탐지된 센서 이벤트에 상응하는 데이터를 포함하는 구별 신호(tell signal)를 생성하는 신호-출력 회로를 구비하는 제2 탐지기(second detector); 및

   사용자측으로 탐색 신호(seek signal)을 출력하고 사용자로부터 구별 신호(tell signal)를 수신하는 인터페이스를 구비하는 신호 요청기(signal requester)

   를 구비하고,

   상기 로컬-키 회로는 각각의 탐지기에 할당되어, 구별 신호가 구별 신호를 각각의 탐지기에 할당할 수 있게 하는 정보를 전송하도록 구성된 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 구별 신호는 상기 탐색 신호로부터 시간-간격(time-offset)을 갖는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 구별 신호는 상기 탐색 신호와 동시에 적어도 위상 방식(phase-wise)으로 방출되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

   상기 구별 신호는 임피던스 변조에 의해 상기 신호 요청기의 인터페이스로 유도(routed back)되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

   상기 탐지기 중 하나는 상기 탐색 신호에 의해 주소 지정되는(addressed) 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

   전원은 상기 탐색 신호를 통해 상기 탐지기에 공급되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
7. 제1항 내지 제6항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

   상기 센서 신호는 상기 탐색 신호에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
8. 제1항 내지 제7항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

   상기 센서 중 적어도 하나는 압력 센서인 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
9. 제1항 내지 제8항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

   상기 센서 중 적어도 하나는 접근 센서(proximity sensor)인 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
10. 제1항 내지 제9항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

    상기 센서 시스템은 차량 또는 좌석 공간에 통합 설치되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
11. 제1항 내지 제10항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

    상기 센서 시스템은 좌석이 점유되었는지를 탐지하는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
12. 제1항 내지 제11항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

    좌석 점유의 탐지 결과에 따라 에어백 시스템이 제어되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
13. 제1항 내지 제12항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

    상기 센서 시스템은 복수개의 신호 요청기를 구비하는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
14. 제1항 내지 제13항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

    상기 센서 시스템은 복수개의 탐지기를 구비하는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
15. 제1항 내지 제14항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

    상기 인터페이스는 전달 전극(transmitter electrode)과 수신 전극(receiver electrode)을 구비하고, 상기 전극들은 서로 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
16. 제1항 내지 제15항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

    상기 각각의 탐지기의 로컬-키 회로는 신호 요청기에 의해 특정될 수 있는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
17. 제1항 내지 제16항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

    응답 지연과 같은 탐지기의 응답 특성은 신호 요청기에 의해 특정될 수 있는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.

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