KR20170001154A - 압력 감지 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 장치는 제1 방향으로 형성된 돌출 영역을 포함하는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치되고, 탄성이며, 상기 돌출 영역과 접촉하는 중간층, 그리고 상기 중간층 상에 배치되고, 제2 방향으로 형성되며 상기 중간층과 접촉하는 돌출 영역을 포함하는 제2 전극을 포함한다.

Description

압력 감지 장치{APPARATUS FOR SENSING PRESSURE}
본 발명은 압력 감지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시트 또는 매트형 압력 감지 장치에 관한 것이다.
가정용 안전 장치뿐만 아니라 체압 분포를 이용하는 다양한 응용 분야에서 압력을 감지하기 위한 장치가 요구된다.
일반적인 압력 감지 장치는 하부 전극, 하부 전극 상에 배치된 유전층, 그리고 유전층 상에 배치된 상부 전극을 포함한다. 이러한 압력 감지 장치의 성능은 유전층의 유전율 및 두께, 그리고 전극의 폭 등에 영향을 받는다. 특히, 온도 및 습도 등의 주변 환경에 따라 압력 감지 성능이 떨어질 수 있다.
또한, 일반적인 압력 감지 장치는 가해진 무게에 따라 압력을 세밀하게 감지하기 어렵다. 이에 따라, 압력 감지의 유무만을 이용하는 단순 스위칭 기능 외의 응용 분야에 압력 감지 장치를 적용하기에는 한계가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 가해진 무게에 따른 압력을 감지하는 압력 감지 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 장치는 제1 방향으로 형성된 돌출 영역을 포함하는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치되고, 탄성이며, 상기 돌출 영역과 접촉하는 중간층, 그리고 상기 중간층 상에 배치되고, 제2 방향으로 형성되며 상기 중간층과 접촉하는 돌출 영역을 포함하는 제2 전극을 포함한다.
상기 중간층은 비전도 영역 및 전도 영역으로 구분될 수 있다.
상기 전도 영역은 상기 제1 전극의 돌출 영역 및 상기 제2 전극의 돌출 영역과 접촉할 수 있다.
상기 제1 전극의 돌출 영역 및 상기 제2 전극의 돌출 영역은 방향이 서로 다른 스트라이프 형상이고, 상기 전도 영역은 상기 제1 전극의 돌출 영역 또는 상기 제2 전극의 돌출 영역과 방향이 동일한 스트라이프 형상일 수 있다.
상기 전도 영역의 폭은 상기 제1 전극의 돌출 영역 또는 상기 제2 전극의 돌출 영역의 폭과 동일할 수 있다.
상기 제1 전극의 돌출 영역 및 상기 제2 전극의 돌출 영역은 방향이 서로 다른 스트라이프 형상이고, 상기 전도 영역은 상기 제1 전극의 돌출 영역 및 상기 제2 전극의 돌출 영역에 대응할 수 있다.
상기 전도 영역은 제1 전극의 돌출 영역과 접촉하는 제1 면 및 제2 전극의 돌출 영역과 접촉하는 제2 면을 포함하고, 상기 제1면 및 상기 제2 면 중 적어도 하나는 돌출될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 안전 장치는 제1 방향으로 형성된 돌출 영역을 포함하는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치되고, 탄성이며, 상기 돌출 영역과 접촉하는 중간층, 그리고 상기 중간층 상에 배치되고, 제2 방향으로 형성되며 상기 중간층과 접촉하는 돌출 영역을 포함하는 제2 전극을 포함하는 압력 감지부, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 간의 압저항에 따라 제어 신호를 생성하는 제어부, 그리고 상기 제어 신호를 출력하는 출력부를 포함한다.
상기 제어부는 상기 압저항에 따라 상기 압력 감지부 상에 가해진 무게를 측정하고, 측정한 무게에 따라 제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 제어 신호는 알람 신호 또는 잠금 신호일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 장치는 가해진 무게에 따라 압력을 정밀하게 감지할 수 있으며, 압력 분포를 정확하게 감지할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 장치는 대면적화가 가능하다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 감지 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2의 압력 감지 장치를 A 방향으로 자른 단면도이고, 도 4는 도 2의 압력 감지 장치를 B 방향으로 자른 단면도이다.
도 5 내지 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 중간층의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 장치가 적용되는 안전 장치의 블록도이고, 도 10은 도 9의 안전 장치가 가정에서 적용되는 예를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 감지 장치의 사시도이며, 도 3은 도 2의 압력 감지 장치를 A 방향으로 자른 단면도이고, 도 4는 도 2의 압력 감지 장치를 B 방향으로 자른 단면도이다. 도 5 내지 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 중간층의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 압력 감지 장치(100)는 제1 전극(110), 제2 전극(120) 및 중간층(130)을 포함한다.
제1 전극(110)은 제1 방향으로 형성된 돌출 영역(112)을 포함하며, 제2 전극(120)은 제2 방향으로 형성된 돌출 영역(122)을 포함한다. 제1 방향 및 제2 방향은 서로 다른 방향일 수 있다.
중간층(130)은 제1 전극(110) 및 제2 전극(120)의 사이에 배치된다. 즉, 제1 전극(110) 상에 중간층(130)이 배치되고, 중간층(130) 상에 제2 전극(120)이 배치된다. 이때, 제1 전극(110)의 돌출 영역(112)은 중간층(130)의 한 면과 접촉하고, 제2 전극(120)의 돌출 영역(122)은 중간층(130)의 다른 면과 접촉한다.
이때, 중간층(130)은 탄성이며, 전도성 충전재를 포함할 수 있다. 이를 위하여, 중간층(130)의 기재는 폴리우레탄, 실리콘 및 열가소성 엘라스토머로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있으며, 전도성 충전재는 카본, 메탈, 세라믹 및 전도성 고분자로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
이와 같이, 제1 전극(110) 및 제2 전극(120)이 서로 다른 방향으로 형성되는 돌출 영역(112, 122)을 포함하며, 돌출 영역(112, 122)이 중간층(130)과 직접 접촉할 경우, 제1 전극(110), 중간층(130) 및 제2 전극(120) 간의 접점을 세밀하게 구분할 수 있으므로, 가압 지점을 정확하게 감지할 수 있다.
또한, 중간층(130)이 탄성이므로, 제1 전극(110) 또는 제2 전극(120)의 한 지점을 가압할 경우, 가압된 지점에서 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 간의 간격은 줄어들게 된다. 가해지는 힘이 클수록 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 간의 간격은 줄어들게 되며, 압저항이 낮아지게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 장치(100)는 압저항의 변화량에 따라 무게를 감지할 수 있다.
한편, 도 2 내지 4와 같이, 중간층(130)은 비전도 영역(132) 및 전도 영역(134)으로 구분되며, 전도 영역(134)의 한 면은 제1 전극(110)의 돌출 영역(112)과 접촉하고, 전도 영역(134)의 다른 면은 제2 전극(120)의 돌출 영역(122)과 접촉할 수 있다. 이때, 비전도 영역(132)은 폴리우레탄, 실리콘 및 열가소성 엘라스토머로 이루어진 그룹에서 선택된 기재를 포함할 수 있으며, 전도 영역(134)은 폴리우레탄, 실리콘 및 열가소성 엘라스토머로 이루어진 그룹에서 선택된 기재 및 기재 내에 분산된 전도성 충전재를 포함할 수 있다. 여기서, 전도성 충전재는 카본, 메탈, 세라믹 및 전도성 고분자로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
이와 같이, 전도 영역(134)이 제1 전극(110)의 돌출 영역(112) 및 제2 전극(120)의 돌출 영역(122) 사이에 배치되며, 중간층(130)의 나머지는 비전도 영역(132)으로 구분되는 경우, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 간의 접점 이외의 영역은 전기적으로 절연된다. 이에 따라, 제1 전극(110), 중간층(130) 및 제2 전극(120) 간의 접점을 세밀하게 구분할 수 있으므로, 가압 지점을 세밀하게 감지할 수 있으며, 압저항의 변화량에 따른 무게를 정확하게 측정할 수 있다.
이때, 중간층(130)의 전도 영역(134)은 다양한 형상으로 배치될 수 있다.
일 예로, 제1 전극(110)의 돌출 영역(112)과 제2 전극(120)의 돌출 영역(122)은 방향이 서로 다른 스트라이프 형상인 경우, 중간층(130)의 전도 영역(134)은 도 5 내지 6과 같이 제1 전극(110)의 돌출 영역(112)과 방향이 동일한 스트라이프 형상이거나, 제2 전극(120)의 돌출 영역(122)과 방향이 동일한 스트라이프 형상일 수 있다. 이때, 전도 영역(134)의 폭은 제1 전극(110)의 돌출 영역(112) 또는 제2 전극(120)의 돌출 영역(122)의 폭과 동일할 수 있다.
다른 예로, 제1 전극(110)의 돌출 영역(112)과 제2 전극(120)의 돌출 영역(122)은 방향이 서로 다른 스트라이프 형상인 경우, 중간층(130)의 전도 영역(134)은 도 7과 같이 제1 전극(110)의 돌출 영역(112) 및 제2 전극(120)의 돌출 영역(122)에 대응할 수 있다. 즉, 중간층(130)의 전도 영역(134)은 제1 전극(110)의 돌출 영역(112)과 접촉하는 영역 및 제2 전극(120)의 돌출 영역(122)과 접촉하는 영역에 모두 형성될 수 있다. 이때, 전도 영역(134)의 폭은 제1 전극(110)의 돌출 영역(112) 또는 제2 전극(120)의 돌출 영역(122)의 폭과 동일할 수 있다. 도 5 내지 7과 같이, 중간층(130)의 전도 영역(134)이 제1 전극(110)의 돌출 영역(112) 및 제2 전극(120)의 돌출 영역(122) 중 적어도 하나에 대응하도록 형성되는 경우, 가압 지점을 세밀하게 감지할 수 있으며, 압저항의 변화량에 따른 무게를 정확하게 측정할 수 있다.
또 다른 예로, 중간층(130)의 전도 영역(134)은 도 8과 같이 제1 전극(110)의 돌출 영역(112)과 접촉하는 제1 면(800) 및 제2 전극(120)의 돌출 영역(122)과 접촉하는 제2 면(810)을 포함하며, 제1 면(800) 및 제2 면(810) 중 적어도 하나는 돌출되는 형상일 수 있다. 도 8에서는 제2 면(810)이 반원형으로 돌출되는 것을 예로 들고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 중간층(130)의 전도 영역(134)은 반원형, 프리즘형, 삼각형, 사다리꼴형 등으로 돌출될 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(110)의 돌출 영역(112) 또는 제2 전극(120)의 돌출 영역(122)이 전도 영역(134)과 직접 접촉하는 면적이 도 5에 비하여 작아지게 된다. 압력은 단위 부피당 가해지는 힘을 나타내므로, 도 5 및 도 8의 중간층에 동일한 힘이 가해질 경우, 도 8의 압저항 변화량이 도 5의 압저항 변화량에 비하여 높게 나타난다. 이에 따라, 전극 상에 가해지는 무게가 더욱 세밀하게 감지될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 장치는 가정용 안전 장치뿐만 아니라 체압 분포를 이용하는 다양한 응용 분야에서 적용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 장치가 적용되는 안전 장치의 블록도이고, 도 10은 도 9의 안전 장치가 가정에서 적용되는 예를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 안전 장치(900)는 압력 감지부(910), 제어부(920) 및 출력부(930)를 포함한다.
압력 감지부(910)는 도 1 내지 8에서 설명한 압력 감지 장치를 나타낸다. 즉, 압력 감지부(910)는 제1 방향으로 형성된 돌출 영역(112)을 포함하는 제1 전극(110), 제1 전극(110) 상에 배치되고, 탄성이며, 돌출 영역(112)과 접촉하는 중간층(130), 그리고 중간층(130) 상에 배치되고, 제2 방향으로 형성되며 중간층(130)과 접촉하는 돌출 영역(122)을 포함하는 제2 전극(120)을 포함한다.
제어부(920)는 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 간의 압저항에 따라 제어 신호를 생성한다. 이때, 제어부(920)는 압저항에 따라 압력 감지부(910) 상에 가해진 무게를 측정하고, 측정한 무게에 따라 제어 신호를 생성할 수 있다. 이때, 제어 신호는 알람 신호 또는 잠금 신호일 수 있다.
그리고, 출력부(920)는 제어 신호를 출력한다.
예를 들어, 압력 감지부(910)는 도 10의 매트 내에 포함되며, 제어부(920) 및 출력부(930)는 별도의 장치 내에 포함될 수 있다. 어린이가 매트 상에 올라간 경우, 매트 내에 포함되는 압력 감지부(910)는 압저항의 변화량을 감지하며, 제어부(920)는 감지된 압저항의 변화량에 기초하여 매트 상에 가해진 무게를 측정할 수 있다. 매트 상에 가해진 무게가 어린이의 무게인 것으로 추정되는 경우, 제어부(920)는 매트 주변의 가전 기기 또는 가스레인지 등을 잠그도록 하거나, 알람을 출력하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 출력부(930)가 제어 신호를 출력하면, 매트 주변의 가전 기기 또는 가스레인지는 자동으로 잠기거나, 부저 등의 알람이 출력될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 압력 감지 장치
110: 제1 전극
120: 제2 전극
130: 중간층
112, 122: 돌출 영역
132: 비전도 영역
134: 전도 영역

Claims (10)

  1. 제1 방향으로 형성된 돌출 영역을 포함하는 제1 전극,
    상기 제1 전극 상에 배치되고, 탄성이며, 상기 돌출 영역과 접촉하는 중간층, 그리고
    상기 중간층 상에 배치되고, 제2 방향으로 형성되며 상기 중간층과 접촉하는 돌출 영역을 포함하는 제2 전극
    을 포함하는 압력 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중간층은 비전도 영역 및 전도 영역으로 구분되는 압력 감지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전도 영역은 상기 제1 전극의 돌출 영역 및 상기 제2 전극의 돌출 영역과 접촉하는 압력 감지 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 전극의 돌출 영역 및 상기 제2 전극의 돌출 영역은 방향이 서로 다른 스트라이프 형상이고,
    상기 전도 영역은 상기 제1 전극의 돌출 영역 또는 상기 제2 전극의 돌출 영역과 방향이 동일한 스트라이프 형상인 압력 감지 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전도 영역의 폭은 상기 제1 전극의 돌출 영역 또는 상기 제2 전극의 돌출 영역의 폭과 동일한 압력 감지 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 전극의 돌출 영역 및 상기 제2 전극의 돌출 영역은 방향이 서로 다른 스트라이프 형상이고,
    상기 전도 영역은 상기 제1 전극의 돌출 영역 및 상기 제2 전극의 돌출 영역에 대응하는 압력 감지 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 전도 영역은 제1 전극의 돌출 영역과 접촉하는 제1 면 및 제2 전극의 돌출 영역과 접촉하는 제2 면을 포함하고, 상기 제1면 및 상기 제2 면 중 적어도 하나는 돌출되는 압력 감지 장치.
  8. 제1 방향으로 형성된 돌출 영역을 포함하는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치되고, 탄성이며, 상기 돌출 영역과 접촉하는 중간층, 그리고 상기 중간층 상에 배치되고, 제2 방향으로 형성되며 상기 중간층과 접촉하는 돌출 영역을 포함하는 제2 전극을 포함하는 압력 감지부,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 간의 압저항에 따라 제어 신호를 생성하는 제어부, 그리고
    상기 제어 신호를 출력하는 출력부
    를 포함하는 안전 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 압저항에 따라 상기 압력 감지부 상에 가해진 무게를 측정하고, 측정한 무게에 따라 제어 신호를 생성하는 안전 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어 신호는 알람 신호 또는 잠금 신호인 안전 장치.
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KR20140074461A (ko) 2012-12-10 2014-06-18 한국기계연구원 압전소자의 맞물림을 이용한 촉각 센서

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