KR20160136402A - 센서 얀 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제 1 도체(12) 및 제 2 도체(13)가 주위에서 나선형으로 권취되는 스레드 코어(11)를 구비한 센서 얀(10)에 관한 것이다. 상기 2개의 도체들(12,13)은 서로로부터 그리고 스레드 코어(11)로부터 전기절연된다. 2개의 도체들(12,13)은 스레드 코어(11)와 함께 용량 컴포넌트(15)를 형성한다. 제 1 센서 얀(10a)에서, 단위 길이당 캐피시턴스(Cl)는 센서 얀의 크기 방향(E)으로 변화된다. 이는 제 1 도체(12) 또는 제 2 도체(13)의 권취 기하학적 형태에서의 변화 또는 상기 센서 얀(10)의 유전율(ε)의 변화에 의해서 달성될 수 있다. 제 2 센서 얀(10b)은 감광성 재료(30)를 구비하여, 그 길이는 입사광(L)에 의해서 변형될 수 있다. 길이 변화 또는 센서 얀(10a,10b)의 다른 변형의 결과로 인하여 , 센서 얀(10a,10b)의 전체 캐패시턴스(CG)는 변화되고, 이는 평가 유닛(17)에 의해서 결정될 수 있다.

Description

센서 얀{SENSOR YARN}
본 발명은 직물 재료 부분에서 사용하기 위한 센서 얀에 관한 것이다. 센서 얀은 크기 방향으로 연장되는 길이방향 중심축을 갖는 스레드 코어(thread core)를 가진다. 스레드 코어는 단섬유이거나 또는 여러 섬유들 또는 필라멘트로 제조될 수 있다. 양호하게는, 스레드 코어는 크기 방향으로 탄성적으로 연장가능하다. 센서 얀의 연장성은 센서 얀이 통합되고 따라서 넓은 범위 내에서 변화될 수 있는 재료에 적응될 수 있다.
용량 컴포넌트를 제조하기 위하여, 각각의 제 1 도체 및 제 2 도체는 크기 방향에 대해서 나사형 또는 나선 형태로 권취된다. 센서 얀은 비틀린 얀 또는 감싸진 얀으로서 구성될 수 있다. 결과적으로, 2개의 도체들은 스레드 코어 내에 그리고/또는 주위에 권취될 수 있다. 2개의 도체들은 서로 전기 절연된다. 예를 들어, 2개의 도체들의 적어도 하나는 전기 전도성 코어 주위의 코팅부 또는 광택제(varnish)에 의해서 절연될 수 있다.
예를 들어, 센서 얀은 독일 10 2008 003 122 A1호에 기재되어 있다. 여기서, 얀은 의료 편물 패브릭 또는 편물에서 인장 응력의 검출을 위해서 배치된다. 얀은 하나의 예시적 실시예에 있어서 커버 스레드가 권취될 수 있는 코어 스레드를 가진다. 얀이 크기방향으로 신장되거나 또는 곡선형이라면, 얀의 전기 특성, 즉 예를 들어 전기 전도성 및/또는 용량성이 변화된다. 예를 들어, 커버 스레드는 바이메탈 스레드일 수 있다.
DE 103 42 787 A1호는 전기 전도성 얀을 기술하고 있고, 적어도 하나의 전기 전도성 스레드가 코어 스레드 주위에 권취된다.
DE 10 2006 017 340 A1호는 다른 전기 전도성 얀을 개시한다. 코어 스레드 상에 평면 방식으로 자체 배치되는 비전도성 다수 필라멘트 얀은 코어 스레드 주위에 권취되는 전기 전도성 스레드 주위에 추가로 권취되어서, 직물 재료에서 2개의 전도성 얀들의 접촉 시에, 의도하지 않은 전기 전도성 접촉을 형성하지 않는다.
현재, 센서 직물 재료는 가장 다양한 적용 분야에 사용된다. 예를 들어, 이러한 직물 재료는 가압력, 당기는 힘 등을 검출할 수 있다. 많은 적용들에서, 영향 력의 지역화가 유리하거나 또는 필요하다. 종종, 센서 얀들은 교차하는 센서 얀들의 2차원 패턴이 형성되도록 직물 재료의 조밀한 매트릭스 형태의 패턴으로 통합된다. 이 표면 상의 특정 위치에 힘이 작용하거나 또는 대상물이 이 표면에 접근하면, 센서 얀의 밀도에 따라서 센서 매트릭스에 의해서 대상물의 접근 또는 힘의 위치를 결정할 수 있다.
이러한 센서 직물 재료에 대한 비용 및 노력은 커서, 그 결과로 직물 재료는 비용이 고가이다. 이로 인하여, 센서 직물 재료를 사용하는 것은 계속해서 최소로 하고 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 센서 얀의 개선이다.
이 목적은 특허 청구항 1의 특징을 나타내는 센서 얀 뿐 아니라 특허 청구항 11의 특징을 나타내는 센서 얀으로 달성된다.
이 문제점에 대한 제 1 해결방안은 스레드 코어를 구비한 감싸진 얀 또는 비틀린 얀으로서 구성될 수 있다. 센서 얀은 적어도 하나의 제 1 도체 및 적어도 하나의 제 2 도체를 구비하고, 상기 2개의 도체들 중 적어도 하나는 센서 얀의 크기 방향에 대해서 나선형으로 권취된다. 이렇게 할 때, 2개의 도체들은 즉 교차하면서 스레드 코어 상에 권취되고 그리고/또는 교차없이 서로 이웃한 동일 권취 피치를 가지고 스레드 코어 상에 권취되거나 또는 스레드 코어는 2개의 도체들 중 하나를 갖거나 또는 형성할 수 있다(감싸진 얀). 비틀린 얀의 경우에, 하나 또는 양자의 도체들은 나선형으로 권취될 수 있다.
2개의 도체들은 서로에 대해서 전기 절연되고, 그 결과로 적어도 하나의 제 1 도체 및 적어도 하나의 제 2 도체 중 도체 쌍은 추가 얀 컴포넌트들, 예를 들어 스레드 코어와 함께 용량 컴포넌트를 형성한다. 추가 얀 컴포넌트 또는 스레드 코어는 용량 컴포넌트의 비도체를 나타낸다.
이 용량 컴포넌트는 단위 길이당 그 캐패시턴스가 스레드 코어의 크기 방향으로 그리고 센서 얀의 크기 방향으로 변화되는 것을 특징으로 한다. 용량 컴포넌트의 단위 길이당 캐패시턴스의 변화는 연속적이고 그리고/또는 단계적 또는 섹션들에 지속된다. 예를 들어, 용량 컴포넌트는 크기 방향으로 상이한 캐패시턴스를 나타내는 연속 얀 섹션들을 가질 수 있다. 이렇게 할 때, 단위 길이당 캐패시턴스는 얀 섹션에서 일정할 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 단위 길이당 캐패시턴스의 최소값에서 최대값으로 초기에 완만하게 증가시키고 그리고/또는 상기 단위 길이당 캐패시턴스의 최대값에서 최소값으로 감소시키기 위하여, 적어도 섹션방향으로 용량 컴포넌트의 단위 길이당 캐패시턴스를 연속적으로 변화시킬 수 있다. 상기 단위 길이당 캐패시턴스를 변화시키는 연속적인 또는 섹션방향의 패턴은 센서 얀의 특정 얀 길이로서 반복될 수 있다.
센서 얀의 2개의 임의의 섹션들은 이들이 동일 길이를 가지면서 서로 상이한 캐패시턴스를 나타낼 때 단위 길이당 상이한 캐패시턴스를 나타낸다.
센서 얀의 사용에 의해서, 센서 얀에 작용하는 힘, 예를 들어, 가압력 및/또는 당기는 힘, 힘 변화량, 액체에 의한 매체 충전 또는 증기 매체 또는 대상물의 접근, (센서 얀의 위치 변화에 기인하는) 온도 변화 등을 검출할 수 있다.
크기 방향으로 타겟 방식으로 변화되는 단위 길이당 캐패시턴스로 인하여, 크기 방향으로 지역적 해결을 달성할 수 있다. 그 이유는 센서 얀에서 작용하고 감지될 효과는 영향의 유형 및 정도 뿐 아니라 효과가 센서 얀에 작용하는 위치에 따라 의존하기 때문이다. 예를 들어, 특정 길이를 갖는 센서 얀의 전체 캐패시턴스는 영향의 위치에서 용량 컴포넌트에 의해서 발휘된 단위 길이당 캐패시턴스에 따라서 변화된다. 결과적으로, 본 발명에 따른 제 1 해결방안에 따라서 센서 얀에 의해서 센서 직물 재료 부분을 제공할 수 있고, 센서 얀은 매트릭스에서 더 이상 교차되지 않고 한 방향으로 서로 평행하게 배열될 수 있다. 감지될 영향의 경우에, 직물 재료 부분에 통합된 센서 얀의 전체 캐패시턴스는 변화된다. 대체로, 예를 들어, 직물 재료가 접촉할 때 또는 직물 재료 부분이 접근할 때, 여러 센서 얀들의 전체 캐패시턴스가 손상된다. 센서 얀의 각각의 용량 센서의 캐패시턴스가 크기 방향으로 변화된다는 사실로 인해서, 이는 위치 검출을 허용한다. 센서 직물 재료 부분의 제조는 본 발명에 따른 센서 얀에 의해서 확실히 단순화된다. 특히, 단일 측 상의 센서 직물 재료 부분의 전기 접촉은 센서 얀들이 이전과 같이 두 방향으로 교차 방식으로 더 이상 중첩되지 않기 때문에 충분하다. 이 결과로, 센서 직물 재료의 제조는 확실히 단순화된다.
양호하게는, 제 1 얀 섹션에서 용량 컴포넌트의 단위 길이당 캐패시턴스는 센서 얀의 다른, 제 2 얀 섹션에서 단위 길이당 캐패시턴스와는 상이하다. 특히, 단위 길이당 실질적으로 일정한 캐패시턴스와 각각 연계되는 적어도 2개의 얀 섹션들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 제 1 얀 섹션은 단위 길이당 제 1 캐패시턴스를 가질 수 있고, 제 2 얀 섹션은 단위 길이당 제 2 캐패시턴스를 가질 수 있고, 제 3 얀 섹션은 단위 길이당 제 3 캐패시턴스를 가질 수 있다. 단위 길이당 상이한 캐패시턴스를 나타내는 이러한 각각의 얀 섹션들 사이에는, 캐패시턴스가 완만하게 변화하는 변이 섹션이 있다. 단위 길이당 캐패시턴스를 변화시키기 위해 사용되는 조치에 따라서, 제조 가공 이유로 인하여, 이러한 변이 섹션을 제공하는 것이 필요할 수 있다. 그 이유는 말하자면, 센서 얀 점프 등의 한 위치에서 단위 길이당 캐패시턴스를 항상 증가 또는 감소시킬 수 있는 것이 아니기 때문이다.
예시적 실시예에 있어서, 크기 방향으로의 상기 단위 길이당 캐피시턴스의 변화는 적어도 0.03 pF 그리고/또는 최대 250 pF이다. 예를 들어, 2개 이상의 얀 섹션들이 제공될 수 있고, 연속 얀 섹션들의 캐패시턴스는 선택적으로 개재된 변이 섹션들에서 적어도 0.03 pF 만큼 각각 변화된다. 단위 길이당 최소 캐패시턴스를 나타내는 얀 섹션 및 단위 길이당 최대 캐패시턴스를 나타내는 얀 섹션 사이의 차이는 최대 250 pF 또는 그 이상일 수 있다.
크기 방향으로 용량 컴포넌트의 단위 길이당 캐패시턴스를 변화시키기 위하여, 하나 이상의 조치들을 사용할 수 있다. 하나의 예시적 실시예에 있어서, 단위 길이당 캐패시턴스를 변화시키는 것은 스레드 코어의 단위 길이당 권취 횟수의 변화가 제공된다는 점에서 실행될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 적어도 하나의 제 1 도체 및/또는 적어도 하나의 제 2 도체의 나선형 권취부의 피치를 변경할 수도 있다. 2개의 도체들의 나선형 권취부들의 피치들은 동일하거나 그리고/또는 공유 얀 섹션에서 동일 값을 나타낼 수 있다. 그러나, 또한 양 및/또는 값의 관점에서 공유 얀 섹션에 있는 2개의 도체들의 피치는 상이할 수 있다.
용량 컴포넌트의 단위 길이당 캐패시턴스를 변화시키기 위한 추가 또는 대안 조치는 스레드 코어의 상대 유전율은 크기 방향으로 변화된다는 점에서 달성될 수 있다. 이는 예를 들어, 스레드 코어의 상이한 상대 유전율을 갖는 상이한 재료 또는 재료 조합물이 사용된다는 점에서 실행될 수 있다. 예를 들어, 스레드 코어의 제조를 위해 사용된 플라스틱 재료는 상대 유전율을 변화시키기 위하여 적어도 하나의 추가 재료로 도핑 또는 조합된 섹션일 수 있다. 상대 유전율의 변화는 스레드 코어의 기본 재료에 대한 도핑 비율에 의해서 그리고/또는 재료에 의해서 달성될 수 있다.
하나의 예시적 실시예에 있어서, 스레드 코어는 중합체 재료를 함유하거나 또는 중합체 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, 스레드 코어는 하나의 예시적 실시예에서 폴리우레탄을 함유하고 엘라스텐으로서 제조될 수 있다. 적어도 하나의 제 1 도체 및/또는 적어도 하나의 제 2 도체는 금속을 함유하고 와이어, 특히 구리 와이어들로 제조될 수 있다. 전기 절연을 위해서, 와이어들은 락커 코팅되거나 또는 코팅부가 제공될 수 있다. 양호하게는, 도체들은 최대 0.1mm의 직경을 가진다.
하나의 예시적 실시예에 있어서, 적어도 하나의 제 1 도체 및/또는 적어도 하나의 제 2 도체는 스레드 코어 주위에 다수의 개시 나선형 라인으로 연장된다.
상술한 실시예들에 대한 대안으로서, 2개의 도체들은 스레드 코어에 도포된 전도성 층에 의해서 형성되고, 전도성 층은 서로에 대해서 전기 절연된다. 스레드 코어 및/또는 추가 층의 절연체로 인하여, 단위 길이당 캐패시턴스를 변화시킬 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 또한 형태가 변화될 수 있고 특히 전도성 층들 중 적어도 하나의 층 두께는 단위 길이당 캐패시턴스를 변화시키도록 변경될 수 있다.
본 발명에 따른 제 2 해결 방안을 고려할 때, 센서 얀의 캐패시턴스는 상술한 크기 방향으로 변화되거나 또는 대안으로 또한 일정할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 센서 얀은 감광성 재료를 포함한다. 감광성 재료는 스레드 코어의 컴포넌트이거나 또는 예를 들어 스레드 코어 상에 배열될 수 있다. 상술한 하나 또는 양자 모두의 효과로 인하여, 감광성 재료는 센서 얀의 용량 컴포넌트의 전체 캐패시턴스를 변화시킬 수 있다:
a) 감광성 재료는 센서 얀과 충돌하는 광의 강도가 변화될 때, 크기 방향 그리고/또는 비스듬하게 또는 가로방향으로 센서 얀의 길이 변화에 영향을 미치는 광압축성 단부이다.
b) 감광성 재료는 센서 얀과 충돌하는 광의 강도가 변화될 때, 상대 유전율을 변화시킨다.
이 결과로 인하여, 센서 얀의 용량 컴포넌트의 전체 캐패시턴스는 변화된다. 결과적으로, 센서 얀과 충돌하는 광이 검출될 수 있다.
b) 하에서 기술된 영향에 대해서, 예를 들어, 구리로 도핑된 황화 아연(zinc sulfide;ZnS:Cu), 또는 반도체 재료를 사용할 수 있다. 재료에서 제한 방식으로 이동할 수 있는 자유 전하들은 입사 광의 강도와는 독립적으로 전기 장에서 쌍극자를 형성하고, 그 결과로 상대 유전율 및 그에 따른 측정가능한 전체 캐패시턴스는 변화된다.
감광성 재료는 중합체 재료 및/또는 반도체 재료 및/또는 강유전성 재료 및/또는 자기 재료 및/또는 자전기(magnetoelectric) 재료일 수 있다. 예를 들어, 스레드 코어는 반도체 재료로 도핑된 중합체 재료로 제조될 수 있다. 반도체 재료로 도핑되는 것에 추가로 또는 대안으로, 중합체 재료는 또한 다른 적당한 재료, 예를 들어, 비스무스 페라이트로 도핑될 수도 있다.
센서 직물 재료 부분은 독창적 제 1 해결방안에 따른 적어도 하나의 센서 얀 및/또는 독창적 제 2 해결방안에 따른 적어도 하나의 센서 얀을 포함할 수 있다. 직물 재료는 편물 또는 직조 재료일 수 있다. 센서 얀들은 예를 들어, 위사(weft thread) 또는 경사(warp thread)로서 직조 패브릭에 통합될 수 있다. 센서 얀들은 또한 편물 재료 또는 직조 재료에 배치되고 비센서 얀에 의해서 또는 직물 재료에서 스레드에 의해서 유지될 수 있다. 양호하게는, 센서 얀들은 양호하게는 위사 방향으로 교차없이 직물 재료의 한 방향으로 배열된다. 하나의 편물 재료에서, 적어도 하나의 센서 얀은 그라운드 스레드에 통합될 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예들은 종속 특허 청구항, 설명 및 도면에서 추론될 수 있다. 설명은 예시적 실시예에 대해서 본 발명의 핵심 특징을 설명한다. 하기, 예시적 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 기술될 것이다.
도 1a는 용량 컴포넌트를 갖는 센서 얀의 개략적인 부분 도면이다.
도 1b는 용량 컴포넌트의 전기 등가도이다.
도 2는 본 발명의 다른 예시적 실시예에 따른 센서 얀의 개략적인 부분도이다.
도 3은 본 발명의 다른 예시적 실시예에 따른 센서 얀의 개략적인 부분도이다.
도 4a 및 도 4b는 광압축성 재료를 포함하는 다른 센서 얀의 개략적인 부분도이다.
도 5는 여러 센서 얀들을 포함하는 편물 상품으로서 구성된 직물 재료 부분의 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 여러 센서 얀들을 포함하는 직조 형태의 직물 재료 부분의 개략도이다.
도 7 및 도 8은 센서 얀의 변형된 예시적 실시예의 각각의 개략적인 도면이다.
도 1 내지 도 4는 센서 얀의 예시적 실시예들을 개략적인 부분도로 도시한다. 센서 얀(10)은 크기 방향(E)으로 연장되는 스레드 코어(11)를 가진다. 스레드 코어(11)는 단섬유이거나 또는 복수의 섬유 또는 필라멘트로 형성될 수 있다. 스레드 코어(11)는 단일한 균일 재료로 형성되거나 또는 여러 재료들의 조합물일 수 있다. 예시적 실시예에 있어서, 스레드 코어(11)는 중합체 재료를 포함한다. 스레드 코어(11)는 양호하게는 크기 방향(E)으로 탄성적으로 연장가능하고 크기 방향(E)으로 탄성적으로 신장될 수 있다. 센서 얀(10)의 임의의 예시적 실시예에 있어서, 스레드 코어(11)는 상이한 재료 및/또는 상이한 재료 조합물 및/또는 크기 방향(E)의 재료 조합물의 재료들의 상이한 비율을 포함할 수 있으며, 이에 대해서는 하기에 더욱 상세하게 기술될 것이다.
적어도 하나의 제 1 도체(12) 및 적어도 하나의 제 2 도체(13)는 스레드 코어(11) 주위에 권취된다. 여기서 도시된 예시적 실시예들에서, 하나의 단일 제 1 도체(12) 및 하나의 단일 제 2 도체(13)는 각각 도시된다. 변형예에서, 또한, 여러개의 제 1 도체(12) 및 제 2 도체(13)가 각각 제공될 수 있다.
도체들(12,13)은 전기 전도성 재료, 특히 금속을 포함하거나 또는 이러한 재료로 제조된다. 예시적 실시예에 있어서, 도체들(12,13)은 금속 와이어, 양호하게는 구리 와이어로 제조된다. 도체들(12,13) 사이와 도체들(12,13) 및 스레드 코어(11) 사이에서의 전기 접속을 방지하기 위하여, 도체들(12,13)의 외면은 전기 절연성 코팅부 또는 전기 절연 래커를 구비한다. 예에 따라서, 도체들은 최대 0.1mm 또는 0.2mm의 직경을 가진다.
예에 따라서, 제 1 도체(12) 및 제 2 도체(13)는 도체 쌍(14)을 형성한다. 도체 쌍(14)은 용량 컴포넌트(15)의 구성요소이다. 특정 길이를 갖는 센서 얀의 용량 컴포넌트(15)는 전체 캐패시턴스(CG)를 나타낸다. 도 1b는 용량 컴포넌트(15)를 갖는 센서 얀(10)의 전기 회로도를 도시한다.
용량 컴포넌트(15)의 캐패시턴스는 센서 얀(10)의 전도성 디자인에 의존한다. 센서 얀(10)은 거의 임의의 원하는 길이로 제조되고 스풀 상에 권취될 수 있다. 센서 얀(10)이 직물 재료 부분(16)에 통합될 때, 특정 길이를 갖는 센서 얀(10)은 전체 캐패시턴스(CG)를 나타낸다. 이러한 전체 캐패시턴스(CG)는 부하, 예를 들어, 가압력 또는 당기는 힘이 센서 얀(10)에 인가될 때 충전된다. 용량 컴포넌트(15)에 대한 절연체로서 작용하는 스레드 코어(11)의 길이 변화로 인하여 그리고/또는 제 2 도체(13)에 대한 적어도 하나의 제 1 도체(12)의 상대 변위로 인하여, 전체 캐패시턴스(CG)는 변화될 수 있다. 이 결과로 인하여, 센서 얀은 용량성 센서이다. 센서 얀(10)의 일 단부로부터 2개의 도체들(12,13)로 전기 접촉되는 평가 유닛(evaluating unit;17)을 통해서, 실제 전체 캐패시턴스(CG)가 결정될 수 있다. 이에 기초하여, 센서 얀(10)에서의 영향이 검출될 수 있다. 센서 얀(10)에서의 검출가능한 영향은 하나 이상의 다음과 같은 영향들일 수 있다:
- 힘, 예를 들어, 가압력 및/또는 당기는 힘 또는 힘 변화;
- 유체 또는 증기 매체를 사용하는 매체 적용;
- 대상물의 접근;
- 온도 변화; 그리고
- 센서 얀의 일 실시예에 관한, 또한 전자기파, 특히 광에 의한 방사 노출.
도 2 및 도 3은 센서 얀(10)의 제 1 실시예를 도시하고, 이 실시예는 제 1 센서 얀(10a)으로 기술된다. 제 1 센서 얀(10a)에서, 용량 컴포넌트(15)는 센서 얀의 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)를 가지며, 상기 캐패시턴스는 크기 방향(E)으로 변화된다. 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)는 센서 얀(10)의 관측 위치에서 용량 컴포넌트(15)의 캐패시턴스를 표시하고, 상기 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)는 크기 방향(E)으로 변화된다. 결과적으로, 전체 캐패시턴스(CG)는 크기 방향(E)으로 센서 얀(10)의 길이의 함수 뿐 아니라 추가로 크기 방향(E)으로 3차원으로 변화된다. 따라서, 센서 얀(10)의 2개의 동일한 길이 섹션들은 상이한 정도의 전체 캐패시턴스(CG)를 나타낸다.
도 2 및 도 3에 의해서 도시된 예시적 실시예들을 고려할 때, 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)는 섹션에 따라 변화된다. 단지 예로서, 하나의 제 1 얀 섹션(21), 하나의 제 2 얀 섹션(22) 뿐 아니라 하나의 제 3 얀 섹션(23)이 각각 도시된다. 센서 얀(10)의 얀 섹션들(21,22,23)의 각각 또는 그 용량 컴포넌트(15)는 단위 길이(l)당 상이한 캐피시턴스(C)를 나타낸다. 여기서 도시된 예시적 실시예들에 있어서, 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)는 실질적으로 주어진 얀 섹션들(21,22,23)에서 실질적으로 일정하다. 예에 따라서, 제 1 얀 섹션(21)의 센서 얀(10)은 단위 길이(l)당 제 1 캐피시턴스(Cl1)를 나타내고, 제 2 얀 섹션(22)에서 센서 얀은 단위 길이(l)당 제 2 캐피시턴스(Cl2)를 나타내고, 제 3 얀 섹션(23)에서 센서 얀은 단위 길이(l)당 제 3 캐피시턴스(Cl3)를 나타낸다.
단위 길이(l)당 섹션방향으로의 일정한 캐피시턴스(Cl)의 변형예에서, 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)는 또한 적어도 섹션방향으로 연속적으로 증가 또는 감소할 수 있다. 예를 들어, 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)는 예를 들어, 10 pF의 최소값에서 250 pF 또는 그 이상의 최대값으로 완만하게 증가할 수 있고 그리고/또는 반대로, 최대값으로부터 최소값을 향하여 완만하게 감소할 수 있다. 이러한 연속적으로 변화하는 섹션들은 또한 센서 얀(10)에서 연속적이 되도록 제공될 수 있다.
도 2에 도시된 센서 얀(10a)의 실시예를 고려할 때, 크기 방향(E)으로 변화되는 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)의 값은 나선형으로 권취된 제 1 도체(12) 및/또는 제 2 도체(13)의 나선형 권취부의 피치(S)가 크기 방향(E)에 대해서 즉, 센서 얀(10)의 길이방향 중심축에 대해서 변화된다는 점에서 달성된다. 제 1 얀 섹션(21)에서, 양 도체들(12,13)의 나선형 권취부의 피치(S)는 피치(S1)의 양을 나타낸다. 대응하게, 제 2 얀 섹션(22)에서 제 1 및 제 2 도체들(12,13)의 나선형 권취부의 피치(S)는 피치(S2)의 양을 나타내고, 제 3 얀 섹션(23)에서는 피치(S3)의 양을 나타낸다. 피치의 양이 증가할 때, 단위 길이당 권취 횟수는 감소하고 그에 따라서 단위 길이당 캐피시턴스(Cl)를 감소시킨다. 피치의 양은 각각의 얀 섹션들(21,22,23)에서 실질적으로 일정하다. 크기 방향으로 인접한 2개의 얀 섹션들(21,22 또는 22,23) 사이의 피치가 종종 제조 가공의 이유로 인하여 급격하게 변화될 수 없다면, 2개의 얀 섹션들(21,22 또는 22,23) 사이에 하나의 변이 섹션(24)이 각각 제공된다. 이 변이 섹션(24)에서, 제 1 도체(12) 및/또는 제 2 도체(13)의 피치는 피치(S1,S2 또는 S2,S3)의 각각의 양들 사이에 변이를 생성하기 위하여 연속적으로 증가 또는 감소된다. 센서 얀(10)의 제조 프로세스로 인하여 상이한 피치의 양을 나타내는 2개의 얀 섹션들(21,22) 사이의 급격하게 변화된 피치를 갖는 변이 위치가 생성될 수 있다면, 이러한 이러한 변이 섹션(24)은 생략될 수 있다.
제 1 센서 얀(10a)의 예시적 실시예들에서, 양자의 도체들(12,13)에 대한 피치의 양은 동일하지만, 다른 부호를 가진다. 이 결과로 인하여, 2개의 도체들(12,13)의 권취부들에 있는 교차 위치가 형성된다. 얀 섹션(21)에서 2개의 도체들(12,13)에 대한 피치의 양이 동일한 것이 절대적으로 필요한 것이 아니고, 오히려 2개의 도체들(12,13)의 피치의 양은 서로 상이할 수 있다. 더우기, 단위 길이(l)당 상이한 캐피시턴스(Cl)를 나타내는 2개의 인접 얀 섹션들 사이에서, 또한 제 1 도체(12) 또는 제 2 도체(13)의 피치 만을 변화시킬 수 있다.
도 3은 용량 컴포넌트(15)에 대한 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)를 변화시키기 위한 다른 선택사항을 도시한다. 본 실시예에서, 상이한 얀 섹션(21,22,23)에서 2개의 도체들(12,13)의 권취부의 피치는 실질적으로 변화될 수 없다. 단위 길이당 캐피시턴스(Cl)를 변화시키기 위하여, 예를 들어, 유전체 수 또는 유전율(ε)은 변화된다. 이렇게 하기 위하여, 예를 들어, 스레드 코어(11)인 절연체는 섹션에서 변화되지 않는다. 예에 따라서, 스레드 코어는 제 1 얀 섹션(21)에서 제 1 유전율(ε1), 제 2 얀 섹션(22)에서 제 2 유전율(ε2) 및 제 3 얀 섹션(23)에서 제 3 유전율(ε3)을 나타낸다. 상이한 유전율들은 얀 섹션들(21,22,23)에서 상이한 재료 또는 재료 조성물로 달성된다. 예를 들어, 스레드 코어(11)는 적어도 섹션방향 도핑 베이스 재료를 포함한다. 이렇게 할 때, 베이스 재료의 유전율이 예를 들어 적어도 10 내지 30% 만큼 추가 도핑 재료와 충분히 상이하다면, 이는 유용하다. 유전율(ε)을 변경하기 위하여, 예를 들어, 베이스 재료에 대한 도핑 재료의 비율을 증가시킬 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 다양한 얀 섹션들(21,22,23)에서 다양한 도핑 재료 또는 도핑 재료의 다양한 조합이 가능하다.
본원에 기술된 양호한 예시적 실시예에 있어서, 재료를 변화시키는 유전율은 스레드 코어(11)의 베이스 재료에서 도핑 재료로서 통합된다. 더우기, 또한 스레드 코어(11) 및 도체들(12,13)을 동봉하는 코팅부를 제공할 수 있고, 상기 코팅부는 유전율을 변화시키는 재료를 함유하거나 또는 재료로 구성된다.
명확하게 도시되지 않은 예시적 실시예에 있어서, 도 2 및 도 3에 도시되고 상술한 바와 같이 제 1 센서 얀(10a)의 예시적 실시예에서 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)를 변화시키고 서로 조합되도록, 유전율(ε) 뿐 아니라 권취부의 피치를 변화시키는 것이 추가로 가능하다.
제 1 센서 얀(10)의 사용에 의해서, 도 5 및 도 6에 개략적으로 도시된 바와 같이 센서 직물 재료 부분(16)을 제조할 수 있다. 센서 얀(10)의 사용에 의해서, 액체 매체, 예를 들어, 대상물에 접근하는 물 등의 영향, 예를 들어, 힘의 영향, 예를 들어, 가압력 및/또는 당기는 힘과 같은 영향을 검출할 수 있다. 크기 방향(E)으로 센서 얀(10)의 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)가 변화된다는 사실의 결과로 인해서, 센서 얀(10)은 이미 위치 정보를 제공하고, 이에 의해서 위치 영향을 검출할 수 있다. 특히, 여러 센서 얀(10)이 직물 재료 부분(16)에서 서로 평행하게 배열된다면, 대체로 단일 센서 얀(10)의 전체 캐패시턴스(CG) 뿐 아니라 여러 센서 얀(10)의 전체 캐패시턴스(CG)에 영향을 미친다. 변화되는 전체 캐패시턴스(CG)의 조합을 평가함으로써, 교차 위치를 갖는 센서 얀(10)의 매트릭스형 배열을 필요로 하지 않고 직물 재료 부분(16)에서의 영향의 매우 정확한 지역화를 실행할 수 있다. 이는 직물 재료 부분(16)이 평가 유닛(17)의 연결을 위하여 단지 한 측부에서만 전기 접촉하는 것을 필요로 한다는 장점을 가진다. 이는 센서 직물 재료 부분(16)의 디자인을 상당히 단순화시킨다.
도 5 및 도 6에 매우 개략적으로 도시된 바와 같이, 직물 재료 부분(16)은 편물 상품, 예를 들어 편물(도 5) 또는 직조물(도 6)일 수 있다. 도 5에 도시된 편물에서, 센서 얀(10)은 그라운드 스레드로서 편물 재료에 배치되고 스티치 형성에서 자체적으로 개입하지 않는다. 도 6에 도시된 예시적 실시예에 있어서, 센서 얀(10)은 직포 재료에서 위사로서 통합된다. 이렇게 할 때, 적용에 따라서, 하나 이상의 종래, 비센서 직물 스레드(25)는 2개의 센서 얀(10) 사이에서 직조될 수 있다. 직물 재료 부분(16)에서 센서 얀의 수 및 밀도는 특정 경우의 적용에 따라 의존한다.
평행 배열된 센서 얀(10)에 추가하여, 직물 재료(16)는 하나 이상의 종래 직물 스레드(25)를 포함한다. 비세선 직물 스레드(25)는 스티치 형성(도 5)을 위해서 또는 위사로서 및 경사로서(도 6) 사용될 수 있다.
도 5 및 도 6의 도시는 실척되지 않고 단지 개략적인 것이다. 센서 얀(10)은 사용된 다른 직물 스레드(25)와 동일한 강도 또는 상이한 강도(티어;tier)를 가질 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 제 2 센서 얀(10b)으로 기재되는 센서 얀(10)의 제 2 예시적 실시예를 도시한다. 제 1 센서 얀(10a)과 상이한 제 2 센서 얀(10b)에서, 센서 얀(10)의 용량 컴포넌트(15)를 포함하는 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)는 실질적으로 일정하다. 그러나, 또한 제 1 센서 얀(10a)에서 크기 방향(E)으로 변화하는, 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)를 제공할 수 있다.
제 2 센서 얀(10b)은 감광성 재료(30)를 함유한다. 이 감광성 재료(30)는 센서 얀(10) 상의 임의의 위치에 적용되거나 또는 센서 얀(10)에 통합될 수 있다. 본원에 기술된 양호한 예시적 실시예에 있어서, 감광성 재료(30)는 스레드 코어(11)의 베이스 재료에 도핑 재료로서 통합된다. 대안으로서, 스레드 코어(11)는 또한 감광성 재료로 구성될 수 있다. 더우기, 또한 스레드 코어(11) 및 도체들(12,13)을 봉입하는 코팅부를 제공할 수 있고, 상기 코팅부는 감광성 재료(30)를 함유하거나 또는 감광성 재료로 구성된다.
도 4a 및 도 4b를 고려할 때, 광(L)에 의한 제 2 센서 얀(10b)의 방사 노출에 의해서 스레드 코어(11)의 길이 변화가 광압축으로 인하여 발생되는 것이 개략적으로 도시되어 있다. 예를 들어, 길이 섹션(A)의 길이는 제 2 센서 얀(10b)이 광(L)에 의한 방사 노출일 때 차이(d) 만큼 변화된다. 이는 교대로 광(L)에 의한 방사선에 노출되는 센서 얀(10)의 전체 캐패시턴스(CG)의 변화를 유발한다. 입사광(L)의 강도가 변화할 때, 그에 따라 전체 캐패시턴스(CG)가 변화된다.
감광성 재료(30)는 예를 들어, 중합체 재료, 반도체 재료, 강유전성 재료, 자기 재료 또는 자전기 재료일 수 있다. 예를 들어, 비스무스 페라이트는 광압축성 재료(photostrictive material)로서 사용될 수 있다.
도 4c에 도시된 감광성 제 2 센서 얀(10b)의 예시적 실시예에 있어서, 길이 변화(광압축)는 발생하지 않는다. 오히려, 그 경우에, 감광성 재료는 유전율의 변화가 광의 강도로 인하여 발생하는 방식으로 선택된다. 예를 들어, 가능하게는 구리로 도핑된 황화 아연(zinc sulfide;ZnS:Cu)과 같은 도핑된 반도체 재료가 사용될 수 있다. 광 강도에 따라서, 쌍극자들이 전기장에 형성되고 유전율을 변화시키고, 이는 교대로 제 2 센서 얀(10b)의 검출가능한 전체 캐패시턴스를 변화시킨다.
따라서, 감광성 제 2 센서 얀(10b)은 입사 광(L)의 존재 또는 강도 변화를 검출하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 조명 센서 또는 명도 센서는 이러한 방식으로 실행될 수 있다. 이러한 센서는 차양 직물, 예를 들어 입사 햇빛의 작용으로 후퇴 위치로부터 또는 후퇴 위치로 이동하는 햇빛 가리개 등에서 센서 얀(10b)의 사용에서 통합될 수 있다. 따라서, 센서 시스템은 햇빛 보호 가리개의 통합 부분일 수 있고 개별 센서는 생략될 수 있다.
양자의 센서 얀(10a,10b)에서, 2개의 도체들 중 하나, 예를 들어, 제 2 도체(13)는 스레드 코어(11)에 의해서 형성될 수 있다(도 7). 센서 얀(10a,10b)은 또한 비틀린 얀 형태의 스레드 코어(11) 없이 구성될 수 있다(도 8). 스레드 코어(11)가 없다면, 2개의 도체들(12,13)은 비틀린 얀을 형성하기 위하여 다른 필라멘트(도 8에서 선영으로 표시)와 함께 조합된다.
제 1 센서 얀(10a) 그리고 양호하게는 제 2 센서 얀(10b)의 모든 실시예들에서, 2개의 도체들 중 적어도 하나는 크기 방향(E)으로 나선형으로 권취된다.
광(L) 뿐 아니라 직물 재료 부분(16)에 접근하는 대상물의 영향 및/또는직물 재료 부분(16)에서의 힘의 영향 및/또는 액체 또는 증기 매체 및/또는 센서 얀(10)에 미치는 영향의 다른 전체 캐패시턴스(CG)의 영향이 검출될 때, 제 1 센서 얀(10a) 및 제 2 센서 얀(10b)이 직물 재료 부분(16)에서 함께 사용될 수 있다.
본 발명은 스레드 코어(11)를 갖는 센서 얀(10)에 관한 것으로서, 제 1 도체(12) 및 제 2 도체(13)는 상기 스레드 코어 주위에 나선형으로 권취된다. 2개의 도체들(12,13)은 서로로부터 그리고 스레드 코어(11)로부터 전기 절연된다. 2개의 도체들(12,13)은 스레드 코어(11)와 함께 용량 컴포넌트(15)를 형성한다. 제 1 센서 얀(10a)의 경우에, 단위 길이당 캐피시턴스(Cl)는 센서 얀의 크기 방향(E)으로 변화된다. 이는 제 1 도체(12) 또는 제 2 도체(13)의 권취 기하학적 형태에서의 변화에 의해서 또는 센서 얀(10)의 상대 유전율(ε)의 변화에 의해서 달성될 수 있다. 제 2 센서 얀(10b)은 감광성 재료(30)를 가지며, 그러므로 길이 변화는 입사 광(L)에 의해서 유발될 수 있다. 센서 얀(10a,10b)의 길이 변화 또는 다른 변형의 결과로 인하여, 해당 센서 얀(10a,10b)의 전체 캐패시턴스(CG)는 변화되고, 이는 평가 유닛(17)에 의해서 결정될 수 있다.
10: 센서 얀
10a: 센서 얀
10b: 센서 얀
11: 스레드 코어
12: 제 1 도체
13: 제 2 도체
14: 도체 쌍
15: 용량 컴포넌트
16: 직물 재료 부분
17: 평가 유닛
21: 제 1 얀 섹션
22: 제 2 얀 섹션
23: 제 3 얀 섹션
24: 변이 섹션
25: 직물 스레드
30: 광압축성 재료
A: 길이 섹션
C1: 단위 길이당 캐피시턴스
CL1: 단위 길이당 제 1 캐피시턴스
CL2: 단위 길이당 제 2 캐피시턴스
Cl3: 단위 길이당 제 3 캐피시턴스
CG: 전체 캐패시턴스
d: 차이
e: 크기 방향
ε: 상대 유전율
ε1: 제 1 상대 유전율
ε2: 제 2 상대 유전율
ε3: 제 3 상대 유전율
l: 단위 길이
L: 광
S1: 피치의 제 1 양
S2: 피치의 제 2 양
S3: 피치의 제 3 양

Claims (16)

  1. 센서 얀(10a)으로서,
    크기 방향(E)으로 연장되는 스레드 코어(11)를 구비하고,
    적어도 하나의 제 1 도체(12) 및 적어도 하나의 제 2 도체(13)로서, 상기 2개의 도체들(12,13) 중 적어도 하나는 상기 크기 방향(E)에 대해서 나선형으로 권취되는, 상기 적어도 하나의 제 1 도체(12) 및 상기 적어도 하나의 제 2 도체(13)를 구비하고,
    상기 적어도 하나의 제 1 도체(12) 및 상기 적어도 하나의 제 2 도체(13)는 용량 컴포넌트(15)의 컴포넌트들이고, 그리고
    상기 용량 컴포넌트(15)는 상기 센서 얀(10)의 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)를 나타내고, 상기 캐피시턴스는 상기 크기 방향(E)으로 변화되는, 센서 얀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    2개의 도체들 중 한 도체(12)는 스레드 코어(11)에 의해서 형성되고 다른 도체(13)는 상기 스레드 코어(11) 주위에 권취되는 것 또는 양자의 도체들(12,13)은 모두 스레드 코어(11) 주위에 권취되는 것 또는 2개의 도체들 중 한 도체(13)는 상기 스레드 코어(11)의 컴포넌트인 것 그리고 상기 다른 도체(13)는 상기 스레드 코어(11) 주위에 권취되는 것을 특징으로 하는 센서 얀.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 1 얀 섹션(21)에서 상기 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)는 다른 얀 섹션(22,23)에서 상기 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)와 상이한 것을 특징으로 하는 센서 얀.
  4. 제 3 항에 있어서,
    적어도 2개의 얀 섹션들(21,22,23)이 제공되고, 여기서 상기 용량 컴포넌트(15)는 각각 상기 단위 길이(l)당 실질적으로 일정한 캐피시턴스(Cl1,Cl2,Cl3)를 나타내는 것을 특징으로 하는 센서 얀.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 단위 길이(l)당 상이한 캐피시턴스들(Cl1,Cl2,Cl3)을 나타내는 2개의 인접한 얀 섹션들(21,22 또는 22,23) 사이에, 변이 섹션(24)이 제공되고, 상기 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)는 연속적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 센서 얀.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크기 방향(E)으로 상기 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)의 양은 적어도 0.03 pF 만큼 그리고/또는 최대 250 pF까지 변화되는 것을 특징으로 하는 센서 얀.
  7. 제 6 항 및 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단위 길이(l)당 상이한 양의 캐피시턴스들(Cl1,Cl2,Cl3)을 나타내는 적어도 3개의 얀 섹션들(21,22,23)이 제공되고, 인접한 얀 섹션들(21,22 또는 22,23) 사이의 상기 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)는 상기 크기 방향(E)으로 적어도 10 pF 만큼 변화되는 것을 특징으로 하는 센서 얀.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)의 변화는 상기 크기 방향(E)으로의 상기 스레드 코어(11)의 단위 길이당 권취 횟수의 변화에 의해서 그리고/또는 상기 크기 방향(E)으로의 상기 적어도 하나의 제 1 도체(12)의 그리고/또는 상기 적어도 하나의 제 2 도체(13)의 나선형 권취부의 피치(S)에 의해서 실행되는 것을 특징으로 하는 센서 얀.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단위 길이(l)당 캐피시턴스(Cl)의 변화는 상기 크기 방향(E)으로의 상기 센서 얀(10a)의 유전율(ε)의 변화에 의해서 실행되는 것을 특징으로 하는 센서 얀.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 얀은 스레드 코어(11)를 구비하는 것 그리고 상기 스레드 코어(11)는 폴리에스테르 재료를 함유하는 것을 특징으로 하는 센서 얀.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 도체(12) 및/또는 상기 적어도 하나의 제 2 도체(13)는 금속을 함유하는 것을 특징으로 하는 센서 얀.
  12. 센서 얀(10b)으로서,
    크기 방향(E)으로 연장되는 스레드 코어(11)를 구비하고,
    적어도 하나의 제 1 도체(12) 및 적어도 하나의 제 2 도체(13)로서, 상기 2개의 도체들(12,13) 중 적어도 하나는 상기 크기 방향(E)에 대해서 나선형으로 권취되는, 상기 적어도 하나의 제 1 도체(12) 및 상기 적어도 하나의 제 2 도체(13)를 구비하고,
    상기 적어도 하나의 제 1 도체(12) 및 상기 적어도 하나의 제 2 도체(13)는 용량 컴포넌트(15)의 컴포넌트들이고, 그리고
    상기 센서 얀(10b)은 광(L)에 의한 상기 센서 얀(10b)의 방사 노출의 경우에, 상기 용량 컴포넌트(15)의 전체 캐피시턴스(CG)의 변화가 이루어지도록 감광성 재료(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 얀.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 감광성 재료(30)는 구리로 도핑된 황화 아연(zinc sulfide;ZnS:Cu), 중합체 재료, 반도체 재료, 강유전성 재료, 자기 재료 또는 자전기(magnetoelectric) 재료인 것을 특징으로 하는 센서 얀.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 감광성 재료(30)는 상기 스레드 코어(11) 내에 또는 위에 제공되는 것을 특징으로 하는 센서 얀.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 여러개의 센서 얀들(10,10a,10b)을 갖는 직물 재료 부분(16).
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 센서 얀들(10,10a,10b)은 서로 교차하지 않고 배열되는 것을 특징으로 하는 직물 재료 부분.
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