KR20110131846A - 유동하여 수평면을 유지하는 물질을 통하여 전류가 흐르는 감지 패드를 이용하여 경사도를 측정하는 디지털 각도 측정센서 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 면이 언제나 중력 방향에 대해서 수직 면을 유지하는 원리를 이용하여 액체를 통해 전기가 통하는 감지 패드를 정해진 간격으로 설치한 인쇄회로기판을 용기에 측정 방향으로 설치하고, 높이를 측정하려 할 때 특정 패드에 전기 신호를 가하면, 패드 간에 액체를 통해 전기가 흐르게 되므로 전기적으로 연결된 패드들을 검출하여 담긴 액체의 높이를 측정하도록 구성한다. 이를 통해 용기 및 탱크에 담긴 액체의 정확한 용량 측정과 함께, 동시에 기울기도 측정이 가능하므로 자동차 연료탱크에 적용할 경우 주행 중에도 경사도를 고려하여 정확한 연료량을 측정할 수 있다. 이와 함께 모션인식 센서에도 적용할 수 있는 소형 패키지로 제작되면 3축 방향으로의 경사도, 속도, 가속도를 모두 측정할 수 있어 실생활에 유익하게 사용될 수 있으며, 다음과 같은 효과가 기대된다.
첫째, 용기 및 연료탱크에 담긴 액체의 정확한 양을 디지털 방식으로 측정할 수 있어 기존의 부표식 감지방식에 비해 정확도, 디지털, 기울기 보상 등 여러 측면에서 유리하다.
둘째, 자동차 연료탱크에 적용할 경우 주행하는 도로의 경사도를 고려하여 정확한 연료량을 계측할 수 있으며, 4개의 바퀴 축에 설치하여 각 축의 경사도를 측정하여 전자 쇽압쇼바를 제어할 경우 코너링 성능을 높여줄 수 있다.
셋째, 반도체 패키지 형태로 소형화될 경우 휴대폰 및 게임기와 같은 모바일 기기의 운동 방향을 측정하는 용도로 사용될 수 있고, 디스플레이 수단이 포함될 경우 정밀하게 수평을 유지해야 하는 공작기계 등에도 적용될 수 있다.

Description

유동하여 수평면을 유지하는 물질을 통하여 전류가 흐르는 감지 패드를 이용하여 경사도를 측정하는 디지털 각도 측정센서 및 장치{ The digital angle measurement sensor or device by the electronic circuit sensing pad in the liquid material which has horizontal plane}

평면의 수평도와 경사도를 측정하기 위해 오래전부터 주기포관에 액체를 기포가 형성되는 정도를 채워 밀봉하고 액체 면이 지구 중심에 대해 직각을 유지하는 중력의 특성을 이용하는 아날로그 수준기가 사용되어왔다. 주기포관의 감도에 따라 1종은 4초(0.02mm/m)의 경사를 감지하며, 2종은 10초(0.05mm/m), 3종은 20초(0.1mm/m)의 정밀도를 가지고 있으며, 기본 원리는 수준기를 기울이면 기포는 경사가 높은쪽으로 이동하므로 기포관의 왼쪽과 오른쪽에 눈금선을 설정하고 기포가 가리키는 눈금선의 위치를 읽어 경사도를 측정하고 있다. 전자식 혹은 디지털식 수준기도 개발되어 경사도를 디지털화된 숫자 및 그래픽으로 측정하고 있는데, 기본 원리는 원심추를 설치하여 원심추가 가리키는 좌표를 읽어 경사도를 측정하게 되어있는데 원심추를 탑재해야 되므로 크기(10cm x 7cm x 3cm) 및 무게(500g 내외)가 크고 정밀기기로 가격이 매우 비싸지만 매우 정밀하여 4초의 경사도 측정이 가능하고 전자화되어 있어 컴퓨터에 측정값을 전송할 수 있도록 되어 있다. 이를 단말기에 탑재 가능하도록 소형화(일례로 1cm x 1cm x 4mm 패키지)를 할 수 있다면 현재 스마트폰에 기존적으로 탑재하여 스마트폰의 화면 표시 모드를 가로 및 세로로 자동변환시켜 주는 가속도센서나 지자기센서, 자이로센서를 대체하여 사용될 수 있을 것으로 판단된다. 가속도 센서는 보통 압전(피에조)재료에 가속을 발생시키면 힘이 걸려서 전하가 발생하는 원리를 이용한 것으로 3축 방향의 중력가속도를 측정하여 이를 적분하면 속도와 변위를 알아낼 수 있지만 정밀도를 보장키 어려워 단순 모션센서로 사용하고 있으며, 수평면 및 경사각도를 정확하게 측정할 수는 없다. 지자기센서는 코일을 서로 90도 각도로 크로스시켜 감아 놓고 한쪽에 신호를 주고 다른 한쪽 코일에서 수신을 하는데 주변에 자기장이 없는 경우는 두 코일이 90도를 이루므로 신호를 전혀 유기하지 않지만 주변에 지구의 자기장이 형성되면 자기력이 어긋나면서 수신코일에 신호가 유기되는 원리를 이용하는 것으로 방위를 측정하는데 사용되며 단순 모션을 감지할 수 있지만 외부 노이즈에 약하다는 단점이 있지만, 애플사의 아이폰에 탑재되어 동작 감지 및 증강현실을 구현하는데 사용되고 있다. 회전 각속도센서인 자이로센서는 회전하는 각의 수직방향으로 코리올리스 힘이 발생하게 되며 이 수직힘을 감지하여 각 방향의 회전가속도를 측정하는 방식으로 지자기센서 및 가속도센서에 비해 복잡하게 구성된다. 이와 같은 센서들은 MEMS(미소전기기계시스템, Micro Electro Mechanical Systems) 기술이 적용되어 기존의 기계식에 비해 경박단소하게 만들어지고 있다. 본 발명은 위와 같이 휴대폰, 게임기, 카메라 등에 다양하게 응용범위를 넓혀가고 있는 모션센서로도 이용할 수 있으면서 앞의 지자기센서, 가속도센서, 자이로센서와 달리 생활에 필요한 경사각도 절대값을 측정할 수 있는 경사각 센서를 제공하는 분야에 대해서이다.

아날로그 수준기에서는 유리관에 액체를 채우고 기포의 위치를 측정하여 측정하려고 하는 기준면의 기울기를 측정하고 있다. 유리관 외벽에 기포의 위치를 전자식으로 측정하는 수단(일례로 액체의 색상이 적색이고, 칼라 이미지센서를 이용하여 측정)이 있고 이를 읽어들여 계산하면 간단하게 경사도를 계산할 수 있다. 혹은 전도성을 이용하여 기포의 위치를 측정하여 경사도를 측정할 수 있다. 액체면은 지구 중심에 대해서 수평을 유지하려고 하는 원리를 이용하며, 유리관 등에 밀봉하는 액체의 점성, 밀봉 압력에 의해 유리관으로 측정하고자 하는 면의 변화(일례로 흔들림)가 있을 경우 액체 면의 응답 속도가 결정된다. 유리관에서 기포의 변위 변동량을 측정하여 단위시간 간격으로 나누어 주면 해당 방향의 각속도 성분이 만들어지며 해당 시간에 각속도 성분의 차이를 단위 시간으로 나누어 주면 가속도를 계산할 수 있다. 현재 모션센서로 사용되는 자이로센서 등은 3축의 각속도를 측정하도록 되어 있는데, 유리관 3 개를 각 축에 대응하도록 설치하면 해당 축의 경사각, 각속도, 각가속도를 측정할 수 있다. 이 경우 액체 면이 출렁거리지 않도록 액체의 점성과 밀봉압력, 유리관 내벽의 특성들에 대한 연구가 필요하다. 휴대폰과 같은 휴대용 기기에서 단순히 모션만 감지(일례로 웹브라우저를 가로, 세로 모드로 변경)하는 기능으로 탑재하기 위해서는 센서의 부피가 매우 중요하다. 본 발명에서는 유리관에서와 같이 액체 면의 높이를 감지하는 기본 원리를 이용하여 3축의 경사각, 각속도, 각가속도를 측정하는 센서를 보드에 PCB 기판에 탑재가능하도록 소형으로 제공하는 수단을 제시하고자 한다.

본 발명은 휴대폰에 사용하는 지자기센서, 자이로센서, 가속도센서를 대체하여 모션을 감지하면서 이와 함께 해당 축의 경사도를 동시에 측정하는 센서를 제공하는데 있다. 지자기센서는 방위를 가리키지만 외부의 자기장 변화에 민감하며 정밀도가 떨어지며 70도 이상의 경사지에서는 원리상 정북 방향을 지시하는데 한계가 있으며 물체면의 경사도를 측정하는 데는 사용할 수 없다. 자이로센서와 가속도센서도 모두 원리가 가속도에 해당하는 힘을 측정하여 가속도를 계산하므로 속도 및 변위 성분을 역으로 계산하는 데는 한계가 있고, 이를 누적하여 계산하면 오차가 누적되는 문제가 있다. 즉, 가속도를 측정하는 수단에서는 속도와 변위를 역으로 계산하기 위해서는 복잡한 적분 계산을 해야하는데 반해, 변위를 측정하는 수단은 변위 변화량을 시간으로 나누면 간단히 속도를, 속도 변화량을 시간으로 나누면 가속도가 구해진다. 본 발명에서는 기존 센서들과는 다르게 변위를 측정하여 속도와 가속도를 측정하도록 하여 상기 문제점을 해결하고자 한다. 자이로센서와 가속도센서, 지자기센서는 모두 아날로그 수치 값이 나와 이를 변환하여 디지털 값으로 바꾸는 회로(일례로 AD변환)가 필요한데, 측정값이 센서 부분에서 디지털로 직접 나오는 센서는 주변 회로 및 측정이 간단하게 구성되는 이점이 있다. 특히 아날로그 측정값의 경우 온도, 습도 환경의 영향을 받고 노이즈 성분들이 포함되기 때문에 회로나 프로그램으로 신호 필터링 및 보상을 해줘야 한다. 현재 수평면을 측정하는 전자식 수준기는 경사면에서 지구 중심축을 향하는 원심추의 기울어진 각도를 측정하여 경사각을 계산하는 방식으로 원심추의 최소 공간이 필요하여 부피가 크며 경사각과 같은 변위측정은 가능하지만 각속도 등과 같이 동적 측정 용도로는 적합치 않으며 반도체 패키지 형태의 소형화가 어려워 휴대폰, 게임기 등에 널리 사용되는 모션인식 센서로 사용할 수 없다는 문제점이 있다.

이와 함께, 용기 및 탱크의 용량을 측정하는 방식이 현재는 액체 면에 따라 상하로 움직이는 부표를 설치하고 부표의 위치를 포텐셜 메터(potential meter) 등의 방식으로 감지하고 있는데 아날로그 센서의 특성상 정밀한 위치를 제공하기 어려우므로 이를 디지털 방식으로 제공할 필요가 있다. 특히, 자동차의 연료탱크의 경우 특히 자동차 경사각에 따라 정확한 연료량을 측정해야 주행 가능 거리를 알려주는 용도로 사용할 수 있으며, 부가적으로 주유소에서 주입하는 연료량을 정확히 알려줄 필요가 있다. 또한, 자동차에서 코너링 등에서 주행 성능을 개선하기 위해서는 4개 바퀴 축의 기울임을 측정하여 전자식 쇽압쇼바(shock absorber)를 제어할 수 있지만 현실적으로 이를 측정하는 수단이 제공되지 못하고 있다. 정밀한 공작기계의 경우 정밀한 전자식 수준기가 저렴하게 제공될 수 있다면, 공작기계의 기준평면에 설치되어 항시 수평 유지를 모니터링할 수 있는 용도로 확대될 수 있다. 그러므로, 소형 반도체 패키지 형태로 만들 수 있으며 디지털 방식으로 3축 방향으로 경사도를 측정할 수 있는 새로운 개념의 경사도 측정 센서가 필요하다.

센서는 경박단소하게 만들어져야 휴대폰에 탑재하는 등 다양하게 응용 범위를 확대해 갈 갈 수 있다. 경사각을 측정하여 각속도, 각가속도를 계산하는 센서 수단으로는 전도성 액체를 사용한다. 일반적으로 물의 경우 저항치가 물에 함유되어 있는 입자들에 의해 달라지지만 보통 1~2 메가 오옴/cm 정도로 알려져 있다. 일례로 유리관에 기포를 넣은 아날로그 수준기의 경우 유리관 내부에 패드가 일정 간격으로 설정되어 있는 회로기판을 넣고 각 패드들의 도통 여부를 측정하면 기포와 닿는 부분은 도통이 되지 않으므로 도통되지 않은 패드들을 측정하여 계산하면 바로 경사도를 알 수 있다. 3V 전원을 순간적으로 인가하면 5cm 떨어지 패드 간에는 물의 저항이 6 메가 오옴으로 계산하면 흐르는 전류는 0.5uA 정도이므로 사용 전류가 극히 적으므로 가솔린 등 연료의 경우에도 폭발 위험이 없다. 혹은 측정 패드 옆에 신호를 가하는 기준 전극을 모두 설치하여 한번에 각 패드들의 도통 여부를 확인하는 방법도 유효하다. 일례로 한 방향 축의 경사도를 측정하는 유리관의 길이를 20cm로 하고, 높이 방향을 2cm로 할 경우, 각각 0.1 mm 간격으로 패드(현재 일반적인 인쇄회로기판에서는 0.1mm 간격으로 패드 제작)를 설치한 회로기판을 사용하면 측정구간을 1/2000 정밀도(0.02도) 로 측정할 수 있다. 이와 같이 구성하여 용기나 탱크에 설치할 경우 담긴 액체의 용량을 정확하게 측정할 수 있으며, 이를 정해진 축에 대해서 양면 혹은 4면에 대해 설치하면 용기 및 탱크의 기울임까지 고려하여 용량을 계산할 수 있어, 자동차 연료 탱크에 적용하면 정확한 연료량을 측정할 수 있어 정확한 주행가능거리 계산은 물론 주요소에서 주유하는 연료량을 측정하여 알려줄 수 있다. 자동차의 경우 주행하는 도로의 경사도를 측정하여 연료량을 제어하여 효율적으로 운행할 경우 1도 경사도로에서 20% 이상 연료 절감할 수 있는 것으로 알려져 있다. 현행 가속도센서를 이용하여 힘의 방향 편차를 이용하여 경사도를 측정할 경우 1도 내외로 이런 용도로 사용키에는 측정 오차가 너무 크므로 새로운 방식의 경사도를 측정하는 수단이 개발되면, 경사지에서 효율적 연료량 제어는 물론 4축 방향의 높이를 조절하여 코너링시 주행성능을 높일 수 있다.

이를 소형화하여 반도체 패키지 형태로 제작하면 휴대폰 및 게임기에 널리 사용되는 가속도를 인식하는 모션인식센서를 대체할 수 있는데 이를 위해 X,Y,Z 축에 대응하는 6개 면에 패드들을 설치하고 액체를 부분적으로 밀봉하여 기울기에 따라 6개 패드 면에 닿는 위치를 검출하여 3개 축 방향의 기울기를 동시에 측정할 수 있다. 이를 단위 시간의 변화량을 측정하면 속도 성분이 계산되고, 단위 시간의 속도 변화량을 계산하면 가속도 성분이 얻어져 모션인식 센서로 사용할 수 있다. 본 발명은 액체 면이 언제나 중력방향에 대해서 수직을 유지하는 원리를 이용하고, 정해진 용기 안에서 각 면(직육면체의 경우 6면)에 패드들을 설치하여 액체가 닿아있는 패드의 위치를 검출, 삼각 함수에 의해 3축 방향의 기울기를 측정하도록 하는 매우 단순한 방식을 적용하였다. 이는 기존의 측정 방식이 대부분 아날로그 방식임에 비해 디지털 방식으로 구현되므로 주변 회로 등도 매우 단순하게 안정적으로 구현할 수 있는 큭징이 있다.

본 발명은 액체 면이 언제나 중력 방향에 대해서 수직 면을 유지하는 원리를 이용하여 액체를 통해 전기가 통하는 감지 패드를 정해진 간격으로 설치한 인쇄회로기판을 용기에 측정 방향으로 설치하고, 높이를 측정하려 할 때 특정 패드에 전기신호를 가하면, 패드 간에 액체를 통해 전기가 흐르게 되므로 전기적으로 연결된 패드들을 검출하여 담긴 액체의 높이를 측정하도록 구성한다. 이를 통해 용기 및 탱크에 담긴 액체의 정확한 용량 측정과 함께, 동시에 기울기도 측정이 가능하므로 자동차 연료탱크에 적용할 경우 주행 중에도 경사도를 고려하여 정확한 연료량을 측정할 수 있다. 이와 함께 모션인식 센서에도 적용할 수 있는 소형 패키지로 제작되면 3축 방향으로의 경사도, 속도, 가속도를 모두 측정할 수 있어 실생활에 유익하게 사용될 수 있으며, 다음과 같은 효과가 기대된다.

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첫째, 용기 및 연료탱크에 담긴 액체의 정확한 양을 디지털 방식으로 측정할 수 있어 기존의 부표식 감지방식에 비해 정확도, 디지털, 기울기 보상 등 여러 측면에서 유리하다.

둘째, 자동차 연료탱크에 적용할 경우 주행하는 도로의 경사도를 보정하여 정확한 연료량을 계측할 수 있으며, 4개의 바퀴 축에 설치하여 각 축의 경사도를 측정하여 전자 쇽압쇼바를 제어할 경우 코너링 성능을 높여줄 수 있다.

셋째, 반도체 패키지 형태로 소형화될 경우 휴대폰 및 게임기와 같은 모바일 기기의 운동 방향을 측정하는 용도로 사용될 수 있고, 디스플레이 수단이 포함될 경우 정밀하게 수평을 유지해야 하는 공작기계 등에도 적용될 수 있다.

제 1 도는 널리 사용되는 자동차 연료탱크 연료량 센서의 사진이다.
제 2 도는 아날로그식 수준기의 측정 원리도이다.
제 3 도는 널리 사용되는 전자식 수준기의 제품 설명서이다.
제 4 도는 본 발명의 패드에 액체가 닿는 면을 측정하여 경사각도를 구하는 원리도이다.
제 5 도는 본 발명의 패드와 측정회로를 패키지에 설치하는 예를 나타낸 구성도이다.
제 6 도는 본 발명에서 1축 방향으로 경사도를 측정하고 용량을 계산하는 경사도 측정센서의 구성도이다.
제 7 도는 본 발명에서 2축 방향으로 경사도를 측정하고 용량을 계산하는 경사도 측정센서의 구성도이다.
제 8 도는 본 발명에서 2축 방향으로 경사도를 측정하고 용량을 계산하는데 있어서 상부와 하부에 패드를 설치하여 측정범위를 180도까지 확대한 경사도 측정센서의 구성도이다.

본 발명은 원심추가 중력 방향을 향하듯이 유동하는 액체 면은 언제나 중력 방향에 대해서 수직 면을 유지하는 원리를 이용하여 액체를 통해 전기가 통하는 패드를 정해진 간격으로 설치한 수단을 용기에 설치하고, 높이를 측정하려 할 때 특정 패드에 전기 신호를 가하여 패드 간에 액체를 통해 전기를 흐르게 하여 전기적으로 연결된 패드들을 검출하여,액체와 닿아 있는 혹은 닿아있지 않은 패드들을 검출하여 담긴 액체의 높이를 측정하는 원리를 핵심으로 한다. 이를 구현하기 위해 인쇄회로 기판에 측정하려는 정밀도에 의해 일정 간격으로 패드들을 형성시키고, 각 패드들을 회로적으로 패드들에 전기가 흐르는지를 읽어들이는 IC와 연결하여, 전기를 특정 패드에 공급하면 액체가 닿아있는 감지 패드는 전기가 통하게 되어 신호가 검출되므로 그 값을 읽으면 액체 면의 높이를 알 수 있다. 전기를 공급하는 특정 패드는 인쇄회로기판 하단에 1개만 설치할 수도 있고, 감지 패드의 옆에 모두 설치할 수도 있는데 전류량을 최소화하기 위해서는 감지 패드 옆에 설치함이 바람직하다. 일반적으로 물의 경우 저항치가 물에 함유되어 있는 입자들에 의해 달라지지만 보통 1~2 메가 오옴/cm 정도로 알려져 있다. 3V 전원을 순간적으로 인가하면 5cm 떨어지 패드 간에는 물의 저항을 6 메가 오옴으로 계산하면 흐르는 전류는 0.5uA 정도이지만, 5mm 정도 떨어져 있으면 물의 저항이 600K 오옴이므로 1.2V와 같이 낮은 전압을 가해도 검출이 가능할 만큼 전류가 흐르게 된다. 이와 같이 감지 패드를 측정하려는 길이 방향으로 일정 간격으로 인쇄회로기판에 설계하고, 해당 기판을 용기 및 탱크에 설치하여 액체 면의 높이를 디지털 방식으로 측정하면 담긴 액체의 용량을 정확하게 계산할 수 있다. 현재 인쇄회로기판(경성, 연성, Glass 등 회로를 인쇄할 수 있는 다양한 형태)에서 패드 간격이 0.05mm까지 가능하므로 0.05mm 간격으로 패드를 형성시키면 1m x 1m x 높이 1m 탱크(용량 1000리터)의 경우 0.05리터 단위로 측정할 수 있다. 이는 기존의 아날로그식 센서에서는 불가능한 정밀도이며, 디지털 방식이므로 별도로 AD 변환 및 신호처리 회로가 최소화되는 이점이 있다. 대부분 고정시키는 탱크는 수평면을 유지하여 설치하지만, 자동차와 같이 움직이는 물체에 설치되는 탱크는 도로 상태에 따라 경사지게 되는데 기존의 아날로그센서로는 이를 감지하여 보정할 방법이 없지만, 본 발명처럼 회로기판에 형성한 측정 방향의 감지 패드들로 회로기판이 설치된 지점에서의 액체 높이를 측정하는 방식을 이용할 경우 경사도 측정이 가능하다. 즉, 측정 방향으로 패드가 형성된 회로기판을 탱크 내에 2 곳에 설치하여, 각각의 액체높이를 측정하면 2 지점간의 거리와 높이 차를 삼각함수로 계산하여 액체 면의 기울여진 각도가 계산되므로 해당 방향으로의 용기 및 탱크 경사도를 계산할 수 있다. 탱크 내 4곳에 설치하면 2개의 방향(X, Y축)에 대한 기울기가 측정되고, 기울기를 보정하여 액체의 용량을 계산할 수 있다. 기존의 전자식 수준기로는 경사각 측정 범위(45도 내외)가 제한되어 있는데 상면과 하면에 감지 패드를 설치할 경우 측정범위를 360도까지 확대할 수 있어 전 영역에서의 각도 측정이 가능하다. 이러한 방식의 액체면 높이를 측정하는 센서는 용기 및 탱크의 액체 용량을 측정하는 용도뿐만 아니라, 반도체 패키지 형태로 센서와 회로가 일체화되어 제공되면 모션인식 센서로도 적용할 수 있어 휴대폰뿐만 아니라 수평을 유지해야 하는 정밀공작기계, 자동차 4축의 기울기를 항시 측정하여 제어하는 용도로 사용될 수 있다. 이하 첨부 도면에 의해 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1 도는 과거부터 널리 사용되고 있는 자동차 연료탱크의 연료량 측정센서 사진이며, 제 2 도는 아날로그식 수준기의 측정 원리도로 액체를 밀봉된 유리관에 기포의 위치를 눈금자로 측정하여 경사 각도를 측정한다. 제 3 도는 널리 사용되는 전자식 수준기의 제품 설명서로 지구 중심을 향하는 원심추의 경사 각도를 측정하는데 측정 범위는 원심추를 사용하므로 45도로 제한되어 있다.

제 4 도는 본 발명의 패드에 액체가 닿는 면을 측정하여 경사각도를 구하는 원리도이다. 적색 라인이 액체면이라고 할 때 해당 평면에서의 경사 각도는 삼각함수에 의해 arctan(두 패드간 높이차/두 패드간 거리)로 계산된다. 일례로 패드간 거리를 0.25mm로 설계하여 액체면이 점선과 같을 때 두 패드간 거리는 10mm이고 두패드간 높이차가 5mm일 경우 경사도는 arctan(5/10)d = 26.6도가 된다. 현재 인쇄회로기판에서 패턴 및 패드를 0.05mm의 정밀도로 인쇄할 수 있으므로 5mm x 5mm 패키지에 0.1mm 간격으로 패드를 형성할 때의 측정 정밀도는 arctan(0.1/5) = 1.1도이며, 10mm x 10mm 패키지에 0.1mm간격으로 패드를 형성할 때의 측정 정밀도는 actan(0.1/10) = 0.6도이다. 10cm x1cm 패키지에 0.05mm 간격으로 패드를 형성할 때의 측정 정밀도는 arctan(0.05/100) = 0.02도이다. 측정 정밀도를 더욱 높이려면 두 패드간 거리를 늘리거나 두 패드간 간격을 0.05mm보다 더욱 좁히면 되는데, 인쇄회로기판에서 패드들을 직렬식이 아니라 병렬식으로 구성하여 0.05mm사이에 새로운 패드를 형성시키면 더욱 정밀도를 높일 수 있다. 감지 패드와 전원공급 패드간 거리를 좁힐수록 낮은 전압으로도 액체의 도전성을 이용하여 측정할 수 있는데 일례로 패드 모양을 ⊙으로 하여 외곽의 원을 감지 패드로 내부의 원을 전원공급 패드 형태로(혹은 역으로 구성) 구성할 수 있다. 패드 면의 상태도 액체가 방울지지 않도록 요철이 없도록 매끈하게 가공되어야 한다. 패드들을 읽어들이는 방법으로는 마이크로프로세서 등의 인풋포트(Input PORT)로 값을 읽으면 되는데, 패드 수가 많을 경우 전체 패드들을 버퍼IC와 연결하고 이를 실렉트(select)하여 읽어들이며, 마이크로프로세서 내부의 프로그램에 의해 경사도를 계산하고, 용량을 산정하며, 별도 표시수단에 표시되도록 한다. 마이크로프로세서 대신 FPGA나 ASIC 형태로 개발될 수도 있음은 주지의 사실이다.

제 5 도는 본 발명의 패드와 측정 회로를 패키지에 설치하는 예를 나타낸 구성도로써, 고정된 탱크나 용기처럼 수평을 어느 정도 유지하고 있는 경우 단순 용량을 측정할 경우 깊이 방향으로 감지 패드(4)들을 설치하여 구성한 인쇄회로기판을 1개를 부착하여 액체의 높이를 측정할 수 있다. 6개 면에 감지 패드(4)를 설치하여 패키지 형태로 구성하는 경우에는 연성회로기판(FPCB)을 사용하여 전개도 형태로 제작한다. 모든 감지 패드(4)들은 액체가 닿아있을 경우 흐르는 전류에 의해 발생하는 전압을 감지하는 패드 검출수단(1)과 회로로 연결하고, 각 면에서 측정한 패드 높이 차를 계산하여 경사도를 계산하는 수단(2), 외부의 다른 시스템과 통신하거나 표시장치를 작동시키는 외부 통신수단(3)으로 구성된다. 제 6 도는 본 발명에서 1축 방향으로 경사도를 측정하고 용량을 계산하는 경사도 측정센서의 구성도로써, 마주보는 양면에 감지 패드가 설치됨을 특징으로 한다. 용기 및 탱크 혹은 액체가 부분적으로 채워져 밀봉된 패키지 안에 액체의 수평면(7)에 따라 패드가 설치된 A면(6)과 패드가 설치된 B면(8) 사이에는 높이 차가 발생하게 된다. 두 면간의 1축 방향거리(5)를 L mm라 할 경우 1축 방향의 경사도는 arctan(패드 높이차/L)로 구해지며, 이를 통하여 경사도를 고려하여 담긴 액체의 용량을 측정할 수 있다. 자동차 연료 탱크와 같이 진행 방향으로 차가 경사지었을 때 연료의 용량을 도로의 경사를 고려하여 정확하게 측정할 수 있다. 제 7 도는 본 발명에서 2축 방향으로 경사도를 측정하고 용량을 계산하는 경사도 측정센서의 구성도로써, 마주보는 4개 면에 감지 패드가 설치됨을 특징으로 한다. 용기 및 탱크 혹은 액체가 부분적으로 채워져 밀봉된 패키지 안에 액체의 수평면(7)에 따라 패드가 설치된 A면(6)과 패드가 설치된 B면(8), 패드가 설치된 C면(9), 패드가 설치면 D면(10) 사이에 높이 차가 각각 발생하게 된다. A~B 두 면간의 1축 방향거리(5)를 L mm라 할 경우 1축 방향의 경사도는 arctan(A~B 패드 높이차/L)로 구해지며, C~D 두 면간의 2축 방향거리(5)를 M mm라 할 경우 2축 방향의 경사도는 arctan(C~D 패드 높이차/L)로 구해진다. 각 방향의 경사도를 보상하여 담긴 액체의 용량을 측정할 수 있다. 자동차 연료 탱크와 같이 진행 방향과 함께 바퀴 방향으로 차가 경사지었을 때 연료의 용량을 도로의 경사를 고려하여 정확하게 측정할 수 있다. 제 8 도는 본 발명에서 2축 방향으로 경사도를 측정하고 용량을 계산하는데 있어서 상부와 하부에도 감지 패드를 설치하여 측정 범위를 360도까지 확대한 경사도 측정센서의 구성도이다.제 7도와 같이 4개 면에 감지 패드를 구성할 경우 경사도 측정 범위가 각 면에 설치된 감지 패드를 넘어서는 경우 측정할 수 없는 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 A~B 면의 감지 패드를 상하로 연결하는 A~B면 측정범위 확장 패드를 설치하고, C~D면의 감지 패드를 상하로 연결하는 C~D면 측정범위 확장 패드(12)를 설치한다. 일례로 경사도에 따라 액체의 수평면이 C면을 넘어서면 액체면 상부의 C~D면 확장 범위 확장 패드(12)에서 검출되므로 경사도를 계산할 수 있다. 이와 같은 형태로 구성할 경우 기존 경사도 측정장치에서는 불가능한 360도까지 경사를 측정할 수 있다. C~D 방향의 경사각을 계산식에서 제 7도와 같이 액체의 수평면의 경우 상부와 하부 감지 패드에서 감지되는 패드 수를 추가하여 C~D면 패드 차는 C면 총 패드수 + 윗면 패드수 + 아랫면 패드수로 계산한다.

모션 인식 및 경사도측정 센서를 구현하기 위해서는 다음과 같이 구성한다. 패키지 내에서 유동하여 수평면을 유지하는 물질의 위치를 측정하는데 있어서, 밀봉된 패키지 안에 1 ~ 3개 축(일례로 X, Y, Z 직육면체, 1축 센서로 사용시 2개의 면에 패드 설치, 2축 센서로 사용시 4개의 면에 패드 설치, 3축 센서로 사용시 6개의 면에 패드 설치)을 설정하는 단계; 패키지 안에 유동하여 수평면을 유지하는 물질을 가득 채우지 않고 부분적으로 채우는 단계; 1 ~ 3개 축에 대응하는 패키지 내의 2 ~ 6개의 각각의 면에 접촉하는 유동하여 수평면을 유지하는 물질의 위치를 측정하는 다수의 패드들을 설치하는 수단; 특정 패드에 전기 신호를 가하여 패드 간에 유동하여 수평면을 유지하는 물질을 통해 전기적 특성(일례로 저항 혹은 정전용량 혹은 인덕턴스) 차이를 검출하는 수단; 2 ~ 6개 각각의 면에서 유동하여 수평면을 유지하는 물질과 닿아있는 혹은 닿아있지 않은 패드들을 검출하여 해당 축으로의 경사도를 측정하는 수단으로 구성함을 특징으로 하는 1 ~ 3개 축에 해당하는 2 ~ 6개 면에 닿는 유동하여 수평면을 유지하는 물질의 위치를 다수의 패드로 측정하는 패키지 형태의 센서로 기본적으로 구성된다. 이 경우, 높이를 측정하려 할 때 특정 패드에 전기 신호를 가하여 패드 간에 유동하여 수평면을 유지하는 물질을 통해 전기를 흐르게 하여 전기적으로 연결된 패드들을 검출하는 수단; 2 ~ 6 개의 면에서 유동하여 수평면을 유지하는 물질과 닿아있는 혹은 닿아있지 않은 패드들을 검출하여 담긴 물질의 위치를 측정하는 수단; 유동하여 수평면을 유지하는 물질이 담긴 패키지의 형태를 고려하여 1 ~ 3개의 축에 대해 각각 2개의 면에서 측정된 패드 높이 차이와 2개의 면 사이의 거리로 수평면의 기울기를 계산하는 수단으로 구성할 수 있다. 혹은, 유동하여 수평면을 유지하는 물질이 담긴 패키지의 형태를 고려하여 1 ~ 3개의 축에 대해 각각 2개의 면에서 측정된 패드 높이 차이와 2개의 면 사이의 거리로 수평면의 기울기를 계산하는 수단; 각 축의 기울기를 시간 간격과 같이 계산하는 수단; 각 축의 기울기 변화에 대한 속도를 계산하는 수단: 및 각 축의 속도 변화에 대한 가속도를 계산하는 수단으로 구성할 수도 있다. 이때, 2 ~ 6개 면에서 유동하여 수평면을 유지하는 물질과 닿아있는 혹은 닿아있지 않은 패드들을 검출하여 담긴 물질의 높이를 측정하는 수단을 통하여 물질이 담긴 패키지를 기준 평면(3개 축에 대해 경사도 0 도)에 놓아두는 단계; 2 ~ 6개 면에서 물질과 닿아있는 혹은 닿아있지 않은 패드들을 검출하여 담긴 물질의 수평면 위치를 측정하여 기준 평면에 대해 2 ~ 6개 면의 패드 높이를 저장하는 단계; 측정된 2 ~ 6개 면의 패드 높이를 기울기 0도에 대응시켜 해당 패키지에 대해서 영점 보정을 하는 단계로 구성하여야 한다. 이러한 형태의 센서에 있어서, 밀봉된 패키지 안에 유동하여 수평면을 유지하는 물질을 가득 채우지 않고 빈 공간이 일부 있는 상태로 채우는 단계에서 패키지의 흔들림과 진동에 대해서 물질 수평면의 흔들림을 최소화하기 위해 패키지 안의 물질의 점성과 표면 장력을 이용하여 조절하는 수단; 및 패키지 안의 밀봉 기체 및 압력을 이용하여 조절하는 수단으로 패키지의 진동 및 흔들림에 대해 물질의 수평면 출렁거림을 최소화하도록 구성할 수 있다. 이러한 센서는 밀봉된 패키지 안의 물질을 전기적 특성을 유도하는 액체로 구성함을 특징으로 한다. 일례로, 밀봉된 패키지 안의 물질을 수은과 같은 유동하는 금속으로 구성하거나, 밀봉된 패키지 안의 물질을 도전성 고체 입자와 같은 유동하는 고체로 구성하거나, 밀봉된 패키지 안에 미세한 금속 스틸볼(이례로 0.1mm 내외의 강구)과 같은 유동하는 금속으로 구성할 수 있다. 이러한 센서는 패드 간의 전기적인 특성을 측정하는데, 일례로 밀봉된 패키지 안에 유동하여 수평면을 유지하는 물질로 인해 패드 간의 전류가 흐르는 저항 특성을 이용하는 것으로 구성하거나, 혹은 밀봉된 패키지 안에 유동하여 수평면을 유지하는 물질로 인해 패드 간의 정전용량이 변하는 특성을 이용하는 것으로 구성하거나, 혹은 밀봉된 패키지 안에 유동하여 수평면을 유지하는 물질로 인해 패드 간의 인덕턴스 값(일례로 자성을 띠는 물질)이 변하는 특성을 이용하는 것처럼, 밀봉된 패키지 안에 유동하여 수평면을 유지하는 물질로 인해 패드 간의 특성의 변화를 감지하는 다양한 수단으로 구성할 수 있다. 이러한 유동하는 물질을 이용하는 센서는 밀봉된 패키지의 흔들림 및 진동에 의해 물질 수평면의 변동 노이즈를 제거하기 위하여 일정 시간 동안 각 패드와 닿는 물질 수평면의 흔들림 평균값으로 보정하는 수단; 및 일정 구간 안에 물질 수평면의 일정 수준 이상의 흔들림(일례로 충격으로 인한 흔들림)을 무시하는 수단으로 구성하여야 한다. 센서의 형태는 밀봉된 패키지의 형태가 원통형; 혹은 사각형 혹은 구 형태로 제공될 수 있다. 이때, 사각형의 경우 감지 패드를 12개의 모서리에 설치하는 수단; 각 면에 전기가 통하는 패드의 위치를 기준으로 수평면의 평면방정식을 구하는 단계; X, Y, Z 3축 방향의 기울기를 구하는 단계로 구성한다. 센서의 패드를 인쇄회로기판(PCB 혹은 FPCB)을 이용하여 형성할 수도 있지만 리드프레임 혹은 커넥터 형태로 구조를 구성하고 플라스틱을 사출 성형하여 빈 공간이 있는 케이싱을 만들 수 있다. 즉, 리드 프레임과 같은 형태로 기본 틀을 구성하여 리드 프레임에서 와이어 본딩하는 부분을 감지 패드로 하는 수단; 전원을 가하는 패드를 설치하는 수단; 빈 공간을 두고 패키징하는 수단; 빈 공간에 유동하여 수평면을 유지하는 물질을 부분적으로 채워넣는 수단으로 구성한다.

이러한 경사각도 측정센서를 단말기 등에 적용하면 매우 편리한 기능들을 제공할 수 있다. 일례로 현재 스마트폰이 터치를 지원하면서 화면 이동 등을 손가락을 움직여서 하는 불편함이 있는데, 단말기에서 경사도를 측정하면 X, Y 방향으로 기울이는 것만으로 편리하게 화면을 이동시킬 수 있다. 물론 기울이는 각도에 따라 빠르게 이동시킬 수 있다. 이를 위해, 단말기의 경사를 읽어들이는 단계; 일정 이상의 경사에 대해서 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 단계; 경사를 원래 상태로 돌리면 메뉴들의 움직임이 멈추는 단계; 선택된 메뉴가 실행되는 단계로 구성한다. 혹은, 단말기의 경사를 읽어들이는 단계; 일정 이상의 경사 혹은 경사변화량에 대해서 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 단계; 경사를 원래 상태로 돌리면 메뉴들의 움직임이 멈추는 단계로 구성한다. 경사각을 감지하면 절대 경사각도를 기준으로 동작을 지시해야 하는 불편함이 있는 반면에, 경사변화량을 감지하는 방식은 사용자가 해당 기능을 사용하기 전에 경사 각도에 대해 상대적인 각도 변화량을 측정하여 동작하므로 편리하다. 이와 함께, 경사를 이용하여 메뉴를 제어함을 지시하는 버튼 혹은 터치를 누르는 단계; 버튼을 누르고 단말기를 기울이면 경사를 감지하는 수단을 읽어들이는 단계; 일정 이상의 경사 혹은 경사 변화량에 대해서 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 단계; 경사를 이용하는 메뉴를 제어함을 지시하는 버튼 혹은 터치의 누름을 해제하는 단계; 선택된 메뉴가 실행되는 단계로 구성한다. 혹은, 단말기의 경사를 읽어들이는 단계; 일정 이상의 경사 혹은 경사변화량에 대해서 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 단계; 경사 각도 혹은 경사변화량에 따라 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 속도를 가감하는 단계로 구성한다. 혹은, 단말기의 2가지 축(일례로 X방향 피칭, Y방향 롤링)에 대해 경사를 읽어들이는 단계; 일정 이상의 경사 혹은 경사변화량에 대해서 기울어진 방향으로 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 단계로 구성한다. 혹은, 단말기의 2가지 축(일례로 X방향 피칭, Y방향 롤링)에 대해 경사를 읽어들이는 단계; 일정 이상의 경사 혹은 경사변화량에 대해서 기울어진 방향으로 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 단계; 경사 혹은 경사변화량 각도에 따라 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 속도를 가감하는 단계로 구성한다. 혹은, 단말기의 3가지 축(일례로 X방향 피칭, Y방향 롤링, Z방향 요잉)에 대해 경사를 읽어 들이는 단계; 일정 이상의 경사 혹은 경사 변화량에 대해서 기울어진 방향으로 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 단계로 구성한다. 혹은, 단말기의 3가지 축(일례로 X방향 피칭, Y방향 롤링, Z방향 요잉)에 대해 경사를 읽어들이는 단계; 일정 이상의 경사 혹은 경사변화량에 대해서 기울어진 방향으로 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 단계; 경사 각도 혹은 경사변화량에 따라 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 속도를 가감하는 단계로 구성할 수 있다. 혹은, 단말기의 경사 각도를 읽어들이는 단계; 일정 이상의 경사 혹은 경사변화량에 대해서 기울어진 방향으로 게임 및 프로그램의 동작을 지시하는 단계; 경사 각도 혹은 경사변화량에 따라 기울어진 방향으로 게임 및 프로그램의 동작을 지시하는 속도를 가감하는 단계로 구성할 수 있다. 혹은, 단말기의 경사 각도를 읽어들이는 단계; 일정 이상의 경사 혹은 경사변화량에 대해서 기울어진 방향으로 웹브라우징의 화면 이동을 지시하는 단계; 경사 각도 혹은 경사변화량에 따라 기울어진 방향으로 웹브라우징 화면 이동의 속도를 가감하는 단계로 구성한다. 이때, 단말기를 상하(일례로 X방향 피칭)로 기울이는 단계; 웹브라우징 중심 화면이 상하로 이동하는 단계와 단말기를 좌우(일례로 Y방향 롤링)로 기울이는 단계; 웹브라우징 중심 화면이 좌우로 이동하는 단계로 구성할 수 있다. 이러한 경사각도 센서를 이용하면 단말기 혹은 휴대폰에서 각종 메뉴 선택 및 게임, 웹브라우징, 프로그램(일례로 오디오 프로그램에서 노래 선택)에서 기울이는 것만으로 선택이 가능하며, 기울이는 각도를 조절하여 빠른 검색 등을 제공할 수 잇는 획기적인 유저 인터페이스 기술을 제공할 수 있다.

이 외에, 차량 항법용 단말기에 있어서 위성위치수신기로 도로 좌표를 읽는 단계; 경사각도 수단으로부터 현 위치의 경사각도를 읽어들이는 단계; 지도상의 도로에 경사각도를 구분하여 표시(일례로 평탄도로는 황색, 오르막도로는 적색, 내리막 도로는 청색으로 구분, 농도의 차이로 기울기 표시)하는 단계로 구성하여 제공하면 사용자가 도로의 오르막과 내리막 상태를 정확하게 판단하여 운행함으로써 연비를 개선할 수 있다. 이를 더욱 발전시켜, 위성위치수신기로 도로 좌표를 읽는 단계; 경사각도 수단으로부터 현 위치의 경사각도를 읽어들이는 단계; 지도상의 도로에 경사각도를 구분하여 표시(일례로 평탄도로는 황색, 오르막도로는 적색, 내리막 도로는 청색으로 구분, 농도의 차이로 기울기 표시)하여 저장해두는 단계; 도로 경사도 정보가 기록된 도로 주행시 저장된 경사도 정보를 표시하게 하여 주행한 도로의 경사도를 자동으로 데이터베이스화시켜 사용할 수 있다. 이를 더욱 발전시키면, 위성위치수신기로 도로 좌표를 읽는 단계; 경사각도 수단으로부터 현 위치의 경사각도를 읽어들이는 단계; 지도상의 도로에 경사각도를 구분하여 표시(일례로 평탄도로는 황색, 오르막도로는 적색, 내리막 도로는 청색으로 구분, 농도의 차이로 기울기 표시)하여 저장해두는 단계; 사용자의 차량 항법용 단말기를 차량 항법용 단말기 개발회사의 서버와 연결하는 단계; 사용자의 차량 항법용 단말기에서 수집된 도로 경사도 정보를 모으는 수단; 전체 지도에 수집된 도로의 경사도 정보를 반영하여 데이터베이스를 구축하여 제공하도록 할 수 있다.

이 외에, 자전거에 있어서 경사각도 수단으로부터 현 위치의 경사각도를 읽어들이는 단계; 도로의 경사각도에 따라 적절한 변속비율(일례로 평탄도로는 4단, 오르막도로 5도까지는 5단, 오르막도로 10도까지는 6단, 내리막도로 5도까지는 3단, 내리막도로 10도까지는 2단 등)을 설정해두는 단계; 변속비율을 측정하는 단계; 도로의 경사각도에 따라 자동으로 변속비율을 변경시켜 주는 자전거도 제공될 수 있다. 혹은, 경사각도 수단으로부터 현 위치의 경사각도를 읽어들이는 단계; 도로의 경사각도에 따라 적절한 변속비율(일례로 평탄도로는 4단, 오르막도로 5도까지는 5단, 오르막도로 10도까지는 6단, 내리막도로 5도까지는 3단, 내리막도로 10도까지는 2단 등)을 설정해두는 단계; 변속비율을 측정하는 단계; 도로의 경사각도에 따라 사용자에게 적합한 변속비율을 알려주도록 구성할 수 있다.

1 : 패드 검출 수단 2 : 경사도 계산 수단
3 : 외부 통신수단 4 : 감지 패드
5 : 1축 방향 거리 6 : 패드가 설치된 A면
7 : 액체의 수평면 8 : 패드가 설치된 B면
9 : 패드가 설치된 C면 10 : 패드가 설치된 D면
11 : 2축 방향 거리 12 : C~D 면 측정범위 확장 패드

Claims (38)

1. 패키지 내에서 유동하여 수평면을 유지하는 물질의 위치를 측정하는데 있어서,
   밀봉된 패키지 안에 1 ~ 3개 축(일례로 X, Y, Z 직육면체, 1축 센서로 사용시 2개의 면에 패드 설치, 2축 센서로 사용시 4개의 면에 패드 설치, 3축 센서로 사용시 6개의 면에 패드 설치)을 설정하는 단계;
   패키지 안에 유동하여 수평면을 유지하는 물질을 가득 채우지 않고 부분적으로 채우는 단계;
   1 ~ 3개 축에 대응하는 패키지 내의 2 ~ 6개의 각각의 면에 접촉하는 유동하여 수평면을 유지하는 물질의 위치를 측정하는 다수의 패드들을 설치하는 수단;
   특정 패드에 전기 신호를 가하여 패드 간에 유동하여 수평면을 유지하는 물질을 통해 전기적 특성(일례로 저항 혹은 정전용량 혹은 인덕턴스) 차이를 검출하는 수단;
   2 ~ 6개 각각의 면에서 유동하여 수평면을 유지하는 물질과 닿아있는 혹은 닿아있지 않은 패드들을 검출하여 해당 축으로의 경사도를 측정하는 수단으로 구성함을 특징으로 하는 1 ~ 3개 축에 해당하는 2 ~ 6개 면에 닿는 유동하여 수평면을 유지하는 물질의 위치를 다수의 패드로 측정하는 패키지 형태의 센서
   
2. 제 1 항에 있어서,
   높이를 측정하려 할 때 특정 패드에 전기 신호를 가하여 패드 간에 유동하여 수평면을 유지하는 물질을 통해 전기를 흐르게 하여 전기적으로 연결된 패드들을 검출하는 수단;
   2 ~ 6 개의 면에서 유동하여 수평면을 유지하는 물질과 닿아있는 혹은 닿아있지 않은 패드들을 검출하여 담긴 물질의 위치를 측정하는 수단;
   유동하여 수평면을 유지하는 물질이 담긴 패키지의 형태를 고려하여 1 ~ 3개의 축에 대해 각각 2개의 면에서 측정된 패드 높이 차이와 2개의 면 사이의 거리로 수평면의 기울기를 계산하는 수단으로 구성함을 특징으로 하는 2 ~ 6개의 면에서 유동하여 수평면을 유지하는 물질과 닿아있는 패드 높이 차이를 검출하여 1 ~ 3개 축의 기울기를 측정하는 패키지 형태의 센서
   
3. 제 1 항에 있어서,
   유동하여 수평면을 유지하는 물질이 담긴 패키지의 형태를 고려하여 1 ~ 3개의 축에 대해 각각 2개의 면에서 측정된 패드 높이 차이와 2개의 면 사이의 거리로 수평면의 기울기를 계산하는 수단;
   각 축의 기울기를 시간 간격과 같이 계산하는 수단;
   각 축의 기울기 변화에 대한 속도를 계산하는 수단: 및
   각 축의 속도 변화에 대한 가속도를 계산하는 수단으로 구성함을 특징으로 하는 유동하여 수평면을 유지하는 물질이 담긴 패드의 위치를 측정하여 2 ~ 6개의 면에서 물질과 닿아있는 패드 위치 차이를 검출하여 1 ~ 3개 축의 속도와 가속도를 측정하는 패키지 형태의 센서
   
4. 제 1 항에 있어서,
   2 ~ 6개 면에서 유동하여 수평면을 유지하는 물질과 닿아있는 혹은 닿아있지 않은 패드들을 검출하여 담긴 물질의 위치를 측정하는 수단을 통하여
   물질이 담긴 패키지를 기준 평면(3개 축에 대해 경사도 0 도)에 놓아두는 단계;
   2 ~ 6개 면에서 물질과 닿아있는 혹은 닿아있지 않은 패드들을 검출하여 담긴 물질의 수평면 위치를 측정하여 기준 평면에 대해 2 ~ 6개 면의 패드 높이를 저장하는 단계;
   측정된 2 ~ 6개 면의 패드 높이를 기울기 0도에 대응시켜 해당 패키지에 대해서 영점 보정을 하는 단계로 구성함을 특징으로 하는 유동하여 수평면을 유지하는 물질이 담긴 패드의 위치를 측정하여 2 ~ 6개의 면에서 물질과 닿아있는 패드 높이 차이를 검출하여 영점보정하는 패키지 형태의 센서
   
5. 제 1 항에 있어서,
   밀봉된 패키지 안에 유동하여 수평면을 유지하는 물질을 가득 채우지 않고 빈 공간이 일부 있는 상태로 채우는 단계에서
   패키지의 흔들림과 진동에 대해서 물질 수평면의 흔들림을 최소화하기 위해
   패키지 안의 물질의 점성과 표면 장력을 이용하여 조절하는 수단; 및
   패키지 안의 밀봉 기체 및 압력을 이용하여 조절하는 수단으로 패키지의 진동 및 흔들림에 대해 물질의 수평면 출렁거림을 최소화함을 특징으로 하는 유동하여 수평면을 유지하는 물질과 닿아 있는 패드 위치 차이를 검출하는 패키지 형태의 센서
   
6. 제 1 항에 있어서,
   밀봉된 패키지 안의 물질을 전기적 특성을 유도하는 액체로 구성함을 특징으로 하는 유동하여 수평면을 유지하는 물질과 닿아있는 패드 위치 차이를 검출하는 패키지 형태의 센서
   
7. 제 1 항에 있어서,
   밀봉된 패키지 안의 물질을 수은과 같은 유동하는 금속으로 구성함을 특징으로 하는 유동하여 수평면을 유지하는 물질과 닿아있는 패드 위치 차이를 검출하는 패키지 형태의 센서
   
8. 제 1 항에 있어서,
   밀봉된 패키지 안의 물질을 도전성 고체 입자와 같은 유동하는 고체로 구성함을 특징으로 하는 유동하는 고체와 닿아있는 패드 위치 차이를 검출하는 패키지 형태의 센서
   
9. 제 1 항에 있어서,
   밀봉된 패키지 안에 미세한 금속 스틸볼(이례로 0.2mm 내외의 강구)과 같은 유동하는 금속으로 구성함을 특징으로 하는 유동하는 금속 스틸볼과 닿아있는 패드 위치 차이를 검출하는 패키지 형태의 센서
   
10. 제 1 항에 있어서,
    밀봉된 패키지 안에 유동하여 수평면을 유지하는 물질로 인해 패드 간의 전류가 흐르는 저항 특성을 이용하는 것으로 구성함을 특징으로 하는 유동하여 수평면을 유지하는 물질과 닿아있는 패드 위치 차이를 검출하는 패키지 형태의 센서
    
11. 제 1 항에 있어서,
    밀봉된 패키지 안에 유동하여 수평면을 유지하는 물질로 인해 패드 간의 정전용량이 변하는 특성을 이용하는 것으로 구성함을 특징으로 하는 유동하여 수평면을 유지하는 물질과 닿아있는 패드 위치 차이를 검출하는 패키지 형태의 센서
    
12. 제 1 항에 있어서,
    밀봉된 패키지 안에 유동하여 수평면을 유지하는 물질로 인해 패드 간의 인덕턴스 값(일례로 자성을 띠는 물질 사용)이 변하는 특성을 이용하는 것으로 구성함을 특징으로 하는 유동하여 수평면을 유지하는 물질과 닿아있는 패드 위치 차이를 검출하는 패키지 형태의 센서
    
13. 제 1 항에 있어서,
    밀봉된 패키지 안에 유동하여 수평면을 유지하는 물질로 인해 패드 간의 특성의 변화를 감지하는 수단으로 구성함을 특징으로 하는 유동하여 수평면을 유지하는 물질과 닿아있는 패드 위치 차이를 검출하는 패키지 형태의 센서
    
14. 제 1 항에 있어서,
    밀봉된 패키지의 흔들림 및 진동에 의해 물질 수평면의 변동 노이즈를 제거하기 위하여
    일정 시간 동안 각 패드와 닿는 물질 수평면의 흔들림 평균값으로 보정하는 수단; 및
    일정 구간 안에 물질 수평면의 일정 수준 이상의 흔들림(일례로 충격으로 인한 흔들림)을 무시하는 수단으로 구성함을 특징으로 하는 유동하여 수평면을 유지하는 물질의 흔들림과 진동을 보정하는 패키지 형태의 센서
    
15. 제 1 항에 있어서,
    밀봉된 패키지의 형태가 원통형; 혹은
    사각형; 혹은
    구 형태로 구성됨을 특징으로 하는 유동하여 수평면을 유지하는 물질과 닿아있는 패드 위치 차이를 검출하는 패키지 형태의 센서
    
16. 제 1 항에 있어서,
    사각형의 경우 감지 패드를 12개의 모서리에 설치하는 수단 ;
    각 면에 전기가 통하는 패드의 위치를 기준으로 수평면의 평면방정식을 구하는 단계;
    X, Y, Z 3축 방향의 기울기를 구하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 유동하여 수평면을 유지하는 물질과 닿아있는 패드 높이 차이를 검출하는 패키지 형태의 센서
    
17. 제 1 항에 있어서,
    리드 프레임 혹은 커넥터 핀과 같은 형태로 기본 틀을 구성하여
    리드 플레임에서 와이어 본딩하는 부분 혹은 커넥터의 핀을 감지 패드로 하는 수단;
    전원을 가하는 패드를 설치하는 수단;
    빈공간을 두고 패키징하는 수단;
    빈공간에 유동하여 수평면을 유지하는 물질을 부분적으로 채워넣는 수단으로 구성함을 특징으로 하는 리드프레임 혹은 커넥터 핀 구조에서 물질과 닿아있는 패드 위치 차이를 검출하는 패키지 형태의 센서
    
18. 단말기에 있어서,
    단말기의 경사를 읽어들이는 단계;
    일정 이상의 경사 혹은 경사변화량에 대해서 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 단계;
    경사를 원래 상태로 돌리면 메뉴들의 움직임이 멈추는 단계로 구성함을 특징으로 하는 경사 혹은 경사변화량을 감지하여 메뉴를 선택하는 기능을 가진 단말기 혹은 휴대폰 혹은 게임기 혹은 프로그램
    
19. 단말기에 있어서,
    단말기의 경사를 읽어들이는 단계;
    일정 이상의 경사 혹은 경사변화량에 대해서 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 단계;
    경사를 원래 상태로 돌리면 메뉴들의 움직임이 멈추는 단계;
    선택된 메뉴가 실행되는 단계로 구성함을 특징으로 하는 경사 혹은 경사변화량을 감지하여 메뉴를 선택하는 기능을 가진 단말기 혹은 휴대폰 혹은 게임기 혹은 프로그램
    
20. 단말기에 있어서,
    경사를 이용하여 메뉴를 제어함을 지시하는 버튼 혹은 터치를 누르는 단계;
    버튼을 누르고 단말기를 기울이면 경사를 감지하는 수단을 읽어들이는 단계;
    일정 이상의 경사 혹은 경사 변화량에 대해서 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 단계;
    경사를 이용하는 메뉴를 제어함을 지시하는 버튼 혹은 터치의 누름을 해제하는 단계;
    선택된 메뉴가 실행되는 단계로 구성함을 특징으로 하는 경사 혹은 경사변화량을 감지하여 메뉴를 선택하는 기능을 가진 단말기 혹은 휴대폰 혹은 게임기 혹은 프로그램
    
21. 단말기에 있어서,
    경사를 이용하여 메뉴를 제어함을 지시하는 버튼 혹은 터치를 작동하는 단계;
    버튼을 누르고 단말기를 기울이면 경사를 감지하는 수단을 읽어들이는 단계;
    일정 이상의 경사 혹은 경사 변화량에 대해서 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 단계;
    버튼 혹은 터치를 작동하는 단계;
    선택된 메뉴가 실행되는 단계로 구성함을 특징으로 하는 경사 혹은 경사변화량을 감지하여 메뉴를 선택하는 기능을 가진 단말기 혹은 휴대폰 혹은 게임기 혹은 프로그램
    
22. 단말기에 있어서,
    단말기의 경사를 읽어들이는 단계;
    일정 이상의 경사 혹은 경사변화량에 대해서 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 단계;
    경사 각도 혹은 경사변화량에 따라 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 속도를 가감하는 단계로 구성함을 특징으로 하는 경사 혹은 경사변화량을 감지하여 메뉴를 선택하는 기능을 가진 단말기 혹은 휴대폰 혹은 게임기 혹은 프로그램
    
23. 단말기에 있어서,
    단말기의 2가지 축(일례로 X방향 피칭, Y방향 롤링)에 대해 경사를 읽어들이는 단계;
    일정 이상의 경사 혹은 경사변화량에 대해서 기울어진 방향으로 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 단계로 구성함을 특징으로 하는 경사 혹은 경사변화량을 감지하여 메뉴를 선택하는 기능을 가진 단말기 혹은 휴대폰 혹은 게임기 혹은 프로그램
    
24. 단말기에 있어서,
    단말기의 2가지 축(일례로 X방향 피칭, Y방향 롤링)에 대해 경사를 읽어들이는 단계;
    일정 이상의 경사 혹은 경사변화량에 대해서 기울어진 방향으로 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 단계;
    경사 혹은 경사변화량 각도에 따라 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 속도를 가감하는 단계로 구성함을 특징으로 하는 경사 혹은 경사변화량을 감지하여 메뉴를 선택하는 기능을 가진 단말기 혹은 휴대폰 혹은 게임기 혹은 프로그램
    
25. 단말기에 있어서,
    단말기의 3가지 축(일례로 X방향 피칭, Y방향 롤링, Z방향 요잉)에 대해 경사를 읽어들이는 단계;
    일정 이상의 경사 혹은 경사변화량에 대해서 기울어진 방향으로 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 단계로 구성함을 특징으로 하는 경사 혹은 경사변화량을 감지하여 메뉴를 선택하는 기능을 가진 단말기 혹은 휴대폰 혹은 게임기 혹은 프로그램
    
26. 단말기에 있어서,
    단말기의 3가지 축(일례로 X방향 피칭, Y방향 롤링, Z방향 요잉)에 대해 경사를 읽어들이는 단계;
    일정 이상의 경사 혹은 경사변화량에 대해서 기울어진 방향으로 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 단계;
    경사 각도 혹은 경사변화량에 따라 디스플레이의 메뉴들이 자동으로 움직이는 속도를 가감하는 단계로 구성함을 특징으로 하는 경사 혹은 경사변화량을 감지하여 메뉴를 선택하는 기능을 가진 단말기 혹은 휴대폰 혹은 게임기 혹은 프로그램
    
27. 단말기에 있어서,
    단말기의 경사 각도를 읽어들이는 단계;
    일정 이상의 경사 혹은 경사변화량에 대해서 기울어진 방향으로 게임 및 프로그램의 동작을 지시하는 단계;
    경사 각도 혹은 경사변화량에 따라 기울어진 방향으로 게임 및 프로그램의 동작을 지시하는 속도를 가감하는 단계로 구성함을 특징으로 하는 경사 각도 혹은 경사변화량을 감지하여 게임 및 프로그램의 동작을 선택하는 기능을 가진 단말기 혹은 휴대폰 혹은 게임기 혹은 게임 프로그램
    
28. 단말기에 있어서,
    단말기의 경사 각도를 읽어들이는 단계;
    일정 이상의 경사 혹은 경사변화량에 대해서 기울어진 방향으로 웹브라우징의 화면 이동을 지시하는 단계;
    경사 각도 혹은 경사변화량에 따라 기울어진 방향으로 웹브라우징 화면 이동의 속도를 가감하는 단계로 구성함을 특징으로 하는 경사 각도 혹은 경사변화량을 감지하여 웹브라우징의 화면 이동하는 기능을 가진 단말기 혹은 휴대폰 혹은 게임기 혹은 게임 프로그램
    
29. 제 28항에 있어서,
    단말기를 상하(일례로 X방향 피칭)로 기울이는 단계;
    웹브라우징 중심 화면이 상하로 이동하는 단계;
    단말기를 좌우(일례로 Y방향 롤링)로 기울이는 단계;
    웹브라우징 중심 화면이 좌우로 이동하는 단계로 구성함을 특징으로 하는 경사 각도 혹은 경사변화량을 감지하여 웹브라우징의 화면 이동하는 기능을 가진 단말기 혹은 휴대폰 혹은 게임기 혹은 게임 프로그램
    
30. 차량 항법용 단말기에 있어서,
    위성위치수신기로 도로 좌표를 읽는 단계;
    경사각도 측정수단으로부터 현 위치의 경사각도를 읽어들이는 단계;
    지도상의 도로에 경사각도를 구분하여 표시(일례로 평탄도로는 황색, 오르막도로는 적색, 내리막 도로는 청색으로 구분, 농도의 차이로 기울기 표시)하는 단계로 구성함을 특징으로 하는 도로의 경사도 정보를 알려주는 차량항법용 단말기 혹은 프로그램
    
31. 차량 항법용 단말기에 있어서,
    위성위치수신기로 도로 좌표를 읽는 단계;
    경사각도 측정수단으로부터 현 위치의 경사각도를 읽어들이는 단계;
    지도상의 도로에 경사각도를 구분하여 표시(일례로 평탄도로는 황색, 오르막도로는 적색, 내리막 도로는 청색으로 구분, 농도의 차이로 기울기 표시)하여 저장해두는 단계;
    도로 경사도 정보가 기록된 도로 주행시 저장된 경사도 정보를 표시해 줌을 특징으로 하는 도로의 경사도 정보를 알려주는 차량항법용 단말기 혹은 프로그램
    
32. 차량 항법용 단말기에 있어서,
    위성위치수신기로 도로 좌표를 읽는 단계;
    경사각도 측정수단으로부터 현 위치의 경사각도를 읽어들이는 단계;
    지도상의 도로에 경사각도를 구분하여 표시(일례로 평탄도로는 황색, 오르막도로는 적색, 내리막 도로는 청색으로 구분, 농도의 차이로 기울기 표시)하여 저장해두는 단계;
    사용자의 차량 항법용 단말기를 차량 항법용 단말기 개발회사의 서버와 연결하는 단계;
    사용자의 차량 항법용 단말기에서 수집된 도로 경사도 정보를 모으는 수단;
    전체 지도에 수집된 도로의 경사도 정보를 반영하여 데이터베이스를 구축하여 제공함을 특징으로 하는 도로의 경사도 정보를 알려주는 차량항법용 단말기 혹은 프로그램
    
33. 자전거에 있어서,
    경사각도 수단으로부터 현 위치의 경사각도를 읽어들이는 단계;
    도로의 경사각도에 따라 적절한 변속비율(일례로 평탄도로는 4단, 오르막도로 5도까지는 5단, 오르막도로 10도까지는 6단, 내리막도로 5도까지는 3단, 내리막도로 10도까지는 2단 등)을 설정해두는 단계;
    변속비율을 측정하는 단계;
    도로의 경사각도에 따라 자동으로 변속비율을 변경시켜 줌을 특징으로 하는 주행하는 도로 경사 각도에 따라 자동으로 변속비율이 전환되는 자전거
    
34. 자전거에 있어서,
    경사각도 수단으로부터 현 위치의 경사각도를 읽어들이는 단계;
    도로의 경사각도에 따라 적절한 변속비율(일례로 평탄도로는 4단, 오르막도로 5도까지는 5단, 오르막도로 10도까지는 6단, 내리막도로 5도까지는 3단, 내리막도로 10도까지는 2단 등)을 설정해두는 단계;
    변속비율을 측정하는 단계;
    도로의 경사각도에 따라 사용자에게 적합한 변속비율을 알려줌을 특징으로 하는 주행하는 도로 경사 각도에 적합한 변속비율을 알려주는 자전거
    
35. 컴퓨터 마우스에 있어서,
    마우스의 2가지 축(일례로 X방향 피칭, Y방향 롤링)에 대해 경사를 읽어들이는 단계;
    일정 이상의 경사 혹은 경사변화량에 대해서 기울어진 방향으로 컴퓨터 화면 포인터 좌표 혹은 프로그램 제어 동작을 자동으로 움직이는 단계;
    경사 각도 혹은 경사변화량에 따라 컴퓨터 화면 포인터 좌표 혹은 프로그램 제어 동작들이 움직이는 속도를 가감하는 단계;
    버튼을 조작하여 컴퓨터 프로그램을 제어하는 단계로 구성함을 특징으로 하는 경사 혹은 경사변화량을 감지하여 컴퓨터 프로그램을 제어하는 컴퓨터 마우스
    
36. 컴퓨터 마우스에 있어서,
    마우스의 3가지 축(일례로 X방향 피칭, Y방향 롤링, Z방향 요잉)에 대해 경사를 읽어들이는 단계;
    일정 이상의 경사 혹은 경사변화량에 대해서 기울어진 방향으로 컴퓨터 화면 포인터 좌표 혹은 프로그램 제어 동작을 자동으로 움직이는 단계;
    경사 각도 혹은 경사변화량에 따라 컴퓨터 화면 포인터 좌표 혹은 프로그램 제어 동작들이 움직이는 속도를 가감하는 단계;
    버튼을 조작하여 컴퓨터 프로그램을 제어하는 단계로 구성함을 특징으로 하는 경사 혹은 경사변화량을 감지하여 컴퓨터 프로그램을 제어하는 컴퓨터 마우스
    
37. 텔레비젼 리모컨에 있어서,
    리모컨의 특정 버튼을 눌러 텔레비젼 화면에 메뉴를 띄우는 단계;
    리모컨의 2가지 축(일례로 X방향 피칭, Y방향 롤링)에 대해 경사를 읽어들이는 단계;
    일정 이상의 경사 혹은 경사변화량에 대해서 기울어진 방향으로 텔레비젼 화면 포인터 좌표 혹은 프로그램 제어 동작을 자동으로 움직이는 단계;
    경사 각도 혹은 경사변화량에 따라 컴퓨터 화면 포인터 좌표 혹은 프로그램 제어 동작이 움직이는 속도를 가감하는 단계;
    리모컨 버튼을 조작하여 텔레비젼 화면의 프로그램을 제어하는 단계로 구성함을 특징으로 하는 경사 혹은 경사변화량을 감지하는 리모컨
    
38. 텔레비젼 리모컨에 있어서,
    리모컨의 특정 버튼을 눌러 텔레비젼 화면에 메뉴를 띄우는 단계;
    리모컨의 3가지 축(일례로 X방향 피칭, Y방향 롤링, Z방향 요잉)에 대해 경사를 읽어들이는 단계;
    일정 이상의 경사 혹은 경사변화량에 대해서 기울어진 방향으로 텔레비젼 화면 포인터 좌표 혹은 프로그램 제어 동작을 자동으로 움직이는 단계;
    경사 각도 혹은 경사변화량에 따라 컴퓨터 화면 포인터 좌표 혹은 프로그램 제어 동작이 움직이는 속도를 가감하는 단계;
    리모컨 버튼을 조작하여 텔레비젼 화면의 프로그램을 제어하는 단계로 구성함을 특징으로 하는 경사 혹은 경사변화량을 감지하는 리모컨
    

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