KR20190076478A - Apparatus and Method for Sensing of Human Body Using Coil - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 대상물 감지 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 코일을 이용한 인체 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
대상물을 감지할 수 있는 다양한 방식의 센서가 이용되고 있다. 예를 들어, 센서 장치는 감지하고자 하는 대상에 따라 온도, 압력, 습도, 소리, 기체유량, 속도, 진동 등을 측정할 수 있고, 측정 방식에 따라 광학 방식, 초음파 방식, 정전용량 방식 등으로 다양하게 구현될 수 있다.Various types of sensors are used to detect objects. For example, the sensor device can measure temperature, pressure, humidity, sound, gas flow rate, speed, and vibration according to the object to be sensed, and it can be varied by optical method, ultrasonic method, . ≪ / RTI >
정전용량 방식의 센서 장치는 검출 물체가 센서 장치에 접근 또는 접촉하면 센서 장치에 구비된 검출전극과 대지 간의 정전용량이 증가하는 원리를 이용하여 물체를 검출한다.The capacitance type sensor device detects an object by using the principle that the capacitance between the detection electrode provided on the sensor device and the ground increases when the detected object approaches or touches the sensor device.
정전용량 방식의 센서 장치는 유전률을 가진 대상이라면 어느 것이든지 검출 가능하고, 잡음 내성이 강하며, 간단한 구성과 낮은 제조 단가 등의 특징으로 인해 그 활용 분야가 날로 확대되고 있다.The capacitance type sensor device is capable of detecting any object having a dielectric constant, is strong in noise immunity, has a wide use field due to its simple configuration and low manufacturing cost.
그런데, 정전용량 방식의 센서 장치는 단지 정전용량의 변화만을 검출하기 때문에 어떠한 물체의 접근에 의해 정전용량의 변화가 일정 수준 이상만 되면 반응하도록 되어 있다. 따라서, 특정한 대상물, 예를 들어 인체에 반응하도록 설계된 시스템에 적용될 경우 감지 오류 가능성을 배제할 수 없다.However, since the capacitance type sensor device detects only the change of the capacitance, it reacts when the change of the capacitance is exceeded by a certain level of access by an object. Therefore, the possibility of detection error can not be excluded when applied to a specific object, for example, a system designed to respond to a human body.
본 기술의 실시예는 도전성 있는 물체와 인체를 구분할 수 있는 코일을 이용한 인체 감지 장치 및 방법을 제공할 수 있다.Embodiments of the present technology can provide a human body sensing apparatus and method using a coil capable of distinguishing between a conductive object and a human body.
본 기술의 실시예는 인체 감지의 정확성을 향상시킬 수 있는 코일을 이용한 인체 감지 장치 및 방법을 제공할 수 있다.Embodiments of the present technology can provide a human body sensing apparatus and method using a coil that can improve the accuracy of human body sensing.
본 기술의 일 실시예에 의한 코일을 이용한 인체 감지 장치는 캐패시턴스와 인덕턴스를 동시에 형성할 수 있는 검출부; 제 1 감지 모드에서 상기 검출부와 전기적으로 접속되어 정전용량 변화에 기초하여 임의의 물체가 접근하였는지 감지하는 제 1 감지부; 및 제 1 감지부에서 임의의 물체가 접근한 것으로 감지되면 제 2 감지 모드에서 상기 검출부와 전기적으로 접속되어 임피던스 변화에 기초하여 접근한 물체의 종류를 판단하는 제 2 감지부;를 포함하도록 구성될 수 있다.A human body sensing apparatus using a coil according to an embodiment of the present invention includes: a detector capable of simultaneously forming a capacitance and an inductance; A first sensing unit electrically connected to the detection unit in a first sensing mode to sense whether an arbitrary object is approaching based on a capacitance change; And a second sensing unit that is electrically connected to the detection unit in the second sensing mode to determine the type of the object based on the impedance change when the sensing unit senses that an object is approaching .
본 기술의 일 실시예에 의한 코일을 이용한 인체 감지 방법은 캐패시턴스와 인덕턴스를 동시에 형성할 수 있는 검출부를 포함하는 인체 감지 장치의 인체 감지 방법으로서, 제 1 감지 모드로 세팅되는 단계; 상기 제 1 감지 모드에서 상기 검출부의 정전용량 변화에 기초하여 상기 검출부에 임의의 물체가 접근하였는지 감지하는 단계; 상기 제 1 감지 모드에서 임의의 물체가 접근한 것으로 감지되면 제 2 감지 모드로 전환하는 단계; 및 상기 제 2 감지모드에서 상기 검출부의 임피던스 변화에 기초하여 접근한 물체의 종류를 판단하는 단계;를 포함하도록 구성될 수 있다.A method for detecting a human body using a coil according to an embodiment of the present invention includes a detection unit capable of simultaneously forming a capacitance and an inductance, the method comprising: setting a first sensing mode; Sensing whether an object has approached the detection unit based on a change in capacitance of the detection unit in the first sensing mode; Switching to a second sensing mode when an object is detected as approaching in the first sensing mode; And determining a type of the object based on the impedance change of the detection unit in the second sensing mode.
본 기술에 의하면 정전용량 변화 및 유도 용량 변화를 모두 감지하는 하이브리드 방식으로 대상물을 검출하므로 검출 대상에 대한 감지 정확도가 대폭 향상된다. 따라서, 접근된 물체가 인체인지 도전성이 있는 물체인지를 구분할 수 있으므로 인체에 반응하여 동작하도록 설계된 시스템의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.According to this technology, since the object is detected by the hybrid method which detects both the capacitance change and the induction capacitance change, the detection accuracy for the object to be detected is greatly improved. Accordingly, it is possible to distinguish whether the approached object is a human body or an electrically conductive object, so that the operational reliability of a system designed to operate in response to a human body can be improved.
도 1은 일 실시예에 의한 코일을 이용한 인체 감지 장치의 구성도이다.
도 2는 일 실시예예 의한 검출부의 구성도이다.
도 3a 및 도 3b는 일 실시예예 의한 검출부의 간략 회로도이다.
도 4는 대상물의 접근에 따른 정전용량 변화량 및 유도용량 변화량의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 8은 실시예들에 따른 인체 감지 장치의 구성도이다.
도 9a 및 도 9b는 제 1 감지 모드에서의 감지 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 실시예들에 따른 검출부의 구성도이다.
도 11은 일 실시예에 의한 인체 감지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a block diagram of a human body detecting apparatus using a coil according to an embodiment.
2 is a configuration diagram of a detection unit according to an embodiment.
3A and 3B are simplified circuit diagrams of a detection unit according to an embodiment.
4 is a diagram for explaining a relationship between a capacitance change amount and an induced capacitance change amount according to an approach of an object.
5 to 8 are block diagrams of a human body sensing apparatus according to embodiments.
9A and 9B are diagrams for explaining the sensing method in the first sensing mode.
10 is a configuration diagram of a detection unit according to the embodiments.
11 is a flowchart illustrating a human body detection method according to an embodiment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 기술의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present technology will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 일 실시예에 의한 코일을 이용한 인체 감지 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a human body detecting apparatus using a coil according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 의한 인체 감지 장치(10)는 제어부(100), 검출부(110), 스위칭부(120), 제 1 감지부(130) 및 제 2 감지부(140)를 포함하도록 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, a human
제어부(100)는 인체 감지 장치(10)의 동작 전반을 제어하도록 구성될 수 있다.The
검출부(110)는 대상물의 실질적인 접근 또는 접촉이 일어나는 부분이며, 캐패시턴스와 인덕턴스를 동시에 형성할 수 있는 구조를 이용하여 구성할 수 있다. 일 실시예에서, 검출부(110)는 코일을 포함할 수 있다.The
스위칭부(120)는 제 1 감지 모드에서 제어부(100)의 제어에 따라 검출부(110)와 제 1 감지부(130)를 전기적으로 연결할 수 있다. 스위칭부(120)는 제 2 감지 모드에서 제어부(100)의 제어에 따라 검출부(110)와 제 2 감지부(140)를 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다.The
일 실시예에서, 제 1 감지 모드는 근접 모드, 또는 정전용량 모드, 또는 캐패시턴스 모드라 지칭할 수 있다. 아울러, 제 2 감지 모드는 대상물 판단 모드, 또는 유도용량 모드, 또는 인덕턴스 모드. 또는 임피던스 모드라 지칭할 수 있다.In one embodiment, the first sensing mode may be referred to as a proximity mode, or a capacitive mode, or a capacitance mode. In addition, the second sensing mode may be an object determination mode, an inductive capacity mode, or an inductance mode. Or an impedance mode.
제 1 감지 모드에서, 제 1 감지부(130)는 대상물이 검출부(110)에 근접 또는 접촉함에 따른 검출부(110)의 정전용량 변화에 기초하여 대상물의 근접 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.In the first sensing mode, the
제 1 감지부(130)에 의해 대상물이 근접한 것으로 판단되는 경우, 제어부(100)는 인체 감지 장치(10)를 제 2 감지 모드로 동작시킨다. 즉, 제어부(100)는 스위칭부(120)를 제어하여 검출부(110)와 제 2 감지부(140)가 전기적으로 연결되도록 한다.When it is determined by the
제 2 감지 모드에서, 제 2 감지부(140)는 검출부(110)에 근접 또는 접촉한 대상물이 인체인지의 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.In the second sensing mode, the
이와 같이, 본 기술에 의한 인체 감지 장치(10)는 대상물의 근접 또는 접촉에 따라 인덕턴스 및 캐패시턴스가 모두 변화하는 소자, 예를 들어 코일을 검출부(110)로 사용한다.As described above, the human body sensing
그리고, 제 1 감지 모드에서 제 1 감지부(130)를 동작시켜 정전용량의 변화가 일어나는 것으로 검출되면 임의의 물체가 접근했다고 판단한다. 그 후, 제 2 감지 모드로 전환하여 정전용량 변화량 및 인덕턴스 변화량에 근거하여 접근한 대상물이 인체인지의 여부를 판단하게 된다.When the
이와 같이, 본 기술에서는 정전용량의 변화와 더불어 인덕턴스의 변화량도 동시에 검출할 수 있다. 이에 따라 도전성을 가진 물체와 인체를 구분할 수 있어 인체에 반응하도록 되어있는 시스템에서의 오동작을 방지할 수 있다.As described above, in the present technology, the change amount of the inductance as well as the change in the capacitance can be simultaneously detected. As a result, it is possible to distinguish between a conductive object and a human body, thereby preventing a malfunction in a system that is made to respond to a human body.
즉, 인체 감지 장치(10)에 접근하는 물체의 특성에 따라 정전용량 변화량과 인덕턴스 변화량이 다르게 나타나게 될 것이므로, 이에 기초하여 접근하는 물체가 인체인지의 여부를 검출할 수 있게 된다.That is, since the capacitance change amount and the inductance change amount will be different depending on the characteristics of the object approaching the human
도 2는 일 실시예예 의한 검출부의 구성도이다.2 is a configuration diagram of a detection unit according to an embodiment.
본 기술의 일 실시예에 의한 인체 감지 장치(10)의 검출부(110)는 캐패시턴스와 인덕턴스를 동시에 형성할 수 있는 구조일 수 있다. 이를 위하여, 검출부(110)는 나선형 코일로 구성할 수 있다. 나선형 코일은 와이어나 PCB로 제작될 수 있고, 2차원 또는 3차원 구조를 가질 수 있다.The
도 2에는 2차원 형태의 나선형 코일의 일 실시예에 의한 평면도를 도시하였다.FIG. 2 is a plan view of a two-dimensional spiral coil according to an embodiment of the present invention.
도 3a 및 도 3b는 일 실시예예 의한 검출부의 간략 회로도이다.3A and 3B are simplified circuit diagrams of a detection unit according to an embodiment.
도 3a에는 도 2에 도시한 2차원 나선형 코일에 존재하는 기생 용량 성분을 도식화되어 있고, 도 3b는 도 3a의 등가 회로도이다.Fig. 3A schematically shows parasitic capacitance components present in the two-dimensional helical coil shown in Fig. 2, and Fig. 3B is an equivalent circuit diagram of Fig. 3A.
도 3a 및 도 3b에서 알 수 있듯이 나선형 코일의 경우 인덕턴스 및 캐패시턴스를 동시에 형성할 수 있으므로 본 기술에 의한 인체 감지 장치(10)의 검출부(110)로 채택될 수 있다.As can be seen from FIGS. 3A and 3B, in the case of the helical coil, inductance and capacitance can be formed at the same time, so that it can be adopted as the
정전용량과 인덕턴스의 변화를 감지하기 위해서는 LC회로를 이용한 자체 발진기를 구성하여 발진 주파수의 변화를 검출하거나, 일정한 주파수를 갖는 기준 신호를 LC회로에 인가하여 진폭 및 위상의 변화를 검출하는 방법 등 여러 가지 방법이 이용될 수 있다.In order to detect changes in capacitance and inductance, a self-oscillator using an LC circuit is configured to detect a change in oscillation frequency, or a method of detecting a change in amplitude and phase by applying a reference signal having a constant frequency to an LC circuit Branching methods can be used.
LC 회로를 이용한 자가 발진기의 주파수는 L과 C의 값에 의해 결정된다.The frequency of the self-oscillator using the LC circuit is determined by the values of L and C.
LC 회로를 이용한 발진기에서 L 성분이 나선형 코일을 포함하는 검출부(110)이며, 검출부(110)에 어떤 물체가 인접해서 정전용량의 증가나 인덕턴스의 증가를 유발하게 되면 발진 주파수(f0)가 낮아지게 되고, 인덕턴스의 감소를 유발하게 되면 발진 주파수(f0)는 증가하게 된다.In the oscillator using the LC circuit, the L component includes the helical coil. When an object is adjacent to the
일반적으로 어떤 물체가 인체 감지 장치(10)에 인접하여 와전류가 형성되는 조건이 되면 인덕턴스는 감소하게 되고, 페라이트계의 자성물질이 인접하면 인덕턴스가 증가한다. 반면, 누설전류에 의한 전하의 감소가 없다면 어떤 물체가 인접할 경우 정전용량은 증가하게 된다.Generally, the inductance decreases when an object is in a condition where an eddy current is formed adjacent to the human
따라서, 인덕턴스 변화량 및 캐패시턴스 변화량에 기초하여 인접하는 물체가 도체인지 부도체인지, 혹은 정전용량 성분과 인덕턴스 성분을 동시에 가지고 있으며 그 정도가 어느 정도인지를 검출해 낼 수 있다.Therefore, based on the inductance change amount and the capacitance change amount, it is possible to detect whether the adjacent object is a conductor or a bank, or both the capacitance component and the inductance component, and the degree of the degree.
일 예로, 정전용량을 가진 임의의 물체를 검출부(110)에 근접시키는 경우를 가정한다.As an example, it is assumed that an arbitrary object having a capacitance is brought close to the
통상의 정전용량 센서의 경우 어떤 물체를 근접시키면 정전용량의 증가분(+ΔC)에 의해서만 센싱 회로를 구성하는 발진기의 주파수(f0)가 감소될 것이다. 이와 달리, 본 기술에서 제안한 인체 감지 장치(10)에 임의의 물체를 근접시키면 검출부(110)의 특성, 검출부(110)와 함께 발진기를 구성하는 캐패시터(C)의 값, 근접하는 물체의 도전성 정도에 따라서 정전용량 증가분(+ΔC)과 인덕턴스 감소분(-ΔL)이 각각 다르게 나타나고, 이에 따라 발진 주파수의 변화량이 각각 다르게 나타나게 된다. 여기에서, 검출부(110)의 특성은 크기, 인덕턴스 값, 형태 등을 포함할 수 있다.In the case of a conventional capacitance sensor, if an object is brought close to the object, the frequency (f 0 ) of the oscillator constituting the sensing circuit will be reduced only by the increase (+ ΔC) of the capacitance. Alternatively, when an arbitrary object is brought close to the human
도 4는 대상물의 접근에 따른 정전용량 변화량 및 유도용량 변화량의 관계를 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for explaining a relationship between a capacitance change amount and an induced capacitance change amount according to an approach of an object.
도 4를 참조하면, 검출부(110)에 인접한 임의의 물체에 의한 정전용량 증가분(+ΔC)보다 인덕턴스 감소분(-ΔL)이 큰 경우에는 발진기의 발진 주파수가 증가한다(f0+Δf). 반면, 정전용량 증가분(+ΔC)이 인덕턴스 감소분(-ΔL)보다 큰 경우에는 발진기의 발진 주파수가 감소한다(f0-Δf).4, when the inductance decrease (-ΔL) is larger than the capacitance increase (+ ΔC) due to any object adjacent to the
그러므로, 인체와 같이 도전성은 낮고 유전률이 높은 대상이 검출부(110)에 인접한다면 발진 주파수(f0)가 감소하게 될 것임은 자명하다.Therefore, it is obvious that the oscillation frequency (f 0 ) will decrease if an object having a low conductivity and a high dielectric constant, such as a human body, is adjacent to the
도 5 내지 도 8은 실시예들에 따른 인체 감지 장치의 구성도이다. 도 5 내지 도 8을 참조하여 하이브리드 방식으로 인체를 감지하는 인체 감지 장치(10)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명한다.5 to 8 are block diagrams of a human body sensing apparatus according to embodiments. The operation of the human
도 5 및 도 6은 LC 병렬 공진 발진기를 이용한 인체 감지 장치(10-1, 10-2)의 예시 회로들이다.5 and 6 are exemplary circuits of the human body sensing apparatuses 10-1 and 10-2 using the LC parallel resonance oscillator.
도 5의 인체 감지 장치(10-1)는 발진 주파수의 변화량에 기초하여 인체의 접근 여부를 판단할 수 있도록 구성된다.The human body sensing apparatus 10-1 of FIG. 5 is configured to be able to determine whether the human body is approaching or not based on the change amount of the oscillation frequency.
도 5를 참조하면, 스위칭부(120)는 스위치 제어신호(S1)에 응답하여 동작하는 스위치, 제 3 스위치 제어신호(S3)에 응답하여 동작하는 스위치 및 반전된 제 3 스위치 제어신호(/S3)에 응답하여 동작하는 스위치를 포함할 수 있다.5, the
제 1 감지 모드에서, 제어부(110)는 반전된 제 3 스위치 제어신호(/S3)에 응답하여 구동되는 스위치 둘 적어도 하나를 턴온시키고 제 1 스위치 제어신호(S1)와 제 3 스위치 제어신호(S3)에 응답하여 동작하는 스위치는 턴오프시켜 검출부(110)와 제 1 감지부(130)가 전기적으로 접속되도록 한다.In the first detection mode, the
즉, 검출부(110)와 제 2 감지부(140)의 연결을 끊고 검출부(110)를 정전용량 감지 패드로 이용하여 물체의 근접 여부를 판단하는 것이다.That is, the
제 1 감지부(130)는 검출부(110)에 인접한 임의의 물체에 따른 정전 용량 변화를 감지하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 감지부(130)는 임의의 물체의 근접에 따른 정전용량 변화 여부 및 나아가 정전용량값을 측정하도록 구성될 수 있다.The
제 2 감지 모드에서, 제어부(110)는 제 1 스위치 제어신호(S1) 및 제 3 스위치 제어신호(S3)에 응답하여 구동되는 스위치를 턴온시키고 반전된 제 3 스위치 제어신호(/S3)에 따라 구동되는 스위치를 턴오프시켜 검출부(110)와 제 2 감지부(140)가 전기적으로 접속되도록 한다.In the second sensing mode, the
제 2 감지부(140)는 검출부(110)에 접근한 물체의 특성에 따른 인덕턴스 변화량에 기초하여 인체가 접근하였는지의 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.The
일 실시예에서, 제 2 감지부(140)는 주파수 측정부(141), 유도용량 측정부(143) 및 판단부(145)를 포함할 수 있다.In an embodiment, the
주파수 측정부(141)는 캐패시터(C), 발진회로(1411) 및 증폭회로(1413)를 포함하여, 검출부(110)의 인덕턴스 변화에 따라 변화된 발진 주파수(f0)를 검출하도록 구성될 수 있다.The
공진 회로의 발진 주파수는 이므로, 유도 용량 측정부(143)는 주파수 측정부(141)에서 측정된 발진 주파수(f0)와 제 1 감지부(130)에서 검출한 정전용량값에 기초하여 유도용량값을 검출하도록 구성될 수 있다.The oscillation frequency of the resonant circuit is The inductive
판단부(145)는 유도 용량 측정부(143)에서 측정한 유도 용량에 기초하여 인접한 물체가 인체인지 여부를 판단하여 출력 신호(OUT)를 생성하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 판단부(145)는 유도 용량 측정부(143)엑서 측정한 유도 용량값이 검출부(110) 고유의 유도 용량값보다 증가하였는지 감소하였는지에 따라 인체의 근접 여부를 판단할 수 있다.The
그런데 정전용량 증가분(+ΔC)과 인덕턴스 감소분(-ΔL)이 같아 발진 주파수(f0)가 변동하지 않는 경우도 발생할 수 있다.However, it may happen that the oscillation frequency f 0 does not fluctuate because the capacitance increase (+ C) and the inductance decrease (-ΔL) are the same.
LC 병렬 공진 회로에서 정전용량 증가분(+ΔC)과 인덕턴스 감소분(-ΔL)이 동일하여도 L과 C에 의한 임피던스는 작아지므로 발진 신호의 출력 전압은 감소하게 된다. LC 직렬 공진 회로에서도 정전용량 증가분(+ΔC)과 인덕턴스 감소분(-ΔL)이 동일한 경우 L과 C에 의한 임피던스는 작아지므로 발진 신호의 출력 전압은 감소하게 된다.In the LC parallel resonance circuit, the impedance due to L and C becomes small even if the capacitance increase (+ ΔC) and the inductance decrease (-ΔL) are the same, so the output voltage of the oscillation signal decreases. When the capacitance increase (+ ΔC) and the inductance decrease (-ΔL) are the same in the LC series resonant circuit, the impedance due to L and C becomes small and the output voltage of the oscillation signal decreases.
따라서, 정전용량 증가분(+ΔC)과 인덕턴스 감소분(-ΔL)이 동일하여 발진 주파수의 변동이 없는 경우에도 발진 신호의 특성(진폭, 위상)에 기초하여 접근한 물체를 판별할 수 있다.Therefore, even when the capacitance increase (+ C) and the inductance decrease (-ΔL) are the same, the object approaching based on the characteristic (amplitude, phase) of the oscillation signal can be discriminated.
도 6의 인체 감지 장치(10-2)는 발진 주파수가 변화하지 않는 경우 발진 신호의 크기에 기초하여 인체의 접근 여부를 판단할 수 있다.The human body detecting apparatus 10-2 of FIG. 6 can determine whether the human body is approaching based on the magnitude of the oscillation signal when the oscillation frequency does not change.
도 6에 도시한 인체 감지 장치(10-2)는 제 2 감지부(140-1)는 의 구성을 제외하면 도 5에 도시한 인체 감지 장치(10-1)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다.The human sensing apparatus 10-2 shown in FIG. 6 has substantially the same configuration as that of the human sensing apparatus 10-1 shown in FIG. 5 except for the configuration of the second sensing unit 140-1.
도 6에 도시한 제 2 감지부(140-1)는 주파수 측정부(141), 유도용량 측정부(143), 판단부(145)외에 위상/진폭 검출부(147)를 포함할 수 있다.The second sensing unit 140-1 shown in FIG. 6 may include a phase /
위상/진폭 검출부(147)는 신호원(1471), 경로 설정 스위치(S2) 및 임피던스 측정부(1473)를 포함할 수 있다.The phase /
제 1 감지 모드 에서, 스위칭부(120)의 제 3 스위치 바(/S3)를 턴온시키고 제 1 스위치(S1)와 제 3 스위치(S3)는 턴오프시키며, 위상/진폭 검출부(147)의 경로 설정 스위치(S2)는 턴오프시켜 검출부(110)와 제 1 감지부(130)가 전기적으로 접속되도록 한다.In the first sensing mode, the third switch bar / S 3 of the
즉, 검출부(110)와 제 2 감지부(140)의 연결을 끊고 검출부(110)를 정전용량 감지 패드로 이용하여 물체의 근접 여부를 판단하는 것이다.That is, the
제 1 감지부(130)는 검출부(110)에 인접한 임의의 물체에 따른 정전 용량 변화를 감지하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 감지부(130)는 임의의 물체의 근접에 따른 정전용량 변화 여부 및 나아가 정전용량값을 측정하도록 구성될 수 있다.The
제 1 감지부(130)에서 물체의 접근이 감지되어 제 2 감지 모드로 전환되면, 제 3 스위치 바(/S3)가 턴오프된다. 그리고, 제 1 스위치(S1)와 제 3 스위치(S3)를 턴온시키거나, 또는 위상/진폭 검출부(147)의 경로 설정 스위치(S2)를 턴온시켜 검출부(110)와 제 2 감지부(140)가 전기적으로 접속되도록 한다.When the
제 2 감지 모드에서, 제 1 스위치(S1)와 제 3 스위치(S3)만을 턴온시키는 경우에는 도 5에 도시한 인체 감지 장치(10-1)와 동일하게 동작할 수 있다.In the second sensing mode, when the first switch S 1 and the third switch S 3 are turned on, the same operation as the human body sensing apparatus 10-1 shown in FIG. 5 can be performed.
제 2 감지 모드에서, 제 1 스위치(S1)와 제 3 스위치(S3)와 더불어 경로 설정 스위치(S2)를 턴온시키는 경우에는 발진 신호의 진폭 및/또는 위상을 측정할 수 있고, 이에 기초하여 인체의 접근 여부를 판단할 수 있다.In the second sensing mode, the amplitude and / or phase of the oscillation signal can be measured when the path setting switch S 2 is turned on along with the first switch S 1 and the third switch S 3 , It is possible to judge whether or not the human body is approaching.
예를 들어, 정전용량 증가분(+ΔC)과 인덕턴스 감소분(-ΔL)이 같아 발진 주파수에 변동이 없는 경우에는 위상/진폭 검출부(147)를 동작시켜 신호원(1471)에서 일정한 크기의 고정주파수를 갖는 신호가 인가되고, 이 때 임피던스 측정부(1473)를 통해 진폭(Av) 및/또는 위상(Фo)을 검출할 수 있다.For example, when the capacitance increase (+ C) and the inductance decrease (-ΔL) are the same and there is no fluctuation in the oscillation frequency, the phase /
그리고, 판단부(145)는 진폭 및/또는 위상값에 기초하여 인체의 접근 여부를 판단할 수 있다.Then, the
도 7 및 도 8은 파이(π)형 LC 공진 발진기를 이용한 인 감지 장치(10-3, 10-4)의 예시 회로들이다.7 and 8 are exemplary circuits of the phosphor sensing apparatuses 10-3 and 10-4 using a pi -type LC resonant oscillator.
도 7에 도시한 인체 감지 장치(10-3)는 검출부(110)를 구성하는 코일이 캐패시터들(C1, C2)과 함께 파이형 발진기를 구성한다는 점을 제외하면 도 5에 도시한 인체 감지 장치(10-1)와 실질적으로 동일하다.The human body sensing apparatus 10-3 shown in Fig. 7 is different from the human body sensing apparatus 10-3 shown in Fig. 5 except that the coil constituting the
도 8에 도시한 인체 감지 장치(10-4)는 검출부(110)를 구성하는 코일이 캐패시터들(C1, C2)과 함께 파이형 발진기를 구성한다는 점을 제외하면 도 6에 도시한 인체 감지 장치(10-2)와 실질적으로 동일하다.The human body sensing apparatus 10-4 shown in FIG. 8 is different from the human body sensing apparatus 10-4 shown in FIG. 6 except that the coils constituting the
도 9a 및 도 9b는 제 1 감지 모드에서의 감지 방법을 설명하기 위한 도면이다.9A and 9B are diagrams for explaining the sensing method in the first sensing mode.
도 5 내지 도 8에 도시한 인체 감지장치(10)는 제 1 감지 모드에서 검출부(110)를 정전용량 센서 장치의 감지패드와 같이 설정 하여 정전용량을 검출할 수 있다.The human
일 실시예에서, 도 9a에 도시한 것과 같이, 검출부(110)와 제 1 감지부(130)를 연결하며 반전된 제 3 스위치 제어신호(/S3)에 응답하여 동작하는 제 1 및 제 2 스위치(SW1, SW2)를 턴온시켜 검출부(110)의 양단을 제 1 감지부(130)에 접속시킬 수 있다(a). 도 9a의 (b)는 (a)의 개념도이고 (c)는 등가 회로도를 나타낸다. 즉, 검출부(110)의 양단을 제 1 감지부(130)에 접속시킨 상태에서 검출부(110)의 정전용량 변화를 검출할 수 있다.In one embodiment, as shown in FIG. 9A, the first and
일 실시예에서, 도 9b에 도시한 것과 같이, 검출부(110)의 어느 한 단자만을 제 1 감지부(130)에 연결하여 검출부(110)의 정전용량 변화를 감지할 수 있다.In one embodiment, as shown in FIG. 9B, only one terminal of the
도 9b의 (a)에 도시한 것과 같이, 검출부(110)와 제 1 감지부(130)를 연결하는 스위치(SW1, SW2) 중 어느 하나, 예를 들어 제 1 스위치(SW1)를 턴온시키고 제 2 스위치(SW2)는 개방된 상태에서 정전용량을 검출할 수 있다. 9b의 (b)는 (a)의 개념도이고 (c)는 등가 회로도를 나타낸다.For example, the first switch SW1 is turned on and the second switch SW2 is turned on as shown in (a) of FIG. 9, and the switch SW1 or SW2 for connecting the
이와 같이, 제 1 감지 모드에서는 스위칭부(120)를 제어하여 인체 감지 장치(10)를 정전용량 센서 형태로 전환시킬 수 있다. 이러한 상태에서 정전용량 변화가 감지되면 임의의 물체가 접근했다고 판단하고, 스위칭부(120)를 제어하여 제 2 감지 모드로 전환하여 접근한 물체를 구분하게 된다. 제 2 감지모드에서는 물체의 특성 임피던스를 나타내는 주파수 및/또는 크기 및/또는 위상을 감지하여 접근한 물체가 감지 대상 물체인지 판단하게 된다.In this way, in the first sensing mode, the
도 10은 실시예들에 따른 검출부의 구성도이다.10 is a configuration diagram of a detection unit according to the embodiments.
나선형 코일로 구성될 수 있는 검출부(110)의 크기는 감지 대상물의 크기에 비례하도록 결정하는 것이 효과적이며, 검출부(110)의 크기가 클수록 인접하는 물체의 종류에 따른 주파수의 변화량도 크게 나타나는 것이 일반적이다.It is effective to determine that the size of the
또한, 일정한 발진 주파수를 기준으로 하여, 검출부(110)의 인덕턴스 값을 크게 하면 이에 비례하여 기생 용량이 증가하게 되어 공진회로를 구성하는 C값은 작게 설정되는 반면, 검출부(110)의 인덕턴스 값을 작게 하면 기생용량도 작아져서 공진회로를 구성하는 C값은 크게 설정된다.Also, when the inductance value of the
인덕턴스 값이 클 경우 자계가 강하게 형성되고, 이 경우에는 실리콘이나 인체와 같이 유전율은 상대적으로 크나 도전성이 적은 물체보다는 금속판과 같이 와전류가 강하게 발생하는 도전성이 큰 물체에 상대적으로 민감하게 반응하게 된다.When the inductance value is large, a strong magnetic field is formed. In this case, the permittivity is relatively high, such as silicon or a human body, but is relatively sensitive to a large conductive object such as a metal plate.
그리고, 인덕턴스 값이 작을 경우 자계는 약하게 형성되고 도전성이 큰 물체가 근접해 옴에 따라, 일정 거리까지는 인덕턴스 감소분이 발진 주파수를 변동시키는 주요 요인이 되다가 일정 거리를 지나서 근접하면 정전용량 증가분이 발진 주파수를 변동시키는 요인으로 작용하게 된다.If the inductance value is small, the magnetic field is weakly formed, and as the conductive object approaches, a reduction in inductance becomes a main factor for varying the oscillation frequency up to a certain distance. As a result.
따라서 근접물체가 도전성이 큰 물체인 경우 검출부(110)의 인덕턴스 값이 크면 물체가 접근할수록 주파수는 점점 더 높아지게 되는 반면, 검출부(110)의 인덕턴스 값이 작으면 물체가 일정 거리로 접근할 때 까지는 발진 주파수가 증가하다가 어느 지점을 넘어서 근접하게 되면 인덕턴스의 감소율 보다는 정전용량의 증가분이 많아져서 발진 주파수가 다시 감소하는 현상을 보이게 된다.Therefore, if the inductance value of the
한편, 검출부(110)의 인덕턴스값이 동일하더라도 그 형태에 따라 감지하는 범위가 다르게 나타날 수 있다. 예를 들어, 평면 상에 구현되는 2차원 나선형 코일과, 입체적으로 구현되는 3차원 나선형 코일을 예로 들어 비교할 수 있다. 2차원 나선형 코일은 감지 면적은 넓은 반면 감지 거리는 짧고, 3차원 나선형 코일은 감지 면적은 좁지만 자속 밀도가 집중되어 감지 거리는 길게 나타날 수 있다.On the other hand, even if the inductance value of the
나아가, 검출부(110)인 코일을 구성하는 도선들 간의 간격이 넓어지면 기생용량이 줄어들어 용량 변화에 대해서도 민감하게 반응할 수 있다.Furthermore, if the distance between the conductors constituting the coil serving as the
따라서, 감지하고자 하는 물체의 특성(크기, 모양, 재질 등)에 맞도록 검출부(110)의 크기, 모양, 인덕턴스 값과, 발진 회로의 C값을 조절하면 다양한 분야에 응용할 수 있다.Therefore, the present invention can be applied to various fields by adjusting the size, shape, and inductance of the
도 10에 도시한 것과 같이, 본 기술에 의한 인체 감지 장치(10)의 원리를 이용하여 인체 뿐 아니라 다양한 대상물을 검출할 수 있으며, 검출하고자 하는 물체의 종류에 따라 인덕턴스 값을 적절히 설정할 수 있다.As shown in FIG. 10, not only the human body but also various objects can be detected using the principle of the human
도 10을 참조하면, 인체의 접촉에 반응하는 터치 스위치(a), 대면적 수위 감지 장치(c), 대면적 물체 감지(e)를 위해 2차원 나선형 코일을 감지부로 응용할 수 있다.Referring to FIG. 10, a two-dimensional helical coil can be used as a sensing unit for a touch switch (a), a large area level sensing device (c), and a large area sensing object (e).
다른 실시예에서, 인체의 접촉에 반응하는 터치 스위치는 스프링 코일(b) 또는 텐션이 있는 원추형 코일(g)이나 텐션이 있는 원통형 코일(h)을 이용할 수 있다. 원거리 수위 감지(d) 및 용기 내부의 이물질 감지(f)를 위해 3차원 나선형 코일을 이용할 수 있다.In another embodiment, the touch switch responsive to human contact can use a spring coil b or a conical coil g with tension or a cylindrical coil h with tension. A three-dimensional helical coil can be used for remote water level detection (d) and foreign substance detection inside the container (f).
도 11은 일 실시예에 의한 인체 감지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.11 is a flowchart illustrating a human body detection method according to an embodiment.
도 1, 도 5 내지 도 8에 도시한 인체 감지 장치(10, 10-1, 10-2, 10-3, 10-4)를 이용한 인체 감지 방법을 도 11을 참조하여 설명한다.The human body sensing method using the human
인체 감지 장치(10, 10-1, 10-2, 10-3, 10-4)는 초기에 제 1 감지 모드로 세팅되어 동작할 수 있다(S101).The human
제 1 감지 모드에서는 검출부(110)가 제 1 감지부(130)와 접속 상태를 유지하고 제 2 감지부(140)와는 접속되지 않는다. 따라서 검출부(110)는 정전용량 센서의 감지 패드와 같이 작용하게 된다.In the first sensing mode, the
제 1 감지 모드에서 제 1 감지부(130)는 정전용량이 변화되는지의 여부에 따라 임의의 물체가 근접했는지를 판단한다(S103).In the first sensing mode, the
단계 S103의 판단 결과 임의의 물체가 접근한 것으로 판단한 경우(S103-Y), 인체 감지 장치(10, 10-1, 10-2, 10-3, 10-4)는 제 2 감지 모드로 전환할 수 있다(S105). 만약 임의의 물체가 접근하지 않은 경우에는(S103-N) 제 1 감지 모드를 유지한다(S101).If it is determined in step S103 that an arbitrary object is approaching (S103-Y), the human
임의의 물체가 접근하여 제 2 감지 모드로 전환되면, 제 2 감지부(140)는 접근한 대상이 무엇인지 판단하기 위해(S107) 검출부(110)가 이루는 공진 회로에서 출력되는 발진 신호로부터 주파수 및/또는 진폭 및/또는 위상을 검출한다.When an arbitrary object approaches and switches to the second sensing mode, the
그리고, 단계 S107에서 검출한 값에 기초하여 접근 대상이 인체인지 판단한다(S109). 만약 인체인 경우에는(S109-Y) 제 2 감지 모드를 유지하고(S111), 인체가 아닌 경우에는(S109-N) 제 1 감지 모드로 전환할 수 있다(S101).Then, based on the value detected in step S107, it is determined whether the object to be accessed is a human body (S109). If it is a human body, the second sensing mode is maintained (S101-Y), and if it is not a human body (S109-N), the first sensing mode can be switched (S101).
일 실시예에서, 인체 감지 장치(10, 10-1, 10-2, 10-3, 10-4)의 제 1 감지부(130)는 단계 S103에서 임의의 물체가 접근한 것을 판단되면 그에 따른 정전용량 값을 검출할 수 있다.In one embodiment, the
그리고, 단계 S107에서 제 2 감지부(140)는 발진 회로의 주파수 측정값과 제 1 감지부(130)에서 검출한 정전용량값에 기초하여 인덕턴스값을 산출할 수 있다. 아울러, 단계 S109에서는 단계 S107에서 산출한 인덕턴스값에 기초하여 인체의 접근 여부를 판단할 수 있다.The
만약, 임의의 물체가 근접한 것으로 판단되었으나 발진 주파수에 변동이 없는 경우에는 단계 S108에서 발진 신호의 진폭 및 위상을 측정할 수 있고, 단계 09D에서는 진폭 및 위상에 기초하여 인체의 접근 여부를 판단할 수 있다.If it is determined that an arbitrary object is close but the oscillation frequency does not fluctuate, the amplitude and phase of the oscillation signal can be measured in step S108 and the human body can be determined on the basis of the amplitude and phase in step 09D have.
이상에서는 제 1 감지 모드에서 정전용량 변화를 감지하고, 제 2 감지 모드에서 인덕턴스 변화에 따른 임피던스 변화에 기초하여 접근한 물체의 종류를 판단하는 인체 감지 방법에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.Although the human body sensing method of sensing the capacitance change in the first sensing mode and determining the type of object approaching based on the impedance change according to the inductance change in the second sensing mode has been described above, Do not.
예를 들어, 제 1 감지 모드에서 인덕턴스 변화를 감지하여 임의의 물체가 접근하였는지 판단할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 감지 모드에서 인덕턴스 변화에 따른 발진 신호의 발진 주파수를 측정할 수 있다. 임의의 물체가 접근한 것으로 판단되면 제 2 감지 모드로 전환하여 접근한 물체의 특성에 따른 정전용량을 검출한다. 그리고, 제 1 감지 모드에서 측정한 발진 주파수와 제 2 감지 모드에서 측정한 정전용량값에 따라 인덕턴스값을 추출하여 전근한 물체의 종류를 판단할 수 있다.For example, in the first sensing mode, it is possible to detect a change in inductance to determine whether an arbitrary object has approached. In one embodiment, the oscillation frequency of the oscillation signal according to the inductance change can be measured in the first sensing mode. If it is determined that an arbitrary object is approaching, it switches to the second sensing mode and detects the electrostatic capacity according to the characteristics of the approaching object. The inductance value may be extracted according to the oscillation frequency measured in the first sensing mode and the capacitance value measured in the second sensing mode to determine the type of the transferred object.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Thus, those skilled in the art will appreciate that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the embodiments described above are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
10, 10-1, 10-2, 10-3, 10-4 : 인체 감지 장치
110 : 검출부
120 : 스위칭부
130 : 제 1 감지부
140 : 제 2 감지부10, 10-1, 10-2, 10-3, 10-4: Human body detection device
110:
120:
130:
140: second sensing unit
Claims (10)
제 1 감지 모드에서 상기 검출부와 전기적으로 접속되어 정전용량 변화에 기초하여 임의의 물체가 접근하였는지 감지하는 제 1 감지부; 및
제 1 감지부에서 임의의 물체가 접근한 것으로 감지되면 제 2 감지 모드에서 상기 검출부와 전기적으로 접속되어 임피던스 변화에 기초하여 접근한 물체의 종류를 판단하는 제 2 감지부;
를 포함하도록 구성되는 인체 감지 장치.A detector capable of simultaneously forming a capacitance and an inductance;
A first sensing unit electrically connected to the detection unit in a first sensing mode to sense whether an arbitrary object is approaching based on a capacitance change; And
A second sensing unit electrically connected to the sensing unit in a second sensing mode to determine the type of the object based on the impedance change when the sensing unit senses that an object approaches;
And a human body detecting device.
상기 검출부는 코일을 포함하도록 구성되는 인체 감지 장치.The method according to claim 1,
Wherein the detection unit is configured to include a coil.
상기 검출부는 나선형 코일을 포함하도록 구성되는 인체 감지 장치.The method according to claim 1,
Wherein the detection unit is configured to include a helical coil.
상기 제 2 감지부는 상기 검출부를 포함하는 공진 회로의 발진 신호로부터 주파수 변화를 검출하도록 구성되는 인체 감지 장치.The method according to claim 1,
Wherein the second sensing unit is configured to detect a frequency change from an oscillating signal of a resonant circuit including the detecting unit.
상기 제 2 감지부는 상기 검출부를 포함하는 공진 회로의 발진 신호로부터 진폭 및/또는 위상을 검출하도록 구성되는 인체 감지 장치.The method according to claim 1,
And the second sensing unit is configured to detect the amplitude and / or phase from the oscillating signal of the resonant circuit including the detecting unit.
제 1 감지 모드로 세팅되는 단계;
상기 제 1 감지 모드에서 상기 검출부의 정전용량 변화에 기초하여 상기 검출부에 임의의 물체가 접근하였는지 감지하는 단계;
상기 제 1 감지 모드에서 임의의 물체가 접근한 것으로 감지되면 제 2 감지 모드로 전환하는 단계; 및
상기 제 2 감지모드에서 상기 검출부의 임피던스 변화에 기초하여 접근한 물체의 종류를 판단하는 단계;
를 포함하도록 구성되는 인체 감지 방법.A human body detecting method of a human body detecting device including a detecting part capable of simultaneously forming a capacitance and an inductance,
Setting a first sensing mode;
Sensing whether an object has approached the detection unit based on a change in capacitance of the detection unit in the first sensing mode;
Switching to a second sensing mode when an object is detected as approaching in the first sensing mode; And
Determining a type of an approaching object based on a change in impedance of the detection unit in the second sensing mode;
Wherein the human body detection method comprises:
상기 검출부는 코일을 포함하도록 구성되는 인체 감지 방법.The method according to claim 6,
Wherein the detection unit is configured to include a coil.
상기 검출부는 나선형 코일을 포함하도록 구성되는 인체 감지 방법.The method according to claim 6,
Wherein the detecting unit is configured to include a helical coil.
상기 제 2 감지 모드는 상기 검출부를 포함하는 공진 회로의 발진 신호로부터 주파수 변화를 검출하는 단계를 포함하도록 구성되는 인체 감지 방법.The method according to claim 6,
Wherein the second sensing mode is configured to detect a frequency change from an oscillation signal of a resonant circuit including the detection unit.
상기 제 2 감지 모드는 상기 검출부를 포함하는 공진 회로의 발진 신호로부터 진폭 및/또는 위상을 검출하는 단계를 포함하도록 구성되는 인체 감지 방법.The method according to claim 6,
Wherein the second sensing mode is configured to include detecting amplitude and / or phase from an oscillating signal of a resonant circuit including the detecting unit.
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