KR20220014080A - 압력 센서 어레이가 배치된 패드 및 이를 이용한 건강 관리 데이터 분석 시스템 - Google Patents

압력 센서 어레이가 배치된 패드 및 이를 이용한 건강 관리 데이터 분석 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른, 압력 센서 어레이 장치는 제 1 기재층; 제 1 기재층의 하부에 결합된 전도층; 제 2 기재층; 제 2 기재층의 상부에 결합된 전극층; 상기 제 1 기재층과 제 2 기재층의 사이에 배치되고, 상기 전도층과 전극층의 두께의 합보다 큰 두께를 갖는 스페이서 층을 포함하되, 상기 전극층은 갈퀴 형상으로 서로 엇갈리도록 전기적 비접촉 상태로 배치된 제 1 전극과 제 2 전극을 포함하고, 제 1 전극과 제 2 전극으로 이루어진 전극쌍이 어레이 형태로 배치되고, 상기 전도층과 전극층은 서로 마주보도록 어레이 형태로 제공되는 것이고, 상기 스페이서 층은 상기 전도층과 전극층의 영역이 함몰된 함볼부를 포함한다.
본 발명을 사용하면, 압력 센서 어레이를 통해 수신되는 각 센서의 압력 데이터를 이용하여 다양한 응용 서비스를 제공할 수 있다. 예를 들면, 방석에 앉아 있는 사용자의 자세를 분석하는 응용 서비스, 매트에서 취침하는 사용자의 취침 상태를 분석하는 응용 서비스, 환자용 침대에 배치된 매트에서 환장의 각종 건강 상태를 모니터링하는 응용 서비스 등 다양한 건강 관리 서비스를 제공할 수 있다.

Description

압력 센서 어레이가 배치된 패드 및 이를 이용한 건강 관리 데이터 분석 시스템{PAD WITH PRESSURE SENSOR ARRAY AND HEALTH CARE DATA ANALYSIS SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 압력 센서 어레이가 배치된 패드 및 이를 이용한 건강 관리 데이터 분석 시스템에 대한 것이다.
최근 들어, 센서 기술이 발전함에 따라 다양한 센서를 활용한 IT 기기에 대한 수요가 증가하고 있다. 압력 센서 역시 다양한 형태로 개발되고 있는데, 최근에 제품화된 FSR (Force Sensing Resistor) 저항층 기반 압력 센서는 박막형으로 제조할 수 있어 다양한 용도로 활용되고 있다.
이러한 FSR 압력 센서는 전도층과 하부의 회로 층(FPC)이 스페이서를 사이에 두고 순차적으로 적층되어 있는 구조로, 압력이 없는 상태에서는 무한대의 저항을 가지지만, 압력이 인가되면 전도층과 회로층이 접촉하여 저항이 감소하게 되며, 이를 감지하여 압력 상태를 출력하는 구조를 가진다.
다만, 최근에 개발되고 있는 FSR 압력 센서는 단일한 소자 형태로 제조되고 있어, 각 제품의 제조 공정에 따른 편차가 발생할 수 있다. 이에 따라, 다수의 압력 센서를 분산하여 배치하는 응용예에서는 각 압력 센서별로 상이한 센싱 값을 출력하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에서는 여러 개의 압력 센서가 넓게 분포하는 응용에 사용할 수 있는 어레이 구조의 압력 센서를 제안하고, 이를 활용한 패드 장치를 제공하고자 한다. 이러한 패드는 방석, 바닥에 까는 매트 등의 형태로 제공될 수 있으며, 이를 통해 방석에 앉아 있거나 매트에 누워있는 사용자에 의한 압력 분포를 실시간으로 확인할 수 있도록 한다. 그리고, 압력 센서 어레이가 배치된 패드와 컴퓨팅 장치를 유무선 통신 네트워크를 통해 접속시켜, 사용자의 건강 관리 데이터를 수집하고, 적절한 응용 서비스를 제공할 수 있게 한다.
본 발명에서는 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 새로운 구조의 압력 센서 어레이가 배치된 패드 및 이를 이용한 건강 관리 데이터 분석 시스템 이 형성되도록 하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 압력 센서 어레이 장치는 제 1 기재층; 제 1 기재층의 하부에 결합된 전도층; 제 2 기재층; 제 2 기재층의 상부에 결합된 전극층; 상기 제 1 기재층과 제 2 기재층의 사이에 배치되고, 상기 전도층과 전극층의 두께의 합보다 큰 두께를 갖는 스페이서 층을 포함하되, 상기 전극층은 갈퀴 형상으로 서로 엇갈리도록 전기적 비접촉 상태로 배치된 제 1 전극과 제 2 전극을 포함하고, 제 1 전극과 제 2 전극으로 이루어진 전극쌍이 어레이 형태로 배치되고, 상기 전도층과 전극층은 서로 마주보도록 어레이 형태로 제공되는 것이고, 상기 스페이서 층은 상기 전도층과 전극층의 영역이 함몰된 함볼부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 압력 센서 어레이가 배치된 패드 및 이를 이용한 건강 관리 데이터 분석 시스템을 사용하면, 압력 센서 어레이를 통해 수신되는 각 센서의 압력 데이터를 이용하여 다양한 응용 서비스를 제공할 수 있다. 예를 들면, 방석에 앉아 있는 사용자의 자세를 분석하는 응용 서비스, 매트에서 취침하는 사용자의 취침 상태를 분석하는 응용 서비스, 환자용 침대에 배치된 매트에서 환장의 각종 건강 상태를 모니터링하는 응용 서비스 등 다양한 건강 관리 서비스를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서 어레이의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서 어레이의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도층의 구성을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 전극 어레이를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 전극 어레이를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서 층을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 어레이간 절연층을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 패드와 컴퓨팅 장치의 동작을 도시한 것이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서 어레이의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1은 압력 센서 어레이(100)의 단면 구조를 도시한 것으로, 제 1 기재층(110), 전도층(120), 스페이서(130), 전극층(140) 및 제 2 기재층(150)을 포함한다. 도면에서는 설명의 편의를 위해, 압력 센서 어레(100)에 포함되는 복수의 압력 센서 소자 중 단일 소자의 구성을 도시하고 있다.
제 1 기재층(110)의 상부에서 압력이 제공되면, 압력에 의해 전도층(120)과 전극층(140)의 접촉 상태가 변화하게 되고, 이에 따라 전극층(140)에 인가되는 저항이 변화하게 되어, 결과적으로 전극층(140)에서 출력되는 전류값이 달라진다. 이와 같이, 압력 변화에 따른 저항 변화로 인해 압력센서의 출력값이 결정된다.
전도층(120)은 일반적인 FSR 기반 압력 센서에 사용되는 것으로, 예를 들면 고저항 카본등이 사용될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적인 구성은 도 3을 통해 설명하기로 한다.
스페이서(130)는 전도층(120)과 전극층(140)의 두께의 합보다 크도록 제공되어, 압력이 제공되지 않을때는 전도층(120)과 전극층(140)이 전기적으로 절연상태에 있도록 한다. 본 발명에서는 스페이서(130)로서 양면 테이프를 사용하는 실시예를 제시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적인 구성에 대해서는 도 6을 통해 설명하기로 한다.
이때, 전극층(140)의 구조는 도 2에 도시된 구조를 갖는다. 전극층(140)은 서로 동일 평면상에 배치된 제 1 전극(141)과 제 2 전극(143)을 포함하는데, 각각은 빗 또는 갈퀴 형상의 분기된 전극들을 더 포함하고, 이러한 분기 전극들이 서로 접촉되지 않은 상태에서 나란하게 배열된 구조를 갖는다. 제 1 전극(141)과 제 2 전극(143)이 전극쌍을 형성하게 되고, 이러한 전극쌍이 어레이 형태로 배치된다. 이렇게 배치된 상태의 전극층(140) 상부에 전도층(120)이 접촉되는데, 압력에 따라 접촉 영역의 면적이 달라지므로, 압력에 비례하여 저항값이 작아지게 된다. 구체적인 구성에 대해서는 도 4 및 도 5를 통해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도층(120)의 구성을 도시한 것이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 전극 어레이를 도시한 것이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 전극 어레이를 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서 층을 도시한 것이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 어레이간 절연층을 도시한 것이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 전도층(120)과 제 1 전극 어레이 및 제 2 전극 어레이는 동일한 위치에 복수개가 어레이 구조로 배치된다. 도 1에서 설명한 바와 같이, 전도층(120)과 전극층(140)은 서로 마주 보도록 배치되어야 한다.
이때, 어레이 구조는 제 1 전극 어레이에 제공되는 전기 배선과 제 2 전극 어레이에 제공되는 전기 배선이 최대한 겹치지 않도록 제공된다. 즉, 도 4에서와 같이, 제 1 전극 어레이 에서는 전기 배선이 수평 방향으로 연장된 후 우측면에서 수직 하방으로 연장되어 ADC와 접속되고, 도 5에서와 같이 제 2 전극 어레이에서는 전기 배선이 수직 하방으로 연장된 후 하부측에서 수평 방향으로 연장되어 GPIO와 접속되는 구조를 갖는다.
이때, 제1 전극 어레이와 제 2 전극 어레이는 서로 전기적으로 접촉하지 않는 구조를 가질 수 있으나, 각각의 배선은 구조적으로 서로 교차할 수 밖에 없는 상태이다. 각 배선의 전기적 접촉을 방지하기 위해 도 7의 전극 어레이간 절연층이 추가로 배치된다. 즉, 제 1 전극 어레이 배선과 제 2 전극 어레이의 배선이 교차되는 영역을 고려하여, 도 7과 같은 구조의 전극 어레이간 절연층이 배치된다.
도 6에 도시된 어레이 형태의 스페이서(130)는 전도층(120)과 전극층(140)에 대응되는 영역이 함몰된 함몰부(160)를 어레이 형태로 포함한다. 즉, 도시된 선(A-A')를 따라 바라본 단면 구조는 도 1에 도시된 형태를 갖게 된다.
이와 같이 도 1 내지 도 7에 도시된 구조의 압력 센서 어레이는 도 8에 도시된 압력 센서 어레이를 내장한 패드(200) 형태로 제공될 수 있다. 즉, 패드(200)는 방석, 이불, 매트 등의 쿠션 소재에 압력 센서 어레이(100)가 내장되는 형태로 구성된다. 그리고, 패드(200)는 압력 센서 어레이(100)에서 출력되는 센싱 값을 처리하는 신호 처리부(미도시 됨)와 이를 외부 컴퓨팅 장치(300)로 전송하는 통신 모듈(미도시 됨)을 더 포함한다. 통신 모듈은 다른 네트워크 장치와 유무선 연결을 통해 제어 신호 또는 데이터 신호와 같은 신호를 송수신하기 위해 필요한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는 장치일 수 있다.
컴퓨팅 장치(300)는 패드(200)의 동작을 제어하는 제어 신호를 전송하거나, 패드(200)가 전송하는 압력 센서의 출력값을 수신하고, 이에 대한 응용 데이터를 생성하여 사용자에게 제공한다. 컴퓨팅 장치(300)는 메모리와 프로세서를 포함하는 것으로서, 응용 프로그램을 실행하는 서버, PC, 노트북, 스마트 폰, 태블릿 PC 등 다양한 종류로 구현될 수 있다.
컴퓨팅 장치(300)는 압력 센서 어레이를 통해 수신되는 각 센서의 압력 데이터를 이용하여 다양한 응용 서비스를 제공할 수 있다. 예를 들면, 방석에 앉아 있는 사용자의 자세를 분석하는 응용 서비스, 매트에서 취침하는 사용자의 취침 상태를 분석하는 응용 서비스, 환자용 침대에 배치된 매트에서 환장의 각종 건강 상태를 모니터링하는 응용 서비스 등 다양한 건강 관리 서비스를 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서 어레이가 배치된 패드 및 이를 이용한 건강 관리 데이터 분석 시스템은 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 압력 센서 어레이
200: 패드
300: 컴퓨팅 장치

Claims (1)

  1. 압력 센서 어레이 장치에 있어서,
    제 1 기재층;
    제 1 기재층의 하부에 결합된 전도층;
    제 2 기재층;
    제 2 기재층의 상부에 결합된 전극층;
    상기 제 1 기재층과 제 2 기재층의 사이에 배치되고, 상기 전도층과 전극층의 두께의 합보다 큰 두께를 갖는 스페이서 층을 포함하되,
    상기 전극층은 갈퀴 형상으로 서로 엇갈리도록 전기적 비접촉 상태로 배치된 제 1 전극과 제 2 전극을 포함하고, 제 1 전극과 제 2 전극으로 이루어진 전극쌍이 어레이 형태로 배치되고,
    상기 전도층과 전극층은 서로 마주보도록 어레이 형태로 제공되는 것이고,
    상기 스페이서 층은 상기 전도층과 전극층의 영역이 함몰된 함볼부를 포함하는 것인 압력 센서 어레이 장치.
KR1020200093684A 2020-07-28 2020-07-28 압력 센서 어레이가 배치된 패드 및 이를 이용한 건강 관리 데이터 분석 시스템 KR20220014080A (ko)

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