KR20190005861A - 다기능 페브릭 감지 시스템, 방법 및 물품 - Google Patents

Abstract

다기능 페브릭 감지 시스템은 감지 페브릭을 사용하기 전에 주변 환경을 모니터링하고 자기 능력을 모니터링하는 기능을 제공하며, 결과적으로 시스템은 페브릭을 사용하기 전에 페브릭이 제대로 작동하는지 여부를 판단할 수 있다. 아울러 이 시스템은 이전 감지 결과를 확인하는 동시에 지속적으로 필요한 신호를 탐지하는 정보를 제공할 수 있다. 만약 어느 시간대에 문제가 발생한다면, 시스템은 사용자나 모니터링 센터에 문제를 통보하고 문제를 해결하여 중단 없이 모니터링되는 신호를 제공하여 상시 모니터링을 수행할 수 있다. 이로써 감지 페브릭을 자주 교체할 필요가 없으며, 결과적으로 환경 친화적 효과를 발생한다. 더 중요한 것은, 시스템이 에너지 생성 메커니즘을 가지고 있고 에너지를 절약할 수 있다는 것이다. 인간이나 동물에 적용되는 시스템 감시 대상에는 심박, 호흡, 체온, 땀, 혈압, 혈액 산소, 자세, 걸음걸이, 대소변, 출혈 등이 포함된다. 패턴이나 바디 페인트를 피부에 발라 송전선이나 전극 역할을 하거나 절연 효과를 제공하거나 정전기 발생 또는 정전기 제거 효과를 제공할 수 있다. 페브릭 상의 시스템은 서로 상호 작용하거나 양자가 동기화 작동하며 서로 백업 역할을 할 수도 있다. 마지막으로, 신체, 의류, 신발, 의자, 침대의 정전기 크기를 감지할 수 있고, 정전기 간섭을 제거하여 전력을 저장할 수도 있다. 정전기 효과는 페브릭을 몸체에 끌어들여 생리적 신호를 측정하는 데 이용할 수 있다. 또한, 페브릭에서 마그네토 발전을 이용하여 발전을 진행할 수도 있다. 레저에 사용되는 효과가 있고, 상기 시스템은 인간이나 동물을 식별하는데 사용되고 즉 신분증을 대체할 수 있다.

Description

다기능 페브릭 감지 시스템, 방법 및 물품

본 발명은 지능형 페브릭 감지 시스템, 방법 및 물품에 관한 것으로, 생리적 기능, 자세, 환경 상태 및 천 자체의 상태를 감지하는 데에 사용될 수 있고, 스포츠 의학, 피트니스, 보건, 레저, 산업 안전 등에 사용될 수 있다. 상기 시스템은 출하된 후 자체 및 주변 환경의 상태의 감지를 시작할 수 있고, 아울러 사용시 정보를 지속적으로 누적 기록하여 추후 시스템에 문제가 있을 경우 사용자 또는 모니터링 센터에 통보하여 지능형 페브릭 감지 시스템의 기능을 달성한다.

US 201500126834 A1에 개시된 바와 같이, 패턴을 옷 또는 피부에 구성하여 센서로 사용하며, 피부에 도포되는 패턴 또는 바디 페인팅을 전송선 또는 전극으로 사용하여, 절연 효과를 달성하거나 정전기 발생 및 정전기 제거 효과를 산출할 수 있다. 페브릭 상의 시스템은 서로 상호 작용하거나 양자가 동기화 작동하며 서로 백업 역할을 할 수도 있다.

US 8193465 B2 특허 내용은 페브릭에 스위치를 설치하고 이 스위치에 센서를 설치하거나, 스위치가 천 상에 부착되어 자세 변화를 감지한다.

US 20100170704 A1 특허 내용은 페브릭에 균열이 있고, 균열의 양단이 도전성 재료로 구성되어 외부로부터 힘을 받을 경우 그 변화를 변경 또는 탐지할 수 있다.

US 8331097 B2 이 특허는 상기 페브릭이 충전 가능 커패시터일 수 있고 배터리를 구성할 수도 있으며, 부재는 동일한 천에 배치될 필요가 없고 2개의 천에 분리 배치될 수도 있으며, 전자기유도가 가능하고 기준 영역을 구성하여 누전을 측정한다. 이 특허는 하나의 천에서도 전자기유도가 가능함을 언급하지 않았다.

US 7750790 B2 특허내용은 스트레인 게이지에 관한 것이고, 외력이 천에 작용할 경우 적어도 하나의 도전성 실의 기하적 속성이 변하여 대응되는 전기적 속성의 변화가 감지되며, 임피던스(저항, 커패시터, 인덕턴스)가 감지되거나 자속 또는 전속이 감지된다. 현재의 특허에서 이는 전송선일 수 있고 에너지로 변환되어 저장될 수도 있으며 무선 전송에 사용되는 안테나일 수도 있다.

US 20130066168 A1 특허 내용은 천의 커패시터 센서를 사용하여 생리적 신호를 생성하는 시스템에 관한 것이고, 도전성 천과 인체 사이에 하나의 커패시터형 센서를 형성하며, 인간과 천 사이의 정전기 효과가 발생하는 영향에 대해서는 상세히 설명하지 않았다.

US20140343392 A1 특허는 심박을 측정하거나 또는 전극에서 접촉이 양호한지를 감지한다. 건성 전극 또는 커패시터 커플링은 전극과 환경 또는 인체 사이의 상태 변화에 따라 어떤 신호를 사용하여 처리할지를 선택하도록 한다. 상기 전극 또는 전극 주위의 천, 연결선, 부유 스트립은 안테나로 사용될 수 있다. 전극과 체표 사이의 임피던스를 측정하기 위해, 2개의 전극과 체표 사이의 임피던스를 측정하며 단일 전극과 체표 사이의 임피던스를 측정하지 않는다.

US 20120215076 A1 특허 내용은 생리적 기능 및 자세 상태를 감지하는 기술이다. 이 특허는 한번에 하나의 생리적 신호만 판독할 수 있다.

US 20140084045 A1 특허 내용은 천의 전자화 패턴 메이킹, 밀봉, 제조에 관한 것이다.

US 20110282164 A1 특허 내용은 하나의 기저 재료 층 및 기저 재료 층에 설치된 복수의 센서를 포함하는 감지 장치에 관한 것이다. 상기 특허는 반드시 2개의 출력단이 있어야 하고 외력이 있어야만 탐지를 시작하며, 탐지된 값은 꼭 달라야 한다. 현재의 본 특허는 힘을 받지 않는 경우에도 여전히 탐지가 가능하다. 더 중요하게는, 동일한 센서에 대해, 값이 동일하더라도 탐지가 가능하다. 수치 변화도 마찬가지로 측정이 가능하다. 힘, 스트레스, 또는 액션의 인가 여부와 상관없이 동작하여 정보를 판독할 수 있다. 동일한 탐지 값이 판독될 수 없는 문제가 해결된다. 동시에, 2개의 출력단이 하나의 출력단으로 감소될 수 있고, 또한 무선 전송이 가능하여 컨트롤 박스가 전력을 더 절약할 수 있다.

하기에서 공개되는 바람직한 실시 예 또는 실시형태에서, 본 발명은 다양한 방식으로 다른 실시 예로 구현될 수도 있다. 따라서 본 발명은 이를 응용하는 구조의 세부사항이나 하기 설명 또는 도면에 도시된 컴포넌트의 배치의 제한을 받는 것으로 간주되지 않는 다는 것이 이해된다. 만약 본문에서 하나의 실시 예에서 설명되었다면 그 청구범위는 해당 실시 예에 한정되지 않는다. 이 밖에, 청구범위는 배척, 제한 또는 면책에 대한 명확하고 설득력있는 증거가 없는 한 모두 엄격하게 한정되지 않는다. 본 발명의 목적은 임의의 외부 환경 변화와 내부 정보를 판독할 수 있고, 더 적은 수의 선을 가지고 외력의 인가 여부와 상관없이 모두 판독이 가능하다. 본 발명의 감지 시스템은 천, 가죽, 의류, 침대 시트 및 의자 등에 사용될 수 있다. 이들은 비교적 적은 커넥터를 구비하여 사용자의 체험이 좋아지도록 하고, 외부 환경의 반응을 탐지할 수 있다. 임의의 감지 컴포넌트에 이상이 발생할 경우 사용자에게 즉시 통보하여 감지 기기가 주의하지 못하는 부분을 주의할 수 있도록 한다. 인간 또는 동물의 행위를 식별하여 신분증을 대체할 수 있으며 행위 의학에 사용될 수 있다.

본 발명의 감지 시스템은 상기 단점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 힘, 스트레스, 또는 액션의 인가 여부와 상관없이 값들이 동일하더라도 탐지가 가능하고 정보를 판독할 수 있는 감지 시스템을 제공하는 것이며, 그것은 비교적 적은 커넥터를 구비하여 사용자 체험이 좋아지고 외부 환경의 반응을 탐지할 수 있는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 정전기 간섭을 제거하고 나아가 전력을 저장할 수 있으며, 정전기 효과를 이용하여 천을 몸에 부착하여 생리적 신호를 측정하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 피부에 패턴 또는 바디 페인팅을 진행하여 전송선 또는 전극으로 사용하는 것을 제공하는 것이고, 이는 절연 효과 또는 정전기 발생, 정전기 제거 효과를 산출할 수 있다. 상기 천 상의 시스템은 서로 상호 작용하거나 양자가 동기화 작동하며 서로 백업 역할을 할 수도 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 페브릭 저항 센서 또는 임피던스 용적맥파((impedance plethysmogram)) 센서를 사용하여 생리적 신호를 발생하는 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 천에서 전자기유도를 이용하여 발전을 진행하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 센서로 사용될 수 있고, 에너지로 변환되어 저장될 수도 있으며 무선 전송에 사용되는 안테나로 사용될 수 있는 전송선을 제공한다.

본 발명의 또 다른 목적은 단일 전극과 체표 사이의 임피던스 측정에 의해 전극과 체표 사이의 임피던스 측정이 수행되는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 인간 또는 동물의 신원으로서 사용되어, 신분증을 대체할 수 있는 시스템을 제공한다.

이상의 설명은 단지 본 발명의 기술 양태에 대한 간략한 설명이다. 본 발명의 상기 및 다른 목적과 기술양태를 더 잘 이해하도록 상기 설명에 기초하여 본 발명을 더 상세히 설명하며 하기 실시예와 도면을 제공한다.

도 1은 본 발명의 제1 구조(병렬)이다.
도 2는 본 발명의 제2 구조(직렬)이다.
도 3은 직렬로 연결된 LC 및 대역 통과 필터로 구현된 선택부를 도시한다.
도 4는 3개의 동일한 서미스터의 주파수 응답도이다.
도 5는 제너 다이오드를 선택부로 사용하는 것을 도시한다.
도 6은 4개의 선택부를 사용하는 효과를 보여준다.
도 7a는 저항 센서의 응답도이다.
도 7b는 하나의 커패시터를 추가한 응답도이다.
도 8은 저항 센서에 하나의 커패시터를 추가하는 것을 도시한다.
도 9a는 페브릭 유도 호흡운동기록기이다.
도 9b는 다른 하나의 페브릭 유도 호흡운동기록기이다.
도 10은 4개의 센서를 가진 실시 예를 도시한다.
도 11은 아래 열의 전극이 저 임피던스 전극인 모습을 보여준다.
도 12는 부유 커패시터를 이용하여 하나의 물리적 도선 및 하나의 연결점만을 생성하는 것을 보여준다.
도 13은 아래 열에 하나 이상의 기준 전극을 사용하여 고품질의 신호를 얻는 것을 보여준다.
도 14는 감지 전극으로서 사용되는 전자부품에 직렬로 연결될 수 있는 아래 열의 전극을 보여준다.
도 15는 여러 그룹의 감지 전극의 실시 예를 도시한다.
도 16은 심전도 전극과 근전도가 동일한 그룹의 도선을 공유하는 실시 예를 도시한다.
도 17은 심전도 전극과 근전도가 하나의 도선을 공유하는 회로도의 개략도이다.
도 18은 상이한 주파수에 의해 다기능 감지를 진행함을 보여준다.
도 19는 광섬유를 이용한 웨어러블 시스템의 구성을 도시한다.
도 20은 광섬유를 이용한 또다른 웨어러블 시스템의 구성을 도시한다.
도 21은 속옷에서 겉옷까지 빛을 전달하기 위한 광섬유 사이의 접촉의 모식도이다.
도 22는 전기 신호가 광섬유를 통해 전송되는 구조도이다.
도 23은 인체 도전성에 의해 접지 선 도전을 실현하는 설명도이다.
도 24는 둘 이상의 선택부를 동시에 구동하여 센서 신호를 선택하는 설명도이다.
도 25는 선택부가 검파 회로에 연결된 모습을 보여준다.
도 26은 생리적 전기 신호와 센서 신호가 동시에 하나의 그룹의 도선을 공유하는 설명도이다.
도 27은 다기능 시스템과 예비 컴포넌트의 완전한 구조도이다.
도 28은 커패시터 커플링형 전극과 기존 전극을 병렬 사용하는 설명도이다.
도 29는 정전기 유도 효과 설명도이다.
도 30은 정전기 유도 효과의 상세 설명도이다.
도 31a은 2층의 페브릭의 정전기 유도 효과이다.
도 31b는 2층의 페브릭의 정전기 유도 효과이다.
도 31c는 2층의 페브릭의 정전기 유도 효과이다.
도 32a는 정전기 센서의 구조도이다.
도 32b는 정전기 센서의 상세 설명도이다.
도 33은 마찰에 의한 정전기 설명도이다.
도 34는 풍력 발전 설명도이다.
도 35는 배터리 연료 게이지(battery fuel gauge)의 설계이다.
도 36a는 기저귀의 탑뷰이다.
도 36b는 기저귀의 측면도이다.
도 37은 커패시터 배터리의 설명도이다.
도 38a는 백업 컴포넌트의 설계이다.
도 38b는 백업 컴포넌트의 설계이다.
도 39는 전기 에너지 회수선 설명도이다.
도 40은 RF 안테나, 전력 전송선(DC) 및 감지 신호(AC)를 위한 전송선으로 기능할 수 있는 전송선을 도시한다.
도 41은 속옷으로부터 겉옷으로 전송하는 안테나로서 기능하는 전송선을 도시한다.
도 42는 자성재료의 진동에 의해 발전을 진행하는 설명도이다.
도 43은 다른 하나의 자성재료의 진동에 의해 발전을 진행하는 설명도이다.

제1 부분: 연결선 감소

기존의 SPI 또는 I2C 인터페이스는 이러한 도선 요구조건을 만족하기 위해 설계된 것이다. 그러나 SPI 또는 I2C는 모두 마이크로 컨트롤러와 적당한 전원이 있어야만 실현할 수 있다. 휴대자가 쾌적함을 느끼게 하고 움직이기 불편하지 않게 하기 위해, 센서는 매우 작아야 하고 연결선도 매우 적어야 하며, 전원을 설치하기 어렵다. 이러한 여러 가지 제한을 받는 상황에서, 공지된 SPI 또는 I2C를 사용하여 다수의 센서를 연결하기는 어렵다. 본 발명은 하나의 마이크로 컨트롤러가 두 개의 도선을 사용하여 동시에 다수의(아날로그) 센서를 연결할 수 있고, 각각 센서의 반응을 탐지할 수 있는 회로 아키텍처를 개시한다.

예를 들어, 하기의 실시 예에서 사용하기에 적절한 센서는 마이크(심폐음 또는 음성 픽업), 생리적 전극, 습도계, 서미스터, 저항 또는 커패시터 타입 스트레인 게이지(strain gauge), 포토레지스터(photoresistor), 감광 다이오드(상이한 파장의 광학 필터로 자외선, 가시광선 또는 적외선 감지부로 사용되어 주변 환경의 밝기를 감지), 기압 감지부, 기체 센서(알콜 센서, 일산화탄소 센서 또는 이산화탄소 센서)가 될 수 있다.

이밖에, 하기의 각 실시 예의 센서는 진동모터, LED, 나팔, 버저, 기낭이 포함된 맥압포켓, 전극 소생기 또는 경피신경 전기자극기(TENS)에 사용되는 전극 등과 같은 여러가지 엑츄에이터에도 적용된다.

본 발명에 따른 제1 구조는 도 1에 도시된 바와 같다. 여기서, G는 선택부를 나타내고, 메인 신호원(V)에 의해 상이한 특성의 신호, 예를 들어 상이한 주파수 또는 상이한 바이어스(bias)를 내보내어 일부 선택부(G)를 선택적으로 온(on)하고 기타 선택부(G)를 오프(off)할 수 있도록 각각의 선택부(G)는 상이한 스위치 온 및 스위치 오프 조건을 가진다. S는 센서(예를 들어 서미스터 또는 스트레인 게이지)를 나타낸다. 각각의 센서는 모두 하나의 선택부와 직렬 연결되고, 그런다음 또 센서들이 병렬 연결되고 2개의 도선과 연결되는데, 그 중의 하나는 공유 접지선(GND)이고 다른 하나는 신호선이다. 메인 신호원(V)(주파수 또는 바이어스의 전압원을 변경 가능)로부터의 신호가 마이크로 컨트롤러에 의해 설정되어, 전력량계(M)(전류 측정)를 거쳐 각 선택부 입구에 도달한다. 선택부(G)는 메인 신호원(V)의 신호 특성으로 인해 스위치 온되거나 스위치 오프되어 전력량계(M)가 특정 센서 신호를 선택해내도록 하며, 해당 신호를 디지털화시킨 다음 마이크로 컨트롤러에 전송한다.

도 1에서 하나의 선택부(예를 들면 G3)를 생략하고 하나의 센서(예를 들면 S3)가 전력량계(M)와 직접 연결되도록 할 수 있다. 이로써 신호원이 다른 선택부(G1 및 G2)가 오프 상태에 있도록 설정될 경우, S3이 여전히 전력량계(M)에 의해 감지될 수 있다. 다른 임의의 선택부(G1)를 작동시킬 경우, 전력량계(M)는 S1+S2를 얻을 수 있고 S1을 이미 알고 있기에 S2도 얻을 수 있다.

본 발명의 제2 구조는 도 2에 도시된 바와 같다. G는 선택부를 나타내고, 메인 신호원(V)에 의해 상이한 특성의 신호, 예를 들어 상이한 주파수 또는 상이한 바이어스(bias)를 내보내어 일부 선택부(G)를 선택적으로 온(on)하고 기타 선택부(G)를 오프(off)시키도록 각각의 선택부(G)는 상이한 스위치 온 및 스위치 오프조건을 갖는다. S는 센서(예를 들어 서미스터 또는 스트레인 게이지)를 나타내는데, 각각의 센서는 모두 하나의 선택부와 병렬 연결되고, 그런 다음 직렬 연결되고 두 개의 도선과 서로 연결되는데, 그 중의 하나는 공유 접지선(GND)이고 다른 하나는 신호선이다. 메인 신호원(V)(주파수 또는 바이어스의 전압원을 변경 가능)으로부터의 신호는 마이크로 컨트롤러에 설정되고 전력량계(M)(전류 측정)를 거쳐 각 선택부 입구에 도달한다. 각 선택부(G)는 메인 신호원(V) 신호 특성으로 인해 스위치 온되거나 스위치 오프되어 전력량계(M)가 특정된 감지부 신호를 선택해내도록 하며, 해당 신호를 디지털화시킨 다음 마이크로 컨트롤러에 전송한다.

도 2에서 하나의 선택부(예를 들면 G3)를 생략하고 하나의 센서(예를 들면 S3)가 전력량계(M)와 직접 연결되도록 할 수 있다. 이로써 신호원이 다른 선택부(G1 및 G2)가 온 상태가 되도록 설정되는 경우, S3이 여전히 전력량계(M)에 의해 감지될 수 있다. 상기와 마찬가지로, S1, S2도 얻을 수 있다.

특허 US8193465B2, US20100170704A1 및 US8331097B2에서 이것들은 모두 선택부로 사용할 수 있으나 외력이 존재해야만 작동되어 신호를 측정하거나 치료 가열을 제공하는 등 조건이 있다.

제1 실시 예: LC 직렬 대역 통과 필터로 선택부를 구현

도 3에 도시된 바와 같이, 중심 주파수가 100Hz인 대역 통과 필터를 선택부(F1)로 사용하고, 10 KHz 대역 통과 필터를 선택부(F2)로 사용하며, 1MHz 대역 통과 필터를 선택부(G3)로 사용한다. 센서(S1, S2, S3)는 특성이 동일한 서미스터(상온에서 1Ω)이며, 각각 사용자의 왼쪽 겨드랑이, 오른쪽 겨드랑이, 옷깃에 장착되어 좌우 겨드랑이 온도 및 환경 온도를 감지한다. 대역 통과 필터는 직렬로 연결된 하나의 인덕터 및 하나의 커패시터로 구현된다. 그 주파수-임피던스는 도 4에 도시된다.

신호원(V)은 조절가능 주파수의 정전압원이고, 신호원(V)이 생성한 주파수가 100Hz일 경우 선택부(G1) 임피던스는 0에 근접하고, 선택부(G2 및 G3)는 200kΩ에 근접한다. 센서(S1, S2, S3)가 1Ω의 서미스터인 경우, G1 및 S1의 직렬 임피던스는 1001Ω이고 G2 및 S2, G3 및 S3의 직렬 임피던스는 200.001KΩ이다. 즉 G2 및 S2, G3 및 S3 두 그룹의 센서 및 선택부에 의해 발생되는 간섭은 G1 및 S1 감지 신호의 100분의 1이다. 마찬가지로, 신호원(V)이 생성한 주파수가 10KHz일 경우 주요한 감지 신호는 G2 및 S2에서 오고, 신호원(V)이 생성한 주파수가 1MHz일 경우 주요한 감지 신호는 G3 및 S3에서 온다. 상대적으로 정확도에 대한 요구가 높지 않은 응용에서, 다른 두 그룹에 의해 발생되는 간섭을 무시할 수 있고, 특정 주파수에서 직접 얻은 결과는 그 이론값에 근접한다. 정확도에 대한 요구가 높은 응용에서, 3개의 주파수를 사용하여 3개의 측정 결과를 얻고, 3원 연립 방정식을 풀면 비교적 정확한 S1, S2, S3을 얻을 수 있다. 상기 회로는 회로 설계를 지원하기 위해 실제 결과에 매우 가까운 결과를 얻기 위해 전자 업계에서 널리 사용되는 SPICE로 시뮬레이션 될 수 있다.

세라믹 및 석영 대역 통과 필터로 선택부를 구현하면, 그 특징은 주파수대가 아주 좁고 아주 많은 센서를 동시에 수용할 수 있다.

또는 그것은 그의 동적 임피던스가 매우 작은 역방향 바이패스 제너 다이오드로 구현될 수 있다.

정전압 컴포넌트, 예를 들면 LM385, 또는 리드 스위치, 또는 멀티플렉서(multiplexer)로 선택부를 구현할 수 있다.

예를 들면 리드 스위치는 서미스터를 상의의 일측 겨드랑이 내에 안착시키고 자석을 상기 측의 소매 내측에 안착시키며, 리드 스위치를 상기 측의 외부에 안착시킨다. 상기 측의 팔이 아래로 드리운 자세일 경우, 겨드랑이 온도는 신체 코어 온도에 근접하고 자석이 리드 스위치에 접근하여 연결 상태가 되며, 이때 M은 정확한 체온을 측정할 수 있다.

제2 실시 예: 도 5의 회로에서, G1, G2, G3은 각각 제너 전압이 2.0, 3.0, 4.0인 다이오드이다.

제3 실시 예: 방향이 반대되는 정류 다이오드로 선택부를 구현

도 9와 같이, 상이한 전방 바이어스를 가지는 상이한 종류의 다이오드를 이용함으로써 제너 다이오드 효과와 유사한 효과를 실현할 수 있다.

S5는 선택부를 거치지 않고 전력량계와 직접 연결되고, 바이어스와 진폭이 0.2V보다 작을 때, S5만 전력량계에 의해 감지되고, 다른 센서는 작동되지 않으며, D1~D4가 모두 작동되지 않기에 S5의 전기량을 획득할 수 있다. 신호원이 +0.3V의 바이어스를 인가할 때, S4에 S5를 더한 결과를 획득할 수 있다. 마찬가지로, S5는 심전도, 근전도 또는 뇌전도의 전극일 수도 있으며, 이러한 생리적 신호의 진폭이 0.2 V보다 작기에 D1~D4가 작동되지 않아 기타 센서의 신호와 섞이지 않게 된다.

도 6의 S5는 전기 생리적 신호를 수집하여 다른 센서와 공유하는 하나의 도전성 천(전극)일 수도 있고, 먼저 0 바이어스로 S5의 전류값이 측정되고, 바이어스 크기 및 방향을 조절하여 D1이 작동되도록 하며, 위의 예를 참조하여 S1과 S5의 전류의 합을 획득한 다음 S5의 전류값을 제거한다.

인체와 접촉하는 두 개의 도전성 천 S5는 호흡을 측정할 수도 있고(US 20130066168 A1특허), 또한, S1, S2에는 두 개의 커패시터 센서가 연결되어 호흡, 심박, 자세 또는 동작을 판독할 수 있다. 두 개의 커패시터 센서는, US 8331097 B2, US 7750790 B2, US 20130066168 A1 특허와 같이 사인파 또는 맥파를 사용하여 양자 사이의 커패시턴스를 측정할 수 있다.

도전성 천에는 하나의 저항식 센서가 병렬 연결될 수 있고, 센서에는 선택부가 직렬 연결될 필요가 없으며, DC와 AC로 구분할 수 있다.

도전성 천과 인체 사이의 커패시턴스가 땀에 의해 커패시턴스 값을 획득하기 어려울 때, 본 발명은 S1/D1과 S2/D2를 병렬연결할 수 있다. 하나의 바이어스가 인가된 후에 S1, S2 및 정전용량형 전극을 선택할 수 있으며, 비록 바이어스가 존재하나 예측하고 추산할 수 있다.

S2는 마이크와 같은 능동소자일 수 있는데, 두 개 전극 사이의 인체 임피던스가 마이크가 출력하는 임피던스보다 크기만 하면, S2와 연결되어 있던 D2를 생략할 수 있고, S2와 전극이 병렬 연결되어 도선을 공유할 수 있도록 한다.

도전성 천과 인체이 접촉하여 땀에 의해 양자 사이의 커패시턴스를 측정하고 커패시턴스 값을 획득하기 어려울 경우, 본 발명은 임피던스 용적맥파(impedance plethysmogram)을 통해 여전히 호흡, 인체동작 등을 획득할 수 있다. 이때, 사실상 저항(R, 실수부분)과 유도성 저항(X, 허수부분)을 동시에 획득하는 것과 같고, 체지방 또는 체내 수분을 추정하는데 사용될 수도 있고, 즉, J Intern Med Taiwain 2012；23: 245-253과 같이 다기능, 다용도를 실현한다. 또는 DC 전류에 의해 저항값을 측정하고, 피부 저항 또는 땀을 측정할 수 있다.

도 6에서 S1, S2, S3, S4는 신체 특정 부위에 접착된 전극으로 간주할 수 있고, 예를 들면, 하나의 교류저항혈량측정계(Impedance plethysmography)의 전극이 인체에 접촉하게 되면(도전성 재료로 전극을 제조하여 예를 들면 실버 천과 같은 천에 고정된다), S1, S2, S3, S4는 가변 저항으로 간주할 수 있다. 컨트롤 박스로부터 미약한 고주파(약 50 KHz) 전류가 주입되면, 양단의 전압이 호흡 또는 동작에 따라 변화되므로 호흡 또는 동작의 센서로 사용될 수 있다. 또 4개 전극은 혈압(Sensors 2014, 14(8), 14858-14872)을 측정할 수도 있다. 상술한 바와 같이, 컨트롤 박스의 신호원이 특정 방향 및 크기의 바이어스를 출력할 수 있고, S1, S2, S3, S4 중의 하나를 서로 간섭받지 않으며 각각 작동시킬 수 있다. 이런 상태는 양측 전기 생리적 신호를 측정하는 전극을 병렬 연결하여 S1, S2, S3, S4와 서로 간섭받지 않게 된다.

상기 전극은 여러 기능을 실현하는 ECG 전극으로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 기존의 특허에서는, 가동하기 시작할 때 직류저항(땀에 젖은 정도)이 측정되고, 교류의 경우 커패시턴스가 측정된다. 충분히 젖어 있으면 기존의 ECG회로를 사용하고, 너무 마르면 커패시터 커플링타입 심전도 회로로 전환되어 별도의 피드백 전극을 가동시킨다. 피드백 전극은 커패시터를 직렬 연결할 수 있다.

두 개의 센서(전극이기도 함)를 구별하기 위해, 둘 중의 하나에 커패시터(S2+cap)를 추가하고 다른 하나에는 커패시터(S1)를 추가하지 않는다. 따라서, DC를 제공할 때 S1을 측정하고 AC를 제공할 때 S2를 측정할 수 있다.

도 9와 같이, 상이한 바이어스 방향을 제공하면 C4/R1 또는 C5/R2를 선택할 수 있고, 그런 다음 DC 또는 AC를 인가함으로써, R이 개별적으로 측정되거나 또는 RC이 병렬 연결될 수 있다.

임피던스 용적맥파(impedance plethysmogram)는 페브릭 저항 센서 또는 임피던스 용적맥파 센서를 이용하여 생리적 신호를 생성하는 방법으로서, 적어도 하나의 천을 포함하고, 적어도 하나의 도전성 영역이 상기 천에 설치되며, 신호 회로가 제공된다. 상기 도전성 천은 인체와 저항 또는 임피던스를 형성하며, 천 저항 센서 또는 임피던스 용적맥파 센서는 저항(R), 커패시터(C), 인덕터(L), 연산증폭기, 다이오드, 슈미트 트리거, 상보형 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터, 트랜지스터 또는 집적 회로에 직렬 또는 병렬 연결되어 충방전 회로를 형성함으로써 주파수, 주기, 전압 또는 전류를 변화시킨다. 인체와 페브릭 사이에 압력, 인장력, 토크 또는 장력이 있을 경우 상기 회로가 신호를 전송한다. 시스템은 도전성 천과 인체 사이의 저항센서 또는 임피던스 용적맥파 센서 값의 변화를 수신하며, 상기 변화는 주파수, 전압 또는 전류 변화로 나타난다. 주파수, 전압 또는 전류 변화 과정에 의해 인체의 생리, 매체(땀, 출혈, 립스틱), 자세 변화, 인체와 천 사이의 매체 변화 또는 수신된 힘의 정보 중의 적어도 하나가 분석된다.

본 방법은 앞서 설명한 커패시터 특허 US 20130066168 A1과 동일한 바, 전자는 커패시턴스를 측정하고, 현재는 도전성 천과 인체 사이의 임피던스를 측정하는 것을 제외하고는 상세한 내용은 위의 특허와 동일하므로 더 상세히 설명하지 않기로 한다.

상기 시스템에서, 스위치에는 도전성 천이 연결되어 있거나 또는 스위치 자체가 저항 센서 또는 임피던스 용적맥파 센서이다.

상기 시스템에서, 생리적 상태, 자세 및 힘의 변화는 주파수, 전압-전류 곡선변화에 의해 측정될 수 있다.

상기 시스템에서, 상기 도전성 천은 적어도 2개가 있고, 그 중 하나는 기준 도전성 영역이고, 상기 기준 도전성 영역은 접지되어 있다.

상기 시스템에서, 자세를 탐지하기 위한 시스템이 사용될 수 있고, 또한 심박, 호흡, 습도, 삼킴, 땀, 체온, 기침과 같은 생리적 정보를 탐지하기 위해 사용될 수도 있다.

상기 시스템은 위치 결정에 사용될 수도 있는데, 즉 신체의 어느 위치에서 생리적 신호가 생성된 것인지 알 수 있다.

상기 시스템에서, 도전성 영역은 생리적 신호 센서로 더 사용될 수 있고, 즉 전극을 통해 심박, 호흡, 뇌파, 근전도, 심전도, 체지방 함량 또는 땀을 탐지하며, 또는 도전성 천은 처리 전극으로 사용되어 경피신경 전기자극, 열 또는 온도 저하를 발생한다.

상기 시스템에서, 도전성 천은 옷, 모자, 양말, 신발, 침대 시트, 장갑, 핸들, 지팡이, 식탁보, 카펫 또는 의수, 의족에 설계된다.

상기 시스템은 땀에 젖고, 상처, 땀, 약을 바르며 메이크업으로 인한 저항 또는 임피던스의 변화를 탐지할 수도 있다.

상기 시스템은 관절의 각도, 각속도, 각가속도를 탐지할 수도 있다.

상기 시스템은 사람의 위치, 속도, 가속도 또는 보행 거리를 탐지할 수도 있다.

상기 방법은 걸음걸이, 걸음걸이 안정도, 넘어짐, 수면활동지도 또는 이동을 탐지할 수도 있다.

도전성 천은 인체와 직접적으로 접촉하고, 도전성 천과 인체 사이에 천, 고무, 플라스틱 필름, 방수 천, 코팅 및 인쇄 재료를 배치할 수 있다.

도 6과 같이, 센서는 모두 순저항(pure resistance)이고, 전류파형은 정류된 사인파이다. 따라서, 그것은 반주기 동안의 사인파이며 다음 반주기에 대해서는 0이다(도 7a와 같이). 간단한 회로와 신호처리 수법만을 사용할 수 있는 경우에, 이러한 파형은 진정한 임피던스를 획득하기 용이하지 않다. 비교적 정확한 결과를 획득하기 위해, 도 8과 같이, 하나의 커패시터를 저항성 센서의 옆에 추가하여 간단한 회로와 신호처리수법을 사용하여 더 정확한 결과를 획득할 수 있다. 이로써 사인파의 피크에서 반드시 신호를 취하지 않아도 오차가 크지 않는 결과를 획득할 수 있다. 도시된 바와 같이(도 7b와 같이), 간단한 회로와 신호처리수법을 사용하여 비교적 정확한 결과를 획득할 수 있다.

아울러, 페브릭의 감응형 호흡운동기록기(inductive pneumograph)를 사용하여 호흡 또는 움직임을 측정할 수도 있다. 이는 안테나 또는 전자기파 또는 전자기장 센서일 수도 있으므로 자세, 몸매, 무거운 물체를 짊어진 여부, 핸드백에 얼마나 무거운 물체가 들어있는지 등을 측정할 수 있다. 마찬가지로, 감응형 호흡운동기록기는 서미스터에 병렬 연결할 수 있으므로 체온 또는 환경온도를 동시에 측정할 수 있다.

인체에는 다수의 감응형 호흡운동기록기 센서를 설치할 수 있는데, 이는 호흡뿐만 아니라 이곳의 팽창, 수축 변화도 읽어낼 수 있다. 도 9a, 도 9b에 도시된 바와 같이, 각각의 감응형 호흡운동기록기 센서 사이에는 상호 유도가 존재하며, 이는 신체 각 부위 사이의 상호운동을 측정할 수도 있다.

도 10과 같이, 하나의 감응형 호흡운동기록기 센서(장점은 인체를 직접 접촉하지 않는 것이다)를 병렬 연결할 수 있고, 사용자가 전극에 민감하면 감응형 호흡운동기록기 센서에 의해 호흡신호를 판독할 수 있다. 감응형 호흡운동기록기 센서 자체가 하나의 인덕터이고, 직류 임피던스가 매우 낮은 것을 고려하면, 기타 전극 또는 센서와 직접 병렬 연결하게 되면 간섭이 발생될 수 있다. 본 발명에서는 하나의 커패시터를 사용하여 감응형 호흡운동기록기 센서를 직렬 연결할 수 있고, 신호원은 그 LC공진 주파수에 의해 감응형 호흡운동기록기를 측정할 경우 간섭이 발생되지 않는다. 도 10과 같이, 이 중의 오른쪽 두 개 그룹의 LC의 인덕턴스가 감응형 호흡운동기록기 센서이고, 하나의 커패시터가 직렬 연결되면, 특정 공진 주파수가 획득될 수 있다. 위 도면의 전극의 주파수 대역이 전극의 주파수와 상이하기만 하면, 그것은 간섭이 없이 별도로 감지될 수 있다.

도 11에서, 아랫줄의 전극은 참고 전극으로서, 낮은 임피던스 전극으로 설계할 수 있다. 아랫줄의 전극은 감지 전극일 수도 있다. 윗줄의 전극은 감지 전극으로서 기능하며, 그 임피던스 값은 위치한 곳의 호흡 움직임 또는 기타 생리적 상태에 따라 변화된다. 하나의 참고 전극(낮은 임피던스 전극)을 공유하여 병렬로 연결된 두 개 그룹의 전극의 신호(예를 들면 흉식호흡과 복식호흡의 총합)를 읽어낼 수 있지만 구별 격리할 수 없다.

도 12와 같이, 본 발명은 컨트롤 박스와 인체 사이의 부유 커패시턴스를 이용하여 참고 전극을 연결할 수도 있고, 즉 그 중 하나의 접점을 생략할 수 있어서 하나의 물리적 도선과 하나의 연결점만 있게 된다.

도 13과 같이, 아랫줄의 하나의 참고 전극으로도 충분하다. 참고 전극이 하나 더 있는 경우, 하나의 전극과 기존 전극 기능이 동일하기만 하면(임피던스가 동일하게 낮을 때) 하나 이상의 보장이 그 결과로서 있게 되며, 고품질 신호를 획득할 수 있다. 감지 전극에 하나의 L 또는 C를 직렬 연결하면 주파수가 구별 격리될 수 있다. L이 고주파를 배척하고 저주파(LF)를 통과시키며, C가 저주파를 배척하고 고주파(HF)를 통과시키며, 대신에 LC를 추가하지 않으면 모든 주파수가 통과(AF)될 수 있고, 따라서 이렇게 3개 주파수대를 분리해낼 수 있다. 실제 측정 방법은 하기와 같다: 즉 저주파(LF) 신호를 제공하면 A+B를 획득할 수 있고, 중주파 신호를 제공하면 B를 획득할 수 있으며, 저주파(HF) 신호를 제공하면 C+B를 획득할 수 있다.

아랫줄 전극을 참고 전극이 아닌 감지 전극으로 사용할 경우, 전자소자(예를 들면, 커패시터, 인덕터, 다이오드, LC 등)를 직렬 연결할 수 있고, 그 전위는 기준전위에서 벗어날 수 있으며, 도 14와 같이, 커패시터를 예로 들 수 있다. 마찬가지로 기타 소자를 직렬 연결할 수도 있고, 상술한 바와 같이, 이러한 방식으로 유추할 수 있다.

도 15는 LC 대역 통과 필터(Band pass Filter）이고, 여러 개 그룹의 감지전극을 수용할 수 있다. 상술한 바와 같이, 아래 전극(E6~E10) 중 하나 이상이 애플리케이션에 따라 생략될 수 있다.

L 필터 또는 C 필터에 상이한 방향의 두 개의 다이오드를 더 추가하면 여러 개 그룹의 감지전극을 수용할 수 있다. 상이한 방향의 바이어스를 추가하면 그 중의 하나의 그룹을 작동시키고 다른 그룹을 닫을 수 있다. 마찬가지로, 상이한 역방향 붕괴전압의 제너 다이오드를 사용하거나 또는 상이한 컷인 전압의 정류 다이오드를 사용하면 여러 개 그룹의 감지전극을 서로 간섭없이 병렬 연결할 수 있다.

도전성 천을 전극으로 사용하여 생리적 전기신호를 취할 수 있고, 신호 자체의 상이한 주파수를 이용하여 동시에 하나의 선에서 여러 개 신호를 전달할 수도 있다. 예를 들어, 도 16과 같이, 심전도 전극은 근전도와 동일한 그룹의 도선을 공유할 수 있다.

예를 들어, 심전도 전극을 예로 들면, 심전도 전극은 건성(Dry) 전극과 커패시터 전극의 2가지를 포함한다. 건성 전극은 흡수율이 높은 면 도전성 천을 사용하여 해당 생리적 전기신호를 읽어낼 수 있다. 탄소 섬유, 도전성 실리카겔의 천은 정전용량형 전극으로 제조하기 적합하다. 신체 각 부위, 땀을 흘리는 정도가 상이하고, 피부타입이 상이하면 건성 전극을 필요로 하는 면적도 상이하다. 손가락 피부의 임피던스는 매우 낮고, 갓난 아기의 피부 임피던스도 낮기에 전극 면적을 축소할 수 있다. 스테인리스선으로 피부를 측정한 임피던스가 10MΩ이고 피부가 매우 습할 때 2MΩ이기에, 건식 전극 심전도는 임피던스가 5 MΩ보다 작을 때에야만 심전도를 읽어낼 수 있으며, 이러한 특성에 따라, 스테인리스선은 심전도 옷의 전송선으로 사용할 수 있고 피복할 필요 없으며 읽어낸 값을 간섭하지도 않는다. 건식 전극은 실체 인체를 측정할 때 수분 보유성을 장시간 유지하여야 하는데 PVA 또는 크리스탈 소와 같은 수분 보유성 재료를 사용할 수 있고, PU 등 방수재료를 사용하여 피복하며 건식 전극 내에 추가하여 2일 내에 수분이 배출되도록 보장하여 표면 도전성 천의 임피던스가 5MΩ이내가 되도록 할 수 있다.

기존의 US 20140343392 A1은 페브릭의 전극의 외각에 도 7(h)와 같은 필터 기능이 있는 매쉬 천이 구비된다. 이제 매쉬 직물은 탄성 밴드 링으로 대체되었으나 효과가 동일하다. 필터 기능이 있는 실버 천이나 도전성 천이 탄성 밴드 위를 이동하여, 심전도, 근전도, 뇌파 등을 읽을 수 있다.

심전도 전극은 신체의 양측에 접착되어 있고, 근전도의 전극은 왼쪽 상부 팔에 위치하여 있다. 두 개 그룹의 생리적 전기 신호가 서로 간섭하는 것을 감소하기 위해, 본 발명은 하나의 저항을 전극의 일단에 직렬 연결한 다음 공동 도선에 연결한다. 신호를 컨트롤 박스의 계측 증폭기의 양극 및 음극 단자의 입력(P 및 N)에 전송한 다음, 두 개의 상이한 주파수의 대역 통과 필터가 이용된다. 심전도 주파수대가 0.6~40 Hz이고, 근전도 주파수대가 50~300 Hz이며, 이것들은 별개로 획득될 수 있다.

상이한 위치의 전극이 획득한 심전도 또는 근전도 신호가 출력하는 임피던스에 상당한 차이가 있을 수 있는 것을 고려하면, 도 17과 같이 R4~R7를 선택적으로 생략하여 회로가 더 간단하도록 할 수 있다.

도 17의 전극에는 저항이 직렬연결되어 있고, 본 발명은 이러한 원리를 일반화하였다. 전극에 커패시터 또는 인덕터를 직렬 연결하면, 전극이 생리적 전기 신호(ECG, EMG 또는 EEG)를 취할 수 있을 뿐만 아니라, 전류를 신체에 주입하여 혈관의 체적 변화도를 통해 맥파를 측정하는데 사용될 수도 있으며, 또는 커패시터 타입 센서로 신체 운동 또는 호흡, 피부 표면이 땀에 젖은 정도 또는 신체 조성(예를 들어 체지방과 수분)을 측정하는 데에 사용될 수 있다. 도 18과 같이, 각각의 전극을 전류를 신체의 전극에 주입하는데 사용할 경우, 가장 낮은 주파수의 신호만 L1(예를 들어 10Hz)을 통과할 수 있고, 가장 높은 주파수의 신호만 C3(예를 들어 30MHz)을 통과할 수 있다. 적당한 커패시턴스 인덕턴스 값을 설정하여 L2/C1과 L3/C2의 공진 주파수가 각각 1K와 100K이 되도록 한다. 그런 다음, 상기 상이한 주파수의 신호원이 G로부터 좌측의 R, L, C 및 전극에 각각 주입되어, 각 그룹의 전극의 감지값을 획득할 수 있다. 일반적으로, 아래 도면의 전극의 인체 임피던스는 약 수백 Ω이며, 그것에 연결된 LC의 임피던스가 자신의 설정된 주파수에서 수천 내지 수만 Ω(수백 Ω보다 훨씬 큼)에 도달하기만 하면 상호 간섭이 충분히 낮아지게 된다. 반대로, 이러한 전극이 생리적 신호를 감지하는 전극으로 사용될 때, 이러한 R, L, C 및 전극에 연결된 생리적 신호원이 마주하는 것은 컨트롤 박스의 입력 임피던스(Ri로 표시)이다. 하나의 낮은 저항값의 저항을 고의적으로 배치하지 않으면, 통상적으로 Ri는 즉 계측 증폭기의 입력 임피던스가 수 MΩ에 달하도록 하고, 이는 인체의 임피던스와 상기 주파수에서의 L, C의 임피던스보다 훨씬 크므로 L1~L3 내지 C1~C3은 모두 낮은 임피던스의 도체로 간주될 수 있고 생리적 신호를 전송하는 장애물을 구성하지 않는다.

인체에 접촉되는 페브릭 전극은 효과가 동일한 저항 및 커패시타의 병렬연결로 볼 수 있고, 피부가 건조할 때 그 접촉 저항이 매우 크지만 커패시턴스는 여전히 존재한다. 피부가 건조할 때, 기존의 심전도 증폭 회로를 가지고 우수한 신호를 획득하기 어렵고, 이때 추후 설명될 커패시터 커플링타입 심전도 회로로 전환될 수 있다.

상기 전선은 광섬유, 나(裸)선, 절연전선일 수 있고, 전송선은 인쇄회로, 도전성 잉크, 광섬유, 도전 필름, 도전 섬유, 도전 실리카겔, 도전 고무 등일 수 있다.

전술한 전송선 및 여러 가지 타입의 센서는, 광섬유와 광섬유 센서로 대체할 수 있고, 그 장점은 무선 전파의 간섭을 덜 받으며, 동일한 하나의 광섬유로 여러 개 임무의 동시 전송을 용이하게 실현할 수 있고, 광섬유 자체가 센서로 동시에 사용할 수 있는 것이다. 광섬유로 상기 전송선을 대체하면, 컨트롤 박스와 천 사이에서 신호를 전송할 때 하나의 접점으로 연결하기 용이할 수 있다. 예를 들어, 도 19와 같이, 천에 다수개의 광섬유가 하나로 뭉쳐있으면, 센서 단은 상이한 LED로 상이한 색상의 빛(R, G, B)을 방출하여, 커넥터를 통해 컨트롤 박스로 전송되도록 한다. 컨트롤 박스는 상이한 색상의 빛을 상이한 감광 다이오드에 전송하여 컨트롤 박스 내의 회로가 후속적인 처리를 진행하도록 하는 전기신호로 전환하도록 하는 파장 선택 광학 코팅의 빔 스플리터를 가진다.

도 19는 광섬유를 웨어러블 시스템에 응용시킨 구조도이다. 상이한 파장을 이용하여, 본 발명은 동일한 하나의 광섬유 상에서 다수의 센서를 연결할 수 있다. 도면에서 S1, S2, S3은 3개의 센서이고, 각각 상이한 색상의 빛을 내보내는 LED로 연결되어 있다. 이것들은 광을 광섬유로 방출하고, 싱글 포인트 커넥터(CON)를 통해 컨트롤 박스에 연결된다. 적, 청, 녹색광은 빔 스플리터(BS: beam splitter) 및 대역 통과 필름으로 코팅된 볼록렌즈(L2, L3, L4)에 의해 각각 상이한 감광 다이오드(PDR, PDB, PDG)에 주입된다.

예를 들면, 페브릭 단에 발광 컴포넌트가 설치되지 않고, 컨트롤 박스에 의해 완전히 발광한다. 그것은 빔 스플리터를 거쳐 광섬유에 진입하며, 의류 내에 필터를 설치하여 상이한 색상의 빛이 상이한 센서 내에 진입하도록 한다. 빛이 센서에 의해 변조된 다음, 광섬유로 다시 반사되어 전기 신호로의 광전 변환을 위해 컨트롤 박스로 복귀한다.

도 20은 광섬유를 웨어러블 시스템에 응용시킨 구조이다. 상이한 파장을 이용하여, 본 발명은 동일한 하나의 광섬유로 다수의 센서를 연결할 수 있다. CON의 오른쪽은 컨트롤 박스이고, 적색광원(SR), 청색광원(SB), 녹색광원(SG)이 빔 스플리터에 의해 혼합되어 볼록렌즈를 거쳐 광섬유에 주입된다. 도면에서 S1, S2, S3은 3개의 센서이고, 광섬유와 센서 사이에는 상이한 색상의 빛의 필터가 존재하며, 특정된 광파만 통과시키고, 예를 들어, 위 도면에서 S1과 적색광 필터가 연결되고, S2와 청색광 필터가 연결되며, S3과 녹색광 필터가 연결된다. 특정 파장의 광파는 센서에 진입한 후 센서에 의해 변조된 다음 센서 아래측의 반사렌즈에 의해 광섬유로 반사되고, 멀티 플렉서(multiplexer) MUX1, MUX2를 통해 기타 색상의 빛과 함께 광섬유에 의해 커넥터(CON)를 거쳐 컨트롤 캐비닛에 전송되며, 볼록렌즈를 거쳐 다시 BS1에 의해 B4, B5, B6으로 반사되어 대역 통과 필터가 전기 도금되어 있는 L2, L3, L4를 각각 통과하며, 각각 적색, 광 청색광, 녹색광을 선택한다. 이러한 구조에 의해, S1, S2, S3은 하나의 광섬유를 공유하고, 컨트롤 박스와 천 사이에는 하나의 커넥터만 필요로 한다.

광섬유 자체는 센서일 수도 있는 바, 도면의 S1을 예로 들면, S1은 한 구역의 광섬유이고, 끝단에 반사렌즈가 구비되어 있으며, S1이 잡아 당겨지거나 눌리거나 트위스트될 경우 그 구조가 변화되어 전송 소모가 증가되어 작용력의 크기를 알 수 있게 된다.

광섬유는 전송선의 작용도 있고 센서의 작용도 있으며, 예비선으로 사용될 수도 있는데 그 전환방식은 하기와 같다. 즉 광섬유는 매우 약하고 부드러워서 의류에 응용하기 적합하므로, 위의 내용처럼 주로 전송전선 또는 광섬유의 옆에 위치될 수 있고 별도로 하나의 광섬유를 예비용으로 설치할 수 있다. 위 도면에서 MUX1과 MUX2는, 응용장소로 볼 수 있고, 단순한 2개 빔의 빛을 서로 더할 것인가 아니면 기계식 동작의 SPDT(Single pole double throw switch)(모터로 전환하거나 수동으로 전환 가능)를 선택하거나, 또는 광트랜지스터를 포함하여 전기전환되는 광전 스위치(OE switch)를 선택한다. 광전 스위치로 전환하고자 하면, 컨트롤 캐비닛은 직접 전기로 구동하는 것을 제외하고 광섬유에 의해 한줄기 광선을 광전 스위치에 전송할 수도 있으며, 위의 예처럼 필터를 사용하여 특정된 광전 스위치를 선택한 다음, 하나의 감광 다이오드로 빛을 전기로 전환시켜 광전 스위치를 구동하여 전환을 실현한다. 광섬유와 광섬유의 접촉으로 빛을 전도하고, 가로선에서 수직선, 내의(underwear)에서 외의(outerwear)로 빛을 전도한다(도 21에 도시된 바와 같이).

학문적으로 광섬유는 빛을 내부에 구속하여 외부로 노출되지 않게 할 수 있으나 광섬유가 외력의 압력을 받을 때 그 구조가 개변되며, 이때 압력을 받은 부위에서 빛이 새어나올 수 있다. 이러한 특성을 이용하여, 본 발명은 기존의 광섬유 커넥터 또는 전기 커넥터로부터 신호를 전송할 필요없이, 의류에서 다른 곳(예를 들면 침대 또는 의자)으로 신호를 전송시킬 수 있다. 위의 예와 같이(전선이 종횡으로 교차), 광섬유에 의해 특정된 부위를 선택하여 신호를 전송시킬 수 있다.

광섬유는 신호 전송에 사용될 수 있고(e.g. ECG), 광섬유 센서(감지력)로 사용될 수도 있다.

심전도와 같은 일부 빛으로 취하기 용이하지 않는 전기신호였던 신호는 여전히 간단한 광-전 전환회로를 통해 전기신호를 광신호로 전환시킨 다음 전송할 수 있다. 빛은 상이한 빛 색상으로 구별하기 용이하기에, 동일한 하나의 광섬유에서 여러개 그룹의 신호를 전송하기 더욱 용이할 수 있다. 마찬가지로, 전송 전선도 신호전송에 사용될 수도 있고 센서(감지력)로 사용될 수도 있으며, 예비선으로 사용될 수도 있다.

도 22에서, 가장 좌단은 생리적 전기신호(ECG, EEG 또는 EMG)를 감지하는 두 개의 전극이고, 계측 증폭기를 거쳐 공통형 잡음을 제거하여 생리적 전기 신호를 획득하며, 변조 회로(Modulator, Mod, 이미 널리 알고 있는 주파수 변도, 진폭 변조 또는 PWM 등 방식일 수 있다)를 통해 처리하고, 광전 전환회로(EO converter, LED로 대표로 한다)를 거쳐 빛으로 전환된 다음 컨트롤 캐비닛의 PDR에 전송되며, 복조회로(Demodulator, Dem) 를 거쳐 원래의 생리적 전기신호로 환원된다. 이렇게 하면 생리적 전기신호가 광섬유를 통해 전송되도록 확보할 수 있고, 광섬유가 센서로 사용될 때에도 감지된 신호주파수와 변조 주파수가 상이하기만 하면 생리적 전기 신호와 감지신호가 별도로 탐지 검출되어 서로 간섭하지 않을 수 있다. 만약 회로를 더욱 간단하게 하고자 한다면 Mod 및 Dem을 사용하지 않고, 광섬유로 직접 생리적 전기 신호를 전송할 수도 있으나, 이때 호흡 또는 신체동작의 간섭을 받을 수 있다. 이때, 생리적 전기 신호와 호흡 또는 움직임 신호를 디지털 신호 처리방법으로 구별할 수 있는데, 예를 들면, 공지된 ECG 유도 호흡 신호(ECG-derived respiration signal) 기술로 호흡신호를 획득하는 것이다. 일반적으로, 생리적 전기 신호의 진폭은 상대적으로 안정적이고, 1분 내에 대폭적으로 변화되는 가능성이 매우 낮고, 짧은 시간 내의 진폭 변화는 호흡 또는 움직임 등 요소로 인해 광섬유가 영향받은 것일 수 있기에 이미 널리 알고 있는 AM 복조기술을 사용하여 획득할 수 있다.

예를 들면: 광섬유에 의해 의류 파손이 검측할 때, 현재 시장에서 유통되고 있는 실내 조명용 광섬유는 의도적으로 측면에서 일부분의 빛이 새어나오도록 설계되어 있는데, 만약 이러한 광섬유를 사용하게 되면, 하나는 의류의 안쪽과 바깥쪽에서 수신단으로, 다른 하나는 의류의 안쪽과 바깥쪽에서 발사단으로 사용하여, 환경 밝기가 강하지 않을 때 의류의 파손을 측정할 수 있게 된다. 의류 파손이 심각할 경우, 수신단이 획득한 빛 에너지가 비교적 강하다.

제4 실시 예: 직류 교류 및 펄스 신호를 비교하여 선택부로 한다.

	장점	단점
직류	저 전력, 저 원가의 소자와 회로, ECG, 서미스터, 습도 등. 인체에 전자기 간섭이 없다. 휴대폰의 전자기 간섭을 감지하고 휴대폰의 RF 전력 크기를 정량화하며, 여기서 사용자의 행동 패턴과 그가 휴대폰을 신체 (예를 들어 가슴 또는 허리)에 고정하는 위치를 기록 및 분석할 수 있다. 직류 전력으로 전체 시스템을 검증할 수 있다. 직류 서브 시스템을 판매되는 또는 세탁시 천에 사용할 수 있다. 천 상의 디지털 회로에 따라 절전한다!	베이스 라인 직류 드리프트 및 노화를 거부할 수 없고; RF 전자기에 의해 간섭되지만, CMCC로 중지될 수 있다.
교류	위상 증폭기를 적용할 수 있고, 신호 대 잡음비가 높다.	복잡한 아날로그 CKT, 높은 에너지 소모.
펄스	고속, 아날로그 회로의 에너지소모가 낮다.	고속 계산 능력 및 펌웨어가 필요하고; 마이크로프로세서의 전력 소모가 높다.

제5 실시예: 인체 전도성으로 접지선 전도성을 구현

일반적으로, 회로는 연결선을 접지선(Ground, GND로 약칭함) 으로 정의하고, 전술된 실시예를 착용형 장치에 적용하면, 인체를 접지선으로 이용할 수도 있다. 고주파(20K Hz보다 큰 주파수) 전류의 경우, 20u amp 미만이면 인체에 해를 끼치지 않고 사람이 느끼지도 못하게 된다. 피부의 전도 특성은 저항과 커패시터를 병렬하여 나타낼 수 있고, 주파수가 높을 수록 피부 임피던스가 낮으며, 전류가 인체에 흘러들어가는데 더욱 유리하다. 본 실시예는 약 1 cm2의 작은 면적의 전도성 천을 의류상에 놓아 센서에 연결하여 신체와 커패시터(C1, C2, C3)를 형성한다. 전류는 피부를 통과하여 인체에 진입한 후, 즉 회로기판의 전도성 동막과 마찬가지로 전도성이 매우 좋은 혈관에 의해 전신에 전도된다(적색 프레임 내의 파란선). 이와 같이, 인체의 전도성을 이용하여, 의류에 만들어야 할 연결선을 생략한다. 컨트롤 박스에 배치될 회로의 접지선(하기 도면에서(도 23) 마이크로 컨트롤러의 GND) 을 몸에 붙는 페브릭전극 또는 컨트롤러의 GND 노출 전도성 물체에 연결할 수 있으며, 예를 들어 금속 시트를 사람에 접촉시킨다.

호흡 감지와 같은 커패시터식 감지를 수행하면, 상기 도면(예를 들어 도 23)에서 마이크로 컨트롤러의 GND은 부유 커패시턴스(stray capacitance)로 구현할 수도 있고, 컨트롤 박스가 인체에 접급할 때 회로기판과 인체 사이의 부유 커패시턴스가 충분히 크며, 컨트롤박스 발진 주파수는 충분히 높으므로, 전선의 시트 전극을 생략할 수 있다. 상술된 바와 같이, 전술된 실시예에서 연결선은 접지선을 손상시켜 연결될 수 없으나, 본 발명은 부유 커패시턴스로 일부 기능을 구현할 수 있고, 사용자에게 필요한 조치를 취하도록 상기시킬 수 있으며, 예를 들어 부유 커패시턴스가 충분히 크지 않을 경우, 사용자에게 접지 전극을 더 걸어 효과를 높이도록 상기시킨다. 여기서, 하나의 전극의 탐지 신호만이 존재하고, 신호 특징이 있는 하나의 전극만을 측정하면, 전국과 인체 사이의 특성을 알 수 있다. 특히, 이의 전극과 인체의 임피던스 높고 낮음에 따라, 다시 말하면 단일 전극과 인체 사이의 임피던스 값 크기를 직접 리딩하고, 이는 가상 접지의 개념을 사용한 것이며, 교료, 직류 또는 펄스 신호 전부 가능하고, 전극의 건조함과 점음의 정도, 즉 전도성 전도를 이해할 수 있다. 전극을 선택한 후, 선택된 것에 따라 매칭하여 심전도 또는 근전도를 측정할 수 있다. 특히, 심전도는 마른 전극으로 탐지하거나 커패시터식 심전도 탐지할 수 있다. 커패시터식 전극임피던스 값이 감소될 경우, 건식 전극으로 전환하여 심전도를 측정하고, 적게 줄여, 두 포인트식으로 심저도를 리딩할 수 있다. 패턴 또 바디 페인팅을 이용하여 신체에 대응되는 전극 생성 효과를 나타낼 수도 있으며, 이로써 건식 전극의 효과를 향상시킬 수 있다.

제6 실시 예: 두 개 이상의 선택부를 구동시켜 센서 신호를 픽업

상기 실시예에서 하나의 선택부만을 온하고, 센서에의 일단은 접지된다. 본 실시 예는 두 개 이상의 신호 소스(Frequency Generator, FG) 로 각자 독립적인 주파수를 생성하고, 가산기(연산증폭기를 핵심으로 함)에 의해, 두 개 이상의 센서의 신호를 동시에 포착할 수 있으며, 센서는 접지되지 않아도 된다(예를 들어 도 24). 전량계 출력은 2개의 필터와 평행되게 연결될 수 있고, 선택적으로 잠금 증폭기에 다시 연결되며, 각각 FG1, FG2를 기준 주파수 소스로 하여, 2개의 센서의 신호를 픽업할 수 있다.

제7 실시예: 선택부와 검출 회로 및 전계 효과 트랜지스터 생체 생리적 전기 신호를 픽업

전술된 실시예는 피동 센서를 예로 하고, 본 실시예는 생리적 전기 신호를 픽업하는 기능이 더 증가되었으며, 도(25)에 도시되는 바와 같다. 전술된 선택부는 검출 회로를 연결하고, 전계 효과 트랜지스터를 더 연결하여 스위치로 하며, 도 26은 DRCQ를 나타낸다. 선택부가 온될 경우, C는 전하를 축적하고, C의 전압이 Q의 게이트 임계 전압을 초과하면 Q는 도통된다. 상기 예에 따르면 마이크로 컨트롤러는 두 개의 전극을 선택하여 신호를 계측증폭기의 입력단으로 전송하여 생리적 전기 신호를 얻을 수 있다.

도 26에서 각각의 전극은 모두 계측증폭기의 양극 및 음극에 연결되고, 이는 하나의 선이 단락될 경우를 위한 배업 연결선이다. 실제적인 구조도는 도(27)에 도시된 바와 같고, 본 실시예 생리적 전기 신호와 센서 신호를 제공하는 동시에 한 세트의 도선(P, N, G, GND 총 네 가닥)을 공유함으로써, 의류 상의 연결선을 대폭 감소할 수 있다. 제7 실시예(인체 전도성으로 접지선 전도를 구현함)를 이용하면, 하나의 접접을 더 줄일 수 있다.

제8 실시예

본 시스템에 단일 전극이 잘 접촉하고 있는지를 확인하는 방법으로, 위의 방법에 따라 컨트롤 박스의 전극을 선택적으로 온한 후, 부유 커패시턴스를 GND로 하여 이의 임티던스를 측정할 수 있다. 높은 임피던스를 가진 사람들은 호흡이나 신체 움직임을 측정하기 위해 용량 성 센서를 할 수 있으며 가장 낮은 임피던스는 기준 전극에 적합하다. 단일 전극은 부유 커패시턴스를 이용하여 측정한 후, 다시 두 개의 전극을 선택하여 측정한다. 잡음이 너무 높으면 피부가 건조해질 수 있고, 이때 커패시터 커플링식 심전도계를 사용할 수도 있다. 전통적인 심전도가 효과적이지 않으면 사용자는 커넥터를 추가하여 피드백 전극을 연결하여 커패시터 커플링식 심전도계를 실시할 수 있다.

커패시터 커플링식 전극은 전술된 착용식 생리적 전극일 수 있고, 전도성 원사로 천을 제작하여 천의 형태로 천에 장착하며, 피부가 매우 건조할 경우, 전극과 피부 사이의 직류 저항이 너무 높지만, 그 면적이 크지 않으므로, 인체는 커패시터적 커플링되며, 이를 커패시터 커플링식 전으로 볼 수 있고；커패시터 커플링식 전극은 전술된 착용식 생리적 전극일 수 있으며, 타이트한 의류 또는 의자 또는 침대에 장착되고, 땀이 타이트한 의류에 침투되지 않으면 커패시터 커플링식 전극으로 볼 수 있으며; 커패시터 커플링식 전극은 표면에 절연체가 붙거나 코팅된 착용식 생리적 전극일 수 있고, 즉 커패시터 커플링식 전극이다.

커패시터 커플링식 심전도계를 사용하여야 할 다른 하나의 시기는, 사용자가 은전극에 알레르기 반응을 일으켜 피부가 가렵거나 빨갛게 부을 경우이며, 커패시터 커플링식 전극으로 바꾸어 사용하면 직접 접촉되는 것을 피면할 수 있다. 시너지 효과가 나타내기 위해 커패시터 커플링식 전극은 전통적인 전극과 병용될 수 있다(도 28). 피부의 습도에 따라 전술된 방법을 선택한다. 신체에 접촉된 전극은 생리적 전기신호(ECG, EEG, EMG…)를 측정하는 외에, 땀(직류) 또는 커패시터 또는 센서(교류)로 호흡, 움직임, 자세 및 체지방을 측정할 수도 있다. 체지방을 측정하려면, 적합한 시기(땀을 많이 흘리거나 물을 많이 마신 후를 피하여야함)에 측정하여야하고, 실제로 생체 전기저항(bio-impedance)도 체내 수분을 측정하는 것이며, 피부가 너무 건조하거나 너무 습해도 적합하지 않다. 체지방을 측정할 경우 피부 전극에 밀접하게 붙이지 않고, 부유 커패시턴스를 이용하여도 체지방을 측정할 수 있고, 이의 작용 메커니즘은, 체지방계로 측정한 신체 임피던스를 통상적으로 저항에 커패시터를 병용하여 나타낼 수 있으며, 이 작은 커패시터는 약 1 nF 정도이다. 컨트롤 박스가 인체에 접근하면, 케이싱이 충분히 얇으므로, 회로기판과 인체 사이의 부유 커패시턴스가 1 nF를 초과하고, 오차가 크지 않은 체지방 측정값을 얻을 수 있다. 상술한 바와 같이, 체지방, 땀, 체내 수분 측정을 동시에 구현하면서, 전극이 양호한지를 검증하고, 절전할 수도 있다. 처음에는 정확하지 않을 수도 있지만 대량의 데이터를 축적한 후에 정상 모드를 설정할 수 있고, 이로써 일상 식수, 땀 등 행위를 예측할 수 있다.

제9 실시예: 정전기　제거

인체 방전 모드 (HBM)의 ESD(ElectroStatic Discharge)는 인체가 지면에서 걸어서 마찰되거나 기타 요소에 의해 인체에 정전기가 누적되는 것을 말하고, 사람이 전자 부품에 닿으면 정전기는 부품을 태워 파손시킨다.

이 외에, 정전기는 웨어러블 장치 라인의 신호를 간섭하고, 인체에도 좋지 아니하다. 따라서 정전기를 제거하는 방법이 필요하고, 또한 정전기는, 흡착 효과 때문에 인체가 도체이고, 정전기가 절연체를 인체에 흡입시키기에 전극 또는 센서의 외부 주변 또는 그 자체에 정전기를 함유하는 재료는 자연적으로 인체에 흡착되는 이용 가능한 특성이 있다. 흡착은 점착보다 인체에 대한 쾌적도가 좋고, 전송하는 신호도 비교적 안정적이다. 피부에 대해 패턴 또는 바디 페인팅을 사용하여 정전기 효과를 발생하면 페브릭의 전극이 이와 상호 작용할 수 있다(흡착 효과).

피부 문신 패턴 또는 바디 페인팅 재료를 사용할 수 있고, 자체에 도전성을 구비하기에 전극으로 사용할 수 있으며, 정전기를 함유하는 재료를 첨가하여 효과(흡착 효과)를 높일 수 있다. 피부 문신 패턴 또는 바디 페인팅은 라인의 신호 전송에도 사용할 수 있고, 대전 방지제를 첨가하여 효과를 높일 수 있으며, 비금속 또는 유기재료를 절연에 사용할 수 있다. 바디 페인팅 재료도 수성(도전성)과 비수성이 있고, 수성 재료의 장점은 도전성 천으로 전도 효과를 이룰 수 있고, 비수성도 절연 효과를 이룰 수 있으며, 대전 방지제를 첨가하여 효과를 높일 수 있다.

패턴은 고정식이기에 제거할 수 없는 단점이 있으나, 바디 페인팅식은 코팅이 편리하고, 제거가 편리하다.

센서의 정전기 판독 영역만 남기고, 기타 불필요한 부분은 대전 방지제로 코팅하면, 대전 방지는 지속적인 전원에 대한 위험을 방지한다. 이러한 방식으로 센서는 원하는 정전기 센서로 사용될 수 있고, 감지 컴포넌트 자체는 도 31b 및 도 31c에 도시된 바와 같이, A, B, C 세 개의 천은 하기와 같은 차이점을 구비한다. A는 모두 정전기 및 부전기의 배열이고, B는 정전기이며, C는 전부 부전기이고, 페브릭의 컴포넌트는, 플라스틱, 고무, 실리콘, 필름 등으로도 만들 수 있다. 예컨대 이러한 정전기, 부전기는 이동하지 않기에, 옷 외층에 부전기의 페브릭이 존재하면, 공기 중의 정전기를 흡입하여 청정 효과를 발생할 수 있다.

겨울에는 비교적 건조하기에, 정전기 반응이 자주 발생한다.

상대 습도가 55%를 초과하면, 물체는 고전압을 쉽게 누적하지 못하여, 정전기 현상이 쉽게 발생되지 않는다.

정전기에 대한 상대 습도의 영향은 하기와 같다.

1. 상대 습도는 체표와 공기의 전도 능력에 영향을 미치므로, 축적된 정전하가 인체를 떠나는 속도에 영향을 준다.

2. 상대 습도가 높으면 물체 표면에 물의 흡착이 증강됨으로써, 두가지 상이한 물체의 마찰로 인해 정전하의 분포가 쉽게 생성되지 않는다. 옷의 습도가 높으면 전기가 쉽게 흐르지 않는다. 유도 또는 마찰에 따라 전기를 생성하여 계절의 환경 변화를 감지함으로써, 습함과 건조함을 감지할 수 있다. 감지 컴포넌트로 측정할 수 있다.

스마트 옷의 장점은 도전성 천(라인)의 정전기 효과에 의해 차폐되어 있기 때문에, 정전기가 사라지고, 사람이 도체가 되며, 도전성 천(라인)은 전자기파 간섭을 방지할 수 있고, 스마트 옷을 입고 있으면, 도전성 천(라인)으로 기관을 차폐한 곳은 모두 전자파의 침입을 방지할 수 있으며, 인체는 전자파 간섭을 방지할 수 있다.

우리가 설계한 장치에서(도 29, 도 30에 도시된 바와 같이), 사람은 전기를 지닌 도체이고, 컨트롤 박스도 정전기(마찬가지로, 부전기)이다. 도체 또는 페브릭의 가장자리 외부에 절연 바니시를 코팅하여, 인체 또는 컨트롤 박스가 도전성 재료와 접촉하여 유도될 때, 흡착 효과에 의해 도전성 재료 또는 주변 페브릭이 부전기를 지니어, 외접된 충전기로 전기를 전송할 수 있다. 충전기의 연결 스위치가 온 되면, 정전기를 지닌 공기가 진입되어 계속 충전된다. 컨트롤 박스의 무선 리모컨 장치가 충전기의 전원을 오프시킬 때, 쿨롱의 법칙에 의해 사람과 도전성 재료 사이의 거리를 측정할 수 있다. 지속적인 충전과 측정하에, 충전기는 축전지로 사용될 수 있고, 절단 후 원상 복원된다.

스위치는 다이오드로 변경되어 선택적으로 정전기/부전기를 충전할 수 있다. 도 29, 도 30의 스위치도 페브릭으로 제조될 수 있고, 선행기술의 특허 US8331077 또는 US20100170704A1 같이, 한쪽의 도전성 영역은 정전기의 도전성 재료에 연결되며, 다른 쪽 도전성 영역은 충전기의 커넥터에 연결되고, 정전기가 존재하면 두 개의 도전성 영역은 반응이 발생하여 충전될 수 있다. 예컨대, US201001704A1의 도19에서, 93a 및 92는 페브릭 스위치이고, 정전기의 도전성 재료가 연결되는 93b는 충전기 커넥터이며, 따라서 정전기가 존재하는 한 92 및 93a는 반발되어 분리되고, 동시에 92는 93b에 연결되어 정전기 충전기에 유입되도록 한다.

마찬가지로, 여기서 충전기(커패시터)는 인덕터로도 사용될 수 있고, 즉 충전기 상부의 도전성 페브릭은 정전기의 변화를 감지할 수 있으며, 습도의 변화를 추정할 수도 있다. 도전성 천은 페브릭에 도선을 사용하여 대체할 수 있다. 유도가 있는 한, 도선은 충전기(커패시터)에 연결될 수 있고, 커패시터 값을 감지하여 페브릭과 인체 사이의 정전기의 변화를 알 수 있다. 커패시터의 양이 정전기의 다소에 따라 변화하기에, 커패시터의 변화를 측정하는 것은 정전기 양의 변화를 측정하는 것이다. 측정 방법은 선행기술 US 20130066168 A1 특허에서와 동일하다.

충전기는 발광다이오드, LED, 텅스텐 필라멘트 등 발광 재료로 변경될 수 있고, 전기량은 밝기로 표현되고, 이에 따라 정전기를 제거할 수 있으며, 가열 와이어로 변경하여 보온 효과를 제공할 수도 있다.

따라서, 이 개념은 두 개의 천 또는 복수 개의 천의 접촉하에 형성될 수도 있다. 두 개의 도전성 재료 또는 페브릭은 외부에 절연 바니시를 코팅하여, 정전기를 지닌 인체 또는 컨트롤 박스가 도체와 접촉 유도되면, 흡착 효과에 의해 도체 또는 주변 페브릭이 부전기를 지니도록 한다.

충전기 가장자리의 도전성 재료는 정전기를 지니기에 충전기는 전기를 회수할 수 있다. 두 개의 천은 지속적으로 유도되고, 지속적으로 충전되므로, 충전기 스위치가 오프되면 축전지(도 31a에 도시된 바와 같이)에서, 즉각적으로 도전성 재료는 서로 멀리 떨어지게 된다. 이러한 센서는 쿨롱의 법칙에 의해 거리(도 31a, 도 31b, 도 31c에 도시된 바와 같이)를 판독 측정할 수 있는데, 이는 실제로 커패시터 또는 전지의 전기량의 변화를 판독하는 것이다.

인체는 의류의 마찰로 인해 자주 정전기가 발생되는데, 건조하고 추운 경우에 더욱 현저하다. 동물의 모피도 마찰될 경우 정전기가 생성된다.

이 밖에, 정전기 인덕터를 설계하고 있는데, 기존의 전기 스코프와 같이 도 32a의 구조와 같이, 옷의 내부에 폐쇄 공간이 구비되고, 내부에 도전성 와이어 또는 도전성 시트와 같은 두 개의 도전성 재료가 구비되며,

측정 대기 물체가 전기를 지녔는지, 측정 대기 물체가 지닌 전기의 전기적 특성, 측정 대기 물체는 도체인지는 알려진 기술로 탐지할 수 있다.

동시에 인체의 동작, 호흡, 삼킴 등 행위를 탐지할 수 있다.

우리는 정전기 센서를 설계하는데, 도전성 재료 a(천 또는 라인)는 천 상에 있고, 도전성 컬럼 a"는 도전성 재료 a와 연통된다(도 32a, 도 32b에 도시된 바와 같이). 진공을 사용하는 이유는 돔 스위치 b의 감도를 향상시키기 위한 것이다. 진공이 아닌 효율이 떨어져 밀폐 공간에 공기를 주입시킬 수도 있다. 이러한 폐쇄 공간의 외벽 d는 절연 재료로 구성되고, 밀폐 공간에 도전성 재료 c를 배치하여 정전기를 도출할 수 있으며, 배터리(커패시터)에 연결될 때 충전될 수 있고, 동시에 정전기 간섭을 제거할 수 있으며, 동시에 커패시터의 변화량으로부터 외부 정전기의 변화를 알 수 있다.

외력이 가해지지 않을 때는 돔 스위치 b가 닫히고 충전되지 않는다. 정전기를 지닌 인체 또는 공기 또는 컨트롤 박스가 접촉 유도되면 돔 스위치 b가 자동적으로 온되고 돔 스위치 b가 도전성 재료(c)에 접촉하여 충전된다.

리모컨 또는 피동 컴포넌트를 추가할 수 있고, 완전히 충전되면 스위치에 접촉하지 않고 도전성 재료 c를 아래로 내릴 수 있으며, 컨트롤 박스가 아이언 스위치에 접촉되지 않으면 상부 탐지가 인덕터로 되어 수치를 감지한다. 공기 중의 정전기에 의해 자동적으로 되돌아 오는 등을 반복하여, 자동 스위치가 되어 자동으로 충전된다. 전술한 돔 스위치 b는 예컨대, 주석 호일 또는 금속라인 또는 도전성 와이어이다. 도전 재료 c는 예컨대, 철편이고, 동시에 절연재료 d도 도전 재료 c로 변경될 수 있는데, 이때 도전 재료 c 대신에, 천의 외부 또는 천의 중간에 센서를 형성할 수 있다.

다시 말해, 도전성 천(라인) a는 전기가 있을 때 두 개의 도전성 시트(b)외벽의 도전성 재료d에 개별적으로 접촉하여 전기가 배터리(커패시터)로 전달되도록 한다.

다른 전위계도 도시된 페브릭의 폐쇄 공간이고, 도 32a에 도시된 바와 같이, 두 개의 돔을 하나의 회전 가능한 도전성 스트립으로 변경하며, 동시에 외벽도 도전성 재료이고, 구조로부터 분석할 때 하나의 변경 가능한 커패시터이다.

브라운(Braun) 정전기의 구조와 마찬가지로, 우리는 단지 페브릭에 사용한다. 전기가 있을 때 회전 가능한 도전성 스트립은 외벽에 닿으면 충전될 수 있고, 전위계 자체도 커패시터이기 때문에 전위차가 직류 회로의 전위차가 0이 아닌 두 지점에서 병렬로 연결되면 전위계가 충전되며, 동시에 하나의 충전기 (커패시터)에 연결하여 충전될 수 있다.

다음은 일반적인 물질의 전자의 손실과 획득의 정렬표이다.

쉽게 정전기를 띤 물질(쉽게 전자를 손실하는 물질):

예컨대: 공기/석면/토끼털/유리/인간의 머리카락/운모/나일론/울/실크/알루미늄/종이/면

쉽게 부전기를 띤 물질(쉽게 전자를 획득하는 물질):

예컨대: 나무/호박/풍선/금/스티로폼/아크릴/스카치 테이프/PVC/실리콘/테플론/

서로 다른 두 물질이 서로 접촉하여 정전기를 발생시키는 경우, 이를 접촉 대전이라고 하며, 마찰 대전 효과는 접촉 대전 효과이다. 절연체, 비도전성 물체는 대전(정전기 생성) 및 전하 유지에 우수한 재료이다. 도체는 또한 정전기를 발생시킨다. 도전성 물체는 전하 손실을 일으키기 쉽기 때문에 전하를 유지하기 위해 외부에 절연체를 한층 감싸야 한다.

정전기의 이용 및 검측:

신체 활동은 필연적으로 신체에 정전기를 발생시킨다. 정전기는 전자 컴포넌트를 손상시킬 수 있지만, 감지 품질을 향상시키는데도 사용될 수 있다. 상기 표 외에, 적절한 재료를 사용하여 신체와 다른 물질을 마찰시킴으로써, 전극 부근에 정전기를 발생시키거나 또는 인덕턴스 또는 변압기 진동 회로에 의해 고전압을 발생시켜 정전기를 생성시켜 전극이 신체와 더 밀접하게 접촉하도록 촉진시켜 움직임 간섭을 감소시킬 수 있다. 정정전기는 공기 중 음이온, 즉 공기 청정기를 흡입할 수 있다.

원리는 하기와 같다. 110V의 전압이 입력되고, 음이온 발생기의 정류 및 발전 회로는 발생기의 탄소 섬유 브러시 단헤드에 -2.5KV의 고전압을 발생시키는데, 전류가 극도로 작기 때문에 인체에 위험한 손상을 입히지 않고, 이는 고전압 이온화를 위한 중성 원자이다. 공기를 양이온과 음이온으로 분해하고, 전자 양이온은 브러시에 흡착되어 순환 전류로 들어가고, 음이온은 비교적 가볍기에 공기와 함께 바람과 함께 보내진다.

따라서 공기 중에 음이온을 첨가하면 공기 중의 양이온을 중화시킬 뿐만 아니라 신체를 더 활력있게 만들고 세포를 활성화 시키며, 공기 중의 불순물과 연기, 먼지를 흡착하여 호흡하는 공기를 보다 깨끗하게 유지할 수 있으며, 환경 또한 깨끗해진다.

본 발명은 도 32a에 도시된 폐쇄 공간 병 전위계를 사용하고, 정전기를 검출하기 위한 페브릭에 폐쇄 공간을 구비하는데 사용될 수 있다. 전위계 내부의 주석 호일b가 개폐되는 주파수는 정전기의 강도를 대표한다. 상기 전위계는 또한 공기 중의 음이온 센서로 착용자의 환경의 파라미터 및 인간 요인 파라미터를 탐지할 수 있다. 예컨대, 서로 다른 재질의 두 개의 페브릭은 마찰하여 정전기를 발생시키고 신체의 각 부분에서 정전기를 측정하고, 즉 상기 부위의 활동을 파악한다.

마찰은 정전기를 발생시킬 수 있기 때문에 (도 33에 도시된 바와 같이) 정전기를 제거해야 하며, 정전기를 저장하는 충전기(커패시터)로 충전할 수 있다. 충전 스위치가 오프되면 두 물질이 본질적으로 반대이며 거리를 감지할 수 있다. 따라서 두 개의 천의 상호 작용하에, 그것이 역동적인지 또는 정적인지를 알 수 있다. 이동하면 전기를 생성할 수 있고, 사용자가 생명의 징후가 있는지 알 수 있다. 공기 중의 정전기의 원천은 끝이 없고, 전기를 회수하며, 공기 순환을 사용하여 전기를 보충하고, 더 환경 친화적이므로, 전기는 공기와 의류 사이의 마찰에 의해 생성된다.

본 발명은 옷, 바지, 양말 및 신발의 교차점에 도전성 천을 제공할 수 있고, 전지 또는 큰 커패시터가 의류에 배치되어, 정전 집진 회로의 GND는 신발에 연결되고, 도체는 접지에 접촉하도록 신발 바닥에 위치되며, GND 및 신발 바닥 도체 사이에 트랜지스터를 설치하여, 예컨대, 정전기 에너지를 수집하기 위해 1분 동안 0.01 초 동안 도통하는 것과 같이 간헐적으로 도통되도록 한다.

본 발명은 컨트롤 박스, 의류, 벨트, 목걸이 또는 신발 및 양말에 자석 및 코일을 설치할 수 있고, 상대 운동이 있을 때(즉 코일이 자력선을 절단할 때) 발전을 유도할 수 있다. 예컨대, 도 34에 도시된 바와 같이 운동에 의해 생성된 바람은 자성 재료 또는 코일을 회전시켜 연속적인 전기 에너지를 발생시킨다. 열전대(thermocouple)는 온도 차이가 있을 때도 전기를 생성할 수 있다. 체온을 이용하여 전기를 생성할 수 있다. 열전대로 전기를 통하게 하는 것도 가열 또는 냉각할 수 있다. 압전체(PZT)는 또한 압력 하에서 전기를 생성할 수 있다.

외부 의류에 배치된 플렉서블 태양 전지의 사용은 또한 상기 회로에서의 사용을 위해 전기를 발생시킬 수 있다.

상기 방식으로 생성된 전기 에너지는 컨트롤 박스상의 배터리를 저장 또는 연결하기 위해 다이오드를 통해 의류의 도체를 통해 의류의 전지(커패시터)에 연결될 수 있다.

또한, 상술한 전기 에너지를 발생시키는 작용은 인체의 활동이나 환경의 변화를 나타낸다. 본 발명은 배터리 연료 게이지(battery fuel gauge), 도 35의 집적 회로를 선택적으로 부가하여 충전량을 기록하는 것, 즉 인체의 활동 또는 환경의 변화(예컨대, 세탁, 건조 등)를 기록하는 것이다. 인체의 활동 및 환경 요소를 통해 웨어러블 센서의 재료 손실 및 감지 특성의 퇴화 정도(예컨대, 균열식 센서의 탄성 페브릭)를 추정함으로써, 응답 곡선을 수정할 수 있고, 정확성과 수명을 향상시킬 수 있다. 배터리 연료 게이지는 전기가 완전히 소모(예컨대, 남은 배터리 용량의 5%)되었을 때 경고한다.

제10 실시예: 대변 및 소변, 호흡 및 온도의 변화 및 자세를 동시에 측정할 수 있는 기저귀의 실시예

도 36a, 36b에 도시된 바와 같이, A1은 꼬리 부분의 전송선이고, 노출 길이가 1cm이며, B1은 또한 전송선이고, 노출 길이가 1CM이다. A1, B1의 거리는 10cm이고, 도전성 실리카 겔과 같이 전도선의 중간에 도전성 물질이 있는데 두 도전성 실리카 겔의 중간은 칼슘 실리케이트 막, 즉 3층이 함께 중첩되어 있고, 위아래는 기저귀 최하층에 배치되는 도전성 실리카 겔이며, 위아래는 2개의 전송선 A1B1이 접속되고, 양측으로 가압되어 가변 캐패시터의 판독 값이 변하는 것을 방지하기 위해 하드 프레임이 부가될 수 있다. 이러한 구조에서, 도 36b에 도시된 바와 같이,

다기능 기저귀 테스트 차트 (A1.)

테스터	호흡전극에 닿지 않음	이물질이 있을 경우	앉아서 호흡할 경우	누워서 호흡할 경우	서서 호흡할 경우	소변에 의한 습도 테스트300ml
A	220-226nf	600-680 nf	516-525 nf	537-540 nf	401-410 nf	>2uf
B	240-258 nf	660-670 nf	440-445nf	356-368 nf	417-423 nf	>2uf

다기능 페브릭의 차트 A1을 참조하면, 가변 커패시터가, 대략 60kg인 성인이 앉았을 경우, 200~500pf의 값을 측정하고, 이물질이 존재할 경우, 10g은 800~1200pf를 생성하며, 이러면 대변의 생성을 측정할 수 있고, 이 외에 전단의 두 개의 나선은 소변의 의향이 없는 경우, 값은 30~80pf에 가깝고, 300cc의 소변의 의향이 있으면 값이 2uF가 되어, 스마트 기저귀가 사용자 대변을 볼지 소변을 볼지 또는 앉아서 볼지를 탐지할 수 있으며, 다시 말해, 서 있을 때 소변의 의향과 대소변이 없으면, 수치는 100pf보다 작을 것이고, 앉으면 200~500pf가 되며, 동시에, 도시된 바와 같이 도전성 재료가 구비되어 반복 사용되는 기저귀와 버튼을 도통시켜 컨트롤러와 연통되는 이는 반복하여 물세탁하여 사용하는 것으로 만들 수 있고, 일회용으로 만들 수도 있다. 또한 사용자의 호흡 변화를 측정하기 위해 두 개의 감지 전극이 허리 위치에 추가 장착된다. 사용자의 자세 변화는 사용자가 서 있거나, 앉아 있거나, 누워 있는 사이의 호흡 변화가 다름에 따라 탐지될 수 있다. 예컨대, 사용자가 장치를 착용하는 동안 장치가 호흡을 감지하지 못하면, 응급 처치를 수행하도록 보호자에게 경고할 수 있다. 또한, 이 장치의 서미스터는 사용자 체온의 변화를 감지할 수 있다(도 36a, 도 36b에 도시된 바와 같이).

상기 도면의 구조는 1cm * 12의 두 개의 대각선 평직 실버 페브릭을 1.5cm 간격으로 변경하고, 기저귀 표층 부직포의 하층 중앙에 위치시켜, 스위치 버튼에 두 개의 도전성 와이어를 연결하여 실제 테스트에서 5g의 습한 대변은 인체의 압력이 없을 경우, 습도가 감지 값은 3nf이고, 이로써 소변 습도의 표시값은 2uf이다.

위의 것은 단지 일 실시예이며, 감지 재료와 감지 재료 사이의 상대적인 위치, 배치의 위치 및 크기를 조절하면, 표시 값은 상이한 효과를 나타낸다.

마찬가지로, 상기 기저귀의 예는 구조상에서 소변, 대소변, 호흡 효과 및 누움, 섬, 앉음 것과 같은 자세의 변화를 조정할 수 있다.

위의 방식은 커패시터식 특허 (US 2013/0066168 A1)처럼 전극으로 호흡을 측정하는데도 사용할 수 있다. 또한 심전도, 심박, 땀 등을 측정하여 호흡을 대체하거나 동시에 측정할 수 있다.

제11 실시 예: 커패시터 전지 (도 37에 도시된 바와 같이)

도면 부호: 1. 다이오드 2. 스위치 3. 페브릭커패시터전지 4. 옷

5. 도전성 실리카 겔 6. 평직 실버 페브릭 7. 패키지 필름 8. 도전성 와이어 9. 도전성 와이어

(도37에 도시된 바와 같이) 페브릭 커패시터 전지는 180uf의 전기용량을 저장할 수 있으며 그 면적은 평직 실버 페브릭으로 1.5 * 2.5cm²이고, 이 위에 면적이 1.5 * 2.5cm²인 도전성 실리카 겔을 접층시키며, 동시에 배터리를 완성하기 위해 상부 및 하부에 패키지 필름이 있다. 충전 및 방전 메커니즘은 도32에 도시된 바와 같이, 페브릭의 도선의 일단은 다이오드에 연결되고, 타단은 스위치에 연결된다.

제2 부분: 무선 신호 전송

본 발명에서 제시한 시스템에 있어서, 유선 통신이 정상적으로 동작할 경우, 유선 신호 전송을 우선으로 이용하고, 유선 신호 전송 고장 시에만 무선 신호 전송을 작동한다.

의류에는 신발과 양말, 양발과 바지, 바지와 옷, 속옷과 셔츠 등과 같이 종종 겹치거나 비슷한 부분이 있는데 모두 근거리 통신 기술(NFC, near field communication)에 의해 신호를 전송하거나, 또는 커패시터 결합, 인덕턴스 결합, 자기 결합 또는 광 결합(발광다이오드 및 감광 다이오드)으로 신호를 전송할 수 있다.

RFID와 같은 공지된 NFC기술로, 의류(또는 신발, 양말, 벨트 등)에 디지털 회로(마이크로 컨트롤러, SD 메모리(memory) 등과 같은 메모리, 전지, 코일 등은 제4 부분에서 기술한 플러그인 컴포넌트와 같이, 스냅 파스너로 의류에 고정할 수 있음)를 설치하여, 디지털 방식으로 의류에서 컨트롤 박스로 전송된다. 디지털 회로에는 컨트롤 박스가 켜져 있지 않거나 또는 사용 중이라 신호를 수신할 수 없는 경우, 신호를 먼저 디지털화한 다음, 메모리에 저장하고, 컨트롤 박스가 신호를 수신할 수 있을 때 다시 전송하도록 하는 메모리를 구비한다. 컨트롤 박스가 신호를 수신한 후에는 클라우드 데이터 베이스에 업로드하여, 컨트롤 박스가 손상되더라도 데이터 자료는 상실되지 않을 수 있다.

커패시터, 인덕턴스, 자기 결합 또는 광 결합 등을 통해 신호를 전송하는 데는 두 가지 이점이 있다. 첫째, 도선 또는 커넥터(예를 들어, 버튼)로 엔티티와 연결될 필요가 없어, 사용자는 편리하고 편안하며 제한을 받지 않고; 둘째, 아날로그 또는 디지털 신호는 모두 전송이 가능하며, 결합성이 충분히 강하고 주파수가 충분히 높기만 하면 심지어 상기한 실시예에 응용하여 디지털 회로 및 커넥터를 생략할 수 있어, 사용자에 있어서 편리하고 편안하다.

인덕턴스성 결합 및 코일식 NFC의 경우, 본 발명은 인체와 인덕턴스 코일 사이에, 자기 차폐 직물(페라이트 및 페브릭의 결합과 같은 자기 전도성 물질)을 추가하여, 자기장이 인체 기능에 대한 영향을 피하도록 한다. 또한 선택적으로 자기 차폐 직물과 인체 사이에 하나의 코일을 더 추가하여, 전송 전 자기장 또는 전자기파가 있는지를 감지할 수 있다. 만일 있을 경우, 자기 차폐 직물이 효과가 없음을 의미하고, 또는 외부에 강력한 전자기파가 있음을 의미하며, 컨트롤 박스는 경고를 내어 사용자에게 멀리 떨어지도록 경고한다. 자기 차폐 직물은 찍찍이로 페브릭에 붙일 수 있고 탈착 가능하다.

제3 부분: 예비 컴포넌트로 신뢰도 증가

본 발명에서는 중요한 컴포넌트에 대해, 예비 컴포넌트 소켓을 병렬로 연결할 수 있고, 도 38a에 도시된 바와 같이, 그 양단은 하나의 단극 쌍투 스위치로서, 그 가운데 극(위치 2)은 하나의 도전성 탄성편으로 구성되어, 예비 컴포넌트에 삽입하지 않을 경우, 극은 위치 3에 끼워져 메인 컴포넌트(위치 3)에 연결되도록 한다. 메인 컴포넌트의 효과가 상실될 경우, 사용자는 예비 컴포넌트에 삽입하여, 극을 눌러서 위치 1에 끼우는 즉시, 메인 컴포넌트는 원 회로와 분리되고 예비 컴포넌트가 원 회로에 연결된다.

의류 기반의 착용식 센서는 반드시 세척할 수 있어야 되고, 의류 상의 컴포넌트(도전성 와이어, 감지 컴포넌트, 집적 회로 등)는 쉽게 손상되므로 본 발명은 의류에 기능이 동일하거나 또는 유사한 예비 컴포넌트를 설치하며, 메인 컴포넌트와 직렬 또는 병렬로 연결되고, 도 38b에 도시된 바와 같다. 예비 컴포넌트와 메인 컴포넌트에는 각각 다른 선택부를 연결하여, 마이크로 컨트롤러가 상황에 따라서 예비 컴포넌트 또는 메인 컴포넌트에 연결되도록 한다. 전체 예비 시스템은 도(27)에 도시된 바와 같다.

도선을 일 예로, 예비 컴포넌트와 메인 컴포넌트는 밀접하게 접하여 배열되고, 감지 기능도 실현될 수 있으며, 메인 도선은 예를 들어, 노출(절연층 피복 없음)된 금속 함유(예를 들어, 은) 도전성 와이어이고, 예비 도선은 절연선(절연층 피복 있음)을 사용한다.

제4 부분: 페브릭 전자화 및 유지보수

페브릭 전자화는 두 가지 방식이 있는데, 하나는 플러그인식 컴포넌트(즉, 종래 패키지 전자 컴포넌트)를 사용하여 핀을 노출시킨 후, 선행특허에서 제시된 방직 수단(예를 들어, 스티칭)으로 페브릭에 고정시킨다. 이러한 방법으로 전자 컴포넌트를 고정할 경우, 종래의 전자 및 방직 수단으로 유지 보수를 할 수 있어, 예를 들어, 원래의 연결선을 절단한 후, 열 수축 슬리브로 컴포넌트를 고정시키고 도선을 연결시킨다.

두 번째는 페브릭을 캐리어로 하는 일체형 방식으로서, 도포, 프린팅, 에칭, 리소그래피 등에 의해 전자 컴포넌트(예를 들어, 저항, 트랜지스터, 스위치, 다이오드, 안테나 등)를 페브릭 상에 제조하여, 플렉시블 액정 디스플레이의 제조 과정과 비슷하다. 커패시터를 일 예로, 흑연 함유 도전성 잉크로 페브릭에 인쇄하고, 유전체도 도전성 잉크에 도포될 수 있으며, 다시 도전성 잉크를 한층 더 인쇄하면 커패시터가 형성된다. 저항을 일 예로, 흑연 함유 도전성 잉크를 페브릭에 인쇄하고, 저항성 재료도 도전성 잉크에 도포될 수 있으며, 다시 도전성 잉크를 인쇄하면 저항이 형성된다. 이러한 방식으로 제조된 컴포넌트는 교체가 쉽지 않고, 손상될 경우, 일반적으로 반드시 플러그인식 컴포넌트로 교체해야 된다. 의류 자체에 소켓을 미리 설치할 수 있고, 소켓에는 플러그가 있으며, 플러그인식 컴포넌트가 삽입될 경우, 원래의 컴포넌트는 더 이상 연결되지 않는다. 일체형의 이점은 외관상 비교적 보기 좋고(컴포넌트가 잘 보이지 않음), 단점은 분해가 쉽지 않다는 점이다.

페브릭에서의 센서는 건조, 세척, 몸의 마찰 등 요소로 인해 노화될 수 있어, 반드시 다시 보정해야 하는데 즉, 데이터베이스의 보정 곡선을 수정해야 한다. 본 발명은 시간에 따른 노화계수를 예측하거나 또는 정상적 활동(예를 들어, 호흡)을 통상화으로 하여 신체 활동의 정도에 따라 조정한다. 또는 “미 착용”(즉, 인장력을 받지 않음)의 기준값을 기준으로 하거나 또는 고정적 외부 힘(예를 들어, 세탁기의 세척력)을 통상화하여 보정한다.

제5 부분: 다기능 예비선

도선을 예로 들면, 예비 컴포넌트는 주 컴포넌트에 밀착되게 배열되어 감지 기능을 구현할 수도 있다. 예를 들어 주 도선은 노출된(절연층이 피복되지 않음) 금속 함유(은 등) 전도성 실을 사용하고 예비 도선은 절연선(절연층이 피복됨)을 사용한다.

절연선의 일단은 상기 선택부에 직렬로 연결되어 정상 작동 시에는 전도성 노출선을 우선 사용한다. 만약 ECG 신호가 비정상(예를 들어 너무 약하거나 노이즈가 너무 큼)이고 온도 및 습도가 모두 낮지 않은 경우에는 두 가지 이유가 존재할 수 있는데 그 중 하나는 전도성 노출선이 셧다운되는 것이고 다른 이유는 땀에 의해 심전 신호가 단락되는 것이다. 이 경우 마이크로 컨트롤러는 선택부를 전환시켜 인접된 전도성 노출선 사이의 직류 저항을 측정할 수 있다. 직류 저항이 매우 낮으면 땀에 의해 젖었음을 알 수 있고 매우 높으면 셧다운되었음을 알 수 있는 바 이 경우 예비선(절연선)으로 전환시켜 사용할 수 있다. 한편, 땀에 의해 젖은 경우 땀의 증발을 촉진하기 위해 대전류를 통과시켜 국소 가열시킬 수 있고 또한 체표의 땀액이 마를 때까지 일정 시간(예를 들어 60초) 후 다시 직류 저항을 측정할 수 있다. 땀을 말리는데 소요되는 시간은 바로 땀에 젖은 정도이므로 마이크로 컨트롤러는 땀에 젖은 정도를 누적하여 일정한 정도에 도달하면 탈수 정도가 너무 높은 것을 표시하므로 사용자에게 수분 보충할 것을 통지할 수 있다.

도선 또한 체온 또는 환경 온도를 감지하기 위하여 외부 온도에 따라 전도성이 변화되는 특정 합금을 사용할 수 있다. 이 밖에, 상기 장치의 서미스터 역시 사용자의 체온 변화를 감지할 수 있다. 공지된 일부 전도성 플라스틱 재료, 예를 들어 LDPE 전도성 카본블랙의 저항은 온도에 따라 변화되므로 전도성 전송선으로서 사용될 수 있고 온도 센서거나 히터로서 사용될 수 있다. 온도가 하강됨에 따라 그 저항값 역시 하강된다.

예비선은 주 도선이 셧다운 시 교체되는 용도 외에도 자체로 땀에 의한 젖음 또는 온도 센서로서 사용될 수 있다. 의류의 상이한 부위에 예비선을 장착할 수 있고 각 예비선의 전자식 선택부(제1 부분을 참조 바람)는 시스템에 의해 전환 가능하거나 또는 사용자가 수동으로 전환할 수 있도록 의류에 턴테이블이나 끈을 설치하여 어느 부위를 감지하고자 할 경우, 시스템을 통해 자동 또는 사용자가 수동으로 상기 부위에 위치하는 예비선으로 전환시킬 수 있다. 복수의 예비선은 평행되게 배열될 수 있고 횡방향이 안쪽층, 종방향이 바깥층에 위치하도록 그리드 형태를 형성하거나 또한 횡방향 예비선에서 하나를 선택하고 종방향 예비선에서 하나를 선택하여 특정 부위의 땀에 의해 젖은 정도를 감지할 수 있다.

상기 로프 풀링 기구에 있어서 로프를 수동으로 풀링할 수 있고 유압 실린더 또는 나사를 통해 밀 수 있다.

다른 층의 예비선은 전도성 노출선을 사용하여 선택적으로 어느 부분의 생리적 신호 또는 환경 신호, 예를 들어 땀에 의한 젖음 등 신호를 전송할 수 있다.

인체 신호(예를 들어, 생리적 전기 신호)에 대해서도 역시 상기 그리드 형상의 종횡 예비선을 사용하여 특정 부위를 선택하고 속옷으로부터 겉옷으로 전달되며 다시 사용자가 앉거나 눕는 의자거나 침대에 전달되어 의자거나 침대에 장착된 컨트롤 박스에 의해 분석 처리된다. 예를 들어 도 21에 도시된 바와 같이, 원래는 광섬유였으나 현재 일반적인 전송선으로 변경함으로써 이와 같은 효과를 달성할 수 있다. 총 3벌의 겉옷이 존재하는데 가장 안쪽층 내측의 노출 전송선은 은사와 같은 수직된 전송선이고, 제2층의 오른쪽 노출 전송선은 수평이므로 가장 안쪽층과 제2층은 서로 도통되어 신호가 안쪽층으로부터 제2층으로 전달될 수 있다. 이어서 가장 안쪽층 후면의 노출 전송선은 수직되고 제2층 노출 전송선 역시 수직되며 두 개 전송선은 상당히 먼 거리를 유지하여 접촉되지 않으므로 각 전송선은 각자의 신호만 전송한다. 동일하게 제2층과 가장 바깥층의 전송선은 서로 수직되므로 제2층과 가장 바깥층은 서로 도통되지 않으며 제2층의 신호는 가장 바깥층에 전달되지 않는다. 따라서 가장 안쪽층의 신호는 가장 바깥층으로 전달될 수 있으며 그밖에 각자 전송해야 할 신호는 서로 간섭되지 않는다. 또한 여기서 전송선은 다양한 형태로 제작될 수 있는데 수직뿐만 아니라 예를 들어 동심원 또는 방사상으로 제작 가능한 바 그 의도는 안테나로서 적용되어 전송하기 위해 바로 전면의 옷에 위치된다. 따라서 안테나 원리에 의해 옷의 노출선이 끊기지 않은 한 내층의 신호는 가장 바깥층까지 전송될 수 있다. 동시에 절연선을 준비해두어 노출선에 문제가 발생한 경우 예비선으로 전환시킬 수 있다. 또한 노출선의 신호 생성은 상기 여러층 페브럭 사이의 관련 연결성, 즉 움직임 량 증가 시 양자가 접촉되는 노이즈가 증가되고 땀인 경우 상대적 신호의 도통 효과가 더 우수하나 배부의 별도의 개별적 신호 전송선은 반대로 효과가 나쁨을 알 수 있다. 따라서 인체와 외부의 변화, 즉 외부 환경 온도가 너무 높거나 땀이 나는 경우 전송 효과가 비교적 좋고 겨울철 피부가 건조하고 체온이 낮은 경우 양자의 전송 및 도통 효과가 낮으나 배면의 각 전송 신호의 효과는 오히려 쉽게 간섭받지 않는다.

웨어러블 애플리케이션에서 전력은 중요한 핵심으로서 충분한 전력 공급을 제공하기 위해 본 발명은 신호 전송선 옆에 전기 에너지 회수선(도시된 바와 같이 다이오드 및 전지(커패시터)를 연결)을 설치하여 신호 통과 시 두 개 도선 사이의 상호 인덕턴스 또는 커플링 커패시터를 이용하여 전기 에너지 회수선에서 모두 전기 에너지를 인덕턴스한 후 다시 전지 또는 커패시터에 예비용으로 저장한다.

전송선은 무선(RF) 안테나, 전원 전송선(DC) 및 감지 신호(AC)로도 사용될 수 있다. 도 40에 도시된 바와 같이, 통상적으로 RF 주파수는 약 200MHz 이상이므로 47Pf를 사용하여 RF를 전송선에 피드하여 송신하는 동시에 DC 및 감지 신호(signal)를 차단시킬 수 있다. 일반적으로 감지 신호의 주파수는 약1 Hz~1 MHz이므로 1uF를 사용하여 감지 신호를 전송선에 피드하고 또한 DC 전원을 차단하는 동시에 소형 인덕턴스를 직렬로 연결하여 무선(RF)을 차단하여 도시된 바와 같이 속옷으로부터 겉옷으로 신호를 전송할 수 있다. 도 41에 도시된 바와 같이 전송선은 안테나로서도 사용 가능하다. 마찬가지로, 흉부 센서에서 획득한 신호를 복부, 의자 또는 침대 컨트롤 박스에 전달하거나 또는 상박 센서에서 획득한 신호를 하박 컨트롤 박스에 잔달할 수 있고 송수신 양측 사이의 거리를 대표하는 신호의 강약을 수신하여 상대적 움직임을 알 수 있으며 신체에 이용하여 호흡, 신체의 움직임, 자세, 심박을 읽을 수 있다. 동시에 근처 기지국이나 휴대 전화에서 발생하는 전자기파와 같은 외부 전자기파의 강도를 읽을 수도 있다.

위의 예에서 전송선은 무선(RF) 안테나로도 사용되어 필연적으로 신체의 생리적 전기 신호 또는 신체의 다양한 센서의 신호와 간섭하게 된다. 예를 들어, 일반적으로 사용되는 블루투스 통신은 0과 1 사이의 변환을 위해 SFK(Shift Frequency Key) 기술을 사용하나 순간 간섭이 크다. 이 간섭을 줄이기 위해 AM(진폭 변조) 기술을 교체하여 사용할 수 있으며 이는 절전되는 이점도 있다.

마찬가지로, 흉부의 감응형 호흡 센서에서 획득한 신호를 복부의 감응형 호흡 센서 또는 의자 및 침대 컨트롤 박스에 전달하거나 상박의 감응형 호흡 센서에서 획득한 신호를 하박의 감응형 호흡 센서에 전달할 수 있다.

전송선 자체는 또한 감응형 호흡 센서로서 사용될 수 있다. 바람직한 실시예로서, 도선은 팽창 및 수축을 위한 공간을 갖도록 "Z"자 형상을 갖는다. 이것은 전류 주입에만 사용되는 것이 아니라 도 21에 도시된 도선 구조를 사용하여 신호가 겉옷에서 속옷으로 전달될 수도 있다. 도 21에 도시된 바와 같이, 서로 다른 층의 옷에는 서로 접촉할 수 있는 상이한 노출 도선이 존재하여 감응형 호흡 센서가 절연 층으로 피복되지 않는 한 이 방법을 사용하여 전류를 주입하거나 인덕턴스 값을 읽을 수 있다. 감응형 호흡 센서 및 전송선은 직접 접촉 이외에도 인덕턴스 커플링, 커패시터 커플링 또는 전자기파 전송을 통해 신호를 전송할 수 있다. 컨트롤 박스를 겉옷에 안착시키면 신체 움직임의 간섭을 받지 않는 이점이 있다. 몸의 감응형 호흡 센서는 여러 회 권선될 수 있고 각 센서 자체의 인덕턴스는 해당 부위의 팽창되거나 수축되는 변화를 나타내고 상호 인덕턴스는 각 부위의 상대적 위치 변화를 나타낼 수 있으며 변화되는 것은 상대적 움직임이 일어남을 나타낸다. 마찬가지로, 커패시터 센서 및 도선 사이의 커플링 커패시터 역시 동일하게 각 부위의 상대적 위치 변화를 나타낼 수 있다. 도 9a, 9b에 도시된 바와 같이,

상기 그리드 선을 이용하여 신체 국소 부위의 변화를 측정할 수 있다. 예를 들어 전체 코일에 전류를 주입하고 전체 코일의 자기 인덕턴스값을 관찰하여 적량적으로 해당 부위의 전체 몸 둘레의 변화를 얻는다. 그리드선에 의해 가슴의 인덕턴스 변화만 관찰된다면 바로 앞가슴의 국소 변화가 얻어지고 마찬가지로 다른 부위도 도시된 바와 같이 별도로 측정 가능함을 추론할 수 있다. 이 밖에, 도 9a, 9b에 도시된 바와 같이, 흉부와 복부에 모두 감응형 호흡 센서가 장착되어 흉식 호흡과 복식 호흡으로 인한 몸 둘레 변화를 별도로 측정할 수 있고 두 센서 사이의 상호 인덕턴스 변화를 측정할 수도 있다. 상호 인덕턴스 변화는 두 센서 간의 상대적인 위치 변화를 나타내고 상호 인덕턴스를 사용하여 신호를 전송할 수도 있다. 예를 들어, 흉부의 자기 인덕턴스를 측정 할 경우, 복부 센서는 상호 인덕턴스로 인해 호흡 신호를 수신 할 수 있으므로 컨트롤 박스는 복부 센서로부터 흉식 호흡 신호를 얻을 수도 있다. 마찬가지로, 상박 및 하박에도 각각 하나의 감응형 호흡 센서가 설치되어 그 상호 인덕턴스의 변화는 팔뚝의 굴곡을 나타낸다. 마찬가지로, 흉부와 팔뚝에도 각각 감응형 호흡 센서가 설치될 수 있으며 그 상호 인덕턴스의 변화는 팔뚝과 흉부의 상호 움직임을 나타낸다. 마찬가지로, 서로 다른 사람들에게 모두 감응형 호흡 센서가 설치된다면 서로 다른 사람들 사이의 상호 인덕턴스는 두 사람의 상대적 움직임을 나타낸다.

감응형 호흡 센서는 속옷과 겉옷에 모두 설치될 수 있다. 상기 두 센서의 상호 인덕턴스는 예를 들면 옷을 벗거나 입는 동작, 또는 해당 부위가 가방에 의해 압박되거나 또는 해당 부위의 의류가 너무 헐렁하거나 사용자의 사지 움직임으로 인해 상대적인 위치 변화가 발생하는 등 속옷 밑 겉옷의 상대적인 움직임을 나타낼 수 있다.

마찬가지로, 사람의 옷 및 침대에 각각 감응형 호흡 센서를 설치할 수도 있다. 상기 두 개 센서 사이의 상호 인덕턴스는 사람과 침대의 상대적 움직임을 나타낼 수 있고 수면 모니터링에 사용할 수 있으며 사람과 사람의 상대 거리를 나타낼 수도 있다. 마찬가지로 동물과 인간 또는 동물과 동물 사이의 상대적인 움직임에도 사용될 수 있다.

위의 예에서 두 센서 사이의 상호 인덕턴스는 신호 전송에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 흉식 호흡 신호는 속옷에서 상호 인덕턴스를 거쳐 겉옷으로 전달될 수 있으며, 컨트롤 박스는 겉옷에 설치되고 겉옷의 감응형 호흡 센서와 연결되어 속옷에서 획득되는 호흡 신호를 수신할 수 있다. 마찬가지로, 속옷은 상호 인덕턴스를 통해 겉옷의 신호를 수신할 수도 있다.

마찬가지로, 상기 상호 인덕턴스를 통한 신호 전송 기술은 각 도선 사이의 커플링 커패시터를 통한 신호 전송으로 대체할 수도 있다.

US 7750790 B2는 응력에 따라 임피던스가 변화되는 페브릭 스트레인 게이지를 개시하고 있다. 본 발명은 상기 스트레인 게이지를 사용하여 도선을 제조할 수 있고, 상기 스트레인 게이지의 임피던스는 수분(땀 또는 물에 의한 젖음) 정도에 따라 변화하므로 동시에 수분 센서로서 사용될 수 있다. 본 발명은 주파수 도메인을 사용하여 호흡과 수분을 구별할 수 있다. 호흡 주파수는 일반적으로 0.1Hz(분당 6회) 이상이나 수분은 일반적으로 0.1Hz보다 훨씬 낮아 매우 느리게 변하므로 (증발은 일반적으로 수 시간 소요된다) 대역 통과 필터를 통해 양자를 구별할 수 있다. 마찬가지로, 상기 스트레인 게이지는 손을 들거나 다리를 들어 올리는 것과 같은 신체의 다른 부위의 동작을 감지할 수 있다. 상기 예와 유사하게, 해당 스트레인 게이지에 포함된 와이어는 온도 계수가 큰 합금으로 제조하여 온도계 기능을 겸할 수 있다. 상기 스트레인 게이지의 임피던스 역시 수분에 함유된 전해질(땀에 함유되어 있는 나트륨, 칼륨, 염소 이온, 세탁 세제)에 따라 변화된다. 즉 전해질 센서 기능을 구비한다. 이 원리를 이용하여 상기 스트레인 게이지는 상처 치유 또는 확대, 부상 또는 피부가 까짐으로 인한 출혈, 요오드를 바르거나 의류에 남은 세탁 세제 잔여량과 같은 피부 표면의 변화를 탐지할 수 있다.

안쪽층의 옷에는 자석이 설치되고 바깥층의 옷에는 코일이 설치되어 양자 사이의 상호 작용은 유도 전류를 생성한다. 따라서 두 조각의 옷감 사이의 상호 움직임을 알 수 있고 정보를 전송할 수도 있다. 원리적으로, 두 자석과 코일 사이의 상호 변화 및 움직임이 클수록 전류가 더 많이 생성된다. 속옷의 자석에 코일을 추가하고 겉옷의 코일과 상호 인덕턴스를 형성한다면 다른 신호를 탐지할 수도 있다(도 41 참조). 동시에 가장 안쪽층이 자석이 아니라 코일인 경우, 즉 제1층이 코일이고 제2층이 자석이며 제3층이 코일인 경우, 제1층과 제2층 사이의 반응도 탐지될 수 있고 동시에 제1층과 제3층 사이의 상호 인덕턴스도 탐지될 수 있다. 이로부터 배치 위치는 동일한 위치에 있을 필요가 없음을 추론 가능하다. 즉, 제1층 및 제2층의 자석 코일은 제2층 및 제3층의 자석 위치와 반드시 동일한 위치에 있을 필요는 없고 측정된 의미, 즉 측정된 신호, 상이한 위치의 유도 및 효과 역시 상이하다.

광섬유는 무선 전지 또는 전기장이나 자기장의 간섭을 받지 않는 이점을 가진다. 이로부터 두 개의 광섬유를 각각 옷의 안쪽층 및 바깥층에 장착하여 접촉 시 빛을 전달할 수 있다. 즉, 전술한 효과는 모두 광섬유로 대체하여 그 효과를 얻을 수 있다.

제6 부분: 페브릭에 의한 전기 에너지 생산 방법

자성 재료(전자기 재료로 제조된 전도성 재료)는 페브릭에서 발진되어 전기를 생성한다. 하나의 페브릭 조각에는 한 조각의 자성재료가 내장된 하나의 폐쇄 장치가 장착되고, 폐쇄 장치 외부는 전도성 코일이 권선되며 폐쇄 장치 상부의 폐브릭에는 다른 하나의 자성 재료가 장착된다. 자성재료는 자유롭게 회전할 수 있기 때문에 두 개의 자성체가 동성이고 자성재료가 우측에 위치하면 같은 성질은 서로 배척하는 원리에 따라 폐쇄 장치의 자성재료가 왼쪽으로 미끄러지게 되고(도 42에 도시된 바와 같음), 마찬가지로 자성재료가 왼쪽에 위치하면 진공 내의 자성 재료는 오른쪽으로 미끄러진다(도 42에 도시된 바와 같음). 상하 양측 자성 재료의 끊임없는 변화로 인해 권선된 코일이 유도된 기전력을 생성하여 전기를 발생하게 된다. 폐쇄 장치는 진공 또는 공기 주입 방식을 이용할 수 있다. 또한 페브릭의 외부에 다른 한 조각의 자성재료를 장착할 필요 단지 페브릭에서 그 자성재료가 외력으로 인해 왕복 진동하면서 전기가 생성될 수도 있다.

하기 도면(도 43)의 원리는 상기와 동일한 것으로 다음과 같은 이점을 가진다. 서클 진공 내부에 배치된 자성재료는 외부 자성재료의 흔들림에 의해 항상 회전하고 정지할 수 없으므로 지속적인 전력이 발생되며 효과가 더 우수하다. 마찬가지로, 페브릭 외부의 자성재료가 필요 없이 효율을 높이기 위해 페브릭 외부에 별도로 하나 이상의 자성재료를 추가할 수 있다.

제7 부분: 정상적인 작동 프로그램 및 기능

본 발명의 정상적인 작동 절차는 하기와 같이 사용자에 의한 의류의 구매로부터 시작된다.

1. 의류 자체에는 센서가 구비되어있어 이동되기만 하면(옷걸이에서 꺼냄) 의류의 디지털 회로가 작동하여 자가 점검을 시작한다. 또한 외력을 가하지 않아도 시스템 전체를 수시로 검측할 수 있으므로 해당 의류의 제조에서 판매까지의 기간과 내부 기능이 감소했는지 여부를 알 수 있다. 예를 들어, 전술한 제1 부분의 회로 구조 검사 도선 및 센서가 손상된 경우 예비 컴포넌트를 대체하여 사용하고 그 결과를 표시할 수 있다. 예를 들어, 정상이면 녹색등으로 표시하고 이상은 적색등으로 표시한다. 컨트롤 박스를 작동시켜 먼저 자가 점검을 한 후 의류와의 통신을 구축하고 유선 통신을 우선적으로 사용하며, 유선 통신이 불가능한 경우 무선 통신으로 변경하여 사용한다.

2. 의류를 선택하여 입어보기 시작하면 옷의 센서가 작동하기 시작한다. 너무 헐렁하거나 너무 빡빡하면 착용자에게 일깨워주고 적절한 사이즈를 건의한다. 여전히 약간 몸에 맞지 않는 경우, 감지된 신호의 효과가 가장 적절하도록 사용자에게 스트랩 스트링 또는 악마 스틱 등을 수정하거나 조정하도록 상기시킨다.

다른 방법으로는 옷을 몸에 입을 필요 없이 3D 동적 피팅 시스템을 사용하여 컴퓨터 피팅 미러 앞에서 동적으로 피팅하는 동시에 모델 및 사이즈 등 데이터를 수정한 후 입어보고 구매를 시도하여 시간과 효율성을 절약할 수 있다.

3. 의류가 몸에 맞는 것을 확정한 후 시스템은 자가 교정을 수행하여(피동 교정) 결과는 기억체에 저장되고 상기와 같이 클라우드 데이터베이스에 업로드된다.

4. 자기 교정이 완료된 후, 전술한 에너지 픽업 메커니즘이 작동되어 생리적 파라미터(심전, 호흡, 체온 등) 및 환경 파라미터(실온, 습도 등)를 감지하기 시작하여 상기와 같이 생리적 및 환경적 파라미터를 획득하여 적절한 기회에 클라우드 데이터베이스에 업로드하여 장기 추세 분석에 사용될 수 있다.

5. 컨트롤 박스는 신호 품질을 감시하고 사용자에게 적절한 조정을 건의한다. 컨트롤러 자체는 옷 위에 직접 안착될 수 있으며 일체로 성형된다. 심전도를 예로 들면, 신호/노이즈 비율이 너무 낮으면 그 원인으로서 전극이 인체에 제대로 부착되지 않았기 때문으로 추측하고 바로 사용자에게 심전도의 품질을 향상시키기 위해 스트랩을 미세한 폭으로 조여야 한다고 건의할 수 있다. 동시에 관련 어셈블리의 노화 정도 데이터베이스를 참조하여 상기 어셈블리의 노화 정도를 예측함으로써 그 반응 곡선을 조정하여 최상의 측정 정확도를 얻을 수 있다. 조정 된 설정 값은 적절한 기회에 클라우드 데이터베이스에 업로드하여 장기 추세 분석에 사용할 수 있다.

6. 의류 디지털 회로의 기억체에 있어서, 적절한 기회에 메모리 정보를 업로드하거나 또는 상기와 같이 SD 메모리 카드와 비슷한 방향으로 기억체를 장착할 수 있다.

7. 장시간 입었거나 환경의 온도와 습도가 크게 변화하여 원래의 설정값에 편차가 발생할 우려가 있는 경우 사용자는 직접 교정할 수 있다.

8. 사용자가 의류를 벗어 세탁하고자 할 경우, 의류 내에 포함된 디지털 회로는 여전히 작동하여 그 환경이 세탁, 건조 또는 옷장에 저장되어 있는지 여부를 기록하고 세척력, 건조 온도 및 습도 등도 기록할 수 있다. 이러한 요인은 모두 센서의 반응 곡선과 사용 수명에 영향을 미치므로 위의 기록에 의해 바로 반응 곡선을 조정하고 잔여 수명을 예측하여 적절한 시기에 사용자에게 보수하도록 상기시킨다.

Claims (32)

1. 페브릭층 및 상기 페브릭층에 설치된 복수의 센서를 포함하고,
   상기 복수의 센서는 최대 2개의 출력단을 구비하며,
   각각의 상기 센서의 신호를 모니터링하거나 페브릭에서 정전기 간섭을 제거할 수 있거나,
   힘을 받지 않을 경우 탐지가 수행될 수 있는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   적어도 하나의 상기 센서에 선택부가 연결되어 탐지를 진행하는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 선택부는 대역 통과 필터, 제너 다이오드, 정류 다이오드, 정전압 컴포넌트, 리드 스위치, 멀티플렉서 등일 수 있는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   발광다이오드, LED, 텅스텐 도선 또는 열전대와 같은 전하를 소비하는 컴포넌트가 정전기 소비를 제거하기 위해 사용될 수 있거나,
   커패시터(배터리)를 사용하여 정전하를 추후의 사용을 위해 저장할 수 있는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   피부에 도포되는 도전성 재료의 패턴 또는 바디 페이팅을 사용하여 정전기를 제거할 수 있는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   전자기유도 효과가 발생될 수 있는 동안 외력이 감지될 수 있도록, 상기 센서는 내부에 자석과 같은 자성 재료를 함유하는 페브릭 내의 밀폐 공간 주위를 둘러싸는 도선에 의해 형성되는 코일인 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   페브릭 외부에 자성 재료를 추가 설치하거나, 또는 상기 밀폐 공간을 진공으로 만드는 것을 통해 모두 감지 효과를 개선할 수 있는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
8. 제1항에 있어서,
   상기 센서는 페브릭 내의 밀폐 공간에 배치되는 2개의 도전성 시트일 수 있고, 상기 페브릭 외부의 도전성 페브릭 또는 도전성 와이어가 상기 2개의 도전성 시트에 연결되어 정전기를 탐지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
9. 제8항에 있어서,
   상기 폐쇄 공간의 케이스도 도전성 재료일 수 있고, 충전을 위해 사용될 수 있도록 커패시터에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
10. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 피부에 도포되는 도전성 재료의 패턴 또는 바디 페인팅에 의해 구현될 수 있는 전극인 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
11. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 페브릭 저항 센서 또는 임피던스 용적맥파 센서를 사용하여 생리적 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 센서는 적어도 하나의 페브릭을 포함하고, 적어도 하나의 도전성 영역이 상기 페브릭에 설치되며, 신호 회로가 제공되고, 상기 도전성 페브릭과 인체 사이는 저항 또는 임피던스를 형성하며, 상기 페브릭 저항 센서 또는 임피던스 용적맥파 센서에는 저항(R), 커패시터(C), 인덕터(L), 연산증폭기, 다이오드, 슈미트 트리거, 상보형 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터, 트랜지스터 또는 집적 회로에 직렬 또는 병렬로 연결되어 충방전 회로를 형성함으로써 주파수, 주기, 전압 또는 전류를 변화시키고, 인체와 상기 페브릭 사이에 압력, 인장력, 토크 또는 장력이 있을 경우, 상기 회로가 신호를 전송하고 시스템은 도전성 페브릭과 상기 인체 사이의 저항센서 또는 임피던스 용적맥파 센서 값의 변화를 수신하며, 상기 변화는 주파수, 전압 또는 전류 변화로 나타나고, 주파수, 전압 또는 전류 변화 과정에 의해 상기 인체와 페브릭 사이의 생리, 매체(땀, 출혈, 립스틱), 자세 변화, 매체 변화 또는 수신된 힘의 정보 중의 적어도 하나가 분석되는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
13. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 전극이고, 상기 전극과 체표(body surface) 사이의 임피던스가 양호한지를 측정해야 하며, 단일 전극과 체표의 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
14. 제13항에 있어서,
    부유 커패시터를 접지선으로 사용하여 상기 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
15. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 전극이고, 상이한 주파수의 대역 통과 필터를 사용하여 심전도 및 근전도를 동시에 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
16. 제1항에 있어서,
    인덕터 또는 커패시터에 직렬로 연결되는 감지 전극이 주파수에 의해 신호를 분할할 수 있는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
17. 제16항에 있어서,
    예를 들면 인덕터가 고주파는 배척하지만 저주파는 통과시키고, 커패시터가 저주파는 배척하지만 고주파를 통과시키고, 커패시터와 인덕터가 없는 경우 모든 주파수가 모두 통과가능하여 3개의 주파수 대역이 분할될 수 있는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
18. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 감응형 호흡운동기록기(inductive pneumograph)이고 호흡 및 몸의 움직임을 측정할 수 있고 또한 전송선 또는 안테나일 수도 있는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
19. 제14항에 있어서,
    체지방, 땀, 체내 수분을 동시에 측정할 수 있고, 전극이 양호한 상태인지를 동시에 검증할 수 있는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
20. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 광섬유이고 자체는 또한 신호를 전송할 수 있는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
21. 제1항에 있어서,
    전송선에 근접하여 전기에너지 회수선이 배치되고, 신호가 통과될 경우 2개의 도선 사이의 상호 인덕턴스 또는 커플링 커패시턴스를 이용하여 전기에너지 회수선에서 전기에너지를 유도 생성하는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
22. 제1항에 있어서,
    배터리에 배터리 연료 게이지(battery fuel gauge)를 설치하여 전기에너지 충전 동작을 기록할 수 있고 인체의 활동 또는 환경의 변화를 표시할 수도 있는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
23. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은 기저귀 감지 시스템이고, 2가닥의 노출된 전송선이 가변 커패시터에 연결되어 대변, 소변을 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
24. 제23항에 있어서,
    허리 위치에 2개의 감지 전극을 설치하여 사용자의 호흡 변화를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
25. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은 2층 이상의 페브릭을 가지고, 내층 전송선과 외층 전송선은 중첩되어 신호가 서로 도통되는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
26. 제25항에 있어서,
    전송선은 나선(bare wire) 또는 광섬유일 수 있고, 안테나 무선 전송 기능을 겸비할 수도 있는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
27. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 커패시터 및 상기 커패시터에 연결되는 도전성 천 또는 도전성 와이어이며 정전기 변화를 감지하며 습도 변화도 추정할 수 있는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
28. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 전극이고, 생리적 전기신호(ECG, EEG, EMG…)를 측정하는 외에, 직류에 의해 땀에 젖은 정도를 측정하거나 또는 교류에 의해 호흡, 움직임, 자세, 체지방 등을 측정하는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
29. 제1항에 있어서
    전송선 및 예비선이 또한 교류 또는 직류 전류를 전송할 수 있고, 온도 또는 습도 탐지기로 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
30. 제29항에 있어서,
    전송선 및 예비선은 또한 자체 유도 및 상호 유도를 이용하여 호흡, 움직임, 자세, 심박 등을 판독하는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 시스템.
31. 페브릭층 및 상기 페브릭층에 설치된 복수의 센서를 포함하고,
    상기 복수의 센서는 최대 2개의 출력단을 구비하며,
    각각의 상기 센서의 신호를 모니터링하거나 페브릭에서 정전기 간섭을 제거할 수 있거나,
    힘을 받지 않을 경우 탐지가 수행될 수 있는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 방법.
32. 페브릭층 및 상기 페브릭층에 설치된 복수의 센서를 포함하고,
    상기 복수의 센서는 최대 2개의 출력단을 구비하며,
    각각의 상기 센서의 신호를 모니터링하거나 페브릭에서 정전기 간섭을 제거할 수 있거나,
    힘을 받지 않을 경우 탐지가 수행될 수 있는 것을 특징으로 하는 다기능 페브릭 감지 물품.
    

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