KR20170120880A - 압력 감지 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서는 전도성 섬유로 이루어지며, 제1 영역에 배치되는 복수의 신호 전극 및 제2 영역에 배치되며 상기 복수의 신호 전극과 연결되는 복수의 배선 전극을 포함하는 제1 전극층, 상기 제1 영역 상에 배치되는 탄성 유전층, 그리고 상기 탄성 유전층 상에 배치되며, 전도성 섬유로 이루어지는 제2 전극층을 포함한다.
Description
본 발명은 압력 감지 센서 및 이를 포함하는 압력 감지 장치에 관한 것이다.
최근, 전자 기술과 정보 통신 기술의 발전으로 헬스 케어(Health Care) 분야가 급속하게 발전하고 있다. 즉, 생체 정보를 이용하여 사람의 몸 상태를 측정할 수 있는 건강 관리 시스템이 요구되고 있으며, 특히 일상 생활에서 주로 사용하는 의자를 이용하여 생체 정보를 획득하는 기술이 개발되고 있다. 예를 들어, 의자 내에 압력을 감지하는 센서를 장착하여 착석자의 무게, 연령대, 자세 등을 파악하고자 하는 기술이 요구되고 있다.
일반적인 압력 감지 센서는 하부 전극, 탄성 유전층 및 상부 전극이 순차적으로 적층되는 구조를 가질 수 있다. 이러한 압력 감지 센서는 상부 전극 상에 가해지는 압력의 변화에 따라 탄성 유전층의 두께가 변화하게 되며, 탄성 유전층의 두께 변화에 따라 캐패시턴스가 변화하게 되고, 캐패시턴스의 변화량에 따라 상부 전극 상에 가해지는 압력을 산출하게 된다.
그런데, 이러한 압력 감지 센서 상에 인체가 터치되는 경우, 실질적으로 압력이 가해지지 않았음에도 불구하고, 압력 감지 센서의 캐패시턴스가 변화하게 된다. 이와 같이, 인체의 터치는 압력 감지 센서의 노이즈로 작용할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 가해진 무게에 따른 압력을 감지하는 압력 감지 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서는 전도성 섬유로 이루어지며, 제1 영역에 배치되는 복수의 신호 전극 및 제2 영역에 배치되며 상기 복수의 신호 전극과 연결되는 복수의 배선 전극을 포함하는 제1 전극층, 상기 제1 영역 상에 배치되는 탄성 유전층, 그리고 상기 탄성 유전층 상에 배치되며, 전도성 섬유로 이루어지는 제2 전극층을 포함한다.
상기 제2 영역 상에 배치되는 지지기재를 더 포함할 수 있다.
상기 지지기재는 상기 복수의 배선 전극 상에서 상기 탄성 유전층의 측면에 배치되고, 상기 지지기재의 경도는 상기 탄성 유전층의 경도보다 클 수 있다.
상기 복수의 배선전극은 상기 지지기재에 의하여 매립될 수 있다.
상기 복수의 신호 전극과 상기 복수의 배선 전극 사이는 벤딩(bending)될 수 있다.
상기 제1 전극층 아래에 배치되는 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 전극층은 그라운드(ground)와 연결될 수 있다.
상기 제2 전극층에는 상기 복수의 신호 전극의 배열과 매칭되는 패턴이 형성될 수 있다.
상기 제2 전극층은 상기 패턴에 의하여 서로 분리되지 않도록 형성될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 장치는 압력 감지 센서, 상기 압력 감지 센서와 연결되며, 상기 압력 감지 센서에서 발생한 전기 신호를 처리하는 신호 처리부, 그리고 상기 신호 처리부와 연결되며, 상기 신호 처리부에 의하여 처리된 신호에 기초하여 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하며, 상기 압력 감지 센서는 전도성 섬유로 이루어지며, 제1 영역에 배치되는 복수의 신호 전극 및 제2 영역에 배치되며 상기 복수의 신호 전극과 연결되는 복수의 배선 전극을 포함하는 제1 전극층, 상기 제1 영역 상에 배치되는 탄성 유전층, 그리고 상기 탄성 유전층 상에 배치되며, 전도성 섬유로 이루어지는 제2 전극층을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서는 가해진 무게에 따른 압력을 정밀하게 감지할 수 있으며, 압력 분포를 정확하게 감지할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서는 인체의 터치로 인한 노이즈 또는 배선 전극 상에 가해진 압력으로 인한 노이즈를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 특정 포인트를 감지하는 것이 아니고, 면 단위로 감지하므로, 자세 판단에 유리하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서는 대면적화가 가능하며, 사용자에게 이물감이 느껴지지 않는다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서는 고해상도를 가지면서도 모듈화가 간단하다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 하면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 상면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 하면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 상면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다.
도 7 및 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 의자의 측면도이다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 의자에 내장된 압력 감지 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 하면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 상면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 하면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 상면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다.
도 7 및 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 의자의 측면도이다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 의자에 내장된 압력 감지 장치의 블록도이다.
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 센서의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 하면도이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 상면도이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 압력 감지 센서(100)는 제1 전극층(110), 제1 전극층(110) 상에 배치되는 탄성 유전층(120), 탄성 유전층(120) 상에 배치되는 제2 전극층(130), 그리고 인쇄회로기판(140)을 포함한다.
여기서, 제1 전극층(110)은 제1 영역(10)에 배치되는 복수의 신호 전극(112) 및 제2 영역(20)에 배치되며 복수의 신호 전극(112)과 연결되는 복수의 배선 전극(114)을 포함한다. 그리고, 탄성 유전층(120) 및 제2 전극층(130)은 제1 영역(10), 즉, 제1 전극층(110)의 신호 전극(112) 상에 배치된다. 여기서, 압력을 감지하기 위한 영역은 복수의 신호 전극(112)이 배치되는 영역, 즉 제1 영역(10)이므로, 본 명세서에서 제1 영역(10)은 센싱 영역과 혼용될 수 있고, 제2 영역(20)은 비센싱 영역과 혼용될 수 있다.
이때, 각 배선 전극(114)은 인쇄회로기판(140)의 구리 배선을 통하여 신호 처리부(미도시)의 신호 전극에 연결되며, 제2 전극층(130)으로부터 인출된 배선은 인쇄회로기판(140)의 그라운드(ground)를 통하여 신호 처리부(미도시)의 그라운드 전극에 연결될 수 있다. 압력 감지의 대상, 예를 들어 인체는 제2 전극층(130) 상에 배치되도록 설정될 수 있다. 여기서, 인쇄회로기판(140)은 리지드(rigid) 인쇄회로기판 또는 연성(flexible) 인쇄회로기판일 수 있다. 이때, 인쇄회로기판(140)은 제1 전극층(110)이 배치되는 면 상에서 연장되며, 제2 전극층(130)으로부터 인출되는 배선은 탄성 유전층(120)을 관통하여 인쇄회로기판(140)의 그라운드에 연결될 수 있다. 또는, 인쇄회로기판(140)은 제2 전극층(130)이 배치되는 면 상에서 연장되며, 제1 전극층(110)의 복수의 배선 전극(114)은 탄성 유전층(120)을 관통하여 인쇄회로기판(140)의 구리 배선에 연결될 수도 있다. 또는, 인쇄회로기판(140)은 탄성 유전층(120)의 측면에 배치되며, 제1 전극층(110)의 복수의 배선 전극(114)은 인쇄회로기판(140)의 한 면의 구리 배선에 연결되고, 제2 전극층(130)으로부터 인출되는 배선은 인쇄회로기판(140)의 다른 면의 그라운드에 연결될 수도 있다.
이와 같이, 제2 전극층(130)이 그라운드와 연결되면, 인체가 제2 전극층(130)을 살짝 스치더라도, 제2 전극층(130) 상에 실질적으로 압력이 가해지지는 않으므로, 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(130) 간의 캐패시턴스가 변화하지 않게 된다. 이에 따라, 인체의 터치로 인한 노이즈를 방지할 수 있다.
한편, 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(130)은 전도성 섬유로 이루어진다. 예를 들어, 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(130)은 전도성 섬유로 직조된 전도성 직물로 이루어질 수 있다.
전도성 섬유는 금속 와이어 또는 표면 상에 금속 막이 피복된 일반 섬유일 수 있다. 전도성 섬유는 금속 입자가 분산된 일반 섬유일 수도 있다. 전도성 섬유가 금속 와이어인 경우, 금속 와이어의 직경은 10㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 금속 와이어의 직경이 10㎛ 미만이면 금속 와이어의 강도가 약하여 직물 가공이 어려울 수 있으며, 금속 와이어의 직경이 100㎛를 초과하면 금속 와이어의 강성이 높아 직물의 유연성이 떨어질 수 있으므로, 직물의 가공 시 설비에 데미지를 줄 수 있고, 사용자가 이질감을 느끼기 쉽다. 이때, 금속 와이어는 Cu, Ni, 또는 스테인레스 합금일 수 있다. 스테인레스 합금은, 예를 들면 마르텐사이트계 스테인레스 합금, 페라이트계 스테인레스 합금, 오스테나이트계 스테인레스 합금, 2상계 스테인레스 합금, 석출경화계 스테인레스 합금 등일 수 있다. 금속 와이어가 스테인레스 합금인 경우, 압력 감지 센서(100)의 내부식성을 높일 수 있다.
전도성 섬유가 표면 상에 금속 막이 피복된 일반 섬유인 경우, 금속 막은 금속 입자가 도금 방식 또는 증착 방식으로 일반 섬유의 표면 상에 피복되는 방법에 의하여 형성될 수 있다. 이때, 금속 입자는 Cu, Ni, 또는 스테인레스 합금일 수 있으며, 금속 막의 두께는 1㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 금속 막의 두께가 1㎛ 미만이면 전도율이 낮으므로 신호 전송 시에 손실을 유발할 수 있으며, 금속 막의 두께가 50㎛ 를 초과하면 섬유의 표면에서 금속 막이 쉽게 이탈될 수 있다.
그리고, 탄성 유전층(120)은 외부로부터 압력이 가해지는 경우 탄성 변형이 되며, 압력이 해제되는 경우 원래의 형상으로 돌아가는 복원력을 가지는 재질의 유전체이다. 탄성 유전층(120)은, 예를 들어, 발포폼, 부직포, 나노웹 등의 랜덤한 섬유 배열을 가지는 섬유 기재, 폴리우레탄, 나일론, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에스터로 이루어진 그룹에서 선택된 하나를 포함하는 합성섬유 또는 천연 섬유, 엘라스토머, 고무, 우레탄 등을 포함할 수 있다. 이때, 탄성 유전층(120)의 두께는 50㎛ 내지 300㎛일 수 있다.
이와 같이, 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(130) 사이에 탄성 유전층(120)이 배치되는 경우, 제2 전극층(130) 상에 압력이 가해지면 탄성 유전층(120)의 두께(d)가 감소하며, 제1 전극층(120) 및 제2 전극층(130) 간의 캐패시턴스가 변화하게 된다. 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서(100) 및 이를 포함하는 압력 감지 장치는 커패시턴스의 변화량에 기초하여 제2 전극층(130) 상에 가해진 압력을 감지할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따라, 탄성 유전층(120) 및 제2 전극층(130)이 제1 전극층(110)의 신호 전극(112) 상에 배치되며, 탄성 유전층(120) 및 제2 전극층(130) 중 적어도 하나가 제1 전극층(110)의 배선 전극(114)과 겹쳐지지 않는 경우, 신호 전극(112)이 배치되는 영역, 즉 제1 영역(10) 상에 가해진 압력만이 감지되며, 배선 전극(114)이 배치되는 영역, 즉 제2 영역(20) 상에 가해진 압력은 감지되지 않을 수 있다. 이에 따라, 비센싱 영역(20)인 배선 전극(114) 상에 압력이 가해지더라도, 캐패시턴스가 변화하지 않으므로, 배선 전극(114)으로 인한 노이즈를 줄일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 신호 전극(112)은 소정 간격으로 이격되며, 각 신호 전극은 각 배선 전극과 연결될 수 있다. 이에 따라, 신호 전극 별로 캐패시턴스의 변화량을 얻을 수 있으며, 압력 감지 센서(100) 상 캐패시턴스 변화량의 분포를 얻을 수 있다. 즉, 각 신호 전극은 하나의 센싱 포인트로 작용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 제2 전극층(130)은 전체적으로 연결되되, 제2 전극층(130)에는 제1 전극층(110)의 복수의 신호 전극(112)의 배열과 매칭되는 패턴(132)이 형성될 수 있다. 이때, 패턴(122)에 의하여 제2 전극층(130)이 복수 개로 서로 분리되는 것은 아니다. 제2 전극층(130)에 형성된 패턴(132)으로 인하여 제2 전극층(130)의 일부에 빈 공간이 형성되거나, 형성된 빈 공간이 절연 물질로 채워질 수 있다. 이와 같이, 제2 전극층(130)의 패턴이 제1 전극층(110)의 복수의 신호 전극(112)의 배열과 매칭되는 경우, 신호 전극 별로 압력 감지의 민감도가 향상될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 4 내지 5에 도시하는 바와 같이, 제1 전극층(110)의 각 신호 전극(112)에는 패턴(112-1)이 형성되며, 제2 전극층(130)에는 제1 전극층(110)의 각 신호 전극(112)에 형성되는 패턴과 매칭되는 패턴(132-1)이 더 형성될 수도 있다. 여기서, 제1 전극층(110)에 형성되는 패턴(112-1)으로 인하여 제1 전극층(110)의 일부에 빈 공간이 형성되거나, 형성된 빈 공간이 절연 물질로 채워질 수 있다. 이와 같이, 각 신호 전극(112)에 패턴(112-1)이 형성되고, 각 신호 전극(112)에 형성된 패턴(112-1)과 매칭되도록 제2 전극층(130)에도 패턴(132-1)이 형성되는 경우, 캐패시턴스 변화량을 세분화하여 감지할 수 있으므로, 압력 감지의 민감도 및 분해능이 더욱 향상될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 압력 감지 센서(100)는 제1 전극층(110)의 배선 전극(114)을 지지하기 위한 지지기재를 더 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다. 도 1 내지 5와 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
도 6을 참조하면, 압력 감지 센서(100)는 제1 전극층(110), 제1 전극층(110) 상에 배치되는 탄성 유전층(120), 탄성 유전층(120) 상에 배치되는 제2 전극층(130), 인쇄회로기판(140), 그리고 지지기재(150)를 포함한다.
여기서, 지지기재(150)는 제2 영역(20), 즉 복수의 배선 전극(114) 상에서 탄성 유전층(120)의 측면에 배치되며, 지지기재(150)의 경도는 탄성 유전층(120)의 경도보다 클 수 있다.
이와 같이, 지지기재(150)가 탄성을 가지지 않으면, 배선 전극(114)이 배치되는 영역, 즉 제2 영역(20) 상에 압력이 가해지더라도, 지지기재(150)의 두께는 변화하지 않으므로, 캐패시턴스가 변화하지 않게 된다. 이에 따라, 배선 전극(114)으로 인한 노이즈를 줄일 수 있다.
도 7 및 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다. 도 1 내지 6과 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
도 7 및 8을 참조하면, 압력 감지 센서(100)는 제1 전극층(110), 제1 전극층(110) 상에 배치되는 탄성 유전층(120), 탄성 유전층(120) 상에 배치되는 제2 전극층(130), 인쇄회로기판(140), 그리고 지지기재(150)를 포함한다.
여기서, 탄성 유전층(120) 및 제2 전극층(130)은 제1 영역(10)에만 배치된다. 이에 따라, 배선 전극(114)이 배치되는 영역, 즉 제2 영역(20) 상에 압력이 가해지더라도, 캐패시턴스가 변화하지 않으므로, 배선 전극(114)으로 인한 노이즈는 원천적으로 차단될 수 있다.
이때, 복수의 배선 전극(114)은 지지기재(150) 내에 매립될 수 있다. 여기서, 지지기재(150)는 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지기재(150)는 배선 전극(114)보다 경도가 큰 절연 접착제 또는 절연 테이프일 수 있다. 이에 따라, 복수의 배선 전극(114)은 적절한 강도를 가질 수 있으며, 외부 환경으로부터 보호될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다. 도 1 내지 8과 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
도 9를 참조하면, 압력 감지 센서(100)는 제1 전극층(110), 제1 전극층(110) 상에 배치되는 탄성 유전층(120), 탄성 유전층(120) 상에 배치되는 제2 전극층(130), 인쇄회로기판(140), 그리고 절연층(160)을 포함한다.
절연층(160)은 제1 전극층(110)의 아래에 배치될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라, 복수의 신호 전극(112)을 포함하는 제1 전극층(110)이 압력 감지 센서(100)의 하면에 배치되고, 그라운드와 연결되는 제2 전극층(130)이 압력 감지 센서(100)의 상면, 즉 압력 감지의 대상이 놓여지는 면에 배치되는 경우, 제1 전극층(110)의 아래에 절연층(160)을 접합하면, 복수의 신호 전극(112) 간 간섭을 최소화할 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다. 도 1 내지 9와 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
도 10을 참조하면, 압력 감지 센서(100)는 제1 전극층(110), 제1 전극층(110) 상에 배치되는 탄성 유전층(120), 탄성 유전층(120) 상에 배치되는 제2 전극층(130), 인쇄회로기판(140), 그리고 절연층(160)을 포함한다.
이때, 복수의 신호 전극(112)과 복수이 배선 전극(114)을 포함하는 제1 전극층(110)은 절연층(160) 상에 배치되며, 복수의 신호 전극(112)과 복수의 배선 전극(114) 사이는 벤딩(bending)될 수 있다. 이에 따라, 복수의 배선 전극(114)은 압력이 가해지는 면의 측면에 배치될 수 있다. 그리고, 압력 감지 센서(100)는 기구물(200) 내에 매립될 수 있다.
이에 따라, 신호 전극(112)이 배치되는 영역 상에 가해진 압력만이 감지될 수 있으며, 배선 전극(114)으로 인한 노이즈를 줄일 수 있다.
표 1은 비교예 및 실시예에 따른 압력 감지 센서의 캐패시턴스 변화량을 나타낸다. 비교예에 따른 압력 감지 센서는 그라운드와 연결된 제2 전극층(130), 탄성 유전층(120) 및 복수의 신호 전극(112)을 포함하는 제1 전극층(110)이 아래에서부터 위로 순차적으로 적층되었고, 실시예에 따른 압력 감지 센서는 복수의 신호 전극(112)을 포함하는 제1 전극층(110), 탄성 유전층(120) 및 그라운드와 연결된 제2 전극층(130)이 아래에서부터 위로 순차적으로 적층되었다. 비교예에 따른 압력 감지 센서 및 실시예에 따른 압력 감지 센서에 대하여 초기 상태, 즉 무게가 가해지지 않은 상태, 300g의 무게가 가해진 상태, 그리고 무게를 가하지 않고 손만 터치한 상태에서의 캐패시턴스 변화량을 측정하였다.
| 실험예 | 초기(0g) | 손 터치시 | 300g |
| 비교예 | 131.2pF | 142.2pF | 159.1pF |
| 실시예 | 132.3pF | 132.8pF | 159.8pF |
표 1을 참조하면, 비교예와 실시예 모두 0g의 무게가 가해진 경우와 300g의 무게가 가해진 경우의 캐패시턴스 변화량이 약 29pF로 유사하게 나타남을 알 수 있다. 다만, 상부에 압력은 가하지 않고 손만 터치한 경우, 비교예에서의 캐패시턴스 변화량은 11.0pF로 나타나나, 실시예에서의 캐패시턴스 변화량은 0.5pF로 나타남을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 인체의 터치로 인한 노이즈를 방지할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서는 자세 교정용 압력 감지 의자, 재실 감지 매트, 낙상 방지 매트 등에 적용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 의자의 측면도이고, 도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 의자에 내장된 압력 감지 장치의 블록도이다.
도 11 내지 12를 참조하면, 압력 감지 의자(1000)는 좌판(1100), 팔걸이(1200), 등받이(1300), 그리고 다리(1400) 등을 포함할 수 있다. 좌판(1100)에 사람이 착석하면, 압력 감지 의자(1000)에 내장된 압력 감지 장치(300)는 사람의 착석 여부를 감지하고, 착석에 따른 상대적 압력 분포를 측정할 수 있다. 압력 감지 장치(300)는 측정한 압력 분포에 따라 무게, 연령대, 앉은 자세 등을 검출할 수 있다.
압력 감지 장치(300)는 압력 감지 센서(100), 신호 처리부(310), 제어부(320) 및 통신부(330)를 포함할 수 있다. 압력 감지 센서(100)는 좌판(1100)에 대한 사람의 착석 여부 및 착석에 따른 상대적 압력 분포 등을 감지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 압력 감지 센서(100)는 좌판(1100) 내에 배치될 수 있다. 그리고, 신호 처리부(310)는 압력 감지 센서(100)와 연결되며, 압력 감지 센서(100)에서 발생한 전기 신호를 처리할 수 있다. 그리고, 제어부(320)는 신호 처리부(310)와 연결되며, 신호 처리부(310)에 의하여 처리된 신호에 기초하여 제어 신호를 생성할 수 있다. 한 예로, 제어부(320)는 압력 감지 센서(100)에 의하여 감지된 신호를 처리한 결과를 이용하여 압력 감지 장치(300)의 온오프를 제어할 수 있다. 다른 예로, 제어부(320)는 압력 감지 센서(100)에 의하여 감지된 신호를 처리한 결과를 이용하여 착석자의 자세에 관한 진단 정보를 생성할 수 있다. 또 다른 예로, 제어부(320)는 압력 감지 센서(100)에 의하여 감지된 신호를 처리한 결과를 이용하여 착석자의 자세 교정을 위한 알람 신호 등을 생성할 수도 있다.
그리고, 통신부(330)는 제어부(320)에 의하여 생성된 제어 신호를 외부 장치로 송신한다.
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 센서
110: 제1 전극층
120: 탄성 유전층
130: 제2 전극층
112: 신호 전극
114: 배선 전극
110: 제1 전극층
120: 탄성 유전층
130: 제2 전극층
112: 신호 전극
114: 배선 전극
Claims (10)
- 전도성 섬유로 이루어지며, 제1 영역에 배치되는 복수의 신호 전극 및 제2 영역에 배치되며 상기 복수의 신호 전극과 연결되는 복수의 배선 전극을 포함하는 제1 전극층,
상기 제1 영역 상에 배치되는 탄성 유전층, 그리고
상기 탄성 유전층 상에 배치되며, 전도성 섬유로 이루어지는 제2 전극층을 포함하는 압력 감지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 제2 영역 상에 배치되는 지지기재를 더 포함하는 압력 감지 센서. - 제2항에 있어서,
상기 지지기재는 상기 복수의 배선 전극 상에서 상기 탄성 유전층의 측면에 배치되고,
상기 지지기재의 경도는 상기 탄성 유전층의 경도보다 큰 압력 감지 센서. - 제2항에 있어서,
상기 복수의 배선전극은 상기 지지기재에 의하여 매립되는 압력 감지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 신호 전극과 상기 복수의 배선 전극 사이는 벤딩(bending)되는 압력 감지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전극층 아래에 배치되는 절연층을 더 포함하는 압력 감지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 제2 전극층은 그라운드(ground)와 연결되는 압력 감지 센서. - 제7항에 있어서,
상기 제2 전극층에는 상기 복수의 신호 전극의 배열과 매칭되는 패턴이 형성되는 압력 감지 센서. - 제8항에 있어서,
상기 제2 전극층은 상기 패턴에 의하여 서로 분리되지 않도록 형성되는 압력 감지 센서. - 압력 감지 센서,
상기 압력 감지 센서와 연결되며, 상기 압력 감지 센서에서 발생한 전기 신호를 처리하는 신호 처리부, 그리고
상기 신호 처리부와 연결되며, 상기 신호 처리부에 의하여 처리된 신호에 기초하여 제어 신호를 생성하는 제어부
를 포함하며,
상기 압력 감지 센서는
전도성 섬유로 이루어지며, 제1 영역에 배치되는 복수의 신호 전극 및 제2 영역에 배치되며 상기 복수의 신호 전극과 연결되는 복수의 배선 전극을 포함하는 제1 전극층,
상기 제1 영역 상에 배치되는 탄성 유전층, 그리고
상기 탄성 유전층 상에 배치되며, 전도성 섬유로 이루어지는 제2 전극층을 포함하는 압력 감지 장치.
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| JP2011513830A (ja) * | 2008-02-28 | 2011-04-28 | ニューヨーク・ユニバーシティ | 処理装置に入力を与える方法及び装置、並びにセンサパッド |
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