WO2023167346A1 - 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치 - Google Patents

스트랩을 이용한 압전 센싱 장치 Download PDF

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WO2023167346A1
WO2023167346A1 PCT/KR2022/002982 KR2022002982W WO2023167346A1 WO 2023167346 A1 WO2023167346 A1 WO 2023167346A1 KR 2022002982 W KR2022002982 W KR 2022002982W WO 2023167346 A1 WO2023167346 A1 WO 2023167346A1
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strap
piezoelectric sensor
piezoelectric
hole
elastic member
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Application number
PCT/KR2022/002982
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English (en)
French (fr)
Inventor
장현호
김민정
Original Assignee
젠트리 주식회사
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/113—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb occurring during breathing

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric sensing device using a strap, and more particularly, to a piezoelectric sensing device using a piezoelectric sensor that measures a sensed value for relaxation or contraction of a fastening portion to which a strap is fastened by using a tensile force of the strap. .
  • the piezoelectric phenomenon refers to a phenomenon in which a dielectric polarization is generated by the applied force, that is, stress, when a force is applied in any direction of a crystal, and an electric charge proportional to the stress appears, and is also called the Piezo effect.
  • a piezoelectric sensor refers to a device that measures pressure, acceleration, and strain using a piezoelectric phenomenon and converts it into an electrical signal. It is small in size and simple and easy to configure, so its effectiveness is recognized in a wide variety of fields such as quality assurance and control.
  • sensors mounted on an electronic device can collect information related to the electronic device, the outside of the electronic device, or the user.
  • electronic devices that provide a function of checking a user's biosignal are being developed.
  • the respiratory rate is one of the vital signs that determine the most basic level of vitality of the body, and various methods are used to measure the respiratory rate, that is, the number of breaths per minute.
  • methods of measuring the respiratory rate or respiratory rate of a subject include spirometry and capnometry.
  • Spirometry is a method of measuring the flow of air entering and leaving the lungs using a spirometry
  • capnometry is a method of measuring CO2 according to respiration.
  • a technical problem of the present invention is to provide a piezoelectric sensing device using a piezoelectric sensor capable of measuring a sensed value for relaxation or contraction of a fastening portion to which a strap is fastened using a tensile force of the strap.
  • a piezoelectric sensing device using a strap includes a body in which a piezoelectric sensor is disposed on an inner bottom surface; a strap penetrating at least a portion of the body; And an elastic member is disposed on a lower surface facing the main body, and the strap is disposed across the upper surface, and when tension is applied to the strap, the elastic member contracts and one end of the elastic member moves the piezoelectric sensor. It may include a lifting member that pressurizes and reduces the pressure applied to the piezoelectric sensor together with relaxation of the elastic member when tension in the strap is weakened.
  • the main body may have a first through hole and a second through hole for fastening the strap to both side walls facing each other.
  • the lifting member may further include a third through hole and a fourth through hole for fastening the strap at positions corresponding to the first through hole and the second through hole.
  • the elastic member is a coil spring, and a pressure plate for evenly pressing the piezoelectric sensor may be attached to one end of the spring.
  • the elastic member is a U-shaped leaf spring, and a pressure plate for evenly pressing the piezoelectric sensor may be attached to a central curved surface of the leaf spring.
  • a wireless communication module for transmitting the measurement value of the piezoelectric sensor to the outside may be further included.
  • At least two or more elastic members may be disposed on a lower surface of the elevating member, and the pressing rod may protrude from a lower surface of the elevating member at a position facing the piezoelectric sensor.
  • the main body may have a first through hole and a second through hole for fastening the strap to both side walls facing each other.
  • the lifting member may further include a third through hole and a fourth through hole for fastening the strap at positions corresponding to the first through hole and the second through hole.
  • a pressure plate for evenly pressing the piezoelectric sensor may be attached to one end of the pressure rod.
  • a wireless communication module for transmitting the measurement value of the piezoelectric sensor to the outside may be further included.
  • the present invention has the effect of easily measuring the sensed value for the relaxation or contraction of the fastening part to which the strap is fastened through a simple structure using the tensile force of the strap.
  • the present invention uses the tensile force of a strap fastened with a simple structure, it can be worn on the chest of a subject, and the abnormality of the subject by using the tensile force of the strap according to the contraction or relaxation of the thorax that occurs during the subject's respiration. There is an effect of accurately determining breathing to determine the state.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a piezoelectric sensing device using a strap according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a piezoelectric sensing device using a strap according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a state in which the lifting member of the piezoelectric sensing device using the strap shown in FIG. 2 is lifted.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a state in which an elevating member of the piezoelectric sensing device using a strap shown in FIG. 2 is lowered;
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a modified example of the piezoelectric sensing device using a strap according to the first embodiment shown in FIG. 2;
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating a modified example of an elastic member of the piezoelectric sensing device using a strap according to the first embodiment shown in FIG. 2;
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a piezoelectric sensing device using a strap according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a piezoelectric sensing device using a strap according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a piezoelectric sensing device using a strap according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 A cross-sectional view illustrating a piezoelectric sensing device using a strap according to a fifth embodiment of the present invention.
  • MODULE refers to a unit that processes a specific function or operation, and may mean hardware or software or a combination of hardware and software.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the piezoelectric sensing devices 10, 20, 30, and 40 using a strap use a measurement value of a piezoelectric sensor generated according to an increase or decrease in tension generated in a strap, for convenience of explanation. For this purpose, an example of what is applied to detecting the subject's respiration will be described.
  • the piezoelectric sensing devices 10 , 20 , 30 , and 40 using straps do not necessarily need to be used for diagnosis of sensing respiration of a subject.
  • the piezoelectric sensing devices 10, 20, 30, and 40 using a strap are worn on the thigh of a test subject, and use the tensile force of the strap due to contraction or relaxation of the thigh according to an exercise action or exercise state to measure the thigh. It may also be used to measure muscle density or muscle strength, but is not limited thereto.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a piezoelectric sensing device 10 using a strap according to an embodiment of the present invention.
  • a piezoelectric sensing device 10 is worn on the body of a subject by a strap 101, and when a part of the body contracts or relaxes when the strap 101 is not wrapped, the strap 101 Respiration of the subject may be sensed using the generated tension.
  • the test subject may be an animal (for example, a companion animal such as a dog or cat) as shown in FIG. 1 , and the subject to wear the piezoelectric sensing device 10 using a strap, that is, the subject is necessarily limited to these animals. I never do that.
  • the piezoelectric sensing device 10 using a strap may be worn on a person's body to sense a person's breath.
  • Respiration is divided into inspiration and expiration.
  • intercostal muscles contract to lift the ribs, and the diaphragm also contracts to decrease, increasing the volume of the thoracic cage. Conversely, during expiration, the intercostal muscles relax and the ribs go down, and the diaphragm also relaxes and goes up, reducing the volume of the thoracic cavity.
  • breathing may be defined in a broad sense including inspiration and expiration.
  • inspiration and expiration may refer to expansion and contraction of the ribcage in a narrower sense, and expansion and contraction of the lungs in a more narrow sense. That is, the definition of respiration in the present invention is interpreted as a comprehensive meaning of inspiration and expiration as well as relaxation and contraction of the chest or lungs.
  • the piezoelectric sensing device 10 is worn by a strap 101 wrapped around the chest of a subject, and when the subject breathes, the strap 101 is relaxed or contracted according to inhalation and exhalation. Therefore, it is recommended that the piezoelectric sensing device 10 be worn so as to cover the lung (chest) of the subject for smooth operation. In addition, it is preferable to wear it in a state with appropriate tension within a range that does not severely compress the lungs as the subject breathes.
  • the installation location it is not necessary to limit the installation location to the lung area, and it can be installed anywhere on the body as long as relaxation and contraction of the lung can be detected.
  • the body itself since the body itself is smaller than that of humans, relaxation and contraction of the lungs can be detected in almost all parts of the body, with only a difference in degree. Therefore, it does not matter if the piezoelectric sensing device 10 is worn at a location other than the lungs if it is within the body of the companion animal.
  • the strap 101 may be implemented in the form of a band to be worn on a subject.
  • Coupling members are provided at both ends of the band to facilitate wearing and releasing. Velcro, a buckle, or a snap button may be used as the coupling member.
  • the band provides a comfortable fit according to the body shape of the subject by being implemented to have elasticity or to adjust the length.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a piezoelectric sensing device 10 according to an exemplary embodiment.
  • a piezoelectric sensing device 10 includes a main body 100 , a strap 101 , and an elevating member 110 .
  • the main body 100 is formed in a tubular shape with an open top and a rectangular cross section.
  • the cross section of the main body 100 is formed in a quadrangular shape as an example, but the cross section of the main body 100 may be formed in a circular shape (see FIG. 5).
  • the cross section of the main body 100 may be formed in various shapes such as a triangle and a pentagon in addition to a square.
  • the main body 100 is shown as having an open top and described based on this, but the main body 100 may be formed in a closed top form.
  • the main body 100 has a first through hole 102 and a second through hole 102' for fastening the strap 101 to both side walls facing each other.
  • the first through hole 102 and the second through hole 102' may be formed in the lower part of the sidewall of the main body 100 to facilitate the operation of the lifting member 110 moving up and down inside the main body 100. .
  • a piezoelectric sensor 120 is provided on the inner bottom surface of the main body 100 .
  • the inner bottom surface of the main body 100 is defined as one surface provided with the piezoelectric sensor 120, and when the upper part of the main body 100 is open, the surface facing the upper part is the bottom of the main body 100. It can be cotton.
  • One surface of the main body 100 equipped with the piezoelectric sensor 120 may come into contact with the body of the test subject.
  • the piezoelectric sensor 120 is a sensor using an element having a piezoelectric effect, and is a sensor capable of converting vibration into electricity or, conversely, an electrical pulse into vibration.
  • An AD converter (not shown) or a battery (not shown) that converts an analog signal of the piezoelectric sensor 120 into a digital signal may be provided inside the main body 100 .
  • the elevating member 110 is formed in the same cross section as or similar to the cross section of the main body 100 and is provided inside the main body 100 .
  • the elevating member 110 moves up and down while being provided inside the body 100 .
  • the cross section of the elevating member 110 may be formed in a different shape from the cross section of the main body 100, but the same shape and the same cross section as the cross section of the main body 100 in order to prevent foreign substances from penetrating into the inside of the main body 100. It can be formed by area. As shown in FIG. 2 , the elevating member 110 may also serve to close the opened upper portion when the upper portion of the main body 100 is opened.
  • the lifting member 110 has a third through hole 141 to which the strap 101 is fastened at positions corresponding to the first through hole 102 and the second through hole 102' formed on both side walls of the main body 100. and a fourth through hole 141'.
  • An elastic member 111 formed of a coil spring is disposed on the lower surface of the elevating member 110 .
  • the coil spring is compressed and relaxed in a direction from the lower surface of the elevating member 110 toward the bottom surface of the main body 100 (ie, the surface on which the piezoelectric sensor 120 is provided).
  • the elastic member 111 can be compressed and relaxed from the lower surface of the elevating member 110 toward the bottom surface of the main body 100 (ie, the surface on which the piezoelectric sensor 120 is provided), in addition to the coil spring, It may be formed of any member.
  • the elastic member 111 may be formed as a U-shaped plate spring (see FIG. 6).
  • the elevating member 110 descends from the inside of the main body 100 toward the bottom surface on which the piezoelectric sensor 120 is provided, the force applied to the piezoelectric sensor 120 by the elastic member 111 increases, and the elevating member ( When the body 110 moves up and down in a direction opposite to the bottom surface inside the body 100, the force applied to the elastic member 111 by the piezoelectric sensor 120 is reduced.
  • the piezoelectric sensor 120 generates a signal corresponding to the magnitude of the pressing force of the elastic member 111 .
  • the magnitude of the signal generated by the piezoelectric sensor 120 may be used to detect respiration of the subject.
  • a pressure plate 112 for evenly pressing the piezoelectric sensor 120 may be attached to one end of the elastic member 111 .
  • the area of the pressure plate 112 may be the same as that of the piezoelectric sensor 120, slightly larger, or slightly smaller. If the elastic member 111 is formed as a U-shaped plate spring as shown in FIG. 6 , the pressing plate 112 may be attached to the central curved surface of the plate spring.
  • a wireless communication module 130 may be provided inside the main body 100 .
  • the wireless communication module 130 transmits a signal (ie, a measurement value) generated by the piezoelectric sensor 120 to the outside.
  • the external may refer to a diagnosis device or a diagnosis server for diagnosing a state of a subject using breathing detected from the subject.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a state in which the lifting member 110 of the piezoelectric sensing device 10 using a strap shown in FIG. 2 is lifted
  • FIG. 4 is a piezoelectric sensing device 10 using a strap shown in FIG. 2 It is a cross-sectional view illustrating a state in which the lifting member 110 is lowered.
  • the strap 101 is introduced into the body 100 through the first through hole 102 formed on the side wall of the body 100, and the third through hole of the elevating member 110 It passes through the hole 141 and is exposed to the upper surface of the elevating member 110 . Then, the strap 101 passes through the fourth through hole 141' of the elevating member 110 and is introduced into the main body 100 again, and finally through the second through hole 102' of the main body 100. It passes through and is drawn out of the main body 100.
  • the strap 101 fastened to the main body 100 and the elevating member 110 is worn on the body of the test subject so as to surround the chest of the test subject.
  • FIG 3 is a state in which the thorax is contracted in an expiration state during respiration of a subject.
  • the tension of the strap 101 is relatively reduced, and the elevating member 110 is moved upward and downward of the main body 100 by the elastic force of the elastic member 111 . Since the elevating member 110 moves upward of the main body 100, the elastic member 111 is relaxed, and as a result, the pressure plate 112 presses the piezoelectric sensor 120 is weakened. That is, the piezoelectric sensor 120 generates a signal with a relatively reduced level compared to when the subject is in an inhaled state.
  • FIG. 4 is a state in which the thorax is relaxed in an inspiration state during respiration of a subject.
  • a relatively increased tension is generated in the strap 101 compared to the exhalation (in the direction of the arrow in FIG. descend towards the side.
  • the elevating member 110 descends, the elastic member 111 is compressed, and the pressing force of the pressing plate 112 on the piezoelectric sensor 120 is relatively increased compared to a state in which the elastic member 111 is relaxed. That is, the piezoelectric sensor 120 generates a signal with a relatively increased level than when the subject is in an expiration state.
  • the piezoelectric sensing device 10 using the strap according to the present invention can easily detect respiration of the subject by using the measured value of the piezoelectric sensor 120 according to the tension of the strap 101 .
  • the piezoelectric sensing device 20 of the second embodiment is an embodiment in which the strap fastening method is modified compared to the piezoelectric sensing device 10 of the first embodiment.
  • the strap 201, the body 200, the elastic member 211, the pressure plate 212, the wireless communication module, and the piezoelectric sensor 220 are the strap 101 of the first embodiment ), the body 100, the elastic member 111, the pressing plate 112, the wireless communication module 130, and the piezoelectric sensor 120 have the same technical configuration, so duplicate descriptions are omitted.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a piezoelectric sensing device 20 using a strap according to a second embodiment of the present invention.
  • the elevating member 210 is formed to have the same cross section as the cross section of the main body 200 and is provided inside the main body 200 .
  • the elevating member 210 moves up and down while being provided inside the main body 200 .
  • the cross section of the elevating member 210 may be formed in a different shape from the cross section of the main body 200, but the same shape and the same cross section as the cross section of the main body 200 in order to prevent foreign substances from penetrating into the inside of the main body 200. It can be formed by area.
  • the elevating member 210 may also serve to close the opened upper portion when the upper portion of the main body 200 is opened.
  • An elastic member 211 and a pressing plate 212 are disposed on the lower surface of the elevating member 210, and a strap 201 is disposed across the upper surface.
  • the strap 201 is introduced into the body 200 through the first through hole 202 formed in the side wall of the body 200 and crosses the upper surface of the elevating member 210 to the inside of the body 200 again. is drawn out of the main body 200 through the second through hole 202' of the main body 200.
  • the piezoelectric sensing device 20 of the second embodiment when the subject breathes and the chest expands or contracts, tension is generated in the strap 201 in the outer direction of the first fastening hole and the second fastening hole formed in the main body 200. And, by the tension of the strap 201, the elevating member 210 descends toward the piezoelectric sensor 220 inside the main body 200. Then, the pressing plate 212 presses the piezoelectric sensor 220 .
  • the piezoelectric sensing device 30 of the third embodiment is an embodiment in which the strap fastening method is modified compared to the piezoelectric sensing device 20 of the second embodiment.
  • the piezoelectric sensing device 30 of the third embodiment includes a strap 301, a main body 300, an elastic member 311, an elevating member 310, a pressure plate 312, a wireless communication module, and a piezoelectric sensor 320. Since it has the same technical configuration as the strap 201, the body 200, the elastic member 211, the elevating member 210, the pressure plate 212, the wireless communication module, and the piezoelectric sensor 220 of the embodiment, redundant descriptions are omitted. do. However, only one through hole 302 is formed in the body 300 of the third embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a piezoelectric sensing device 30 according to a third embodiment.
  • a through hole 302 to which a strap 301 is fastened is formed on a side wall of the main body 300 in one direction.
  • One end of the strap 301 is connected to the outer side of the sidewall facing the sidewall of the main body 300 where the through hole 302 is formed. And the other end of the strap 301 passes through the through hole 302 from the outside of the main body 300 and is drawn into the main body 300 .
  • the strap 301 drawn into the body 300 crosses the upper surface of the elevating member 310 and is connected to the inner side of the sidewall facing the sidewall of the body 300 in which the through hole 302 is formed.
  • tension is applied to the strap 301 in the outer direction of the through hole 302 formed in the main body 300 when the subject breathes and the chest is relaxed or contracted. This occurs, and the elevating member 310 may descend toward the piezoelectric sensor 320 inside the main body 300 due to the tension of the strap 301 . Then, the pressing plate 312 presses the piezoelectric sensor 320 .
  • the piezoelectric sensing device 40 of the fourth embodiment is an embodiment in which the pressing method of the piezoelectric sensor is modified compared to the piezoelectric sensing device 20 of the second embodiment.
  • the strap 401, the body 400, the lifting member 410, the wireless communication module, the pressure plate 412, and the piezoelectric sensor 420 of the fourth embodiment are the strap 201, the body 200, and the strap of the second embodiment.
  • 201, the lifting member 210, the pressing plate 212, the wireless communication module and the piezoelectric sensor 120 have the same technical configuration, so duplicate descriptions are omitted.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a piezoelectric sensing device 40 according to a fourth embodiment.
  • the elastic member 411 is disposed on the lower surface of the elevating member 410 .
  • the number of arrangements of the elastic members 411 is not limited to any one.
  • the elastic member 411 may be disposed at a position where it does not interfere with the strap 401 introduced into the body 400.
  • the first through-hole 402 and the second through-hole 402' of the main body 400 to which the strap 401 is fastened may be disposed in a different sidewall direction.
  • the elastic member 411 is disposed not to contact the piezoelectric sensor 420 .
  • the pressure rod 412 is formed in a rod shape and may be disposed at a position facing the piezoelectric sensor 120 on the lower surface of the elevating member 410 . An end of the pressure rod 412 extends toward the piezoelectric sensor 420 . A pressure plate 413 for evenly pressing the piezoelectric sensor 120 may be attached to one end of the pressure rod 412 .
  • the pressure plate 413 may be selectively attached to the end of the pressure rod 412, and if the pressure plate 413 is not provided, the end of the pressure rod 412 presses the piezoelectric sensor 120. At this time, an impact prevention member (not shown) may be further formed at an end of the pressure rod 412 to prevent damage to the piezoelectric sensor 420 .
  • the piezoelectric sensing device 40 when the chest expands or contracts as the subject breathes, the first through hole 402 and the second through hole 402' formed in the main body 400 are directed outwardly. Tension is generated in the strap 401, and the elastic member 111 is contracted by the tension of the strap 401 so that the elevating member 410 can descend toward the piezoelectric sensor 120 inside the main body 400. There is. Then, the pressure bar 412 or the pressure plate 413 presses the piezoelectric sensor 120 .
  • the lifting member 410 has a third through hole (141 in FIG. 3) and a fourth through hole (141' in FIG. 3) to which the strap 401 is fastened, like the lifting member 410 of the first embodiment. may be formed.
  • the piezoelectric sensing device 50 of the fifth embodiment is an embodiment in which the positions of the elastic member 111, the pressure plate 112, and the pressure wire sensor 120 are modified compared to the piezoelectric sensing device 10 of the first embodiment.
  • the strap 501, the main body 500, the strap 101, the main body 100, and the lifting member 510 of the first embodiment are the strap 101, the main body 100, and the lifting member 510 of the first embodiment. Since it has the same technical configuration as the member 110, redundant description is omitted.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a piezoelectric sensing device 50 according to a fifth embodiment.
  • the piezoelectric sensor 520 is disposed on the lower surface of the elevating member 510 .
  • the piezoelectric sensor 520 is a sensor using an element having a piezoelectric effect, and is a sensor capable of converting vibration into electricity and vice versa, electrical pulse into vibration.
  • An elastic member 511 formed of a coil spring is disposed on the inner bottom surface of the main body 500 .
  • One end of the coil spring is connected to the inner bottom surface of the main body 500 and the other end extends toward the lifting member 510 .
  • the elastic member 511 may be formed of any member other than a coil spring as long as it can be compressed and relaxed.
  • the elastic member 511 may be formed as a U-shaped leaf spring. (See Fig. 6)
  • a pressure plate 512 for evenly pressing the piezoelectric sensor 520 may be attached to one end of the elastic member 511 .
  • the area of the pressure plate 512 may be the same as, slightly larger or smaller than that of the piezoelectric sensor 5520.
  • the elastic member 511 presses the piezoelectric sensor 520 with contraction and one end presses the piezoelectric sensor 520. 510) rises, the pressurization of the piezoelectric sensor 520 is reduced along with relaxation.

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Abstract

본 발명은 내부의 바닥면에 압전센서가 배치되는 본체; 상기 본체의 적어도 일부를 관통하는 스트랩; 및 상기 본체에 대향하는 하부면에 탄성부재가 배치되고, 상부면에 상기 스트랩이 가로질러 배치되며, 상기 스트랩에 장력이 가해지면 상기 탄성부재의 수축과 함께 상기 탄성부재의 일단이 상기 압전센서를 가압하고, 상기 스트랩에 장력이 약해지면 상기 탄성부재의 이완과 함께 상기 압전센서로의 가압을 줄이는 승강부재를 포함할 수 있다.

Description

스트랩을 이용한 압전 센싱 장치
본 발명은 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스트랩의 인장력을 이용하여 스트랩이 체결된 체결부위의 이완 또는 수축에 대한 센싱값을 측정하는 압전센서를 이용한 압전 센싱 장치에 관한 것이다.
압전현상이란 결정의 어느 방향에서 힘을 가한 경우 가해진 힘 즉, 응력에 의해 유전분극이 발생되어 응력에 비례하는 전하가 나타나는 현상을 말하며, 피에조 효과(Piezo effect)라고도 한다. 이러한 압전 현상을 이용하여 많은 제품들이 개발되었는데 그 중 대표적인 것이 압전센서이다. 압전센서는 압전현상을 이용하여 압력, 가속도, 스트레인을 측정하여 전기신호로 변환시키는 장치를 말하는데, 크기가 작고 구성이 간단하고 용이하여 품질보증, 제어 등 매우 다양한 분야에서 그 효용성을 인정받고 있다.
한편, 최근 건강에 대한 관심이 높아지면서 전자 장치를 이용한 헬스 케어 부분에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 예를 들어, 전자 장치에 장착되는 센서들은 전자 장치, 전자 장치의 외부, 또는 사용자와 관련된 정보들을 수집할 수 있는데, 사용자가 자신의 상태를 체크하기 위해서는 지속적으로 생체 신호를 측정하는 것이 무엇보다도 중요하다. 이와 관련하여, 사용자의 운동 상태 또는 이상 상태를 모니터링할 수 있도록 하는 기술이 요구됨에 따라 사용자의 생체 신호를 체크하는 기능을 제공하는 전자 장치들이 개발되고 있다.
특히, 사용자로부터 수집하는 생체 신호 중 호흡수는 신체의 가장 기본적인 활력 정도를 파악하는 바이탈 사인 중 하나로서, 호흡률, 즉 분당 호흡수를 측정하기 위해 다양한 방식이 사용되고 있다.
예를 들어, 피검체의 호흡률 또는 호흡수를 측정하는 방식에는 폐활량측정법(spirometry), 호기말이산화탄소분압측정술(capnometry)의 방식이 존재한다.
폐활량측정법(spirometry)은 폐활량측정기를 이용하여 폐에 들어오고 나가는 공기의 흐름을 측정하는 방식이고, 호기말이산화탄소분압측정술(capnometry)은 호흡에 따른 CO2를 측정하는 방식이다. 이와 같은 종래의 방식은 정확도는 비교적 높으나, 추가 장비가 필요하고 지속적인 모니터링이 어렵다는 한계가 있다.
따라서, 고가의 장비가 없더라도 압전효과를 이용하여 간편하게 사용자의 생체 신호를 측정할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
본 발명의 기술적 과제는 스트랩의 인장력을 이용하여 스트랩이 체결된 체결부위의 이완 또는 수축에 대한 센싱값을 측정할 수 있는 압전센서를 이용한 압전 센싱 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 측면에 따른 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치는 내부의 바닥면에 압전센서가 배치되는 본체; 상기 본체의 적어도 일부를 관통하는 스트랩; 및 상기 본체에 대향하는 하부면에 탄성부재가 배치되고, 상부면에 상기 스트랩이 가로질러 배치되며, 상기 스트랩에 장력이 가해지면 상기 탄성부재의 수축과 함께 상기 탄성부재의 일단이 상기 압전센서를 가압하고, 상기 스트랩에 장력이 약해지면 상기 탄성부재의 이완과 함께 상기 압전센서로의 가압을 줄이는 승강부재를 포함할 수 있다.
상기 본체는, 서로 마주보는 양 측벽에 상기 스트랩을 체결하기 위한 제1 관통 홀 및 제2 관통홀이 형성될 수 있다.
상기 승강부재는, 상기 제1 관통홀 및 제2 관통홀에 대응하는 위치에 상기 스트랩을 체결하기 위한 제3 관통홀 및 제4 관통홀이 더 형성될 수 있다.
상기 탄성부재는 코일 스프링이며, 상기 스프링의 일 끝단에는 상기 압전센서를 고르게 가압하기 위한 가압판이 부착될 수 있다.
상기 탄성부재는 U자 형상의 판 스프링이며, 상기 판 스프링의 중앙 만곡면에는 상기 압전센서를 고르게 가압하기 위한 가압판이 부착될 수 있다.
상기 압전센서의 측정값을 외부로 송신하기 위한 무선통신모듈을 더 포함할 수 있다.
내부의 바닥면에 압전센서가 배치되는 본체; 상기 본체의 적어도 일부를 관통하는 스트랩; 및 상기 본체에 대향하는 하부면에 탄성부재와 가압봉이 배치되고, 상부면에 상기 스트랩이 가로질러 배치되며, 상기 스트랩에 장력이 가해지면 상기 탄성부재의 수축과 함께 상기 가압봉의 일단이 상기 압전센서를 가압하고, 상기 스트랩에 장력이 약해지면 상기 탄성부재의 이완과 함께 상기 압전센서로의 가압을 줄이는 승강부재를 포함할 수 있다.
상기 탄성부재는 상기 승강부재의 하부면에 적어도 둘 이상 배치되고, 상기 가압봉은 상기 압전센서에 대향하는 위치의 상기 승강부재의 하부면에 돌출 형성될 수 있다.
상기 본체는, 서로 마주보는 양 측벽에 상기 스트랩을 체결하기 위한 제1 관통홀 및 제2 관통홀이 형성될 수 있다.
상기 승강부재는, 상기 제1 관통홀 및 제2 관통홀에 대응하는 위치에 상기 스트랩을 체결하기 위한 제3 관통홀 및 제4 관통홀이 더 형성될 수 있다.
상기 가압봉의 일 끝단에는 상기 압전센서를 고르게 가압하기 위한 가압판이 부착될 수 있다.
상기 압전센서의 측정값을 외부로 송신하기 위한 무선통신모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 스트랩의 인장력을 이용하는 간단한 구조를 통해 스트랩이 체결된 체결부위의 이완 또는 수축에 대한 센싱값을 용이하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 간단한 구조로 체결된 스트랩의 인장력을 이용하기 때문에 피검체의 흉부에 착용되는 것이 가능하며, 피검체의 호흡 중 발생하는 흉곽의 수축 또는 이완에 따른 스트랩의 인장력을 이용하여 피검체의 이상 상태를 판단하기 위한 호흡을 정확하게 판단할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치를 예시한 모식도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치를 예시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치의 승강부재가 승강한 상태를 예시한 단면도.
도 4는 도 2에 도시된 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치의 승강부재가 하강한 상태를 예시한 단면도.
도 5는 도 2에 도시된 제1 실시예에 따른 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치의 변형된 예를 예시한 사시도.
도 6은 도 2에 도시된 제1 실시예에 따른 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치의 탄성부재의 변형된 예를 예시한 사시도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치를 예시한 단면도.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치를 예시한 단면도.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치를 예시한 단면도.
도 10 본 발명의 제5 실시예에 따른 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치를 예시한 단면도.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
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 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 기재한 모듈(MODULE)이란 용어는 특정한 기능이나 동작을 처리하는 하나의 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합을 의미할 수 있다.
또한 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.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하에서 설명하는 다양한 실시예에 따른 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치(10, 20, 30, 40)는 스트랩에 발생된 장력의 증가 및 감소에 따라 생성된 압전센서의 측정값을 이용하는 것으로서, 설명의 편의를 위해 피검체의 호흡을 감지하는데 적용된 것을 예를 들어 설명한다. 그러나 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치(10, 20, 30, 40)는 반드시 피검체의 호흡을 감지하는 진단용으로 사용될 필요는 없다. 예를 들어, 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치(10, 20, 30, 40)는 피검체의 대퇴부에 착용되고, 운동 동작 또는 운동 상태에 따라 대퇴부의 수축 또는 이완에 의한 스트랩의 인장력을 이용하여 대퇴부의 근육 밀도 또는 근육의 강도를 측정하는 데에도 사용될 수도 있으며, 이에 한정되는 것도 아니다.
[제1 실시예]
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치(10)를 예시한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예의 압전 센싱 장치(10)는 스트랩(101)에 의해 피검체의 신체에 착용되고, 스트랩(101)이 감싸지 신체의 일부가 수축 또는 이완할 때 스트랩(101)에 발생하는 장력을 이용하여 피검체의 호흡을 센싱할 수 있다.
피검체는 도 1에 도시된 바와 같이 동물(예를 들어, 강아지 또는 고양이와 같은 반려동물)일 수 있으며, 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치(10)의 착용 대상 즉, 피검체는 반드시 이들 동물로 한정하지 않는다. 예를 들면 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치(10)는 사람의 신체에 착용되어 사람의 호흡을 센싱할 수도 있다.
호흡은 흡기와 호기로 구분된다.
흡기(Inspiration) 과정에서는 늑간근(Intercostal muscle)이 수축하여 늑골(Rib)이 들리고, 횡격막(Diaphragm) 역시 수축함에 따라 내려가 흉강(Thoracic cage)의 부피가 늘어난다. 반대로, 호기(Expiration) 과정에서는 늑간근이 이완하여 늑골이 내려가고, 횡격막도 이완하여 올라가 흉강의 부피가 줄어든다.
본 발명에서 호흡은 흡기와 호기를 포함하는 광범위한 의미로 정의될 수 있다. 또는 좁은 의미로 흉곽의 팽창과 수축을 의미할 수 있으며, 더 좁은 의미로 폐의 팽창과 수축을 의미할 수 있다. 즉, 본 발명에서 호흡이라는 정의는 흡기와 호기를 포괄적인 의미뿐만 아니라 흉곽 또는 폐의 이완과 수축을 아우르는 의미로 해석된다.
압전 센싱 장치(10)는 피검체의 흉부 둘레를 감싸는 스트랩(101)에 의해 착용되고, 피검체가 호흡을 하면 들숨 날숨에 따라 스트랩(101)이 이완되거나 수축된다. 따라서 원활한 동작을 위해 압전 센싱 장치(10)는 피검체의 폐 부위(흉부)를 감싸도록 착용될 것이 권장된다. 또한, 피검체가 호흡함에 따라 폐를 심하게 압박하지 않는 범위 내에서 적절한 텐션을 가진 상태로 착용되는 것이 바람직하다.
다만 반드시 장착 위치를 폐 부위로 한정할 필요는 없으며 폐의 이완과 수축을 검출할 수 있다면 신체의 어느 부위라도 장착 가능하다. 특히 반려동물의 경우 신체 자체가 인간에 비해 작은 편이므로 정도의 차이가 있을 뿐 몸통의 거의 모든 부위에서 폐의 이완과 수축을 감지할 수 있다. 따라서 반려동물의 몸통 부위 내라면 압전 센싱 장치(10)를 굳이 폐부가 아닌 다른 위치에 착용해도 상관 없다.
스트랩(101)은 피검체에 착용 가능하도록 밴드의 형태로 구현될 수 있다. 밴드의 양 끝단은 결합부재가 구비되어 착용 및 해제를 용이하게 할 수 있다. 상기 결합부재로는 벨크로, 버클 또는 스냅 단추 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 밴드는 신축성을 가지거나 길이를 조절할 수 있도록 구현됨으로써 피검체의 체형에 따라 편안한 착용감을 제공한다.
도 2는 일 실시예에 따른 압전 센싱 장치(10)를 예시한 사시도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예의 압전 센싱 장치(10)는 본체(100), 스트랩(101) 및 승강부재(110)를 포함한다.
본체(100)는 상부가 개방되고, 단면이 사각의 형태를 가지는 통 형상으로 형성된다. 본 실시예에서 본체(100)의 단면은 사각의 형태로 형성된 것을 예를 들어 설명하지만 본체(100)의 단면은 원형의 형태로 형성될 수도 있다(도 5참조). 뿐만 아니라 본체(100)의 단면은 사각 외에 삼각, 오각 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
본 실시예에서 본체(100)는 상부가 개방된 것으로 도시하고 이를 기초로 설명하지만, 본체(100)는 상부가 폐쇄된 형태로 형성되어도 무방하다.
본체(100)는 서로 마주보는 양 측벽에 스트랩(101)을 체결하기 위한 제1 관통홀(102) 및 제2 관통홀(102')이 형성된다. 제1 관통홀(102) 및 제2 관통홀(102')은 본체(100) 내부에서 승강 또는 하강 하는 승강부재(110)의 동작을 원활히 하기 위해 본체(100) 측벽의 하부에 형성될 수 있다.
본체(100)의 내부 바닥면에는 압전센서(120)가 구비된다. 참고로, 본체(100)의 내부 바닥면은 압전센서(120)가 구비된 일 면으로 정의되며, 본체(100)의 상부가 개방된 경우, 그 상부와 대향하는 면이 본체(100)의 바닥면일 수 있다. 압전센서(120)가 구비된 본체(100)의 일 면은 피검체의 신체와 접촉될 수 있다.
압전센서(120)는 압전효과를 가진 소자를 이용한 센서로서 진동을 전기로, 또는 그 역으로 전기적 펄스를 진동으로 변환할 수 있는 센서이다.
본체(100)의 내부에는 압전센서(120)의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD컨버터(미도시) 또는 배터리(미도시) 등이 구비될 수 있다.
승강부재(110)는 본체(100)의 단면과 동일 또느 유사한 단면의 형태로 형성되어 본체(100)의 내부에 구비된다. 승강부재(110)는 본체(100)의 내부에 구비된 상태에서 승강 및 하강한다.
승강부재(110)의 단면은 본체(100)의 단면과 다른 형태로 형성되어도 가능하나, 본체(100)의 내부에 이물질 등이 침투하는 것을 방지하기 위해 본체(100)의 단면과 동일한 형태 및 동일한 면적으로 형성될 수 있다. 승강부재(110)는 도 2에서처럼 본체(100)의 상부가 개방된 경우 개방된 상부를 폐쇄하는 역할도 함께 할 수 있다.
승강부재(110)는 본체(100)의 양 측벽에 형성된 제1 관통홀(102) 및 제2 관통홀(102')에 대응하는 위치에 스트랩(101)이 체결되는 제3 관통홀(141) 및 제4 관통홀(141')이 형성된다.
승강부재(110)의 하부면에는 코일 스프링으로 형성된 탄성부재(111)가 배치된다. 코일 스프링은 승강부재(110)의 하부면에서 본체(100)의 바닥면(즉, 압전센서(120)가 구비된 면)을 향하는 방향으로 압축 및 이완된다. 본 실시예에서 탄성부재(111)는 코일 스프링 외에도 승강부재(110)의 하부면에서 본체(100)의 바닥면(즉, 압전센서(120)가 구비된 면)을 향해 압축 및 이완될 수 있다면 어떠한 부재로 형성되어도 무방하다. 예를 들면, 탄성부재(111)는 U자 형상의 판 스프링으로 형성될 수도 있다(도 6 참조).
승강부재(110)가 본체(100)의 내부에서 압전센서(120)가 구비된 바닥면을 향해 하강하면, 압전센서(120)가 탄성부재(111)로부터 가압받는 힘이 증가하고, 승강부재(110)가 본체(100)의 내부에서 바닥면과 반대하는 방향으로 승강하면 탄성부재(111)가 압전센서(120)로부터 가압받는 힘이 감소된다.
압전센서(120)는 이러한 탄성부재(111)의 가압하는 힘의 크기에 대응하는 신호를 생성한다. 압전센서(120)에 의해 생성된 신호의 크기는 피검체의 호흡을 감지하는데 사용될 수 있다.
한편, 탄성부재(111)의 일 끝단에는 압전센서(120)를 고르게 가압하기 위한 가압판(112)이 부착될 수 있다. 가압판(112)의 면적은 압전센서(120)와 동일하거나 또는 다소 더 크거나 또는 다소 더 작게 형성될 수 있다. 만약, 도 6에서처럼 탄성부재(111)가 U자 형상의 판 스프링으로 형성된다면 가압판(112)은 판 스프링의 중앙 만곡면 부위에 부착될 수 있다.
본체(100)의 내부에는 무선통신모듈(130)이 구비될 수 있다. 무선통신모듈(130)은 압전센서(120)에서 생성된 신호(즉, 측정값)를 외부로 송신한다. 여기서, 외부라 함은 피검체로부터 감지된 호흡을 이용하여 피검체의 상태를 진단하기 위한 진단장치 또는 진단서버 등을 가리킬 수 있다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 제1 실시예에 따른 압전 센싱 장치(10)가 피검체의 호흡을 감지하는 방식을 설명한다.
도 3은 도 2에 도시된 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치(10)의 승강부재(110)가 승강한 상태를 예시한 단면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치(10)의 승강부재(110)가 하강한 상태를 예시한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 스트랩(101)은 본체(100)의 측벽에 형성된 제1 관통홀(102)을 통과하여 본체(100)의 내부로 인입되고 승강부재(110)의 제3 관통홀(141)을 통과하여 승강부재(110)의 상부면으로 노출된다. 그리고 스트랩(101)은 승강부재(110)의 제4 관통홀(141')을 통과하여 다시 본체(100)부의 내부로 인입되고, 최종적으로 본체(100)의 제2 관통홀(102')을 통과하여 본체(100)의 외부로 인출된다.
이렇게 본체(100) 및 승강부재(110)에 체결된 스트랩(101)은 피검체의 흉부를 감싸도록 피검체의 신체에 착용된다.
도 3은 피검체의 호흡 중 호기 상태에서 흉곽이 수축된 상태이다. 피검체의 흉곽이 수축되면 스트랩(101)의 장력이 상대적으로 감소되고 탄성부재(111)의 탄성력에 의해 승강부재(110)가 본체(100)의 상부 방향으로 승강한다. 승강부재(110)가 본체(100)의 상부 방향으로 승강하기 때문에 탄성부재(111)는 이완되고 이로인해 가압판(112)이 압전센서(120)를 가압하는 힘이 약해진다. 즉, 압전센서(120)는 피검체가 흡기 상태일 때 보다 상대적으로 감소된 크기의 신호를 생성한다.
도 4는 피검체의 호흡 중 흡기 상태에서 흉곽이 이완된 상태이다. 피검체의 흉곽이 이완되면 스트랩(101)에 호기에 비해 상대적으로 증가된 장력이 발생(도 4의 화살표 방향)되고 스트랩(101)의 장력에 의해 승강부재(110)가 본체(100)의 바닥면을 향해 하강한다. 승강부재(110)가 하강하면 탄성부재(111)가 압축되면서 가압판(112)이 압전센서(120)를 가압하는 힘이 탄성부재(111)가 이완된 상태보다 상대적으로 증가한다. 즉, 압전센서(120)는 피검체가 호기 상태일 때 보다 상대적으로 증가된 크기의 신호를 생성한다.
따라서, 본 발명의 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치(10)는 스트랩(101)의 장력에 따른 압전센서(120)의 측정값을 이용하여 피검체의 호흡을 용이하게 감지할 수 있다.
[제2 실시예]
제2 실시예의 압전 센싱 장치(20)는 제1 실시예의 압전 센싱 장치(10)에 비해 스트랩 체결방식이 변형된 실시예이다.
*제2 실시예의 압전 센싱 장치(200)에서 스트랩(201), 본체(200), 탄성부재(211), 가압판(212) 무선통신모듈, 및 압전센서(220)는 제1 실시예의 스트랩(101), 본체(100), 탄성부재(111), 가압판(112) 무선통신모듈(130), 및 압전센서(120)와 동일한 기술 구성을 가지므로 중복된 설명을 생략한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치(20)를 예시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 승강부재(210)는 본체(200)의 단면과 동일한 단면의 형태로 형성되어 본체(200)의 내부에 구비된다. 승강부재(210)는 본체(200)의 내부에 구비된 상태에서 승강 및 하강한다. 승강부재(210)의 단면은 본체(200)의 단면과 다른 형태로 형성되어도 가능하나, 본체(200)의 내부에 이물질 등이 침투하는 것을 방지하기 위해 본체(200)의 단면과 동일한 형태 및 동일한 면적으로 형성될 수 있다. 승강부재(210)는 도면에서처럼 본체(200)의 상부가 개방된 경우 개방된 상부를 폐쇄하는 역할도 함께할 수 있다.
승강부재(210)의 하부면에는 탄성부재(211) 및 가압판(212)이 배치되고, 상부면에는 스트랩(201)이 가로질러 배치된다.
스트랩(201)은 본체(200)의 측벽에 형성된 제1 관통홀(202)을 통과하여 본체(200)의 내부로 인입되고 승강부재(210)의 상부면을 가로질러 다시 본체(200)의 내부에서 본체(200)의 제2 관통홀(202')을 통과하여 본체(200)의 외부로 인출된다.
제2 실시예의 압전 센싱 장치(20)는 피검체가 호흡을 하여 흉곽이 팽창 또는 수축하게 되면 본체(200)에 형성된 제1 체결홀 및 제2 체결홀의 외측 방향으로 스트랩(201)에 장력이 발생하고, 이러한 스트랩(201)의 장력에 의해 승강부재(210)가 본체(200)의 내부에서 압전센서(220)를 향해 하강한다. 그리고 가압판(212)이 압전센서(220)를 가압하게 된다.
[제3 실시예]
제3 실시예의 압전 센싱 장치(30)는 제2 실시예의 압전 센싱 장치(20)에 비해 스트랩 체결방식이 변형된 실시예이다.
제3 실시예의 압전 센싱 장치(30)는 스트랩(301), 본체(300), 탄성부재(311), 승강부재(310), 가압판(312) 무선통신모듈, 및 압전센서(320)는 제2 실시예의 스트랩(201), 본체(200), 탄성부재(211), 승강부재(210), 가압판(212) 무선통신모듈, 및 압전센서(220)와 동일한 기술구성을 가지므로 중복된 설명을 생략한다. 다만, 제3 실시예의 본체(300)에는 관통홀(302)이 하나만 형성된다.
도 8은 제3 실시예에 따른 압전 센싱 장치(30)를 예시한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본체(300)는 어느 일 방향의 측벽에 스트랩(301)이 체결되는 관통홀(302)이 형성된다.
스트랩(301)의 일단은 관통홀(302)이 형성된 본체(300)의 측벽과 마주보는 측벽의 외측에 연결된다. 그리고 스트랩(301)의 타단은 본체(300)의 외측에서 관통홀(302)을 통과하여 본체(300)의 내부로 인입된다. 본체(300)의 내부로 인입된 스트랩(301)은 승강부재(310)의 상부면을 가로질러 관통홀(302)이 형성된 본체(300)의 측벽과 마주보는 측벽의 내측에 연결된다.
제3 실시예에 따른 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치(30)는 피검체가 호흡을 하여 흉곽이 이완 또는 수축하게 되면 본체(300)에 형성된 관통홀(302)의 외측 방향으로 스트랩(301)에 장력이 발생하고, 이러한 스트랩(301)의 장력에 의해 승강부재(310)가 본체(300)의 내부에서 압전센서(320)를 향해 하강할 수 있다. 그리고 가압판(312)이 압전센서(320)를 가압하게 된다.
[제4 실시예]
제4 실시예의 압전 센싱 장치(40)는 제2 실시예의 압전 센싱 장치(20)에 비해 압전센서의 가압 방식이 변형된 실시예이다.
제4 실시예의 스트랩(401), 본체(400), 승강부재(410), 무선통신모듈, 가압판(412) 및 압전센서(420)는 제2 실시예의 스트랩(201), 본체(200), 스트랩(201), 승강부재(210), 가압판(212), 무선통신모듈 및 압전센서(120)와 동일한 기술 구성을 가지므로 중복된 설명을 생략한다.
도 9는 제4 실시예에 따른 압전 센싱 장치(40)를 예시한 단면도이다.
도 9를 참조하면, 탄성부재(411)는 승강부재(410)의 하부면에 배치된다. 본 실시예에서는 탄성부재(411)가 두 개 구비된 것으로 설명하나, 탄성부재(411)의 배치 개수는 어느 하나로 한정하지 않는다.
탄성부재(411)는 배치 위치는 본체(400)의 내부에 인입된 스트랩(401)과 간섭되지 않는 위치에 배치될 수 있다. 예를 들면, 스트랩(401)이 체결되는 본체(400)의 제1 관통홀(402) 및 제2 관통홀(402')이 형성되지 않은 다른 측벽 방향에 배치될 수 있다. 그리고 탄성부재(411)는 압전센서(420)와 접촉되지 않도록 배치된다.
가압봉(412)은 봉 형태로 형성되고, 승강부재(410)의 하부면에서 압전센서(120)에 대향하는 위치에 배치될 수 있다. 가압봉(412)의 끝단은 압전센서(420)을 향해 연장 형성된다. 가압봉(412)의 일 끝단에는 압전센서(120)를 고르게 가압하기 위한 가압판(413)이 부착될 수 있다.
가압판(413)은 선택적으로 가압봉(412)의 끝단에 부착될 수 있으며, 만약 가압판(413)이 구비되지 않는다면, 가압봉(412)이 끝단이 압전센서(120)를 가압하게 된다. 이때, 가압봉(412)의 끝단에는 압전센서(420)의 파손을 방지하는 충격방지부재(미도시)가 더 형성될 수 있다.
제4 실시예의 압전 센싱 장치(40)는 피검체가 호흡을 하여 흉곽이 팽창 또는 수축하게 되면 본체(400)에 형성된 제1 관통홀(402) 및 제2 관통홀(402’)의 외측 방향으로 스트랩(401)에 장력이 발생하고, 이러한 스트랩(401)의 장력에 의해 탄성부재(111)가 수축되면서 승강부재(410)가 본체(400)의 내부에서 압전센서(120)를 향해 하강할 수 있다. 그리고 가압봉(412) 또는 가압판(413)이 압전센서(120)를 가압하게 된다.
만약, 스트랩(401)에 장력이 약해지면(호기 상태) 탄성부재(111)의 이완과 함께 가압봉(412) 또는 가압판(413)이 압전센서(120)를 가압하는 힘이 감소된다.
본 실시예에서 승강부재(410)는 제1 실시예의 승강부재(410)처럼 스트랩(401)이 체결되는 제3 관통홀(도 3의 141) 및 제4 관통홀(도 3의 141’)이 형성될 수도 있다.
[제5 실시예]
제5 실시예의 압전 센싱 장치(50)는 제1 실시예의 압전 센싱 장치(10)에 비해 탄성부재(111), 가압판(112) 및 압선센서(120)의 위치가 변형된 실시예이다.
제5 실시예에서 스트랩(501), 본체(500), 제1 실시예의 스트랩(101), 본체(100), 승강부재(510)는 제1 실시예의 스트랩(101), 본체(100), 승강부재(110)와 동일한 기술 구성을 가지므로 중복된 설명을 생략한다.
도 10은 제5 실시예의 압전 센싱 장치(50)를 예시한 단면도이다.
도 10을 참조하면, 압전센서(520)는 승강부재(510)의 하부면에 배치된다.
압전센서(520)는 압전효과를 가진 소자를 이용한 센서로서, 진동을 전기로, 또 역으로 전기적 펄스를 진동으로 변환할 수 있는 센서이다.
본체(500)의 내부 바닥면에는 코일 스프링으로 형성된 탄성부재(511)가 배치된다. 코일 스프링은 일단이 본체(500)의 내부 바닥면에 연결되고, 타단이 승강부재(510)를 향해 연장된다. 본 실시예에서 탄성부재(511)는 코일 스프링 외에도 압축 및 이완될 수 있다면 어떠한 부재로 형성되어도 무방하다. 예를 들면, 탄성부재(511)는 U자 형상의 판 스프링으로 형성될 수도 있다. (도 6 참조)
탄성부재(511)의 일 끝단에는 압전센서(520)를 고르게 가압하기 위한 가압판(512)이 부착될 수 있다. 가압판(512)의 면적은 압전센서(5520)와 동일하거나 또는 다소 더 크거나 또는 다소 더 작게 형성될 수 있다
탄성부재(511)는 스트랩(501)에 장력이 가해져 승강부재(510)가 하강하면 수축과 함께 일단이 상기 압전센서(520)를 가압하고, 상기 스트랩(501)에 장력이 약해져 상기 승강부재(510)가 상승하면 이완과 함께 상기 압전센서(520)의 가압을 줄인다.
이상에서는 본 발명에 관한 몇 가지 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 내부의 바닥면에 압전센서가 배치되는 본체;
    상기 본체의 적어도 일부를 관통하는 스트랩; 및
    상기 본체에 대향하는 하부면에 탄성부재가 배치되고, 상부면에 상기 스트랩이 가로질러 배치되며, 상기 스트랩에 장력이 가해지면 상기 탄성부재의 수축과 함께 상기 탄성부재의 일단이 상기 압전센서를 가압하고, 상기 스트랩에 장력이 약해지면 상기 탄성부재의 이완과 함께 상기 압전센서로의 가압을 줄이는 승강부재
    를 포함하는 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체는, 서로 마주보는 양 측벽에 상기 스트랩을 체결하기 위한 제1 관통 홀 및 제2 관통홀이 형성되는 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 승강부재는, 상기 제1 관통홀 및 제2 관통홀에 대응하는 위치에 상기 스트랩을 체결하기 위한 제3 관통홀 및 제4 관통홀이 더 형성되는 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄성부재는 코일 스프링이며, 상기 스프링의 일 끝단에는 상기 압전센서를 고르게 가압하기 위한 가압판이 부착되는 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탄성부재는 U자 형상의 판 스프링이며, 상기 판 스프링의 중앙 만곡면에는 상기 압전센서를 고르게 가압하기 위한 가압판이 부착되는 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압전센서의 측정값을 외부로 송신하기 위한 무선통신모듈을 더 포함하는 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치.
  7. 내부의 바닥면에 압전센서가 배치되는 본체;
    상기 본체의 적어도 일부를 관통하는 스트랩; 및
    상기 본체에 대향하는 하부면에 탄성부재와 가압봉이 배치되고, 상부면에 상기 스트랩이 가로질러 배치되며, 상기 스트랩에 장력이 가해지면 상기 탄성부재의 수축과 함께 상기 가압봉의 일단이 상기 압전센서를 가압하고, 상기 스트랩에 장력이 약해지면 상기 탄성부재의 이완과 함께 상기 압전센서로의 가압을 줄이는 승강부재
    를 포함하는 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 탄성부재는 상기 승강부재의 하부면에 적어도 둘 이상 배치되고,
    상기 가압봉은 상기 압전센서에 대향하는 위치의 상기 승강부재의 하부면에 돌출 형성되는 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 본체는, 서로 마주보는 양 측벽에 상기 스트랩을 체결하기 위한 제1 관통홀 및 제2 관통홀이 형성되는 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 승강부재는, 상기 제1 관통홀 및 제2 관통홀에 대응하는 위치에 상기 스트랩을 체결하기 위한 제3 관통홀 및 제4 관통홀이 더 형성되는 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 가압봉의 일 끝단에는 상기 압전센서를 고르게 가압하기 위한 가압판이 부착되는 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 압전센서의 측정값을 외부로 송신하기 위한 무선통신모듈을 더 포함하는 스트랩을 이용한 압전 센싱 장치.
  13. 내부의 바닥면에 구비되어 상부를 향해 수축 또는 이완되는 탄성부재가 배치된 본체;
    상기 본체의 적어도 일부를 관통하는 스트랩; 및
    상기 본체에 대향하는 하부면에 압전센서가 배치되고, 상부면에 상기 스트랩이 가로질러 배치되는 승강부재를 포함하고,
    상기 탄성부재는 상기 스트랩에 장력이 가해져 상기 승강부재가 하강하면 수축과 함께 일단이 상기 압전센서를 가압하고, 상기 스트랩에 장력이 약해져 상기 승강부재가 상승하면 이완과 함께 상기 압전센서의 가압을 줄이는
    스트랩을 이용한 압전 센싱 장치.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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