KR20140111714A - 열 이미징 센서들 - Google Patents

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KR20140111714A
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KR1020147024376A
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데이비드 토마스 브리톤
마르기트 하팅
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피에스티 센서스 (피티와이) 리미티드
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Abstract

센서 디바이스는 기판 상에 패턴으로 배치되는 이격된 센서 엘리먼트들의 어레이를 포함한다. 각각의 센서 엘리먼트는 전기적으로 접속되고, 그로 인해서 각각의 센서 엘리먼트에 의해 측정되는 물리적인 변수는 독립적으로 외부 기구에 의해 레코딩 및/또는 디스플레이될 수 있다. 감지 디바이스는 열 감지 디바이스일 수 있고, 그 경우에는 센서 엘리먼트들이 NTC(negative temperature coefficient) 서미스터들과 같은 온도 감지 엘리먼트들이다. 대안적으로, 감지 디바이스는 변형 또는 압력 감지 디바이스이거나 혹은 광 이미징 디바이스일 수 있고, 그 경우에는 센서 엘리먼트들이 압전 저항기들 또는 광 저항기들을 포함한다. 센서 엘리먼트들은 공통 소스 또는 기록 올-판독 원 구성에서 접속되거나, 공통 출력 또는 기록 원-판독 올 구성에서 접속되거나, 또는 기록 X-판독 Y 구성에서 X 행들 및 Y 열들을 포함하는 어레이로 연결된다.

Description

열 이미징 센서들{THERMAL IMAGING SENSORS}
본 발명은 온도 감지 디바이스들과 같은 센서 디바이스들 및 이러한 디바이스들을 생산하는 방법에 관한 것이다 .
다수의 애플리케이션들에서, 엔지니어링, 건강 관리, 패키징 및 이송만큼 다양한 분야들에서, 비교적 큰 객체(예를 들어, 식품류들을 포함하는 패키지 또는 액체용 컨테이너)의 온도의 분포에 관한 수량적 정보(quantitative information)를 획득하는 것이 바람직하다.
현재에, 이 목적을 위해 이용되는 가장 일반적인 방법은 객체에 의해 방출되는 열 방사가 디지털 카메라에 의해 레코딩되는 적외선 또는 가시적 서모그라피(visible thermography)이다 . 몇몇 애플리케이션들에 대해, 비-접촉 측정인 이점을 갖지만, 이는 종종 관련없는 방사, 시계의 열등한 가시성 및 모호함, 물질의 투명도 및 방사율 및 반사율의 변동들과 같은 팩터들로 인한 단점이 있다. 그러므로 종종 객체와의 양호한 직접 열 접촉이 되는 센서를 활용하는 것이 바람직하다. 일반적으로 이는 비-평평한 표면에 부착될 수 있는 유연성 또는 순응성 센서 어레이 중 어느 하나를 요구한다.
현재, 객체의 직접 온도 측정이 요구될 때, 개별의 이산 컴포넌트들은 객체 상에 장착되거나 객체에 접촉한 채로 유지된다. 이용되는 센서들은 열전대 또는 보다 흔하게는, 서미스터들과 같은 저항성 디바이스들 중 어느 하나이다. 구조 및 동등하게 중요하게는, 유연성 다중-센서 어레이의 전기적 접속은, 예를 들어, Schonberger에 의한 미국 특허 제 6,077,228 호에서 설명된 디바이스들에서와 같이 복잡하며 고가일 수 있다.
본 발명의 목적은 대안적인 다중-센서 온도 감지 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 기판 상에 패턴으로 배치되는 이격된 센서 엘리먼트들의 어레이를 포함하는 센서 디바이스가 제공되며, 각각의 센서 엘리먼트가 저항성 컴포넌트를 포함하고 전기적으로 접속되고, 그로 인해서 각각의 센서 엘리먼트에 의해 측정되는 물리적인 변수는 독립적으로 외부 기구에 의해 레코딩 및/또는 디스플레이될 수 있다.
감지 디바이스는 온도 감지 디바이스일 수 있으며, 이 경우에 센서 엘리먼트들은 온도 감지 엘리먼트들이다.
온도 감지 엘리먼트는 온도 종속 저항기들을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 온도 감지 엘리먼트들은 NTC(negative temperature coefficient) 서미스터들을 포함한다.
대안적으로, 감지 디바이스는 변형(strain) 또는 압력 감지 디바이스 또는 광학 이미징 디바이스일 수 있으며, 이 경우에 센서 엘리먼트들은 압전 저항기들 또는 광 저항기들을 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 센서 엘리먼트는 적어도 하나의 직렬 온도 독립 측정 저항기를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 센서 엘리먼트는 직렬 온도 독립 부하 저항기 및 병렬 온도 독립 션트 저항기를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 센서 엘리먼트들은 공통 소스 또는 기록 올-판독 원(write all-read one) 구성에서 연결될 수 있다.
다른 실시예에서, 센서 엘리먼트들은 공통 출력 또는 기록 원-판독 올 구성에서 연결될 수 있다.
추가의 실시예에서, 센서 엘리먼트들은 기록 X- 판독 Y 구성에서, X 행들 및 Y 열들을 포함하는 어레이로 연결될 수 있다.
개별적인 센서들의 위치 설정 및/또는 크기는 센서 디바이스로 하여금 객체의 크기, 형상 및 형태에 매칭되게 허용하도록 선택될 수 있고, 상기 객체의 온도 프로파일(또는 다른 물리적인 변수의 프로파일)이 측정된다.
기판은 유연하거나, 측정될 객체의 형상에 순응적일 수 있다.
센서 엘리먼트들은 측정되는 물리적인 변수의 표현에 있어서 사용 중인 맵핑되는 패턴으로 배치될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 기판 상에 인쇄되는 센서 엘리먼트들을 포함한 센서 어레이이다.
바람직하게는, 온도 독립 저항기들, 도전성 트랙들 및 절연체들을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는 센서 어레이의 다른 컴포넌트들이 또한 기판 상에 인쇄된다.
도 1은 본 발명에 따른 온도 감지 디바이스의 단일 저항성 감지 엘리먼트에 대한 회로의 동작 원리를 예시하는 개략도이다.
도 2는 공통 소스 또는 공통 출력 중 어느 하나에 접속될 수 있는 복수의 개별 센서 엘리먼트들을 포함하는 온도 감지 어레이의 예시적인 실시예의 평면도이다.
도 3은 각각의 센서에 대한 하나의 출력 및 전위(potential)의 공통 소스를 갖는 개별적으로 어드레싱되는 저항성 센서들의 어레이를 포함하는 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 4는 각각의 센서에 대한 전위의 별개의 소스 및 공통 출력을 갖는 개별적으로 어드레싱되는 저항성 센서들의 어레이를 포함하는 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 5는 각각의 센서가 독립적인 스위칭 가능한 전압 소스 및 출력을 갖는 저항성 센서들의 기록 X-판독 Y 어드레싱 가능한 패시브 매트릭스 어레이를 포함하는 예시적인 실시예의 개략도이다.
설명을 위해, 본 발명은 주로 온도 감지 디바이스들을 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 예를 들면, 변형 또는 압력을 위한 감지 디바이스들 또는 광 감지 디바이스들이 본 발명의 다른 예들이라는 것이 이해될 것이다.
본 명세서에서 설명되는 본 발명의 온도 감지 디바이스들은 흔히 서미스터들로서 알려진 온도 종속 저항기들 및 온도 독립 고정 저항기들의 네트워크로 구성되는 비교적 대면적 열 이미징 센서들이다. 특히, 흔히 NTC 서미스터들로서 알려진, 저항(resistance)의 네거티브 온도 계수를 갖는 서미스터들이 본 명세서와 관련이 있으며, 이는 그들의 전기적 저항이 온도의 증가에 따라 대략적으로 지수적으로 감소한다는 것을 의미한다.
따라서, 본 발명의 일 양상은 온도 감지 어레이에 배열되는 복수의 서미스터들을 제공하며, 여기서 센서들은 개별적으로 어드레싱되거나 행 및 열 매트릭스로서 어드레싱될 수 있다{유사하게, 본 발명은 압전 저항기들 또는 광 저항기들을 포함(그러나 이것으로 제한되지 않음)하는 다른 저항성 센서들을 이용할 수 있어서, 변형 및 압력 맵핑 또는 광 이미징과 같은 다른 애플리케이션들에 대해 유사한 센서 어레이들을 허용함}
기존의 이러한 일반적인 타입의 서미스터들은 글래스 프릿(glass frit)과 같은 바인더 물질 및 화합물 반도체 물질의 파우더로 구성되는 페이스트들(pastes)로 구성된다. 이 페이스트는 녹색 바디를 형성하도록 세라믹 기판 상에 스크린 인쇄되거나 캐스트(cast)되며, 그 후, 이것은 반도체 물질의 바디 또는 거대한 층(massive layer)을 형성하도록 고온에서 소결된다. 변함없이, 온도 처리 동안의 왜곡으로 인해, 올바른 저항을 획득하기 위한 물질의 추가의 트리밍(trimming)은 후막(thick-film) 서미스터들의 경우에 금속화 이전에 요구된다.
이용되는 제조 프로세스들은 이용될 수 있는 기판 물질들에 관해, 종이 및 폴리머 막과 같은 다수의 경량의 유연성 물질들의 이용을 배제하는 제약을 둔다. 종래에는, 서미스터들의 제조를 위해 이용되는 후막 잉크들은 납 황화물과 같은 중금속 황화물들(heavy metal sulphides) 및/또는 테룰라이드들(tellurides)로 구성되며, ROHS(European Restriction on Hazardous Substances)와 같은 현대의 제정법을 따르지 않는다. 최근에 소개된 대안적인 물질들은 망간 산화물과 같은 희토류 및 전이 금속 산화물들의 혼합물들의 합성들을 포함한다. 실리콘에 기초하는 서미스터들은 보통 고밀도 도핑된 실리콘 웨이퍼들로부터 절단되고, 저항의 포지티브 온도 계수를 갖는다.
이들 제조 방법들은 대면적 또는 유연한 센서 어레이들에서 종래의 서미스터들의 이용과 호환 가능하지 않다. 그러므로, PCT/2011/054001에서 우리에 의해 설명된 타입의 인쇄된 디바이스가 선호된다. 특히, 인쇄된 네거티브 온도 계수 서미스터들의 이용이 고려된다.
본 발명이 이산 전자 컴포넌트들의 어레이에 적용될 수 있지만, 많은 그러한 센서들의 어레이의 구조는 크기, 유연성 및 전력 소비(자기 가열을 유도함)에 관련하여 심각한 난제들을 대면할 것이다.
애플리케이션의 요건들에 의존하여, 센서가 인쇄된 기판은 PCT/2011/054001에 기재된 바와 같이 단단하거나 유연할 수 있다. 마찬가지로, 이에 제한되지 않지만 온도 독립 저항기들, 도전성 트랙들 및 절연체들을 포함하는, 센서 어레이의 다른 컴포넌트들이 또한 기판 물질 상에 인쇄될 수 있다. 인쇄 전자 또는 후막(thick flim) 전자 산업들에서 적용되는 스크린 인쇄, 그라비어 인쇄, 플렉소그래피 및 잉크젯 인쇄와 같은 임의의 일반적으로 알려진 인쇄 프로세스가 사용될 수 있다. 대안적으로, 이산 컴포넌트들은 Schonberger에 의한 미국 특허 제 6,077,228 호에 기재된 바와 유사한 방식으로 전자 어셈블리 산업에서 일반적으로 사용되는 임의의 적절한 방법에 의해 기판 물질에 부착되고 서로 접속될 수 있다.
NTC 서미스터에 대한 대안으로서, PTC(positive temperature coefficient) 서미스터 또는 RTD(resistance temperature device)가 센서 엘리먼트로서 사용될 수 있다. PTC 서미스터는 종래 기술의 무기물 반도체일 수 있거나, Panda 및 그 외에 의한 WO 2012/001465에 기재된 바와 같은 반도체 폴리머로부터 제조될 수 있다. 마찬가지로, RTD는 금속의 박막 또는 와이어를 적절한 치수들로 형성하는 것과 같이, 임의의 알려진 방법에 따라 제조될 수 있다. 대안적으로, RTD는 고저항성 인쇄 트랙으로부터 형성될 수 있다.
서미스터 대신에 RTD를 사용하는 것의 단점들은, 첫째, RTD의 저항 및 그의 온도 종속성이 어레이의 감지 엘리먼트들을 접속하는 도전성 트랙들의 것과 비견할 만하는 것이고, 둘째, 온도에 따른 저항에서의 리액티브 변화가 서미스터의 것과 비교하여 작다는 것이다.
본 발명은 마찬가지로, 센서 엘리먼트들을 형성하는데 사용되는 물질의 전기 도전성에서의 변화를 유도하는데 사용될 수 있는 임의의 양의 위치 분해 측정에 적용될 수 있다. 알려진 파라미터들은 사용되는 물질이 압전 저항성인 경우 힘 및 변형이고, 물질이 광도전성을 나타내는 경우 광을 포함한다. 대안적으로, 물질이 자신이 당면한 환경에서, 예를 들면, 센서 내의 나노입자들로의 작용기들(functional groups)의 부가, 또는 반도체 폴리머에서의 도핑 레벨의 변화에 의해 화학 종들과 상호 작용하도록 제조될 수 있다면, 후술되는 바와 같은 센서 어레이는 화학 지도를 생성하는데 사용될 수 있다.
도 1은 서미스터 또는 RTD(12)를 사용하는 단일 센서(10)의 가장 일반적인 전기 회로를 도시한다. 전기 회로는 온도 종속 저항의 결정을 가능하게 하도록 직렬로 접속된 고정 저항기, 및 측정된 전압 범위의 절대값 및 온도 민감성을 조절하기 위한 선택적인 부가적인 직렬 및 병렬 저항기들을 통합한다. 따라서, 저항(RT)을 갖는 온도 종속 저항기(12)에 부가하여, 전기 회로는 저항(RM)의 적어도 하나의 고정 측정 저항기(14), 저항(RL)의 선택적인 고정 부하 저항기(16), 및 저항(RS)의 선택적인 고정 션트 저항기(18)를 포함한다. 후자의 저항기들은 온도 독립적이다.
전기 전위(V)가 단자(20)에 인가될 때, 측정 저항기(14) 양단에 걸친 전위 차이(VM)는 중심 단자(22)에서 측정될 수 있다. 대안적으로, 서미스터(12) 양단에 걸친 전위 차이(VT)는 2 개의 중심 단자들(24 및 22) 사이에서 측정될 수 있다. 부하 저항기(16)가 전기 회로에 존재하지 않는 경우에, 단자들(20 및 24)이 전기 회로에서 동등한 포인트들이라는 것이 유의되어야 한다.
인가된 전위(V)에 대해, 2 개의 측정된 전위 차이들은 다음과 같다.
Figure pct00001
및
Figure pct00002
NTC 서미스터에 대해, 온도가 증가함에 따라, RT가 감소하고 VM이 증가한다. 따라서, VM의 측정에서 포지티브 온도 응답이 획득된다. 마찬가지로, PTC 서미스터에 대해, VT는 온도가 증가함에 따라 증가한다. 양자의 경우들에서, 고정 저항기들의 존재는 출력의 전압 범위 및 민감도를 정의하는 역할을 한다. 고정 저항기들은 측정의 포인트에서 센서 엘리먼트에 포함되는 온도 독립 저항기들일 수 있거나, 원격 위치에서 일정한 온도로 유지되는 임의의 다른 저항기일 수 있다.
인가되는 전위에서의 변동들의 효과를 최소화하기 위해, 입력에 대한 출력 전위의 비율을 측정하는 것이 바람직하고, 또한 예상된 평균 온도에서 이러한 비율이 대략 1/2이도록 고정 저항들이 선택되는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명에 따른 온도 센서의 예시적인 실시예의 평면도이다. 센서는, 기판(30) 상에 증착되고 각각 공통 단자(32)에 접속되고 기판(30)의 하부 에지에서 0.1" 피치를 갖는 카드 에지 접속기(38)로의 인쇄 실버 트랙들(36)을 통해 독립적인 단자들(34)에 개별적으로 접속되는 23 온도 센서들(28)의 인쇄 어레이를 포함한다. 각각 대략 25 평방 mm의 개별적인 센서들(28)은, PCT/IB2011/053999에 개시되고 활성 물질이 실리콘 나노입자들의 인쇄 가능한 조성으로 구성된 인쇄 실버 접촉들을 갖는, 깍지형 설계(interdigitated design)의 인쇄 서미스터들이다. 이러한 예에서 기판은 180 gsm 페이퍼 보드이었고, 디바이스는 디바이스에 대한 보호용 외부층을 정의하기 위해 10 미크론 PET 막으로 적층되었다.
그러나, 개별적인 센서들의 크기 또는 위치 설정에 대한 어떠한 제약도 존재하지 않아서, 온도 프로파일이 측정되는 객체의 크기, 형상 및 형태에 설계가 매칭되도록 허용한다. 예로서, 상이한 위치들에서 상이한 공간적인 분해능을 요구할 것인 불규칙적으로 형상화된 용기 또는 반응조(reaction vessel)의 온도 프로파일의 결정이 고려될 수 있다.
후술되는 제 1의 2 개의 실시예들 각각에서, 입력 단자(또는 단자들)(20) 및 중심 단자(또는 단자들)(22)에서의 전위는, DAQ(data acquisition system)에 일체화되는 아날로그-디지털 변환기를 통해 측정된다. 마찬가지로, 소스 전위(V)는 DAQ의 디지털 출력 채널들로부터 획득된다. 이어서, 데이터의 기록, 온도의 계산 및 그의 시각적 표현은 모바일 통신 디바이스들(예를 들면, 셀룰러 텔레폰들, 태블릿 컴퓨터들 및 개인 휴대 정보 단말기들)과 같은 핸드-헬드 디바이스들 및 노트북 개인용 컴퓨터들을 포함하는 임의의 적절한 타입의 컴퓨터를 통해 수행된다. 대안적으로, 임의의 적절한 마이크로프로세서는 전용 기록 계기(dedicated recording instrument)에 일체화될 수 있다.
소프트웨어 교정의 사용을 통해, 감지 회로에서 고정 측정 저항기들(14)만을 포함할 필요가 있다. 제 1의 2 개의 실시예들에서, 이들은 비교적 일정한 온도의 영역에서 DAQ로의 입력에 위치된 표준 1% 정밀도 1/4 W 금속막 저항기이다. 그러면, 센서의 온도 종속 저항은 다음과 같다.
Figure pct00003
도 3에 도시된 제 1 실시예에서, 각각의 서미스터(12)의 공통 단자(20)는 소스 전위(V)에 접속되고, 독립적인 단자는 공통 접지에 그 자신의 고정 측정 저항기(14)와 직렬로 접속된다. 이어서, 각각의 독립적인 단자(22)는 DAQ의 아날로그 입력에 접속되고, 반면에, 소스 전위는 공통 디지털 출력에 의해 제공된다. 이어서, 셋-업은 공통 소스 또는 기록 올-판독 원(write all-read one) 중 어느 하나로서 설명될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 공통 출력 또는 기록 원-판독 올로서 설명될 수 있는 제 2 실시예에서, 각각의 서미스터(12)는 개별적으로 독립적인 측정 저항기(14)에 접속된다. 제 1 실시예에 비해 이러한 실시예의 이점은, 상이한 서미스터들의 불규칙적인 패턴에 대해, 측정 저항들이 관심있는 그의 특정 온도에서 각각의 센서의 판독을 위한 최적의 값, 즉, 그 정해진 온도(센서 어레이에 의해 모니터링되는 상이한 영역들에 대해 상이할 수 있음)에서 RT 와 대략 동일한 RM으로 적응될 수 있다는 것이다.
위의 실시예들 둘 모두는, 예를 들면, 각각의 개별적인 이산적으로 장착된 서미스터가 공통 접지에 부가하여 2 개의 독립적인 전기 접속들을 요구하는 Schonberger에 의한 알려진 종래의 기술에 비해, 와이어링의 간략성 및 제조의 용이성에 관련하여 명백한 기술적 이점을 보여준다.
더 높은 분해능의 이미징 애플리케이션들에 적용 가능한 제 3 바람직한 실시예가 도 5에 도시된다. 저항성 센서들(12)의 어레이는, 바람직하게는 직사각형 또는 정사각형이지만 이전 실시예들에서와 같이 사다리꼴 또는 육각형일 수 있는 규칙적인 패턴으로 기판 상에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 각각의 개별적인 센서의 위치, 크기 및 형상을 포함하는 패턴이 측정된 온도의 표현으로 정확히 맵핑되면, 이러한 실시예는 센서들의 불규칙적인 어레이에 동일하게 적용될 수 있다. 각각의 센서는 규칙적인 직사각형 어레이의 X 행들에 대응하는, 한 측면 상에서 DAQ의 독립적인 디지털 출력(22)에 접속된다. 각각의 센서의 다른 측면은 측정 저항기(14)를 통해 공통 접지에 접속되고, 각각의 센서의 중심 단자(22)는 DAQ의 독립적인 아날로그 입력에 접속된다. 이러한 접속들은 직사각형 어레이의 Y 열들에 대응한다. 따라서, 기구의 셋-업은, 동작의 원리가 기록 X-판독 Y로서 설명될 수 있는 패시브 매트릭스 어레이를 형성한다. 이러한 실시예에서, 필수적이지 않지만, 서미스터들의 인쇄 어레이와 이산 컴포넌트들을 결합하기보다는 측정 저항기 및 도전성 트레이스들 둘 모두 및 온도 종속 저항기들을 인쇄하는 것이 바람직하다.
위에서 설명된 3개의 실시예들은 NTC 서미스터들, PTC 서미스터들 또는 RTD들과 같은 저항성 온도 센서들의 임의의 결합이나 임의의 다른 저항성 센서에 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 유연성 혹은 순응성 기판 상에 있는 압전 저항성 센서들의 어레이는 복잡한 형상을 갖는 구조 엘리먼트에 대한 변형 프로파일 또는 굽은 표면에 대한 압력 프로파일을 결정하고 이미징하기 위해 사용될 수 있다. 마찬가지로, 광도전성 엘리먼트들의 어레이가 광, 적외선 또는 자외선 이미징을 위해 사용될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같은 센서들은 모니터링되고 있는 객체보다 더 뜨겁거나 혹은 더 차가운 제 2 객체의 근접성을 검출할 수 있는 추가적인 이점을 가질 것이다. 그러므로, 그러한 센서들은 예를 들어 터치 패널로서 알람 기능 또는 제어 기능 중 어느 하나를 제공할 수 있다.
자신들의 출력이 전기 전위인 센서 엘리먼트들의 어레이로 동일한 동작 원리들이 확장될 수 있다. 그 예로는, 열전 전위가 생성되고 금속 잉크들을 사용하여 인쇄될 수 있는 열전대들의 어레이가 있을 것이다. 다른 예들로서는, 기계 및 광학 또는 방사 감지를 위한 압전 또는 광전지 엘리먼트들의 어레이들이 있을 것이다. 이 경우에, 각각이 엘리먼트는 전압 소스이고, 따라서 외부 소스 및 고정 저항기들이 불필요하다. 그러나, 각각의 엘리먼트는, 커패시턴스에서의 온도 종속 변화에 기초하는 온도 센서에 대해 EP 2385359(Hadwin 등)에 설명된 것과 유사한 방식으로, 절연 스위치(트랜지스터일 수 있음)에 독립적으로 접속되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 기판 상에 패턴으로 배치되는 이격된 센서 엘리먼트들의 어레이를 포함하는 센서 디바이스로서,
    각각의 센서 엘리먼트가 저항성 컴포넌트를 포함하고 전기적으로 연결되고, 그로 인해서 각각의 센서 엘리먼트에 의해 측정되는 물리적인 변수는 독립적으로 외부 기구에 의해 레코딩 및/또는 디스플레이될 수 있는,
    센서 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 엘리먼트들은 온도 감지 엘리먼트들이고, 그로 인해서 상기 센서 디바이스가 온도 감지 디바이스인,
    센서 디바이스.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 온도 감지 엘리먼트는 온도 종속 저항들을 포함하는,
    센서 디바이스.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 온도 감지 엘리먼트들은 NTC(negative temperature coefficient) 서미스터들을 포함하는,
    센서 디바이스.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 엘리먼트들은 압전 저항기들을 포함하고, 그로 인해서 상기 센서 디바이스는 변형(strain) 또는 압력 감지 디바이스인,
    센서 디바이스.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 엘리먼트들은 광 저항기들을 포함하고, 그로 인해서 상기 센서 디바이스는 광 이미징 디바이스인,
    센서 디바이스.
  7. 제 1항에 있어서,
    적어도 하나의 센서 엘리먼트는 직렬 온도 독립 측정 저항기를 포함하는,
    센서 디바이스.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서 엘리먼트는 직렬 온도 독립 부하 저항기 및 병렬 온도 독립 션트 저항기를 포함하는,
    센서 디바이스.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 엘리먼트들은 공통 소스 또는 기록 올-판독 원(write all-read one) 구성에서 연결되는,
    센서 디바이스.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 엘리먼트들은 공통 출력 또는 기록 원-판독 올 구성에서 연결되는,
    센서 디바이스.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 엘리먼트들은 기록 X- 판독 Y 구성에서, X 행들 및 Y 열들을 포함하는 어레이로 연결되는,
    센서 디바이스.
  12. 제 1항에 있어서,
    개별적인 센서들의 위치 설정 및/또는 크기는 상기 센서 디바이스로 하여금 객체의 크기, 형상 및 형태에 매칭되게 허용하도록 선택되고, 상기 객체의 온도 프로파일 또는 다른 물리적인 변수의 프로파일이 측정되는,
    센서 디바이스.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 기판은 유연하거나, 측정될 객체의 형상에 순응적인,
    센서 디바이스.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 엘리먼트들은 측정되는 물리적인 변수의 표현에 있어서 사용 중인 맵핑되는 패턴으로 배치되는,
    센서 디바이스.
  15. 제 1항에 있어서,
    기판 상에 인쇄되는 센서 엘리먼트들을 포함한 센서 어레이를 포함하는,
    센서 디바이스.
  16. 제 15항에 있어서,
    온도 독립 저항기들, 도전성 트랙들 및 절연체들을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는 센서 어레이의 다른 컴포넌트들이 또한 상기 기판 상에 인쇄되는,
    센서 디바이스.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6799908B2 (ja) * 2015-10-15 2020-12-16 ニッタ株式会社 感温素子
EP3236225A4 (en) 2014-12-18 2018-07-18 Nitta Corporation Sensor sheet
CN106158886A (zh) * 2015-03-30 2016-11-23 中航（重庆）微电子有限公司 带有热敏电阻阵列的集成结构及像元电路
US10034609B2 (en) * 2015-11-05 2018-07-31 Nano And Advanced Materials Institute Limited Temperature sensor for tracking body temperature based on printable nanomaterial thermistor
JP2018536472A (ja) 2015-11-06 2018-12-13 ポディメトリクス インコーポレイテッドＰｏｄｉｍｅｔｒｉｃｓ， Ｉｎｃ． 潰瘍または潰瘍前病変を検出するためのフットウェアシステム
JP2017151014A (ja) * 2016-02-26 2017-08-31 積水化学工業株式会社 電気回路およびセンサ
RU2622236C1 (ru) * 2016-06-15 2017-06-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна" Датчик измерения температурного поля
RU2622094C1 (ru) * 2016-06-15 2017-06-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна" Способ определения температурного поля
RU2633652C1 (ru) * 2016-06-20 2017-10-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна" Датчик измерения температурного поля
JP2018146427A (ja) * 2017-03-07 2018-09-20 東芝キヤリア株式会社 温度測定装置およびショーケース
CN107300426B (zh) * 2017-06-23 2019-06-25 北京金风科创风电设备有限公司 温度检测系统和温度检测方法
EP3435048A1 (de) * 2017-07-25 2019-01-30 Heraeus Sensor Technology GmbH Sensor zur erfassung eines räumlichen temperaturprofils und verfahren zur herstellung einer sensoreinheit
PL239378B1 (pl) * 2018-02-07 2021-11-29 Sensdx Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Czujnik do pomiarów impedancyjnych próbki czynnika biologicznego lub chemicznego oraz sposób wykrywania czynnika biologicznego lub chemicznego w próbce za pomocą takiego czujnika
JP7066557B2 (ja) * 2018-07-12 2022-05-13 東京エレクトロン株式会社 温度測定センサ、温度測定システム、および、温度測定方法
CN112735993B (zh) * 2021-04-01 2022-01-18 中山德华芯片技术有限公司 一种晶圆表面温度探测器及其应用
CN113237566A (zh) * 2021-04-23 2021-08-10 广州碳思科技有限公司 一种阵列式温度传感器及其制作方法
CA3238042A1 (en) 2021-12-06 2023-06-15 Podimetrics, Inc. Apparatus and method of measuring blood flow in the foot

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1291827A (en) * 1968-10-28 1972-10-04 Rosemount Eng Co Ltd Improvements in or relating to temperature measuring apparatus
US3930412A (en) * 1975-01-03 1976-01-06 Kulite Semiconductor Products, Inc. Electrically scanned pressure transducer configurations
IT1105741B (it) * 1978-07-12 1985-11-04 Elettronica Spa Sistema di indirizzamento elettronico per matrici a mosaico di elementi optoelettronici
US4550606A (en) * 1982-09-28 1985-11-05 Cornell Research Foundation, Inc. Ultrasonic transducer array with controlled excitation pattern
JPS60164231A (ja) * 1984-02-06 1985-08-27 Hitachi Ltd 力分布検出器
JPH09184771A (ja) * 1995-12-28 1997-07-15 Mikuni Corp 給湯器の過熱検知用センサ
EP0970657B1 (en) * 1998-07-10 2004-06-09 RSscan Apparatus and method for measuring the pressure distribution generated by a three-dimensional object
US6077228A (en) * 1998-11-04 2000-06-20 Schonberger; Milton Breast temperature scanner
DE19910194C2 (de) * 1999-03-09 2001-06-28 Bosch Gmbh Robert Schaltungsanordnung zum Messen der Widerstände einer drucksensitiven Widerstandsmatte
LU90437B1 (de) * 1999-09-08 2001-03-09 Iee Sarl Sensoreinrichtung und Verfahren zur Abfrage einer Sensoreinrichtung
US6541772B2 (en) 2000-12-26 2003-04-01 Honeywell International Inc. Microbolometer operating system
JP2003042849A (ja) * 2001-08-03 2003-02-13 Ricoh Co Ltd 非接触温度検知装置
US6608790B2 (en) * 2001-12-03 2003-08-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Write current compensation for temperature variations in memory arrays
JP4157914B2 (ja) * 2002-03-20 2008-10-01 坂野 數仁 温度測定装置及び温度測定方法
CN2750300Y (zh) * 2004-04-30 2006-01-04 聚鼎科技股份有限公司 温度传感器
JP2006078478A (ja) * 2004-08-12 2006-03-23 Komatsu Ltd フィルム温度センサ及び温度測定用基板
JP4528150B2 (ja) * 2005-02-14 2010-08-18 京セラ株式会社 凹凸パターン検出装置および方法
EP2060893A4 (en) * 2006-09-12 2012-11-14 Nat Inst Of Advanced Ind Scien DISTRIBUTION VALUE MEASURING METHOD AND MEASURING SYSTEM UTILIZING A DISTRIBUTION VALUE SENSOR FOR THE SAME
US7563024B2 (en) * 2006-09-28 2009-07-21 Intel Corporation Method and apparatus for measurement of electronics device skin temperature
JP2008256470A (ja) * 2007-04-03 2008-10-23 Nitta Ind Corp 圧力分布センサシステム
US8063350B2 (en) * 2007-08-03 2011-11-22 Cognex Corporation Circuits and methods allowing for pixel array exposure pattern control
CN201203488Y (zh) * 2008-03-27 2009-03-04 中国地震局地壳应力研究所 灵敏度可调式光纤光栅温度传感器
US9019237B2 (en) * 2008-04-06 2015-04-28 Lester F. Ludwig Multitouch parameter and gesture user interface employing an LED-array tactile sensor that can also operate as a display
US8381601B2 (en) 2008-05-05 2013-02-26 John F. Stumpf Transducer matrix film
RU2013116739A (ru) * 2010-09-13 2014-10-20 Пи-Эс-Ти Сенсорс (Пропрайетри) Лимитед Печатный датчик температуры
US8706432B2 (en) * 2011-05-19 2014-04-22 Microsoft Corporation Resistor matrix offset compensation
CN102322974B (zh) * 2011-06-03 2013-01-30 东南大学 一种阵列式温度触觉传感装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP2810037A1 (en) 2014-12-10
WO2013114291A1 (en) 2013-08-08
US9664573B2 (en) 2017-05-30
CN104185780A (zh) 2014-12-03
ZA201406077B (en) 2015-11-25
JP2015513068A (ja) 2015-04-30
EP2810037A4 (en) 2015-12-09
US20150007665A1 (en) 2015-01-08

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