KR20150142903A - 힘의 3차원 벡터 분석 시스템 - Google Patents

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KR20150142903A
KR20150142903A KR1020140071492A KR20140071492A KR20150142903A KR 20150142903 A KR20150142903 A KR 20150142903A KR 1020140071492 A KR1020140071492 A KR 1020140071492A KR 20140071492 A KR20140071492 A KR 20140071492A KR 20150142903 A KR20150142903 A KR 20150142903A
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Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 의한 힘의 3차원 벡터 분석 시스템은, 상호 일정한 간격(D)을 가지도록 복수개가 배치되며, 적어도 하나 이상의 광누출부가 형성되는 제1 광섬유, 상호 일정한 간격(D)을 가지도록 복수개가 제1 광섬유와 교차하여 배치되며, 적어도 하나 이상의 광누출부가 형성되는 제2 광섬유, 제1 광섬유 및 제2 광섬유의 일단부를 통하여 그 내부로 광신호를 발생하여 출력하는 광신호 송신 모듈, 제1 광섬유 및 제2 광섬유로부터 출력되는 광신호를 수신하여 전기적 신호로 변환하여 출력하는 광신호 수신 모듈, 광신호 수신 모듈에서 출력되는 광신호를 분석하여 제1 및 제2 광섬유의 광 전달 비율을 판단하는 제어부, 및 광 전달 비율에 따라 실제 제1 광섬유 및 제2 광섬유가 휘어지는 값(D) 및 힘(F) 값을 저장하는 데이터베이스를 포함하며, 제어부는, 판단된 광 전달 비율에 매칭되는 광섬유 휘어지는 값(D) 및 힘(F) 값을 독출하여, 작용되는 힘(F)의 3차원 벡터값을 분석하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 상기한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 광섬유를 교차시키는 간단한 구조로 작용되는 힘(F)의 3차원 벡터를 분석할 수 있게 된다.

Description

힘의 3차원 벡터 분석 시스템 {SYSTEM FOR ANALYZING 3-DIMENTSIONAL VECTOR OF FORCE}
본 발명은 힘의 3차원 벡터 분석 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 간단한 구조로 작용되는 힘의 3차원 벡터량을 분석할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
일상생활에서는 몸무게를 측정하는 체중계나, 상품의 무게를 측정하기 위한 하중계 등이 사용되고 있다.
이러한 체중계나 하중계 등은 노멀 힘(Normal Force)를 측정하여 체중이나 상품의 무게를 측정하여 나타낸다.
그러나, 이와 같이 노멀 힘만을 측정할 수 있는 장치들은 힘이 중력방향과 평행하게 작용하는 경우에는 문제가 없으나, 힘이 중력방향과 평행하지 않는 방향으로 가해지는 경우가 대다수이며 이러한 경우 정확한 힘을 측정하는데 한계가 있을 뿐만 아니라 3차원 벡터량으로 분석할 수 없다는 문제가 있다.
이를 해결하기 위하여, 도 1에 도시된 바와 같은 포스 플레이트 장치가 제시되고 있다.
도 1을 참조하면, 포스 플레이트 장치에 하중이 가해지면, 특정 금속이 형성되는 프레임에서 발생되는 미세한 디플렉션(Deflection) 값이 각 프레임에 설치된 스트레인 게이지(S)가 측정한다.
하중이 포스 플레이트의 하중표면에 가해지면 그 때의 디플렉션 값이 측정되고 하중이 가해지는 x, y 좌표가 압력 중심점(CoP)으로 측정된다.
이때, 절대좌표(0,0,0)이 포스 플레이트의 일측 교차점으로 세팅되고, CoPx 및 CoPv가 모멘트 팔이 되어 스트레인 게지이(S)에 의해 이미 구해진 프레임 디플렉션 값이 모멘트값으로 전환되어 모멘트 팔로 나누게 되면 힘 벡터 Fx, Fy 및 Fz를 측정할 수 있게 된다.
그러나, 이러한 종래 포스 플레이트는 특정 금속으로 프레임을 마련하여야 하고, 각 프레임에 스트레인 게이지(S)를 정밀하게 부착하여 미세한 프레임 디플렉션 값을 측정할 수 밖에 없기 때문에 제조공정이 복잡할 뿐만 아니라 제작 단가 또한 올라갈 수 밖에 없다.
또한, 복잡한 구성을 취하므로 이에 대한 유지/보수 시간 및 비용이 증가할 수 밖에 없는 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 간단한 구조 및 저비용으로 힘의 3차원 벡터값을 분석할 수 있는 힘의 3차원 벡터 분석 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의한 힘의 3차원 벡터 분석 시스템은, 상호 일정한 간격(D)을 가지도록 복수개가 배치되며, 적어도 하나 이상의 광누출부가 형성되는 제1 광섬유; 상호 일정한 간격(D)을 가지도록 복수개가 상기 제1 광섬유와 교차하여 배치되며, 적어도 하나 이상의 광누출부가 형성되는 제2 광섬유; 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유의 일단부를 통하여 그 내부로 광신호를 발생하여 출력하는 광신호 송신 모듈; 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유로부터 출력되는 광신호를 수신하여 전기적 신호로 변환하여 출력하는 광신호 수신 모듈; 상기 광신호 수신 모듈에서 출력되는 광신호를 분석하여 상기 제1 및 제2 광섬유의 광 전달 비율을 판단하는 제어부; 및 상기 광 전달 비율에 따라 실제 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유가 휘어지는 값(D) 및 힘(F) 값을 저장하는 데이터베이스;를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 판단된 광 전달 비율에 매칭되는 광섬유 휘어지는 값(D) 및 힘(F) 값을 독출하여, 작용되는 힘(F)의 3차원 벡터값을 분석하는 것을 특징으로 한다.
또한, 보다 바람직하게는 상기 제어부는, 상기 제1 광섬유 배열 방향을 y축 및 상기 제2 광섬유 배열 방향을 x축으로 세팅하고, x축 방향으로의 힘
Figure pat00001
으로 산출한다.
또한, 상기 제어부는, y축 방향으로의 힘
Figure pat00002
으로 산출하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는, z축 방향으로 힘
Figure pat00003
으로 산출하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 광섬유를 교차시키는 간단한 구조로 작용되는 힘(F)의 3차원 벡터를 분석할 수 있게 된다.
또한, 종래 스트레인 게이지 및 특정금속으로 제조하여야만 함으로써 제작단가가 올라가던 문제를 해결하여, 단가가 저렴한 광섬유를 사용함으로써 전체 제조비용을 획기적으로 절감시킬 수 있게 된다.
도 1은 종래 포스 시스템의 작동을 설명하기 위한 개략적인 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 힘의 3차원 벡터 분석 시스템을 나타낸 블록도,
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 힘의 3차원 벡터 분석 시스템의 광섬유를 설명하기 위한 도면,
도 5는 도 3에 도시된 광섬유의 광 전달 비율을 설명하기 위한 도면,
도 6 내지 도 8d는 도 2에 도시된 힘의 3차원 벡터 분석 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면,
도 9 및 도 10은 도 2에 도시된 힘의 3차원 벡터 분석 시스템에서 벡터 분석을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
일반적으로 널리 사용되고 있는 광섬유는 석영 유리로 형성하는데 가요성이 우수한 플라스틱 광섬유도 많이 사용되고 있으며, 폴리메틸메타아크릴레이트나 폴리카보네이트계의 수지를 재료로 하여 형성한다. 이러한 플라스틱 광섬유는 유리 광섬유보다 성능은 떨어지나 취급이 용이하게 가요성이 우수하여 널리 사용되고 있다.
이러한 광섬유는 빛의 전송을 목적으로 하는 섬유모양의 도파관이며, 굴절율이 높은 매질이 중심을 이루고 주변은 굴절율이 낮은 매질로 덮혀져 있다. 즉, 광섬유의 단면을 보면 중앙의 코어(core) 부분과 이를 둘러싼 클래딩(cladding)이라는 부분이 이중 원기둥 모양을 하고 있으며, 외부에 충격으로부터 보호하기 위해 합성 수지피복을 입히는 경우도 있다.
이러한 광섬유에 의한 광을 전송하는 것은 전반사를 이용한 것으로서, 굴절률이 다른 두가지 투명체의 경계면에서 광이 입사하는 각도가 조건에 맞을 경우 광의 완전반사가 일어나는 현상을 이용한 것이다.
광이 광섬유를 통과하여 나갈 때에 클래드는 거울과 같은 역할을 수행하여 광을 반사하고 이 반사된 광은 다시 코어속을 통과하고 다시 클래드로 가서 반사된다. 이러한 과정이 반복됨으로써 광이 광섬유를 통하여 전송되는 것이다. 즉, 코어와 클래딩의 경계면에서 반사만 일으키고 굴절이 일어나지 않아 광이 방출되지 않고 광섬유의 타단까지 도달된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 광섬유는 플라스틱 광섬유에 해당될 수 있으나 이에 한정되지 않고 휘어질 수 있는 것이면 유리 광섬유도 해당될 수 있으며 이들을 모두 포함하는 개념으로 '광섬유'로 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 힘의 3차원 벡터 분석 시스템의 블록도이며, 도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 힘의 3차원 벡터 분석 시스템의 광섬유를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 힘의 3차원 벡터 분석 시스템(100)은 제1 광섬유(120), 제2 광섬유(130), 광신호 송신 모듈(140), 광신호 수신 모듈(150) 및 제어부(110)를 포함한다.
제1 및 제2 광섬유(120)(130)는, 광이 전달되는 경로를 형성하는 코어부(123)(133) 및 코어부(123)(133)를 감싸서 광이 외부로 누출되지 않도록 하는 클래딩부(121)(131)를 포함한다.
클래딩부(121)(131)는 코어부(123)(133)의 광굴절률보다 낮은 매질로 형성되어 코어부(123)(133)로 전송되는 광이 외부로 누출되지 않게 하는 것으로서, 클래딩부(121)(131)를 절개하여 광누출부(125)(135)가 형성된다.
이러한 광누출부(125)(135)는 광섬유(120)(130)가 일직선상을 유지하는 경우 광누출량이 극미하나 광섬유(120)(130)가 외부의 압력에 의하여 휘어지는 경우 압력이 가해지는 반대편에서 그에 맞추어 절개면이 확장 또는 확대되어 광이 외부로 누출되도록 한 것이다.
이와 같이 광이 외부로 선택적으로 누출될 수 있도록 인위적으로 광누출부(125)(135)를 형성함으로써 광섬유의 휘어진 정도에 따라 광이 외부로 누출되는 량이 비례하여 증가함으로써 최종적으로 광섬유를 통하여 전송되어 수광되는 광량이 반비례하게 되는 광신호의 가변량 즉, 광전달비율(LTR : Light Transmission Rate)을 판단할 수 있게 된다.
이러한 광전달비율을 판단함으로써 역으로 광섬유의 휘어진 정도를 판단할 수 있고 광섬유의 휘어진 정도에 따라 외부에서 광섬유로 가해지는 압력의 크기를 판단할 수 있게 된다.
이때, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 클래딩부(121)(131)에 절개되어 형성되는 광누출부(125)(135)의 절개 깊이는 절개면이 확대 또는 확장될 때 광이 누출될 수 있도록 클래딩부(121)(131)의 두께보다 깊이 형성된다.
또한, 보다 바람직하게는 광섬유의 직경 1% 내지 10% 깊이로 형성된다. 직경 1mm인 광섬유의 클래딩 두께는 0.01mm로서 광섬유 직경의 1%에 해당되며, 절개 깊이가 깊으면 광섬유의 내구력이 떨어지고 절단될 수 있으므로 적어도 광섬유 직경의 10%를 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 이러한 광누출부(125)(135)는 광섬유(120)(130)의 길이방향을 따라 복수개 형성할 수 있으며, 복수개가 형성되는 경우에 광누출부(125)(135) 상호간의 이격거리를 균등하게 형성하여 제1 광섬유(120) 및 제2 광섬유(130) 상호간 교차되도록 배열하는 경우 좌표값을 용이하게 산출할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
광신호 송신 모듈(140)은 광신호를 발생하여 출력하며, 도시되지는 않았지만 광신호 송신 모듈(140)은 광신호 발생기 및 광신호 송신기를 포함할 수 있다. 이러한 광신호 송신 모듈(140)은 특정 파장의 광신호를 발생하는 LED로 구현될 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
광신호 수신 모듈(150)은 광신호 송신 모듈(140)에서 출력되는 광 신호가 광섬유(120)(130)로부터 전달되면 이를 수신하여 전기적 신호로 변환하여 출력한다. 이러한 광신호 수신 모듈(150)은 수신되는 광신호에 응답하여 구동되는 포토 다이오드로 구현될 수 있다. 그러나 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 광신호 수신 모듈(150)은 도시하지는 않았지만 증폭기 및 아날로그-디지털 변환기를 가지며, 증폭기는 포토 다이오드에서 출력되는 신호를 증폭하여 증폭하고 아날로그-디지털 변환기는 증폭기의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
제어부(110)는 광신호 수신 모듈(150)에서 출력되는 디지털 신호를 분석하여 광 전달 비율을 판단하고, 판단된 광 전달 비율을 분석하여 광섬유의 휘어진 정도, 압력의 크기 및 압력 분포를 검지한다. 이때, 광신호 수신 모듈(150)에서 출력되는 디지털 신호의 데이터 처리량을 감소시키기 위하여 디지털 신호를 소정의 샘플링 레이트로 샘플링하는 것이 바람직하다. 또한, 디지털 신호를 소정의 통신 규격 형태의 신호로 변환하는 가공이 포함될 수 있다. 이는 하나의 예시에 불과할 뿐이며 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 광 전달 비율을 설명하기 위한 도면으로서, 광신호를 출력하는 광신호 송신 모듈(140)에서 출력되는 광신호가 광섬유(120)(130)를 통하여 광신호를 수광하는 광신호 수신 모듈(150)로 수광된다.
이때, 광 전달 비율(LTR : Light Transmission Rate)은 광섬유(120)(130)가 일직선상을 유지한 상태에서는 광이 외부로 누출되는 양이 없거나 미미하고, 광섬유(120)(130)가 외부의 압력에 의하여 휘어지는 경우 광이 외부로 누출되게 되어 광전달비율이 떨어지는 것을 알 수 있다.
즉, 광섬유(120)(130)가 일직선상에 가까운 경우에는 광 전달 비율이 높으며(그만큼 외부로 누출되는 광이 적다는 의미), 광섬유(120)(130)가 휘어질수록 광누출부(125)(135)의 절개부가 확대되면서 외부로 누출되는 광이 많이 지게 되면서 광전달비율이 낮게 된다.
이러한 원리를 이용하여, 제어부(110)에서 광신호 송신 모듈(140) 및 광신호 수신 모듈(150)를 제어하여 광신호를 출력 및 수광하고, 광신호 수신 모듈(150)에서 수광되는 광신호를 분석하여 광 전달 비율을 판단하여 외부에서 가해지는 압력의 크기를 판단하거나 광섬유(120)(130)가 휘어진 정도를 판단한다. 이와 같이, 간단한 구조로 광 전달 비율을 판단하여 이로부터 압력 크기를 판단하거나 휘어진 정도를 판단할 수 있어 다양한 기술분야 또는 응용기술에 적용할 수 있다.
압력의 크기는 압력이 크면 광누출부(125)(135)를 통하여 누출되는 광이 많아지게 되어 광 전달 비율이 낮고, 압력이 작으면 광누출부(125)(135)를 통하여 누출되는 광이 상대적으로 적어지게 되어 광 전달 비율이 높아지는 원리를 이용하여, 광섬유(120)(130)의 재질 및 광섬유(120)(130) 삽입되는 베이스부재(B)의 재질, 강성 및 강도에 따라 휘어지는 성질을 매칭시켜 데이터베이스(170) 저장시킨다.
즉, 제어부(110)에서 측정된 광 전달 비율 별로 광섬유(120)(130)가 휘어진 정도를 실험데이터로 미리 저장하고, 이때 가해지는 힘(Force) 스켈라값을 매칭시켜 저장시킨다.
따라서, 광 전달 비율이 측정되면 광섬유가 어느 정도 휘어진 상태이고, 이때 가해지는 힘이 어느정도인지 역추적하여 판단할 수 있다.
광섬유(120)(130)과, 광신호 송신 모듈(140) 및 광신호 수신 모듈(150)은 접속부(127)(137)에 의하여 연결되며(도 5 참조), 광신호 송신 모듈(140) 및 광신호 수신 모듈(150)과의 안정적인 접속을 위하여 광섬유(120)(130))를 외부에서 보호할 수 있는 딱딱한 재질로 구현됨이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의한 힘의 3차원 벡터 분석 시스템(100)은 상술한 메커니즘에 따라서 광섬유(120)(130)에 의하여 전달되는 광신호의 가변량, 즉, 광 전달 비율(light transmission rate)에 기초하여 제1 광섬유(120) 및 제2 광섬유(130)를 교차하여 배치한 구조에 의하여 가해지는 힘을 판단할 수 있을 뿐만 아니라 3차원 벡터로 즉, Fx, Fy 및 Fz로 분석할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 힘의 3차원 벡터 분석 시스템이 도시되어 있으며, 이하, 이를 참조하여 압력을 검지하는 방법에 대하여 설명한다.
제1 광섬유(120)는 도면상 y축 방향(도 6 참조)으로 일정한 간격으로 복수개 배치되며 제2 광섬유(130)는 x축 방향으로 일정한 간격으로 복수개가 제1 광섬유(120)와 교차하여 배치된다.
제1 광섬유(120) 및 제2 광섬유(130)의 일단에는 광신호 송신 모듈(140)이 배치되며, 타단에는 광신호 수신 모듈(150)이 배치된다. 이들, 광신호 송신 모듈(140) 및 광신호 수신 모듈(150)은 도면상 이해를 돕기 위하여 분리하여 도시하였으나, 이와 달리 하여도 무방하다.
도 6에서 최상단 제1 광섬유(120)는 휘어지지 않은 상태에서는 광 전달 비율이 100%가 됨을 알 수 있고 위에서 네번 째 제1 광섬유(120)의 경우에는 휘어진 상태로 인하여 광 전달 비율이 85%가 됨을 알 수 있다. 따라서, 휘어짐의 정도에 따라 광 전달 비율이 가변되고 가변되는 광 전달 비율을 분석하면 압력을 판단할 수 있다.
이때, 제어부(110)는 분석된 광 전달 비율에 매칭되게 데이터베이스(170)에 기저장된 광섬유(120)의 휘어진 정도 즉, z축 방향으로 이동된 거리값 및 힘 스칼라값을 독출하여 파악한다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 제1 광섬유(120) 및 제2 광섬유(130)가 직교하도록 배열함으로써, x-y 좌표 형태로 용이하게 광 전달 비율로부터 z축으로 이동된 거리값 및 힘 스칼라값을 좌표화하여 산출할 수 있다.
도 7a 내지 도 8d를 참조하여 설명한다.
도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 제1 광섬유(120) 및 제2 광섬유(130)가 휘어지지 않는 경우, 즉 어떠한 외부 압력이 가해지지 않는 이상적인 상황을 가정하는 경우 모든 광신호 수신 모듈(150)에서 수신되는 광신호의 광 전달 비율은 100%가 된다.
도 7b는 A-A선을 따라 절개하여 나타낸 단면도, 도 7c는 B-B선을 따라 절개하여 나타낸 단면도로서, 각 광섬유(120)(130)는 힘이 가해지지 않으므로 위치 변형이 일어나지 않는 다는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 어떠한 압력이 가해지는 경우 변형이 일어나면서 휘어지게 되는데, 도 8c에 도시된 바와 같이 도 8a에서 C-C선을 따라 절개한 단면도 및 도 8d에 도시된 바와 같이 도 8a에서 D-D선을 따라 절개한 단면도에서와 같이 각 광섬유(120)(130)의 위치변동이 미미한 광섬유도 있고 어떤 광섬유는 위치변동이 큰 것이 있게 된다. 미미한 광섬유에서는 광 전달 비율의 변화가 미미하고 그에 따라 데이터베이스(170)에 매칭되어 저장된 광 섬유 위치 변동값 및 힘 스칼라량이 작으며, 큰 광섬유에서는 광 전달 비율의 변화가 크게되어 그에 따라 데이터베이스(170)에 매칭되어 저장된 광 섬유 위치 변동값 및 힘 스칼라량이 크다.
도 7a에서 P1 및 P2는 x축으로의 광 전달 비율이 100%, y축으로의 광 전달 비율이 100%이나, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 압력이 가해져서 광섬유가 휘어지는 경우 P1은 x축으로의 광 전달 비율이 87%, y축으로의 광 전달 비율이 97%이며, P2는 x축으로의 광 전달 비율이 70%, y축으로의 광 전달 비율이 70% 이다.
이를 x-y 좌표 형식으로 나타내면, P1의 좌표는 (100, 100)에서 (87, 97)로 변화되었으며 P2의 좌표는 (100, 100)에서 (70, 70)으로 변화되었음을 알 수 있어 P2에 가해지는 압력이 P1에 가해지는 압력보다 크다는 것을 판단할 수 있다.
이때, 제어부(110)는 상기한 바와 같이 광신호 수신 모듈(150)에서 수신된 광 신호를 분석하여 광 전달 비율을 산출하고, 산출된 광 전달 비율에 매칭되게 데이터베이스(170)에 기저장된 z축 방향으로 휘어진 값 및 힘 스칼라값을 독출하여 해당 좌표로 특정하여 파악한다.
도 9 및 도 10은 힘의 3차원 벡터를 구하기 위하여 각각 도 8a에서 D-D 선 및 C-C선을 따라 절개한 광섬유 절단면을 극대화하여 표현한 도면이다.
도 9는 x축 방향의 힘 벡터를 구하는 것을 설명하는 것으로서, 도시된 바와 같이 광섬유(130)가 힘에 의하여 휘어지면서 각 광섬유(130)가 위치변동되게 된다. 이때, 제어부(110)는 각 광섬유(130)의 광 전달 비율을 파악하고, 파악된 광 전달 비율에 매칭되게 저장된 위치변동값 및 힘 스칼라값을 독출한다.
이때, 광섬유(130)가 일정한 간격으로 이격되어 x축 방향을 따라 설치됨에 따라 각 광섬유(130)간의 이격거리(L)는 정수(constant)이다.
도면에서 x좌표 x1 및 x2는 위치가 변동되지 않았으므로 즉, 휘어지지 않았으므로 광 전달 비율이 100이며, 따라서 이때 x축 방향으로의 힘 Fx1 및 Fx2는 '0'임을 알 수 있다.
한편, x좌표 x3는 위치가 변동되어 즉, 약간 휘어지게 되며 그에 따라 광누출부(135)를 통하여 광이 누출됨에 따라 광 전달 비율이 떨어지게 되며, 제어부(110)는 판단된 광 전달 비율에 따라 데이터베이스(170)에 기저장된 위치변동값 및 힘(F)을 독출하여 해당 좌표에서 즉, x3를 특정하여 파악한다.
이때, 위치변동값은 D1이고 정수 L은 알고 있고, 데이터베이스(170)로부터 독출된 힘(F)는
Figure pat00004
이게 된다. 이때, y축 벡터 F는 광섬유(130)으로 x축 방향만 나타내고 있으므로 '0'이므로 생략된다.
따라서,
Figure pat00005
이게 된다.
동일하게 x4 좌표에서도 제어부(110)에서 분석된 광 전달 비율에 따라 D2 및 F를 독출하여
Figure pat00006
를 산출하여 모든 x1, x2, x3, x4 ....xn-1, xn 좌표에 대응되는 벡터 F를 구할 수 있게 된다.
한편, 상기와 같은 동일한 원리에 의하여 도 10에 도시된 바와 같이
Figure pat00007
를 구할 수 있게 된다.
또한, z축 방향의 Fz는 x축 및 y축 방향 Fx 및 Fy를 산출하였고 데이터베이스(170)에서 독출된 F 값을 알고 있으므로,
Figure pat00008
으로 구할 수 있게 된다.
상기와 같이 구성되는 본원 발명에 의하여 작용되는 힘(F)의 3차원 벡터를 분석할 수 있게 된다.
한편, 상기에서 y축으로 배열되는 제1 광섬유(120) 및 x축으로 배열되는 제2 광섬유(130)의 갯수는 도시된 것에 한정되지 않는 다는 것은 명백하며, 보다 정밀하게 압력 분포를 검지할 필요가 있는 경우에는 더 많은 광섬유(120)(130)를 배열할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 제어부(110)에 의하여 x-y 좌표 형태로 산출된 압력분포를 용이하게 식별할 수 있도록 표시하는 디스플레이 모듈(160)를 더 포함한다.
이때, 제1 및 제2 광섬유(120)(130)는 베이스에 직교하도록 배치될 수 있으며, 베이스(B)의 형태는 일정한 강성 및 강도를 가지고 압력이 가해졌을 때 일정한게 변형될 수 있는 재질로 하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 실시예에 의한 압력 분포 검지 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의한 압력 검지 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장된 압력 검지 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 실행함으로써 구현될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저자오디는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따른 압력 검지 방법을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이사에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 특허청구범위에 의하여 나타내어 지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 분석 시스템 110 : 제어부
120 : 제1 광섬유 130 : 제2 광섬유
140 : 광신호 송신모듈 150 : 광신호 수신모듈
160 : 디스플레이모드 170 : 데이터베이스

Claims (4)

  1. 상호 일정한 간격(D)을 가지도록 복수개가 배치되며, 적어도 하나 이상의 광누출부가 형성되는 제1 광섬유;
    상호 일정한 간격(D)을 가지도록 복수개가 상기 제1 광섬유와 교차하여 배치되며, 적어도 하나 이상의 광누출부가 형성되는 제2 광섬유;
    상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유의 일단부를 통하여 그 내부로 광신호를 발생하여 출력하는 광신호 송신 모듈;
    상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유로부터 출력되는 광신호를 수신하여 전기적 신호로 변환하여 출력하는 광신호 수신 모듈;
    상기 광신호 수신 모듈에서 출력되는 광신호를 분석하여 상기 제1 및 제2 광섬유의 광 전달 비율을 판단하는 제어부; 및
    상기 광 전달 비율에 따라 실제 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유가 휘어지는 값(D) 및 힘(F) 값을 저장하는 데이터베이스;를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 판단된 광 전달 비율에 매칭되는 광섬유 휘어지는 값(D) 및 힘(F) 값을 독출하여, 작용되는 힘(F)의 3차원 벡터값을 분석하는 것을 특징으로 하는 힘의 3차원 벡터 분석 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 광섬유 배열 방향을 y축 및 상기 제2 광섬유 배열 방향을 x축으로 세팅하고, x축 방향으로의 힘
    Figure pat00009
    으로 산출하는 것을 특징으로 하는 힘의 3차원 벡터 분석 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    y축 방향으로의 힘
    Figure pat00010
    으로 산출하는 것을 특징으로 하는 힘의 3차원 벡터 분석 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는,
    z축 방향으로 힘
    Figure pat00011
    으로 산출하는 것을 특징으로 하는 힘의 3차원 벡터 분석 시스템.
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