KR20170014668A - 정전용량 변화측정장치 - Google Patents

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KR20170014668A
KR20170014668A KR1020150108396A KR20150108396A KR20170014668A KR 20170014668 A KR20170014668 A KR 20170014668A KR 1020150108396 A KR1020150108396 A KR 1020150108396A KR 20150108396 A KR20150108396 A KR 20150108396A KR 20170014668 A KR20170014668 A KR 20170014668A
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Abstract

정전용량 변화측정장치는 외부 환경에 따라 정전용량을 변경하는 커패시터, 상기 커패시터와 전기적으로 연결되고, 상기 변경된 정전용량에 따라 결정된 외부 환경 센싱 기울기를 가지는 톱니파를 생성하는 톱니파 발생기 및 기준 시점에서 상기 톱니파의 전압을 측정하고, 상기 측정된 톱니파의 전압을 이용하여 상기 외부 환경 센싱 기울기에 의하여 결정된 외부 환경 센싱값을 출력하는 마이컴을 포함한다. 따라서, 정전용량 변화측정장치는 커패시터의 충전 곡선 기울기를 크게하여 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

Description

정전용량 변화측정장치{CAPACITANCE CHANGE MEASURING APPARATUS}
본 발명은 정전용량 변화측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부 정전용량형 센서의 정전용량을 전압으로 변환하고 변환된 전압을 디지털 값으로 변환할 수 있는 정전용량 변화측정장치에 관한 것이다.
용량성 소자의 정전용량은 용량성 소자 양단에 걸리는 전압을 결정할 수 있다. 즉, 용량성 소자 양단에 걸리는 전압은 정전용량의 변화에 따라 변경될 수 있으므로, 용량성 소자 양단에 걸리는 전압의 변화량은 정전용량의 변화량에 대응될 수 있다. 용량성 소자의 정전용량(Capacitance)은 외부 환경에 따라 변경될 수 있기 때문에, 용량성 소자(커패시터, Capacitor)는 용량성 소자 양단에 걸리는 전압을 측정하는 방식을 통해 외부 환경을 측정하는데 사용될 수 있다.
종래 기술은 정전용량의 변화량이 매우 작은 경우 측정되는 전압의 변화량도 매우 작아 해상도가 높은 고성능의 ADC(Analog-to-Digital Converter) 를 필요로 한다는 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2012-0086314호는 환경 센서에 대한 것으로, 환경의 분위기에 있어서의 습도를 검출하는 센서부와, 센서부에 교류 전압을 인가하는 전원부를 구비하고, 센서부는, 종래의 습도 센서의 센서부보다 임피던스가 높아지도록 구성되어 센서부에 있어서의 소비 전력량을 저감시킬 수 있는 기술이 개신된다.
한국공개특허 제10-2012-0086314호 (2013. 3. 19 공개)
본 발명의 일 실시예는 외부 환경 센싱 기울기를 가지는 톱니파의 전압을 이용하여 외부 환경 센싱 기울기에 의하여 결정된 외부 환경 센싱값을 출력하는 정전용량 변화측정장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 변경된 정전용량에 따라 결정된 외부 환경 센싱 기울기를 가지는 톱니파를 생성함으로써 측정 정밀도를 높일 수 있는 정전용량 변화측정장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 큰 외부 환경 센싱 기울기를 가지는 톱니파를 생성함으로써 전압 측정 정밀도를 높여 부가회로 또는 부가신호처리 과정을 최소화할 수 있는 정전용량 변화측정장치를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 정전용량 변화측정장치는 외부 환경에 따라 정전용량을 변경하는 커패시터, 상기 커패시터와 전기적으로 연결되고, 상기 변경된 정전용량에 따라 결정된 외부 환경 센싱 기울기를 가지는 톱니파를 생성하는 톱니파 발생기 및 기준시점에서 상기 톱니파의 전압을 측정하고, 상기 측정된 톱니파의 전압을 이용하여 상기 외부 환경 센싱 기울기에 의하여 결정된 외부 환경 센싱값을 출력하는 마이컴을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 마이컴은 상기 기준시점을 제공받아 상기 톱니파 발생기에 의하여 생성된 톱니파의 전압을 디지털 값으로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터부(ADC: Analog-to-Digital Converting Unit)를 포함할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 상기 마이컴은 상기 톱니파 발생기의 시점이 제공되면 해당 시점으로부터 경과된 특정 시점에 해당하는 상기 기준 시점을 상기 아날로그-디지털 컨버터부에 제공하는 타이머를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 마이컴은 상기 톱니파 발생기의 시점이 제공되면 상기 기준 시점까지 발생한 톱니파 펄스의 개수를 제공하는 펄스 카운터를 더 포함할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 상기 마이컴은 상기 톱니파 펄스의 개수를 기초로 측정 가능한 정상 범위에 해당하는지 여부를 체크하여, 그렇다면 상기 변환된 디지털 값을 기초로 상기 외부 환경 센싱 값을 결정하고, 그렇지 않다면 측정 가능한 정상 범위에 해당하도록 상기 타이머를 제어하여 상기 기준시점을 변경하는 제어기를 더 포함할 수 있다.
실시예들 중에서, 정전용량 변화측정방법은 외부 환경에 따라 정전용량을 변경하는 커패시터와 전기적으로 연결되어 상기 변경된 정전용량에 따라 결정된 외부 환경 센싱 기울기를 가지는 톱니파를 생성하는 단계, 기준시점에서 상기 톱니파의 전압을 측정하는 단계 및 상기 측정된 톱니파의 전압을 이용하여 상기 외부 환경 센싱 기울기에 의하여 결정된 외부 환경 센싱값을 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 변화측정장치는 외부 환경 센싱 기울기를 가지는 톱니파의 전압을 이용하여 외부 환경 센싱 기울기에 의하여 결정된 외부 환경 센싱값을 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 변화측정장치는 변경된 정전용량에 따라 결정된 외부 환경 센싱 기울기를 가지는 톱니파를 생성함으로써 측정 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 변화측정장치는 큰 외부 환경 센싱 기울기를 가지는 톱니파를 생성함으로써 전압 측정 정밀도를 높여 부가회로 또는 부가신호처리 과정을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 변화측정장치를 설명하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 톱니파 발생기를 설명하는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 톱니파 발생기를 설명하는 회로도이다.
도 4는 시간에 따른 커패시터 충전곡선 및 기준시점에서 측정된 전압의 차이를 설명하는 그래프이다.
도 5는 정전용량 차이에 따른 톱니파의 전압을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 변화측정방법을 설명하는 흐름도이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 변화측정장치를 설명하는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 정전용량 변화측정장치(100)은 커패시터(Capacitor, C), 톱니파 발생기(110) 및 마이컴(120)을 포함한다.
커패시터는 톱니파 발생기(110)와 전기적으로 연결될 수 있고, 외부 환경에 따라 정전용량을 변경할 수 있다. 여기에서, 외부 환경은 외부 온도, 습도, 압력 등에 해당할 수 있다. 예를 들어, 커패시터는 전극 사이에 감습물질을 코팅하여 수분 흡수량에 따라 정전용량을 변경할 수 있다.
톱니파 발생기(110)는 커패시터와 전기적으로 연결되어 톱니파를 생성할 수 있다. 생성된 톱니파는 연결된 커패시터의 정전용량에 따라 다른 기울기를 갖는다. 생성된 톱니파의 기울기는 연결된 커패시터의 정전용량이 커질수록 작아지고, 연결된 커패시터의 정전용량이 작아질수록 커진다. 마찬가지로, 생성된 톱니파는 연결된 커패시터의 정전용량에 따라 다른 주기를 갖는다. 생성된 톱니파의 주기는 연결된 커패시터의 정전용량이 커질수록 길어지고, 연결된 커패시터의 정전용량이 작아질수록 짧아진다. 즉, 톱니파 발생기(110)는 커패시터의 정전용량이 외부 환경에 따라 변하는 경우 변경된 정전용량에 따라 결정된 기울기(이하, 외부 환경 센싱 기울기)를 가지는 톱니파를 생성할 수 있다.
마이컴(MICOM, Microcomputer)(120)은 기준 시점에서 톱니파의 전압을 측정하고, 측정된 전압을 이용하여 외부 환경 센싱 기울기에 의하여 결정된 외부 환경 센싱값을 출력할 수 있고, 아날로그-디지털 컨버터부(ADC, Analog-to-Digital Converting Unit)(122), 타이머(Timer)(124), 펄스 카운터(Pulse Counter)(126) 및 제어기(128)을 포함할 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터부(122)는 기준 시점에서 톱니파 발생기에 의하여 생성된 톱니파 전압을 측정하여 디지털 값으로 변환할 수 있다. 마이컴(120)은 변환된 디지털 값을 이용하여 정전용량을 계산할 수 있다.
타이머(124)는 톱니파 발생기의 시점이 제공되면 해당 시점으로부터 경과된 특정 시점에 해당하는 기준 시점을 아날로그-디지털 컨버터부(122)에 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 타이머(124)는 톱니파 발생기(110)로부터 톱니파 발생기의 시점을 제공받고 제어기(128)로부터 톱니파 발생기의 시점으로부터 기준 시점까지 특정한 경과 시간을 제공받을 수 있다. 이때, 기준 시점은 톱니파 발생기의 시점부터 특정한 경과 시간이 경과된 시점에 해당할 수 있다. 타이머(124)는 해당 기준 시점을 아날로그-디지털 컨버터부(122)에 제공하므로, 아날로그-디지털 컨버터부(122)는 해당 기준 시점에 톱니파의 전압을 측정하고 디지털 값으로 변환 할 수 있다. 예를 들어, 타이머(124)는 톱니파 발생기의 시점부터 T초가 경과된 시점이 기준 시점에 해당하는 경우 해당 기준 시점을 아날로그-디지털 컨버터부(122)에 제공할 수 있고, 아날로그-디지털 컨버터부(122)는 해당 기준 시점을 제공받아 기준 시점에서 톱니파의 전압을 디지털 값으로 변환할 수 있다.
펄스 카운터(126)는 톱니파 발생기(110) 및 제어기(128)와 연결되고, 톱니파 발생기의 시점이 제공되면 기준 시점까지 발생한 톱니파 펄스의 개수를 제공할 수 있다. 즉, 펄스 카운터(126)는 톱니파 발생기의 시점부터 기준 시점까지 발생한 톱니파 펄스의 개수를 카운트(Count)할 수 있다. 일 실시예에서, 펄스 카운터(126)는 톱니파 발생기(110)로부터 톱니파 발생기의 시점을 제공받아 톱니파 발생기의 시점부터 기준 시점까지 톱니파 펄스의 개수를 카운트하여 카운트된 톱니파 펄스의 개수를 제어기(128)에 제공할 수 있다.
제어기(128)는 아날로그-디지털 컨버터부(122), 타이머(124) 및 펄스 카운터(126)와 연결되어, 외부 환경 센싱 값을 결정하기 위하여 아날로그-디지털 컨버터부(122), 타이머(124) 및 펄스 카운터(126)의 작동을 제어할 수 있다. 일 실시예에서 외부 환경 센싱 값은 커패시터의 정전용량에 해당할 수 있고 또는 외부 온도, 외부 습도, 외부 압력 값에 해당할 수 있다.
제어기(128)는 펄스 카운터(126)로부터 톱니파 발생기의 시점부터 기준 시점까지 톱니파 펄스의 개수를 제공받을 수 있다. 제어기(128)는 제공 받은 톱니파 펄스의 개수를 기초로 아날로그-디지털 컨버터부(122)가 측정한 톱니파의 전압이 측정 가능한 정상 범위에 해당하는지 여부를 체크할 수 있다. 제어기(128)는 측정된 톱니파의 전압이 측정 가능한 정상 범위에 해당하는 경우 변환된 디지털 값을 기초로 외부 환경 센싱 값을 결정하고, 측정된 톱니파의 전압이 측정 가능한 정상 범위에 해당하지 않는 경우 정상 범위에 해당하도록 타이머를 제어하여 기준시점을 변경할 수 있다. 제어기(128)는 제공 받은 톱니파 펄스의 개수가 특정 개수(여기에서, 특정 개수는 정전용량 변화측정장치의 설정에 따라 변경될 수 있다.)와 같은 경우 측정 가능한 정상 범위에 해당하는 것으로 판단할 수 있고, 특정 개수보다 많거나 적은 경우 측정 가능한 정상 범위에 해당하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 톱니파 발생기를 설명하는 회로도이다.
톱니파 발생기(110)는 증폭기(U2 및 U3), 저항(R1, R2, Rb1 및 Rb2) 및 다이오드(Diode, D2)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 증폭기(U3)는 -단자를 통해 전압 Vcc/2를 입력받고 +단자를 통해 저항 R1 및 R2와 연결될 수 있고, 출력단자(OUT)를 통해 저항 R1, R2, Rb1 및 Rb2 및 다이오드 D2와 연결될 수 있다. 증폭기(U2)는 +단자를 통해 전압 Vcc/2를 입력받고 -단자를 통해 저항 Rb1 및 Rb2, 다이오드 D2 및 커패시터와 연결될 수 있고, 출력단자(OUT)을 통해 커패시터와 연결될 수 있다. 여기에서, 증폭기(U2)의 출력단자(OUT)는 톱니파 발생기(110)의 최종 출력단(Vo)과 연결될 수 있다.
도 2에서, 톱니파 발생기(110)는 저항 Rb2를 통해 흐르는 전류를 통해 커패시터를 충전시키고 저항 Rb1을 통해 흐르는 전류를 통해 커패시터를 방전시킬 수 있다. 이에 따라, 톱니파 발생기(110)는 커패시터의 충전 전압이 최대 전압(커패시터에 충전될 수 있는 최대 전압)에 도달했을 때 방전시켜 주기적인 충전/방전 곡선을 만들 수 있다. 즉, 커패시터는 저항 Rb2를 통해 흐르는 전류에 의해 최대 충전 전압까지 충전된 후 저항 Rb1을 통해 흐르는 전류에 의해 0V까지 방전되는 것을 반복할 수 있다. 여기에서, 최대 전압까지 충전되는 시간 및 OV까지 방전되는 시간은 커패시터의 용량 및 톱니파 발생기(110)를 구성하는 소자들의 소자값에 따라 달라질 수 있다(이하, 톱니파 발생기(110)를 구성하는 소자들의 소자값은 변하지 않는 것으로 가정한다). 톱니파 발생기(110)에서 발생되는 톱니파의 주기(또는 커패시터의 충전 및 방전 주기)는 연결된 커패시터의 정전용량에 따라 변경된다. 즉, 톱니파의 주기는 커패시터의 정전용량이 커지면 증가하고, 커패시터의 정전용량이 작아지면 감소한다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 톱니파 발생기를 설명하는 회로도이다.
톱니파 발생기(110)는 증폭기(U1), 저항(Rb) 및 스위치(Switch, SW)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 증폭기(U1)는 +단자를 통해 전압 Vb를 입력받고 -단자를 통해 저항 Rb, 커패시터 및 스위치와 연결될 수 있고, 출력단자(OUT)을 통해 커패시터 및 스위치와 연결될 수 있다. 여기에서, 증폭기(U1)의 출력단자(OUT)는 톱니파 발생기(110)의 최종 출력단(Vo)과 연결될 수 있다.
톱니파 발생기(110)는 스위치를 오프(off)시켜 커패시터를 충전시킬 수 있다. 톱니파 발생기(110)는 커패시터가 최대 전압까지 충전되는 때 스위치를 온(on)시켜 커패시터를 방전시킬 수 있다. 톱니파 발생기(110)는 이러한 커패시터의 충전 및 방전을 반복함으로써 톱니파를 발생시킬 수 있다. 톱니파 발생기(110)에서 발생되는 톱니파의 주기(또는 커패시터의 충전 및 방전 주기)는 연결된 커패시터의 정전용량에 따라 변경될 수 있다. 즉, 톱니파의 주기는 커패시터의 정전용량이 커지면 증가하고, 커패시터의 정전용량이 작아지면 감소한다.
도 4는 시간에 따른 커패시터 충전곡선 및 기준시점에서 측정된 전압의 차이를 설명하는 그래프이다. 도 4a는 톱니파 형태가 아닌 커패시터 충전곡선이고, 도 4b는 톱니파 형태의 커패시터 충전곡선을 설명하는 그래프이다.
도 4a에서, 정전용량 C1은 정전용량 C2보다 작고 이에 따라 정전용량 C1에서 충전 곡선의 기울기는 정전용량 C2에서 충전 곡선의 기울기 보다 크게 나타난다. 정전용량 C1 및 정전용량 C2는 서로 다른 값을 가지므로 기준 시점 T에서 커패시터 양단에 걸리는 전압도 서로 다른 값을 가진다.
여기에서, 정전용량 C1 및 정전용량 C2의 차이는
Figure pat00001
(
Figure pat00002
= C1 - C2 또는
Figure pat00003
= C2 - C1)로, 기준 시점 T에서 정전용량 C1에서 커패시터의 충전 전압 및 정전용량 C2에서 커패시터의 충전 전압의 차이는
Figure pat00004
로, 커패시터의 최대 충전 전압은 Vm으로 표현될 수 있다. 이때, 하기의 수학식 1은
Figure pat00005
,
Figure pat00006
및 Vm 사이의 관계를 나타낼 수 있다(단, 하기의 수학식 1은
Figure pat00007
가 Co에 비해 매우 작은 경우 적용될 수 있다).
[수학식 1]
Figure pat00008
여기에서, Co는 커패시터의 정전용량 변화의 기준이 되는 기준 정전용량에 해당한다. 도 4a의 경우 Co는 정전용량 C1 또는 정전용량 C2 에 해당할 수 있다.
수학식 1에서,
Figure pat00009
는 매우 작은 값을 가지므로,
Figure pat00010
도 매우 작은 값을 가지게 된다. 낮은 해상도를 가지는 아날로그-디지털 컨버터부(122)는 매우 작은 값을 가지는
Figure pat00011
를 측정할 수 없다.
Figure pat00012
는 충전곡선의 기울기를 증가시킴으로써(또는 기준 정전용량 Co를 감소시킴으로써) 큰 값을 가질 수 있다.
도 4b에서, 정전용량 C3 및 정전용량 C4는 정전용량 C1 및 정전용량 C2보다 작은 값을 가진다. 따라서, 정전용량 C3 및 정전용량 C4에서 충전 곡선의 기울기는 정전용량 C1 및 정전용량 C2에서 충전 곡선의 기울기보다 크다. 따라서, 기준 시점 T에서 정전용량 C3 및 정전용량 C4에서 충전 전압의 차이는 정전용량 C1 및 정전용량 C2에서 충전 전압의 차이
Figure pat00013
보다 커질 수 있다.
다만, 커패시터의 충전 전압은 최대 값 Vmax 이상의 값을 가질 수 없다. 따라서, 톱니파 발생기(110)는 커패시터의 충전 및 방전을 반복하는 방식을 통해 기준 시점 T에서 정전용량 C3 및 정전용량 C4에서 충전 전압의 차이를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 톱니파 발생기(110)는 정전용량 C4에서 톱니파 발생 시점부터 기준 시점 T까지 4개의 톱니파 펄스를 가지는 톱니파를 생성할 수 있다(여기에서 기준 정전용량 Co는 C3에 해당하는 것으로 가정). 1st 톱니파에서 전압 값의 차이는
Figure pat00014
(
Figure pat00015
=V1-V2)이고 4th 톱니파에서 전압 값의 차이는
Figure pat00016
(
Figure pat00017
=V1-V3)에 해당한다. 즉, 톱니파 발생기(110)는 톱니파 펄스를 생성함으로써 전압 값의 차이를 증가시켜 측정의 정밀도를 높일 수 있다. 본 발명은 커패시터 충전 곡선의 기울기를 증가시키는 방식을 사용하므로 추가적인 부가회로나 부가신호처리 과정을 최소화 하면서 전압 값 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 5는 정전용량 차이에 따른 톱니파의 전압을 나타내는 그래프이다.
각 그래프는 커패시터의 정전용량이 C1, C2 및 C3일 때 시간에 대한 충전 곡선을 나타낸다. 정전용량 C1은 기준 정전용량 Co에 해당할 수 있고, 그때 C2는 C1+dC, C3는 C1-dC에 해당할 수 있다. 즉, 외부 환경에 따라 커패시터의 정전용량은 C1에서 C1+dC 또는 C1-dC로 변경될 수 있으므로, 톱니파 발생기(110)는 변경된 정전용량에 따라 결정된 외부 환경 센싱 기울기(커패시터 충전 곡선의 기울기에 해당)를 가지는 톱니파를 생성할 수 있다. 따라서, 기준 시점에서 측정되는 톱니파의 전압은 각각 VC2 및 VC3로 변경될 수 있고, 이때 마이컴(120)은 VC1과의 전압 차를 측정하고 이를 이용해 커패시터의 정전용량 또는 외부 환경 센싱값을 출력할 수 있다.
마이컴(120)은 기준 시점뿐만 아니라 톱니파 펄스의 개수도 고려하여 톱니파의 전압을 측정할 수 있다. 도 5에서 톱니파의 전압을 측정하는 기준 시점은 4th 톱니파 펄스와 대응된다. 제어기(128)는 이러한 경우를 측정 가능한 정상 범위에 해당하는 것으로 판단할 수 있다. 반대로 제어기(128)는 기준 시점에 대응되는 톱니파 펄스가 달라지는 경우(예를 들어, 기준 시점이 각각 3rd 및 4th 톱니파 펄스와 대응되는 경우) 측정 가능한 정상 범위에 해당하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 이러한 경우, 제어기(128)는 타이머를 제어하여 톱니파의 전압을 측정하는 기준 시점을 변경할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 변화측정방법을 설명하는 흐름도이다.
톱니파 생성기(110)는 외부 환경에 따라 정전용량을 변경하는 커패시터와 전기적으로 연결되어 변경된 정전용량에 따라 결정된 외부 환경 센싱 기울기를 가지는 톱니파를 생성한다(S601). 마이컴(120)은 기준시점에서 생성된 톱니파의 전압을 측정한다(S602). 마이컴(120)은 측정된 톱니파의 전압을 이용하여 외부 환경 센싱 기울기에 의하여 결정된 외부 환경 센싱값을 출력한다(S603).
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 정전용량 변화측정장치
110: 톱니파 발생기
120: 마이컴

Claims (6)

  1. 외부 환경에 따라 정전용량을 변경하는 커패시터;
    상기 커패시터와 전기적으로 연결되고, 상기 변경된 정전용량에 따라 결정된 외부 환경 센싱 기울기를 가지는 톱니파를 생성하는 톱니파 발생기; 및
    기준 시점에서 상기 톱니파의 전압을 측정하고, 상기 측정된 톱니파의 전압을 이용하여 상기 외부 환경 센싱 기울기에 의하여 결정된 외부 환경 센싱값을 출력하는 마이컴을 포함하는 정전용량 변화측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이컴은
    상기 기준 시점을 제공받아 상기 톱니파 발생기에 의하여 생성된 톱니파의 전압을 디지털 값으로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터부(ADC: Analog-to-Digital Converting Unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 변화측정장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 마이컴은
    상기 톱니파 발생기의 시점이 제공되면 해당 시점으로부터 경과된 특정 시점에 해당하는 상기 기준 시점을 상기 아날로그-디지털 컨버터부에 제공하는 타이머를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 변화측정장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 마이컴은
    상기 톱니파 발생기의 시점이 제공되면 상기 기준 시점까지 발생한 톱니파 펄스의 개수를 제공하는 펄스 카운터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 변화측정장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 마이컴은
    상기 톱니파 펄스의 개수를 기초로 측정 가능한 정상 범위에 해당하는 지여부를 체크하여, 그렇다면 상기 변환된 디지털 값을 기초로 상기 외부 환경 센싱 값을 결정하고, 그렇지 않다면 측정 가능한 정상 범위에 해당하도록 상기 타이머를 제어하여 상기 기준 시점을 변경하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 변화측정장치.
  6. 외부 환경에 따라 정전용량을 변경하는 커패시터와 전기적으로 연결되어 상기 변경된 정전용량에 따라 결정된 외부 환경 센싱 기울기를 가지는 톱니파를 생성하는 단계;
    기준 시점에서 상기 톱니파의 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 톱니파의 전압을 이용하여 상기 외부 환경 센싱 기울기에 의하여 결정된 외부 환경 센싱값을 출력하는 단계를 포함하는 정전용량 변화측정방법.
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KR20120086314A (ko) 2009-10-14 2012-08-02 덴끼 가가꾸 고교 가부시키가이샤 수지 조성물 및 접착제

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