KR20200006353A

KR20200006353A - 미복원 상태의 보정이 가능한 섬유형 센싱 시스템 및 이의 구동방법

Info

Publication number: KR20200006353A
Application number: KR1020180080000A
Authority: KR
Inventors: 이강호; 이동규; 정지욱; 권오원
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2018-07-10
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2020-01-20
Also published as: KR102115265B1

Abstract

미복원 상태의 보정이 가능한 섬유형 센싱 시스템 및 이의 구동방법에서, 상기 섬유형 센싱 시스템은 섬유형 센서, 주파수 인가부, 임피던스 비교부, 및 출력부를 포함한다. 상기 섬유형 센서는 섬유에 직조되어 외력의 인가에 따라 저항값이 변화한다. 상기 주파수 인가부는 상기 섬유형 센서에 제1 주파수를 반복적으로 인가하여 임피던스를 측정하는 고주파 인가부, 및 상기 섬유형 센서에 상기 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수를 반복적으로 인가하여 임피던스를 측정하는 저주파 인가부를 포함한다. 상기 임피던스 비교부는 상기 고주파 인가부에서 측정되는 임피던스를 비교한다. 상기 출력부는 상기 임피던스 비교부에서 비교되는 임피던스 값이 서로 다른 경우, 상기 저주파 인가부에서 측정되는 임피던스의 차이를 바탕으로 외력의 크기를 연산하여 출력한다.

Description

미복원 상태의 보정이 가능한 섬유형 센싱 시스템 및 이의 구동방법{FLEXIBLE PRESSURE MEASURING SYSTEM AND LARGE-SIZED TEXTILE HAVING THE SAME}

본 발명은 섬유형 센싱 시스템 및 이의 구동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물리적 변형에 의해 저항이 변화하여 이를 센싱하는 섬유형 센싱 시스템에서 섬유의 특성상 미복원 상태가 발생하는 경우 이를 보정하여 보다 정확한 신호를 검출할 수 있는 미복원 상태의 보정이 가능한 섬유형 센싱 시스템 및 이의 구동방법에 관한 것이다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 종래의 섬유형 저항센서의 경우, 섬유의 연장방향을 따라 외력이 인가되거나, 섬유에 수직인 방향으로 외력이 인가되는 경우 내부의 센서의 길이 또는 센서의 두께가 변화함에 따라 저항의 변화가 발생되어 외력의 크기를 계측할 수 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 섬유형 저항센서의 경우 대한민국 공개특허 제10-2017-0060527호 등을 포함하여 다양한 기술이 개발되고 있다.

그러나, 실제 섬유형 저항센서의 경우, 섬유의 특성상 반복적인 인장력 또는 압축력이 인가되는 경우, 형태가 변형되어 최초의 형태대로 복원되지 않거나 복원 속도가 느려지는 등의 현상이 발생한다.

그런데, 섬유형 저항센서의 경우 초기 상태와 변형 상태 사이에서의 저항값을 바탕으로 외력의 크기를 계측하는 것으로, 실제 섬유가 최초의 형태대로 복원되지 않거나 복원 속도가 느려지는 경우, 정확한 신호의 검출이 어렵거나, 측정 가능한 센서의 동적 범위가 감소하는 문제가 야기되어, 전체적인 저항센서의 신뢰성이 저하되는 문제가 발생한다.

즉, 도 2a에 도시된 바와 같이, 이상적으로는 섬유형 저항센서의 경우 대기상태와 외력이 인가되는 정상상태 사이에서는 저항의 변화가 일정하게 유지되어야 하지만, 도 2b에 도시된 바와 같이, 실제로는 반복적인 압축과 인장 등으로 인한 섬유의 변형으로 대기상태에서의 오프셋(offset)이 발생하게 되며, 이에 따라 대기상태와 정상상태에서의 저항값은 물론 저항값의 차이도 변화하게 된다.

그러나, 현재까지는 이러한 섬유형 저항센서의 특성을 고려하여 측정값을 보정하거나 측정값의 정확성을 향상시키기 위한 기술을 제안되고 있지 못한 상황이다.

대한민국 공개특허 제10-2017-0060527호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 물리적 변형에 의해 저항이 변화하여 이를 센싱하는 섬유형 센싱 시스템에서 섬유의 특성상 미복원 상태가 발생하는 경우 이를 보정하여 보다 정확한 신호를 검출할 수 있는 미복원 상태의 보정이 가능한 섬유형 센싱 시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 섬유형 센싱 시스템의 구동방법에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 섬유형 센싱 시스템은 섬유형 센서, 주파수 인가부, 임피던스 비교부, 및 출력부를 포함한다. 상기 섬유형 센서는 섬유에 직조되어 외력의 인가에 따라 저항값이 변화한다. 상기 주파수 인가부는 상기 섬유형 센서에 제1 주파수를 반복적으로 인가하여 임피던스를 측정하는 고주파 인가부, 및 상기 섬유형 센서에 상기 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수를 반복적으로 인가하여 임피던스를 측정하는 저주파 인가부를 포함한다. 상기 임피던스 비교부는 상기 고주파 인가부에서 측정되는 임피던스를 비교한다. 상기 출력부는 상기 임피던스 비교부에서 비교되는 임피던스 값이 서로 다른 경우, 상기 저주파 인가부에서 측정되는 임피던스의 차이를 출력한다.

일 실시예에서, 상기 고주파 인가부에서 측정되는 임피던스와 상기 저주파 인가부에서 측정되는 임피던스를 저장하고, 각각 상기 임피던스 비교부 및 상기 출력부로 제공하는 임피던스 저장부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 주파수는 수MHz 범위의 주파수이고, 상기 제2 주파수는 수kHz 내지 수백kHz 범위의 주파수일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 저주파 인가부는, 상기 고주파 인가부에서 측정된 임피던스가, 상기 고주파 인가부에서 기 측정된 임피던스와 서로 다른 경우, 상기 섬유형 센서에 제2 주파수를 재차 인가하여 임피던스를 측정할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 출력부는, 상기 저주파 인가부에서 상기 제2 주파수를 재차 인가하여 측정한 임피던스와, 상기 저주파 인가부에서 기 측정된 임피던스의 차이를 출력할 수 있다.

일 실시예에서, 외력이 인가되는 인가부와 상기 섬유형 센서의 사이에는 외력에 따라 변화하는 인가부 캐퍼시턴스(Cbody)가 형성되고, 상기 인가부 캐퍼시턴스(Cbody)가 변화함에 따라 상기 섬유형 센서의 저항값(Rsensor)이 변화할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 외력이 인가됨에 따라, 상기 제1 주파수의 인가에 따라 출력되는 임피던스는 감소하고, 상기 제2 주파수의 인가에 따라 출력되는 임피던스는 증가할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 인가부는, 신체의 일부일 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 섬유형 센싱 시스템의 구동방법에서, 섬유에 직조되어 외력의 인가에 따라 저항값이 변화하는 섬유형 센서에 제1 주파수를 인가하여 임피던스를 측정한다. 상기 섬유형 센서에 상기 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수를 인가하여 임피던스를 측정한다. 상기 섬유형 센서에 상기 제1 주파수를 재차 인가하여 임피던스를 측정한다. 상기 제1 주파수의 인가에 따라 측정되는 임피던스를 서로 비교한다. 상기 제1 주파수의 인가에 따라 측정되는 임피던스가 서로 다른 경우, 상기 섬유형 센서에 상기 제2 주파수를 재차 인가하여 임피던스를 측정한다. 상기 제2 주파수의 인가에 따라 측정되는 임피던스의 차이를 출력한다.

일 실시예에서, 상기 제1 주파수의 인가에 따라 측정되는 임피던스가 서로 같은 경우, 상기 측정되는 임피던스가 서로 다를 때까지 주기적으로 상기 제1 주파수를 인가하여 상기 임피던스를 측정할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 섬유형 센싱 시스템에서, 섬유의 특성상 미복원 상태가 발생하거나 복원이 느리게 진행되는 경우, 이를 구별하여 보정함으로써 보다 정확한 신호를 검출할 수 있고 이를 통해 보다 정확한 외력 정보를 획득할 수 있다.

즉, 외력이 인가되지 않는 대기상태와 대비하여 외력이 인가되는 정상상태에서는 고주파의 인가에 따른 임피던스가 감소하는 현상을 이용하여, 고주파의 인가에 따른 임피던스가 감소하는 경우의 저주파의 인가에 따른 임피던스의 변화량을 계측하여, 이를 바탕으로 변형량, 즉 외력의 인가량 정보를 획득할 수 있다. 그리하여, 미복원 등의 경우 대기상태에서의 저항값의 증가 현상, 즉 오프셋 현상에 따라 정확한 외력의 인가 시점을 인지하지 못하는 문제를 해결할 수 있다.

특히, 신체의 일부가 인가부로서 섬유형 센서에 외력을 인가하는 경우, 여타의 캐퍼시턴스들에 비하여 상대적으로 큰 값인 인가부와 섬유형 센서 사이의 인가부 캐퍼시턴스(Cbody)가 변화하고 이에 따라 섬유형 센서의 저항값(Rsensor)이 변화하며, 이는 곧 고주파 인가에 따른 임피던스 변화로 측정되므로, 외력이 인가되는 순간을 판단할 수 있고, 이를 바탕으로 오프셋 현상이 발생하더라도 임피던스 변화를 바탕으로 외력의 인가량 정보를 획득할 수 있다.

이를 위해, 고주파 인가에 따른 임피던스 변화의 여부를 지속적으로 감지하며, 상기 임피던스의 변화가 계측되면 저주파 인가를 통해 임피던스를 측정함으로써, 대기상태와 정상상태에서의 저주파 인가에 따른 임피던스 변화를 측정할 수 있고, 이를 통해 즉각적으로 섬유형 센서의 저항값 변화를 측정할 수 있게 된다.

그리하여, 섬유의 미복원 등의 상태에서도 외력의 인가 시점을 즉각 파악하고, 이에 따른 저항값 변화를 측정할 수 있어, 외력의 인가량 정보를 용이하고 정확하게 획득하게 된다.

도 1a는 종래기술에 의한 섬유형 저항센서에 수평방향 인장력이 인가되는 경우를 도시한 예이고, 도 1b는 종래기술에 의한 섬유형 저항센서에 수직방향 압축력이 인가되는 경우를 도시한 예이다.
도 2a는 반복적인 외력 인가시, 이상적인 섬유형 저항센서로부터 측정되는 저항의 변화를 도시한 그래프이고, 도 2b는 반복적인 외력 인가시, 실제 섬유형 저항센서로부터 측정되는 저항의 변화를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 섬유형 센싱 시스템을 도시한 모식도이고, 도 4는 도 3의 섬유형 센싱 시스템을 모사한 회로도이다.
도 5는 도 3의 섬유형 센싱 시스템을 도시한 블록도이다.
도 6은 도 3의 섬유형 센싱 시스템에, 고주파 및 저주파 범위의 주파수를 인가함에 따라 출력되는 임피던스의 변화를 모식화한 그래프이다.
도 7은 도 3의 섬유형 센싱 시스템에 실제 주파수를 인가함에 따라 출력되는 임피던스의 변화를 도시한 그래프이며, 도 8a는 도 7의 'A' 영역을 확대하여 도시한 그래프이고, 도 8b는 도 7의 'B' 영역을 확대하여 도시한 그래프이다.
도 9는 도 3의 섬유형 센싱 시스템의 구동 방법을 도시한 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 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 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 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, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2a는 반복적인 외력 인가시, 이상적인 섬유형 저항센서로부터 측정되는 저항의 변화를 도시한 그래프이고, 도 2b는 반복적인 외력 인가시, 실제 섬유형 저항센서로부터 측정되는 저항의 변화를 도시한 그래프이다.

도 2a를 참조하면, 외력이 인가되지 않은 대기상태에서는 섬유형 저항센서로부터 계측되는 저항은 상대적으로 낮게 유지되지만, 외력이 인가되는 상태인 정상상태에서는 외력의 인가에 따라 섬유조직이 변형되게 되며 이에 따라 섬유형 저항센서로부터 계측되는 저항은 증가하게 된다. 따라서, 이러한 섬유형 저항센서에서는 대기상태와 정상상태에서의 계측되는 저항의 변화량을 바탕으로 외력의 크기를 도출할 수 있게 된다.

그러나, 도 2b에 도시된 바와 같이, 섬유형 저항센서의 경우 반복적인 외력의 인가에 따라 원 상태로 회복이 되지 않거나 회복이 늦어져 미복원 상태를 유지할 수 있다. 이와 같이 섬유형 저항센서가 미복원 상태를 유지하는 경우, 섬유 조직은 변형된 상태를 유지하게 되므로, 외력이 인가되지 않은 대기상태에서도 측정되는 저항값이 초기 저항값보다 증가하게 되며, 이에 따라, 외부에서 외력이 인가된 상태로 판단하는 오류가 발생하게 된다.

물론, 미복원 상태에서도 외력이 인가된 경우의 저항값과 외력이 인가되지 않은 상태의 저항값의 차이를 바탕으로 외력의 크기를 도출할 수는 있으나, 초기 저항값이 증가, 즉 대기상태의 저항값이 오프셋(offset)에 의해 증가하게 되므로, 정확하게 외력이 인가되는 시점을 판별하는 것이 용이하지 않다.

따라서, 본 실시예에서의 섬유형 센싱 시스템 및 이의 구동방법은 이러한 미복원 상태에서도 정확하게 외력이 인가되는 시점을 판별함으로써, 미복원 상태가 발생하여도 이를 보정하여 정확한 외력을 도출할 수 있는 것으로, 이하에서는 우선 섬유형 센싱 시스템(10)에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 섬유형 센싱 시스템을 도시한 모식도이고, 도 4는 도 3의 섬유형 센싱 시스템을 모사한 회로도이다. 도 5는 도 3의 섬유형 센싱 시스템을 도시한 블록도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 의한 섬유형 센싱 시스템(10)은 섬유형 센서(100) 및 측정모듈(300)을 포함한다.

이 경우, 상기 섬유형 센서(100)에는 인가부(200)에 의해 외력이 인가되는데, 도 3에서는 상기 인가부(200)가 상기 섬유형 센서(100)에 대하여 수직 방향으로 압축력을 제공하는 것으로 도시하였으나, 이와 달리 상기 인가부(200)는 상기 섬유형 센서(100)에 수평 방향의 인장력 또는 압축력을 제공할 수도 있으며, 인가되는 외력은 다양하게 가변될 수 있다.

상기 섬유형 센서(100)는 섬유에 직조되어 외력이 인가됨에 따라 저항값이 변화하는 것으로, 섬유나 직물에 전도성 전도사가 동시에 직조되거나, 전도성 전도사가 섬유나 직물의 형태로 제조되어 전도성 전도사만으로 직조될 수도 있고, 이외 다양한 형태로 전도성을 가지는 섬유 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 섬유나 직물과 같이 사용자가 신체에 착용할 수 있으며, 전도성 성질을 가지므로 저항, 전류 또는 전압 등의 측정이 가능하게 된다.

본 실시예에서는 상기 섬유형 센서(100)는 전도성을 가지는 섬유 또는 직물 제품이라면 그 형태나 종류가 제한되지 않는다.

상기 인가부(200)는 예를 들어, 손, 발 등 다양한 신체의 일부일 수 있다.

한편, 상기 섬유형 센서(100)는 저항값(Rsensor)을 가지며, 상기 측정모듈(300)은 상기 인가부(200)에 의해 상기 섬유형 센서(100)에 외력이 인가되는 경우 상기 섬유형 센서(100)의 저항값(Rsensor)의 변화를 측정하여 상기 인가부(200)의 외력을 도출하게 된다.

그러나, 실제 상기 인가부(200)에 의해 상기 섬유형 센서(100)에 외력이 인가되는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 섬유형 센서(100)의 저항값(Rsensor) 외에, 상기 섬유형 센싱 시스템(10)에서는, 상기 섬유형 센서(100)와 상기 측정모듈(300) 사이의 배선의 저항값(Rline)이 존재하며, 이러한 저항값 외에, 상기 배선의 캐퍼시턴스(Cline), 상기 섬유형 센서(100)의 캐퍼시턴스(Csensor) 및 상기 인가부(200)와 상기 섬유형 센서(100) 사이에 인가부 캐퍼시턴스(Cbody)가 존재하게 된다. 이 경우, 상기 인가부 캐퍼시턴스(Cbody)는 특히 상기 인가부(200)가 신체의 일부인 경우 신체의 특성상 존재하게 된다.

이러한, 상기 섬유형 센싱 시스템(10)은 도 4에 도시된 바와 같은 회로도로 모사될 수 있다. 그러나, 실제 상기 섬유형 센싱 시스템(10)에서 상기 섬유형 센서(100)의 저항값(Rsensor)은 상기 배선의 저항값(Rline)보다 매우 큰 값이므로, 상기 배선의 저항값(Rline)은 무시할 수 있다.

또한, 상기 배선의 캐퍼시턴스(Cline), 상기 섬유형 센서(100)의 캐퍼시턴스(Csensor) 및 상기 인가부 캐퍼시턴스(Cbody)를 합쳐 기생 캐퍼시턴스(Cparasitic)이라고 정의할 때, 상기 배선의 캐퍼시턴스(Cline)와 상기 섬유형 센서의 캐퍼시턴스(Csensor)는 일정한 값으로 유지되며, 상기 인가부 캐퍼시턴스(Cbody) 만이 상기 인가부(200)를 통해 상기 섬유형 센서(100)에 외력이 인가됨에 따라 가변되게 된다. 즉, 상기 기생 캐퍼시턴스(Cparasitic)를 가변시키는 인자는 상기 인가부 캐퍼시턴스(Cbody) 뿐이다.

한편, 상기 측정모듈(300)에서는 상기 인가부(200)를 통한 외력의 인가에 따라 상기 섬유형 센싱 시스템(10)의 임피던스의 변화를 계측하여, 상기 인가부(200)의 외력의 인가 여부 및 외력의 크기를 도출하는데, 이 경우, 상기 인가부(200)를 통한 외력의 인가시 상기 섬유형 센서(100)의 저항값(Rsensor)과 상기 인가부 캐퍼시턴스(Cbody)만 가변하게 되므로, 이에 대한 임피던스 변화를 바탕으로, 상기 외력의 인가 여부 및 상기 외력의 크기를 도출할 수 있게 된다.

보다 구체적으로, 상기 측정모듈(300)은 주파수 인가부(300), 임피던스 저장부(320), 임피던스 비교부(330) 및 출력부(340)를 포함한다.

상기 주파수 인가부(300)는 상기 섬유형 센서(100)에 제1 주파수를 인가하는 고주파 인가부(311) 및 제2 주파수를 인가하는 저주파 인가부(312)를 포함하며, 이 경우, 상기 제1 주파수는 상기 제2 주파수보다 큰 상대적으로 고주파일 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 주파수는 수MHz 범위의 주파수이고, 상기 제2 주파수는 수kHz 내지 수백kHz 범위의 주파수일 수 있다. 이 경우, 상기 제1 주파수는 상기 제2 주파수에 비하여 고주파이므로, 상기 제1 주파수에 해당되는 주파수를 고주파, 상기 제2 주파수에 해당되는 주파수를 저주파라고도 설명한다.

상기 고주파 인가부(311)는 상기 섬유형 센서(100)에 제1 주파수를 반복적으로 인가하여 임피던스를 측정하고, 이렇게 측정된 임피던스는 상기 임피던스 저장부(320)에 저장된다.

이 경우, 상기 고주파 인가부(311)에서는 반복적으로 제1 주파수를 인가하여 이에 따른 임피던스를 측정하되, 상기 임피던스의 값이 변화하는 것이 감지되면 추가적인 주파수의 인가를 중단한다.

이 경우, 상기 임피던스 비교부(330)에서는 상기 고주파 인가부(311)에서 반복적으로 인가되는 제1 주파수에 따라 측정되어 상기 임피던스 저장부(320)에 저장된 임피던스들을 비교하여, 임피던스의 값이 변화되었다고 판단되면, 상기 고주파 인가부(311)의 주파수 인가를 중단시킨다.

한편, 상기 저주파 인가부(312)도 상기 섬유형 센서(100)에 제2 주파수를 반복적으로 인가하여 임피던스를 측정하고, 이렇게 측정된 임피던스는 상기 임피던스 저장부(320)에 저장된다.

마찬가지로, 상기 저주파 인가부(312)에서도 반복적으로 제2 주파수를 인가하여 이에 따른 임피던스를 측정한다. 다만, 상기 저주파 인가부(312)에서는, 초기 상태에서 상기 섬유형 센서(100)에 제2 주파수를 1회 인가하여 임피던스를 1회 측정한 이후, 상기 임피던스 비교부(330)에서 상기 제1 주파수의 인가에 따라 측정되는 임피던스들이 서로 다르다고, 즉 임피던스의 값이 변화되었다고 판단하는 경우, 추가로 상기 제2 주파수를 상기 섬유형 센서(100)에 인가하여 임피던스를 측정한다.

그리하여, 상기 임피던스 비교부(330)에서는 상기 저주파 인가부(312)에서 반복적으로 제공된 제2 주파수에 대하여 측정되는 임피던스들을 서로 비교하고, 그 결과를 상기 출력부(340)로 제공한다.

이렇게 도출된 제2 주파수의 인가에 따른 임피던스 출력값들은 상기 출력부(340)로 제공되며, 상기 출력부(340)에서는 상기 저주파 인가부(312)에서 반복적으로 제공된 제2 주파수에 대하여 측정된 임피던스들의 변화값, 즉 임피던스의 차이를 외부로 출력한다.

이 경우, 상기 출력부(340)에서는 상기 임피던스의 변화값을 바탕으로 상기 외력의 크기를 도출하여 출력할 수도 있으며, 이 경우 상기 외력의 크기를 도출하는 알고리즘의 경우, 상세하게 설명은 생략하였으나, 별도의 시뮬레이션이나 데이터베이스 등을 통해 구현될 수 있음은 자명하다.

이와 달리, 실시예에 따라 상기 출력부(340)에서 출력되는 상기 임피던스들의 변화값에 대한 정보를 바탕으로, 별도의 연산부(미도시)를 통해 상기 외력의 크기를 도출할 수도 있다.

한편, 본 실시예에서는, 상기 고주파 인가부(311)에서 인가되는 제1 주파수에 따라 측정되는 임피던스가 서로 다르다고 판단되는 경우에만, 상기 저주파 인가부(312)에서 재차 제2 주파수를 인가하여 임피던스를 계측하고, 상기 제2 주파수의 반복 인가에 따른 임피던스의 차이를 바탕으로 외력을 도출함을 설명하였는데, 이에 대한 이유는 도 6 내지 도 8b를 참조하여 후술한다.

도 6은 도 3의 섬유형 센싱 시스템에, 고주파 및 저주파 범위의 주파수를 인가함에 따라 출력되는 임피던스의 변화를 모식화한 그래프이다. 도 7은 도 3의 섬유형 센싱 시스템에 실제 주파수를 인가함에 따라 출력되는 임피던스의 변화를 도시한 그래프이며, 도 8a는 도 7의 'A' 영역을 확대하여 도시한 그래프이고, 도 8b는 도 7의 'B' 영역을 확대하여 도시한 그래프이다.

우선, 도 6을 참조하면, 대기상태, 즉, 상기 섬유형 센서(100)로 외력이 인가되지 않는 상태로부터, 정상상태, 즉 상기 섬유형 센서(100)로 외력이 인가하는 상태로 전환됨에 따라, 본 실시예에 의한 상기 섬유형 센싱 시스템(10)에서는, 고주파 범위, 즉 상기 제1 주파수의 범위에서는 임피던스가 감소하고, 저주파 범위, 즉 상기 제2 주파수의 범위에서는 임피던스가 증가함을 확인할 수 있다.

이는 도 7 내지 도 8b의 실제 상기 섬유형 센서(100)로 외력을 인가하면서 계측되는 임피던스의 변화를 통해서도 확인되는데, 도 8b에 도시된 바와 같이 고주파 영역에서는 외력의 인가에 따라 임피던스가 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 도 8a에 도시된 바와 같이, 저주파 영역에서는 외력의 인가에 따라 임피던스가 증가하는 것을 확인할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시예에서의 섬유형 센싱 시스템(10)에서는 외력의 인가에 따라 고주파 및 저주파 영역에서의 임피던스의 감소 및 증가가 발생하게 되므로, 우선, 고주파 영역에 속하는 상기 제1 주파수를 상기 섬유형 센서(100)에 인가하여 측정되는 임피던스가 변화, 즉 임피던스 값이 감소하는 것을 센싱하게 되면, 외력의 인가가 시작됨을 확인할 수 있게 된다.

그리하여, 상기 외력의 인가 시점이 파악되면, 저주파 영역에 속하는 상기 제2 주파수를 상기 섬유형 센서(100)에 재차로 인가하여, 상기 제2 주파수의 인가에 따라 기 측정된 임피던스와 상기 제2 주파수의 재차 인가에 따라 측정된 임피던스의 차이를 출력하게 되며, 이를 바탕으로 실제 인가되는 외력의 크기를 검출할 수 있게 된다.

도 9는 도 3의 섬유형 센싱 시스템의 구동 방법을 도시한 흐름도이다.

도 9를 참조하면, 상기에서 설명한 본 실시예에 의한 섬유형 센싱 시스템(10)의 구동방법에서는, 우선, 외력이 인가되지 않는 초기상태에 대하여, 상기 고주파 인가부(311)는 상기 섬유형 센서(100)에 상기 제1 주파수를 인가하고, 이에 대하여 제1 임피던스를 측정한다(단계 S10). 이렇게 측정된 상기 제1 임피던스는 상기 임피던스 저장부(320)에 저장된다(단계 S11).

이 후, 상기 초기상태에 대하여, 상기 저주파 인가부(312)도 상기 섬유형 센서(100)에 상기 제2 주파수를 인가하고, 이에 대하여 제2 임피던스를 측정한다(단계 S20). 또한, 이렇게 측정된 상기 제2 임피던스는 상기 임피던스 저장부(320)에 저장된다(단계 S21).

이와 같이, 초기 상태에 대하여 제1 및 제2 임피던스들이 저장되면, 상기 저장된 제1 및 제2 임피던스들에 대한 정보는 상기 임피던스 비교부(330)로 제공될 수 있다.

이 후, 상기 고주파 인가부(311)에서는 상기 섬유형 센서(100)에 재차 상기 제1 주파수를 인가하고, 이에 대하여 제3 임피던스를 측정한다(단계 S30). 또한, 이렇게 측정된 상기 제3 임피던스는 상기 임피던스 저장부(320)에 저장된다(단계 S31).

한편, 위와 같이 상기 제3 임피던스를 측정하는 상태는 상기 인가부(200)가 상기 섬유형 센서(100)에 외력을 인가할 수 있는 상태로서, 실제 상기 인가부(200)가 상기 섬유형 센서(100)에 외력을 인가하였는지(정상상태) 그렇지 않았는지(대기상태)에 대한 판단이 필요하다.

이에 따라, 상기 임피던스 비교부(330)는 상기 임피던스 저장부(320)에 기 저장된 상기 제3 임피던스와 상기 제1 임피던스가 서로 동일한지의 여부에 대하여 가 비교한다(단계 S40).

이 경우, 상기 제3 임피던스가 상기 제1 임피던스와 동일하다고 판단되면, 상기 인가부(200)는 상기 섬유형 센서(100)에 외력을 인가하지 않은 상태, 즉 대기상태인 것으로 판단된다. 또한, 이와 같이 대기상태로 판단되면, 상기 고주파 인가부(311)는 반복적으로 상기 섬유형 센서(100)로 제1 주파수를 인가하여 이에 따른 임피던스를 측정하여, 상기 제3 임피던스를 갱신하며(단계 S30), 이렇게 갱신된 상기 제3 임피던스는 상기 임피던스 저장부(320)에 다시 저장된다(단계 S31).

이렇게 저장되는 제3 임피던스에 대하여 상기 임피던스 비교부(330)에서는 상기 제1 임피던스와 재차 비교하여 동일 여부를 판단하며, 동일하다고 판단되면 상기 고주파 인가부(311)는 재차 상기 제1 주파수를 인가하고 이에 따라 출력되는 임피던스는 제3 임피던스로 갱신되어 저장된다.

즉, 상기 제3 임피던스가 상기 제1 임피던스와 동일한 경우에는, 상기 대기상태가 지속되는 것으로, 상기 고주파 인가부(311)는 반복해서 상기 제1 주파수를 상기 섬유형 센서(100)로 제공하여 이에 따라 제3 임피던스를 반복해서 측정한다.

이와 달리, 상기 임피던스 저장부(320)에 갱신되어 저장된 제3 임피던스가 초기 상태에서의 임피던스인 제1 임피던스와 서로 다르다고 판단되면(단계 S40), 상기 인가부(200)는 상기 섬유형 센서(100)에 외력을 인가한 상태, 즉 정상상태인 것으로 판단된다.

그리하여, 이와 같이 정상상태인 것으로 판단되면, 상기 저주파 인가부(312)는 상기 섬유형 센서(100)로 재차 제2 주파수를 인가하여 이에 따른 제4 임피던스를 측정하고(단계 S50), 이렇게 측정된 상기 제4 임피던스는 상기 임피던스 저장부(320)로 저장된다(단계 S51).

이 후, 상기 임피던스 비교부(330)에서는 상기 제4 임피던스와 상기 제2 임피던스의 차이를 비교하고, 상기 출력부(340)를 통해 상기 제4 임피던스와 상기 제2 임피던스의 차이가 출력된다(단계 S60).

이 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 출력부(340)에서는 상기 제4 임피던스와 상기 제2 임피던스의 차이를 바탕으로, 별도의 알고리즘을 통해 상기 인가부(200)에서 인가되는 외력의 크기를 도출하여 출력할 수 있으며, 이와 달리, 별도의 연산부를 통해 상기 외력의 크기를 연산할 수도 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 섬유형 센싱 시스템에서, 섬유의 특성상 미복원 상태가 발생하거나 복원이 느리게 진행되는 경우, 이를 구별하여 보정함으로써 보다 정확한 신호를 검출할 수 있고 이를 통해 보다 정확한 외력 정보를 획득할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 섬유형 센싱 시스템
100 : 섬유형 센서 200 : 인가부
300 : 측정모듈 310 : 주파수 인가부
311 : 고주파 인가부 312 : 저주파 인가부
320 : 임피던스 저장부 330 : 임피던스 비교부
340 : 출력부

Claims

섬유에 직조되어 외력의 인가에 따라 저항값이 변화하는 섬유형 센서;
상기 섬유형 센서에 제1 주파수를 반복적으로 인가하여 임피던스를 측정하는 고주파 인가부, 및 상기 섬유형 센서에 상기 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수를 반복적으로 인가하여 임피던스를 측정하는 저주파 인가부를 포함하는 주파수 인가부;
상기 고주파 인가부에서 측정되는 임피던스를 비교하는 임피던스 비교부; 및
상기 임피던스 비교부에서 비교되는 임피던스 값이 서로 다른 경우, 상기 저주파 인가부에서 측정되는 임피던스의 차이를 출력하는 출력부를 포함하는 섬유형 센싱 시스템.
제1항에 있어서,
상기 고주파 인가부에서 측정되는 임피던스와 상기 저주파 인가부에서 측정되는 임피던스를 저장하고, 각각 상기 임피던스 비교부 및 상기 출력부로 제공하는 임피던스 저장부를 더 포함하는 섬유형 센싱 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 주파수는 수MHz 범위의 주파수이고, 상기 제2 주파수는 수kHz 내지 수백kHz 범위의 주파수인 것을 특징으로 하는 섬유형 센싱 시스템.
제1항에 있어서, 상기 저주파 인가부는,
상기 고주파 인가부에서 측정된 임피던스가, 상기 고주파 인가부에서 기 측정된 임피던스와 서로 다른 경우, 상기 섬유형 센서에 제2 주파수를 재차 인가하여 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 하는 섬유형 센싱 시스템.
제4항에 있어서, 상기 출력부는,
상기 저주파 인가부에서 상기 제2 주파수를 재차 인가하여 측정한 임피던스와, 상기 저주파 인가부에서 기 측정된 임피던스의 차이를 출력하는 것을 특징으로 하는 섬유형 센싱 시스템.
제1항에 있어서,
외력이 인가되는 인가부와 상기 섬유형 센서의 사이에는 외력에 따라 변화하는 인가부 캐퍼시턴스(Cbody)가 형성되고,
상기 인가부 캐퍼시턴스(Cbody)가 변화함에 따라 상기 섬유형 센서의 저항값(Rsensor)이 변화하는 것을 특징으로 하는 섬유형 센싱 시스템.
제6항에 있어서, 상기 외력이 인가됨에 따라,
상기 제1 주파수의 인가에 따라 출력되는 임피던스는 감소하고, 상기 제2 주파수의 인가에 따라 출력되는 임피던스는 증가하는 것을 특징으로 하는 섬유형 센싱 시스템.
제6항에 있어서, 상기 인가부는,
신체의 일부인 것을 특징으로 하는 섬유형 센싱 시스템.
섬유에 직조되어 외력의 인가에 따라 저항값이 변화하는 섬유형 센서에 제1 주파수를 인가하여 임피던스를 측정하는 단계;
상기 섬유형 센서에 상기 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수를 인가하여 임피던스를 측정하는 단계;
상기 섬유형 센서에 상기 제1 주파수를 재차 인가하여 임피던스를 측정하는 단계;
상기 제1 주파수의 인가에 따라 측정되는 임피던스를 서로 비교하는 단계;
상기 제1 주파수의 인가에 따라 측정되는 임피던스가 서로 다른 경우, 상기 섬유형 센서에 상기 제2 주파수를 재차 인가하여 임피던스를 측정하는 단계; 및
상기 제2 주파수의 인가에 따라 측정되는 임피던스의 차이를 출력하는 단계를 포함하는 섬유형 센싱 시스템의 구동방법.
제9항에 있어서, 상기 제1 주파수는 수MHz 범위의 주파수이고, 상기 제2 주파수는 수kHz 내지 수백kHz 범위의 주파수인 것을 특징으로 하는 섬유형 센싱 시스템의 구동방법.
제9항에 있어서,
상기 제1 주파수의 인가에 따라 측정되는 임피던스가 서로 같은 경우, 상기 측정되는 임피던스가 서로 다를 때까지 주기적으로 상기 제1 주파수를 인가하여 상기 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 하는 섬유형 센싱 시스템의 구동방법.