KR20210070424A - 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈 - Google Patents

정전용량 우선 방전식 압력센서모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈은, 전도성을 가지도록 형성되는 전도성 레이어 및 서로 이격되도록 구비되는 제1전극 및 제2전극을 포함하는 전극채널을 포함하며, 상기 전도성 레이어와 적층 구조를 형성하는 회로 레이어를 포함하고, 상기 제1전극 및 상기 제2전극은, 외부로부터 압력이 가해질 경우 상기 전도성 레이어에 의해 서로 통전되고, 압력의 크기에 따라 정전용량이 감소하도록 형성된다.

Description

정전용량 우선 방전식 압력센서모듈{Capacitance Pre-Discharge Type Pressure Sensor Module}
본 발명은 압력센서모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압력의 크기에 따라 정전용량이 방전되는 방식을 가지도록 형성되어 외부 환경에 대한 영향을 최소화할 수 있으며, 고감도를 가지는 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈에 관한 것이다.
최근에는 물리적인 접촉에 대하여 압력을 측정할 수 있는 웨어러블 장치에 대한 관심이 높다. 이러한 기술은 특히 로봇 시스템, 전자 피부, 보철 및 웨어러블 의료 장치 등에서 사용될 수 있다.
감도가 높은 센서는 로봇과 인공장치 개체가 상호 작용하는 동안 로봇 또는 보철 장치를 제어하는 데 사용되는 손가락의 접촉이나 신체 운동에서 생체 신호를 얻는 방법을 학습할 수도 있다.
이와 같은 웨어러블 압력센서를 제조하기 위해서는 압력을 감지하는 메커니즘이 정의되고, 적절한 게이지 인자를 선택한 후 적합한 재료를 선택하여 센서를 설계하게 된다.
다만, 종래의 압력센서는 고감도 인식이 용이하지 않아 민감도가 낮은 문제가 있으며, 또한 구조적으로 초기 동작까지 무응답 구간이 발생하는 문제가 있었다.
그리고 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 정전용량 방식의 압력센서가 고안되었다.
하지만, 이와 같은 정전용량 방식의 압력센서는 압력이 인가될 경우 정전용량이 충전되는 방식을 채택하고 있어 고감도를 확보할 수는 있으나 힘에 대한 측정이 어려우며, 안정성이 낮다는 문제가 있다.
또한 처리 회로가 복잡하게 설계되어 구조 자체가 복잡해지는 것은 물론, 외부 압력 물질의 유전율에 따라 정전용량 값의 변화가 매우 크다는 문제가 있었다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
한국등록특허 제10-0528636호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 외부 환경에 대한 영향을 최소화할 수 있는 동시에 고감도를 가지는 압력센서모듈을 제공하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈은, 전도성을 가지도록 형성되는 전도성 레이어 및 서로 이격되도록 구비되는 제1전극 및 제2전극을 포함하는 전극채널을 포함하며, 상기 전도성 레이어와 적층 구조를 형성하는 회로 레이어를 포함하고, 상기 제1전극 및 상기 제2전극은, 외부로부터 압력이 가해질 경우 상기 전도성 레이어에 의해 서로 통전되고, 압력의 크기에 따라 정전용량이 감소하도록 형성된다.
이때 상기 제1전극은, 상기 회로 레이어 상에서 제1방향으로 연장되는 제1메인전극부 및 상기 제1메인전극부로부터 상기 제1방향과 수직한 방향인 제2방향으로 연장되는 하나 이상의 제1보조전극부를 포함하며, 상기 제2전극은, 상기 회로 레이어 상에서 상기 제1메인전극부와 이격된 위치에 제1방향으로 연장되는 제2메인전극부 및 상기 제2메인전극부로부터 상기 제2방향과 반대 방향인 제3방향으로 연장되되, 상기 제1보조전극부와 이격되는 하나 이상의 제2보조전극부를 포함할 수 있다.
그리고 상기 제1전극에는 상기 제1전극의 일부 영역을 확장하도록 구비되는 제1확장부가 구비되며, 상기 제2전극에는 상기 제2전극의 일부 영역을 확장하도록 구비되는 제2확장부가 구비될 수 있다.
또한 상기 제1확장부 및 상기 제2확장부는 각각 상기 제1전극 또는 상기 제2전극을 따라 복수 개가 구비되되. 상기 제1확장부 및 상기 제2확장부는 서로 엇갈리게 교차되는 형태로 구비될 수 있다.
한편 상기 회로 레이어는 복수 개의 전극채널을 포함할 수 있다.
여기서 상기 전극채널 각각은 제1방향 또는 상기 제1방향과 수직한 제2방향 중 어느 한 방향을 따라 구비될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈은, 압력의 크기에 따라 정전용량이 방전되는 방식을 가지도록 형성되어 외부 환경에 대한 영향을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 정전용량 방식을 채택하고 있으므로 고감도를 가질 수 있으며, 단순한 구조를 가지므로 제품 원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.
더불어 본 발명은 우선 방전 방식에 의해 외부 압력 물질에 대한 정전용량 변화량이 매우 적어 보다 정밀하게 압력을 감지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈의 적층 구조를 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈에 있어서, 회로 레이어의 구조를 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈 및 종래의 압력센서 간의 정전용량 변화 경향의 차이를 나타낸 그래프;
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈에 있어서, 회로 레이어의 구조를 나타낸 도면; 및
도 5 및 도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈에 있어서, 회로 레이어의 구조를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈(10)의 적층 구조를 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈(10)에 있어서, 회로 레이어(100)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈(10)은 전도성 레이어(200)와, 회로 레이어(100)가 적층된 구조를 가진다.
상기 전도성 레이어(200)는 전기적 통전이 이루어질 수 있도록 전도성을 가지는 재질로 형성되며, 필름 형태로 형성될 수 있다.
그리고 상기 회로 레이어(100)는 서로 이격되도록 구비되는 제1전극(110, C+) 및 제2전극(120, C-)을 포함하는 전극채널을 포함하며, 상기 전도성 레이어(200)과 적층 구조를 형성한다.
특히 본 발명의 경우 상기 제1전극(110) 및 상기 제2전극(120)은, 외부로부터 압력이 가해질 경우 상기 전도성 레이어(100)에 의해 서로 통전되고, 해당 압력의 크기에 따라 정전용량이 감소하도록 형성된다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈(10) 및 종래의 압력센서 간의 정전용량 변화 경향의 차이를 나타낸 그래프이다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래의 정전용량 방식의 압력센서가 외부 압력에 따라 정전용량 충전이 이루어진 이후 방전되는 방식을 가지는 데 비해, 도 3의 (b)에 도시된 본 발명은 외부 압력에 따라 정전용량이 우선 방전되며, 이후 충전되는 방식으로 구조가 변경된 형태를 가진다.
이에 따라 본 발명은 종래에 비해 방전 속도를 쉽게 조정이 가능하며, 구조적 간결함이 유지될 수 있는 것은 물론, 외부 환경에 대한 영향이 매우 적다는 장점을 가질 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 보다 구체적으로 본 실시예에서 상기 제1전극(110)은 상기 회로 레이어(100) 상에서 제1방향으로 연장되는 제1메인전극부(112)와, 상기 제1메인전극부(112)로부터 상기 제1방향과 수직한 방향인 제2방향으로 연장되는 하나 이상의 제1보조전극부(114)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 상기 제1보조전극부(114)는 복수 개가 서로 이격된 형태로 상기 제2방향 측으로 연장된다.
또한 상기 제2전극(120)은, 상기 회로 레이어(100) 상에서 상기 제1메인전극부(112)와 이격된 위치에 제1방향으로 연장되는 제2메인전극부(122)와, 상기 제2메인전극부(122)로부터 상기 제2방향과 반대 방향인 제3방향으로 연장되되, 상기 제1보조전극부(114)와 이격되는 하나 이상의 제2보조전극부(124)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 상기 제2보조전극부(124)는 복수 개가 서로 이격된 형태로, 상기 제1보조전극부(114)의 사이사이로 상기 제3방향을 향해 연장된다.
이에 따라 외부로부터 상기 제1전극(110) 및 상기 제2전극(120)에 동시에 압력이 가해질 경우, 상기 제1전극(110) 및 상기 제2전극(120)은 상기 전도성 레이어(200)에 의해 통전되며, 해당 압력의 크기에 따라 정전용량이 감소하도록 형성된다.
즉 본 발명은 상기 제1전극(110) 및 상기 제2전극(120)의 두 극성사이에 정전용량 및 저항 성분이 존재하며, 외부 압력을 가하면 저항 성분이 0에 수렴되고(쇼트), 정전용량도 이에 비례하여 감소하게 된다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈에 있어서, 회로 레이어(100)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 본 발명의 제2실시예의 경우, 전술한 제1실시예와 전체적으로 동일한 구조를 가지도록 형성되나, 상기 제1전극(110)에는 상기 제1전극(110)의 일부 영역, 구체적으로 제1보조전극부(114)의 일부 영역을 확장하도록 구비되는 제1확장부(R1)가 구비되며, 상기 제2전극(120)에는 상기 제2전극(120)의 일부 영역, 구체적으로 제2보조전극부(124)의 일부 영역을 확장하도록 구비되는 제2확장부(R2)가 구비되는 특징을 가진다.
이와 같은 상기 제1확장부(R1) 및 상기 제2확장부(R2)는 상기 제1보조전극부(114) 및 상기 제2보조전극부(124)의 점유 면적을 보다 넓게 형성하도록 하며, 외부 압력이 좁은 면적에 가해질 경우에도 용이하게 통전이 이루어지도록 할 수 있다.
또한 본 실시예의 경우, 상기 제1확장부(R1) 및 상기 제2확장부(R2)는 각각 상기 제1전극(110)의 제1보조전극부(114) 또는 상기 제2전극(120)의 제2보조전극부(124)를 따라 복수 개가 구비되며. 특히 상기 제1확장부(R1) 및 상기 제2확장부(R2)는 서로 엇갈리게 교차되는 형태로 구비됨에 따라 점유 면적을 극대화할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈에 있어서, 회로 레이어(100)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6에 도시된 본 발명의 제3실시예의 경우, 전술한 제1실시예 및 제2실시예와 전체적으로 동일한 구조를 가지도록 형성되나, 상기 회로 레이어(100)는 복수 개의 전극채널을 포함한다는 특징을 가진다.
구체적으로 본 실시예에서 상기 회로 레이어(100)는 서로 이격되도록 구비되는 제1-1전극(110, C+1) 및 제2-1전극(120, C-1)을 포함하는 제1전극채널과, 제1-2전극(130, C+2) 및 제2-2전극(140, C-2)을 포함하는 제2전극채널과, 제1-3전극(150, C+3) 및 제2-3전극(160, C-3)을 포함하는 제3전극채널과, 제1-4전극(170, C+4) 및 제2-4전극(180, C-4)을 포함하는 제4전극채널을 포함한다.
그리고 상기 제1전극채널과 상기 제2전극채널은 서로 나란히 이격된 형태로 배치되고, 또한 상기 제3전극채널과 상기 제4전극채널은 서로 나란히 이격된 형태로 배치된다. 이때 상기 제1전극채널, 상기 제2전극채널은 각각 상기 제3전극채널, 상기 제4전극채널과 서로 교차되도록 형성된다.
즉 상기 전극채널 각각은 제1방향 또는 상기 제1방향과 수직한 제2방향 중 어느 한 방향을 따라 구비될 수 있다.
이와 함께 본 실시예의 경우 상기 제1-1전극(110)에는 상기 제1-1전극(110)의 일부 영역을 확장하도록 구비되는 제1확장부(R1)가, 상기 제2-1전극(120)에는 상기 제2-1전극(120)의 일부 영역을 확장하도록 구비되는 제2확장부(R2)가 구비된다.
마찬가지로 상기 제1-2전극(130)에는 상기 제1-2전극(130)의 일부 영역을 확장하도록 구비되는 제3확장부(R3)가, 상기 제2-3전극(140)에는 상기 제2-3전극(140)의 일부 영역을 확장하도록 구비되는 제4확장부(R4)가 구비된다.
또한 상기 제1-3전극(150)에는 상기 제1-3전극(150)의 일부 영역을 확장하도록 구비되는 제5확장부(R5)가, 상기 제2-3전극(160)에는 상기 제2-3전극(160)의 일부 영역을 확장하도록 구비되는 제6확장부(R6)가 구비된다.
그리고 상기 제1-4전극(170)에는 상기 제1-4전극(170)의 일부 영역을 확장하도록 구비되는 제7확장부(R7)가, 상기 제2-4전극(180)에는 상기 제2-4전극(190)의 일부 영역을 확장하도록 구비되는 제8확장부(R8)가 구비된다.
이에 따라 본 발명은 외부 압력에 의해 복수 개의 전극채널에 동시에 통전이 이루어지도록 할 수 있다. 예컨대, 도 6과 같은 기 설정된 위치에 압력포인트(P)가 발생한 경우, 제1전극채널 및 제3전극채널이 동시에 활성화될 수 있을 것이다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10: 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈
100: 회로 레이어
110: 제1전극
112: 제1메인전극부
114: 제1보조전극부
120: 제2전극
122: 제2메인전극부
124: 제2보조전극부
200: 전도성 레이어

Claims (6)

  1. 전도성을 가지도록 형성되는 전도성 레이어; 및
    서로 이격되도록 구비되는 제1전극 및 제2전극을 포함하는 전극채널을 포함하며, 상기 전도성 레이어와 적층 구조를 형성하는 회로 레이어;
    를 포함하고,
    상기 제1전극 및 상기 제2전극은, 외부로부터 압력이 가해질 경우 상기 전도성 레이어에 의해 서로 통전되고, 압력의 크기에 따라 정전용량이 감소하도록 형성되는 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극은,
    상기 회로 레이어 상에서 제1방향으로 연장되는 제1메인전극부; 및
    상기 제1메인전극부로부터 상기 제1방향과 수직한 방향인 제2방향으로 연장되는 하나 이상의 제1보조전극부;
    를 포함하며,
    상기 제2전극은,
    상기 회로 레이어 상에서 상기 제1메인전극부와 이격된 위치에 제1방향으로 연장되는 제2메인전극부; 및
    상기 제2메인전극부로부터 상기 제2방향과 반대 방향인 제3방향으로 연장되되, 상기 제1보조전극부와 이격되는 하나 이상의 제2보조전극부;
    를 포함하는 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극에는 상기 제1전극의 일부 영역을 확장하도록 구비되는 제1확장부가 구비되며,
    상기 제2전극에는 상기 제2전극의 일부 영역을 확장하도록 구비되는 제2확장부가 구비되는 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1확장부 및 상기 제2확장부는 각각 상기 제1전극 또는 상기 제2전극을 따라 복수 개가 구비되되. 상기 제1확장부 및 상기 제2확장부는 서로 엇갈리게 교차되는 형태로 구비되는 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회로 레이어는 복수 개의 전극채널을 포함하는 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전극채널 각각은 제1방향 또는 상기 제1방향과 수직한 제2방향 중 어느 한 방향을 따라 구비되는 정전용량 우선 방전식 압력센서모듈.
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