KR20200069790A - 고감도 풍선형 센서 - Google Patents

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KR20200069790A
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Abstract

고감도 풍선형 센서가 개시된다. 풍선형 센서는 내부에 기체를 수용하는 밀폐된 공간을 구비하는 풍선형 구조를 갖는 풍선형 멤브레인 바디; 상기 풍선형 멤브레인 바디 표면에 부착되고, 저항 변화를 통해 상기 풍선형 멤브레인 바디에 인가되는 외부 힘을 감지하는 스트레인 센서; 및 상기 스트레인 센서의 저항 변화를 측정하는 저항변화 측정기를 구비한다.

Description

고감도 풍선형 센서{HIGHLY SENSITIVE BALLOON TYPED SENSOR}
본 발명은 소프트 로봇에 적용될 수 있는 고감도 풍선형 센서에 관한 것이다.
로봇에 대한 기술이 발전하고 인간 생활에 대한 로봇의 기여가 증가함에 따라, 플렉시블하고 소프트한 재질로 형성되어 인간과 안전한 상호 작용이 가능한 로봇에 대한 요구가 증가하고 있다. 예를 들면, 전통적인 로봇은 소프트한 물질을 집는 것과 같은 기능을 구현하기 매우 어려운데, 소프트 로봇에서는 이러한 기능을 용이하게 달성할 수 있다. 공기 주입으로 부풀릴 수 있는 로봇 팔은 낮은 비용, 가벼운 무게 및 안전한 충돌 등과 같은 잠재력을 보여줬다.
공기 주입에 의해 부풀려질 수 있는 구조를 갖는 이러한 소프트 로봇의 대부분은 압력 센서로부터의 압력 데이터에 기초하여 동작하고 제어된다. 그러나 종래의 압력 센서는 대부분 소프트 로봇에 연결되기 위한 튜브들을 필요로 하고, 전통적인 압력 센서는 소프트한 물질에 쉽게 적용되기 어려운 단단한 소자들이기 때문에 압력 센서 및 연결 튜브들이 설치되기 위한 추가적인 공간을 필요로 한다.
이러한 전통적인 압력 센서의 문제를 해결할 수 있는 소프트 로봇용 센서의 개발이 요구된다.
본 발명의 목적은 외부 힘을 매우 고감도를 감지할 수 있고, 소프트 로봇에 용이하게 적용할 수 있는 풍선형 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 풍선형 센서는 내부에 기체를 수용하는 밀폐된 공간을 구비하는 풍선형 구조를 갖는 풍선형 멤브레인 바디; 상기 풍선형 멤브레인 바디 표면에 부착되고, 저항 변화를 통해 상기 풍선형 멤브레인 바디에 인가되는 외부 힘을 감지하는 스트레인 센서; 및 상기 스트레인 센서의 저항 변화를 측정하는 저항변화 측정기를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 스트레인 센서는 상기 풍선형 멤브레인 바디의 외부 표면에 부착된 지지 필름; 및 상기 지지 필름 상에 형성된 저항 변화층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 저항 변화층은 크랙이 도입된 하나 이상의 금속 박막을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 풍선형 멤브레인 바디는 제1 고분자 재료로 형성되고, 상기 지지 필름은 상기 제1 고분자 재료와 동일하거나 이보다 팽창 계수가 큰 제2 고분자 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 고분자 재료는 폴리에틸렌 또는 폴리이미드를 포함하고, 상기 제2 고분자 재료는 폴리에틸렌, 폴리이미드, 실리콘 고무 또는 우레탄 고무를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 풍선형 멤브레인 바디는 50 내지 100 ㎛의 두께를 갖고, 상기 지지 필름은 5 내지 20 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 지지 필름은 제1 방향으로의 폭 및 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로의 길이를 갖고, 상기 길이는 상기 폭보다 크며, 상기 지지 필름은 상기 제2 방향에 대한 양쪽 단부 부분이 상기 풍선형 멤브레인 바디에 부착될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 스트레인 센서는 상기 풍선형 멤브레인 바디에 상기 기체가 주입되기 전 상기 스트레인 센서 하부의 영역에 주름이 도입된 상태에서 상기 풍선형 멤브레인 바디에 부착되고, 상기 풍선형 멤브레인 바디 내부에 상기 기체가 주입된 상태에서, 상기 스트레인 센서에는 상기 풍선형 멤브레인 바디 내부 압력에 의해 야기되는 장력이 인가될 수 있다. 예를 들면, 상기 장력에 의해 상기 지지 필름의 표면적은 초기 대비 약 0.00001% 내지 1000% 증가할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 풍선형 멤브레인 바디의 내부 압력은 1 내지 1 MPa일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 풍선형 센서는 상기 풍선형 멤브레인 바디에 대한 물체의 충격 및 상기 충격에 의해 야기되는 상기 풍선형 멤브레인 바디의 진동을 감지할 수 있다.
본 발명의 고감도 풍선형 센서에 따르면, 풍선형 멤브레인 바디의 거의 대부분의 영역에 인가되는 외부 힘을 매우 고감도를 감지할 수 있어서, 소프트 로봇에 용이하게 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고감도 풍선형 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 절단선 A-A'을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 풍선형 센서의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 실시예 1 내지 3의 풍선형 센서를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 도 4에 도시된 방법에 따라 제조된 풍선형 센서의 사진을 나타내고, 도 5b는 실험을 위한 측정 시스템을 나타내는 도면이다.
도 6은 실시예 1 내지 3의 풍선형 센서에 대해 측정된 외부 힘에 대한 저항 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예 3의 풍선형 센서(Inflatable sensor)와 종래 압력 센서(MPX5100ap)(Pressure sensor)에 대해 측정된 외부 힘에 대한 저항 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예 1의 풍선형 센서에 대해 외부 힘이 인가되는 위치를 변경하면서 측정된 외부 힘에 대한 저항 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 실시예 1의 풍선형 센서에서 스트레인 센서로부터 6cm 떨어진 지점에 외부 힘(2N, 4N, 8N, 12N)을 인가하고 측정된 시간에 따른 저항 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10은 실시예 1의 풍선형 센서에 대하여 8N의 외부 힘에 대한 응답 속도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은 실시예 1의 풍선형 센서에 대해 물체(2.2g, 1.0g, 0.4g, 0.2g)를 30cm의 높이에서 떨어뜨린 후 측정된 시간에 따른 저항변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 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. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고감도 풍선형 센서를 설명하기 위한 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 절단선 A-A'을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고감도 풍선형 센서(100)는 풍선형 멤브레인 바디(110), 스트레인 센서(120) 및 저항변화 측정기(130)를 포함한다.
상기 풍선형 멤브레인 바디(110)는 내부에 공기와 같은 기체를 수용하는 밀폐된 공간을 구비하는 풍선형 구조를 가질 수 있다. 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)의 내부 공간은 기설정된 압력을 갖도록 기체가 채워질 수 있고, 외부 힘이 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)의 표면에 인가된 경우 내부 압력에 의해 상기 내부공간이 변형되어 상기 스트레인 센서(120)의 저항을 변화시킬 수 있다.
표면에 인가된 외부 힘에 의해 변형될 수 있는 내부공간을 구비한다면, 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)는 일방향으로 길게 연장된 실린더 형상을 갖거나 구형 형상 또는 비정형 형상을 가질 수 있고, 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)는 상대적으로 낮은 팽창 계수를 갖고 일정한 강도(stiffness)를 갖는 고분자 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)는 폴리에틸렌(PE), 폴리이미드(PI) 등의 재질로 형성될 수 있다. 만약 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)가 상대적으로 높은 팽창 계수를 갖는 실리콘이나 우레탄 고부 등과 같은 재질로 형성된다면, 상기 스트레인 센서(120)의 저항 변화와 외부 힘의 크기 사이의 관련성을 모델링하는 것에 대한 문제점이 발생할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상대적으로 안정한 구조적 강도를 제공하면서도, 미세한 외부 힘에도 내부 압력에 의해 내부 공간이 변형시킬 수 있도록, 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)는 약 50 내지 100 ㎛의 두께를 갖는 고분자 필름으로 형성될 수 있다.
상기 스트레인 센서(120)는 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)의 외부 표면에 부착될 수 있고, 저항 변화를 통해 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)에 인가되는 외부 힘 및 이에 의해 야기되는 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)의 진동들을 감지할 수 있다. 예를 들면, 외부 힘에 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)의 표면에 인가되는 경우, 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)의 내부공간은 상기 외부 힘에 의해 변형되고, 이러한 내부공간의 변형은 상기 스트레인 센서(120)의 저항 변화를 야기할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 스트레인 센서(120)는 고감도 크랙 센서를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 스트레인 센서(120)는 지지 필름(121) 및 상기 지지 필름(121) 상에 형성된 저항 변화층(122)을 포함할 수 있다.
상기 지지 필름(121)은 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)의 외부 표면에 부착될 수 있다. 상기 지지 필름(121)은 일정한 길이와 폭을 갖는 직사각형 형상을 가질 수 있고, 상기 지지 필름(121)의 면적은 필요에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 고감도 풍선형 센서(100)의 민감도를 향상시키기 위해, 상기 지지 필름(121)은 가능하면 얇게, 예를 들면, 약 5 내지 20 ㎛의 두께로 형성될 수 있고, 또한 양쪽 단부만이 접착제(123)에 의해 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)의 외부 표면에 부착될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 지지 필름(121)은 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)를 이루는 고분자 물질과 동일한 물질 또는 이보다 팽창 계수가 큰 고분자 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 지지 필름(121)은 폴리이미드, 폴리에틸렌, 실리콘 고무, 우레탄 고무 등의 재질로 형성될 수 있다.
상기 저항 변화층(122)은 상기 지지 필름(121) 상에 배치될 수 있고, 크랙이 도입된 하나 이상의 금속 박막을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 저항 변화층(122)은 적층된 크롬(Cr) 박막 및 금(Au) 박막을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 풍선형 센서의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1 및 도 2와 함께 도 3을 참조하면, 상기 고감도 풍선형 센서(100)의 민감도를 향상시키기 위해, 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)에 기체를 주입하기 전, 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)에 상기 스트레인 센서(120)를 부착하는 과정에서, 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)의 표면 중 상기 스트레인 센서(120) 하부의 영역에 주름이 도입된 상태에서 상기 스트레인 센서(120)이 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)에 부착될 수 있다. 이 경우, 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)에 기체가 주입되면, 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)의 내부 압력에 의해 상기 스트레인 센서(120)에 보다 큰 장력이 인가되고 그 결과 상기 고감도 풍선형 센서(100)의 민감도가 향상될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)에 공기가 주입된 상태에서, 상기 지지 필름(121)의 표면적이 초기 대비 약 0.00001% 내지 1000% 증가하도록 상기 스트레인 센서(120) 하부의 영역에 주름이 도입될 수 있다. 예를 들면, 상기 풍선형 멤브레인 바디(110)에 공기가 주입된 상태에서, 상기 지지 필름(121)의 표면적은 초기 대비 약 1 내지 100%, 약 5 내지 80% 또는 약 10 내지 50% 증가하도록 상기 스트레인 센서(120) 하부의 영역에 주름이 도입될 수 있다.
상기 지지 필름(121)의 표면적 증가 비율이 초기 대비 0.00001% 미만이면 민감도 향상에 기여하지 못하는 문제점이 있고, 1000%를 초과하는 경우에는 오히려 민감도를 저하시키는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 저항변화 측정기(130)는 상기 스트레인 센서(120)에 전기적으로 연결되어 상기 스트레인 센서(120)의 저항 변화를 측정할 수 있다. 예를 들면, 상기 스트레인 센서(120)가 크랜 센서인 경우, 상기 저항변화 측정기(130)는 상기 저항 변화층(122)의 서로 이격된 지점에 전기적으로 연결되어 상기 저항 변화층(122)의 저항 변화를 측정할 수 있다.
상기 스트레인 센서(120)의 저항 변화를 측정할 수 있다면 상기 저항변화 측정기(130)의 구조 및 형상은 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 고감도 풍선형 센서에 따르면, 풍선형 멤브레인 바디의 거의 대부분의 영역에 인가되는 외부 힘을 매우 고감도를 감지할 수 있어서, 소프트 로봇에 용이하게 적용할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 실험예에 대해 상술한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 일 실시 형태에 불과한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1 내지 3]
도 4에 도시된 바에 따라 내부 압력이 서로 다른 3가지 풍선형 센서가 제조되었다.
먼저, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 크랙 센서를 제조하였다. 상기 크랙 센서를 제조하기 위해, 7.5 ㎛ 두께의 폴리이미드(PI) 필름을 PDMS로 코팅된 글라스 기판 상에 부착한 후 금속막과의 접착력을 향상시키기 위해 PI 필름에 플라즈마 처리를 수행하였고, 이어서 PI 필름 상에 50nm 두께의 크롬(Cr) 층 및 30nm 두께의 금(Au) 층을 순차적으로 증착하였으며, 상기 크롬(Cr) 층 및 금(Au) 층에 크랙을 도입하기 위해 초기 길이의 2%를 신장하였다.
이어서, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 폭 6cm 및 길이 17cm를 갖는 풍선형 멤브레인 바디를 형성하였다. 상기 풍선형 멤브레인 바디를 형성하기 위해, 80㎛ 두께의 LDPE((low-density polyethylene) 필름 2장을 적층한 후 기 설정된 라인을 따라 열을 인가하여 상기 2장의 LDPE 필름을 상기 라인을 따라 열접착한 후 이를 절단하여 상기 풍선형 멤브레인 바디를 제조하였다.
이어서, 상기 크랙 센서를 접착제를 이용하여 상기 풍선형 멤브레인 바디에 부착하였다. 이 때, 크랙 센서의 양쪽 단부 영역만을 상기 풍선형 멤브레인 바디에 부착하여 상기 크랙 센서와 상기 풍선형 멤브레인 바디 사이에 접착층이 형성됨으로서 센서의 감도가 저하되는 것을 방지하였다.
이어서, 상기 크랙 센서의 양단을 와이어를 이용하여 저항 측정기에 연결한 후 상기 풍선형 멤브레인 바디 내부에 공기를 주입하여 풍선형 센서를 제작하였다. 이 때, 상기 풍선형 멤브레인 바디 내부의 초기 압력이 2kPa(실시예 1), 5kPa(실시예 2) 및 8kPa(실시예 3)이 되도록 공기가 주입되었다.
도 5a는 제조된 풍선형 센서의 사진을 나타내고, 도 5b는 실험을 위한 측정 시스템을 나타내는 도면이다.
[실험예]
도 6은 실시예 1 내지 3의 풍선형 센서에 대해 측정된 외부 힘에 대한 저항 변화를 나타내는 그래프이다. 이 때, 외부 힘이 풍선형 멤브레인 바디의 표면 중 크랙 센서로부터 6cm 이격된 위치에 인가되었다.
도 6을 참조하면, 저항의 변화는 초기 압력이 2kPa인 경우에서 가장 급격하게 증가하는 것이 관측되었고, 내부 압력이 8kPa인 센서에서 저항 변화가 가장 작은 것으로 나타났다.
이로부터 풍선 내부 압력에 따라 풍선형 센서는 동일한 크기의 외부 힘에 대해 다른 응답 특성을 나타남을 확인할 수 있다. 이는 풍선의 표면에 작용하는 순수 힘(net force)은 외부 힘과 풍선 내부 압력에 의해 야기되는 내부 힘의 차이에 해당하고, 그 결과, 동일한 크기의 회부 힘에 대해, 내부 압력이 더 낮을수록 더 많은 풍선의 변형이 일어나기 때문인 것으로 판단된다.
이로부터 풍선형 멤브레인 바디의 내부 압력을 조절함으로써 풍선형 센서의 민감도를 조절할 수 있음을 알 수 있고, 고감도 풍선형 센서를 제조하기 위해서는 상기 풍선형 멤브레인 바디의 내부 압력이 약 1 내지 3kPa인 것이 바람직하다.
도 7은 실시예 3의 풍선형 센서(Inflatable sensor)와 종래 압력 센서(MPX5100ap)(Pressure sensor)에 대해 측정된 외부 힘에 대한 저항 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 종래 압력 센서는 외부 힘이 1.5N 이상이 될 때까지 저항 변화가 나타나지 않아서 이를 감지할 수 없었으나, 실시예 3의 풍선형 센서는 1.5N 이하에서도 저항 변화가 발생하여 아주 작은 외부 힘까지도 감지할 수 있는 것으로 나타났다.
도 8은 실시예 1의 풍선형 센서에 대해 외부 힘이 인가되는 위치를 변경하면서 측정된 외부 힘에 대한 저항 변화를 나타내는 그래프이다. 이 때, 외부 힘은 크랙 센서로부터 2.5cm, 5cm, 6cm, 7cm 이격된 위치에 인가되었다.
도 8을 참조하면, 크랙센서로부터 2.5cm 이격된 위치에 외부 힘이 인가된 경우를 제외하고는 외부 힘이 인가되는 위치가 변경되더라도 동일한 외부 힘에 대해 유사한 저항 변화가 야기되는 것으로 나타났다.
5cm, 6cm, 7cm 이격된 위치에서의 출력 신호들의 미세한 차이는 LDPE 필름의 공기 투과성으로 인한 내부 압력 차이 때문인 것으로 판단되고, 공기 투과성이 낮은 재질로 풍선형 멤브레인 바디를 제조하는 경우에는 외부 힘이 인가되는 위치에 따른 출력 신호의 차이를 방지할 수 있을 것으로 판단된다.
상기의 결과들로부터 본 발명의 풍선형 센서는 크랙 센서와 매우 근접한 위치를 제외한 풍선형 멤브레인 바디 표면 전체 영역이 감지 영역이 될 수 있음을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 풍선형 센서는 크랙 센서로부터의 거리가 너무 가까워 외부 힘에 의한 표면 변형이 직접 스트레인 센서에 영향을 미치는 경우를 제외하면, 풍선형 멤브레인 바디의 어는 위치에서나 외부 힘을 감지할 수 있다.
도 9는 실시예 1의 풍선형 센서에서 스트레인 센서로부터 6cm 떨어진 지점에 외부 힘(2N, 4N, 8N, 12N)을 인가하고 측정된 시간에 따른 저항 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9를 참조하면, 외부 힘에 대해 저항 변화는 안정적으로 발생하고 노이즈가 거의 없는 것으로 나타났다. 저항의 변화는 외부 힘의 증가에 대해 비선형적으로 증가하는 것으로 나타났는데, 이는 크랙 센서의 저항 변화에서의 비선형성 때문인 것으로 판단된다.
이상의 결과로부터 본 발명의 풍선형 센서는 미세한 힘에 대해서도 안정적으로 감지할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 10은 실시예 1의 풍선형 센서에 대하여 8N의 외부 힘에 대한 응답 속도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10을 참조하면, 실시예 1의 풍선형 센서는 외부 힘에 대해 거의 즉각적으로 출력 응답이 발생함을 확인할 수 있다.
도 11은 실시예 1의 풍선형 센서에 대해 물체(2.2g, 1.0g, 0.4g, 0.2g)를 30cm의 높이에서 떨어뜨린 후 측정된 시간에 따른 저항변화를 나타내는 그래프이다.
도 11을 참조하면, 실시예 1의 풍선형 센서는 풍선형 멤브레인 바디에 대한 물체의 충격뿐만 아니라 상기 충격에 의해 야기되는 풍선형 멤브레인 바디의 진동까지도 감지할 수 있음을 확인할 수 있다. 종래의 압력 센서(MPX5100ap)는 동일한 조건에서 어떠한 충격도 감지할 수 없는 것으로 나타났다.
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.
100: 풍선형 센서 110: 풍선형 멤브레인 바디
120: 스트레인 센서 130: 저항변화 측정기

Claims (11)

  1. 내부에 기체를 수용하는 밀폐된 공간을 구비하는 풍선형 구조를 갖는 풍선형 멤브레인 바디;
    상기 풍선형 멤브레인 바디 표면에 부착되고, 저항 변화를 통해 상기 풍선형 멤브레인 바디에 인가되는 외부 힘을 감지하는 스트레인 센서; 및
    상기 스트레인 센서의 저항 변화를 측정하는 저항변화 측정기를 포함하는, 풍선형 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스트레인 센서는 상기 풍선형 멤브레인 바디의 외부 표면에 부착된 지지 필름; 및 상기 지지 필름 상에 형성된 저항 변화층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 풍선형 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저항 변화층은 크랙이 도입된 하나 이상의 금속 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는, 풍선형 센서.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 풍선형 멤브레인 바디는 제1 고분자 재료로 형성되고, 상기 지지 필름은 상기 제1 고분자 재료와 동일하거나 이보다 팽창 계수가 큰 제2 고분자 재료로 형성된 것을 특징으로 하는, 풍선형 센서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 고분자 재료는 폴리에틸렌 또는 폴리이미드를 포함하고, 상기 제2 고분자 재료는 폴리에틸렌, 폴리이미드, 실리콘 고무 또는 우레탄 고무를 포함하는 것을 특징으로 하는, 풍선형 센서.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 풍선형 멤브레인 바디는 50 내지 100 ㎛의 두께를 갖고, 상기 지지 필름은 5 내지 20 ㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 풍선형 센서.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 지지 필름은 제1 방향으로의 폭 및 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로의 길이를 갖고,
    상기 길이는 상기 폭보다 크며,
    상기 지지 필름은 상기 제2 방향에 대한 양쪽 단부 부분이 상기 풍선형 멤브레인 바디에 부착된 것을 특징으로 하는, 풍선형 센서.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 스트레인 센서는 상기 풍선형 멤브레인 바디에 상기 기체가 주입되기 전 상기 스트레인 센서 하부의 영역에 주름이 도입된 상태에서 상기 풍선형 멤브레인 바디에 부착되고,
    상기 풍선형 멤브레인 바디 내부에 상기 기체가 주입된 상태에서, 상기 스트레인 센서에는 상기 풍선형 멤브레인 바디 내부 압력에 의해 야기되는 장력이 인가되는 것을 특징으로 하는, 풍선형 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 장력에 의해 상기 지지 필름의 표면적은 초기 대비 0.00001% 내지 1000% 증가하는 것을 특징으로 하는, 풍선형 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 풍선형 멤브레인 바디의 내부 압력은 1 내지 1 MPa인 것을 특징으로 하는, 풍선형 센서.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 풍선형 멤브레인 바디에 대한 물체의 충격 및 상기 충격에 의해 야기되는 상기 풍선형 멤브레인 바디의 진동을 감지하는 것을 특징으로 하는, 풍선형 센서.
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