KR100794725B1

KR100794725B1 - 접촉눌림에 의한 변위감응센서

Info

Publication number: KR100794725B1
Application number: KR1020070103056A
Authority: KR
Inventors: 박승혁
Original assignee: 박승혁
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2008-01-21
Also published as: KR20070106485A

Abstract

본 발명은 접촉눌림에 의한 변위감응센서에 관한 것으로, 본 센서(130)는 신축성을 가지는 연질 재질 내에 도전물질이 소정 밀도로 함유되며, 평시 저항치 Rx(Rx>0)이지만, 눌려졌을 때 상기 연질 재질 내의 상기 도전물질의 밀도가 커지게 됨으로써 상기 저항치가 0으로 접근하여 작아지도록 형성된, 신축성을 가지는 반도전성층이 형성되고; 상기 반도전성층의 상면에 도전물질이 함유된 제1도체층(131)이 형성되며; 상기 반도전성층의 하면에 도전물질이 함유된 제2도체층(132)이 형성되는 접촉부가 구비되고; 상기 제1도체층(131)에 전류드라이버(134)가 연결구비되고; 상기 전류드라이버(134)에 전류드라이버(134)가 작동되도록 하는 스위치(135)가 연결구비되며; 상기 제2도체층(132)에 반전입력부(-)가 접속되고, 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압변환기(136)가 연결구비되고; 상기 전류-전압변환기(136)에 반전입력부(-)가 접속되는 제1전압비교판별기(137)가 연결구비되며; 상기 전류-전압변환기(136)에 비반전입력부(+)가 접속되는 제2전압비교판별기(138)가 연결구비되는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명의 센서는 다양한 형상으로 제작할 수 있고 어떠한 곳이든 설치가 용이하여 자동문, 차량범퍼, 압력계나 중량계, 심지어 기체압력, 액체압력의 측정 등에 이용될 수 있다.

접촉, 눌림, 변위감응, 센서, 전압비교, OR게이트

Description

접촉눌림에 의한 변위감응센서{Displacement response sensor by that push down contact}

본 발명은 센서에 관한 것으로, 특히 제작 및 설치가 용이한 접촉눌림에 의한 변위감응센서에 관한 것이다.

일반적으로 넓은 의미의 센서(sensor)란 한 물리량을 다른 물리량으로 변환시켜주는 장치를 의미한다.

즉, 물리적인 자극이 있을 때 그에 해당하는 일정한 반응을 일으키는 장치를 의미하기 때문에, 센서는 종류가 다양하고 계속적으로 새로운 센서가 탄생하고 있다.

이러한 센서는 크게 어떤 대상물에 직접 접촉되어 물체의 유무를 감지하는 접촉식 센서와, 어떤 대상물 부근에서 직접 접촉하지 않고 물체의 유무를 감지하는 비접촉식 센서가 있다.

여기서, 접촉식 센서는 대표적으로 리밋 스위치가 사용되며, 이는 많은 먼지가 있는 환경에서도 신뢰성 있게 동작되고, 폭발에 대한 안정성이 요구되는 곳에 적합하며, 자장의 영향에 둔감한 장점 등을 가지는 이유로 비접촉식 센서에 비해 폭넓게 사용되고 있다.

그런데 종래의 접촉식 센서는 리밋 스위치가 사용됨에 따라 리밋 스위치가 갖는 크기보다 협소한 어느 장치의 일부분에 장착하기에는 다소 어려움이 있었다.

그리고, 리밋 스위치를 어떤 장치에 설치하여 작동되도록 하기 위해서는 리밋 스위치가 파손되지 않도록 하고 리밋 스위치를 눌러주는 별도의 장치가 리밋 스위치와 함께 더 설치되어야만 했다.

이에 따라, 종래의 접촉식 센서는 다양한 형상을 가지는 장치들에 모두 적합하도록 설치하기에는 어느 정도의 제약이 따르는 문제가 있었다.

상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 다양한 형상으로의 제작이 가능하고, 다양한 장치에 자유롭게 설치될 수 있도록 한 접촉눌림에 의한 변위감응센서를 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 접촉눌림에 의한 변위감응센서는, 크게 센서 접촉부와 센서 신호처리 및 단선검출 회로부로 이루어진다. 접촉부는 신축성 물질을 포함하여 눌림에 의해 그 부피가 감소될 수 있으며, 부피 감소시에 그 저항치가 작아지는 성질을 가진다. 회로부는 접촉부의 도전율 변화 즉 저항치 변화를 검출함으로써 접촉부가 무엇인가에 접촉되었거나 눌리었음을 감지하게 되는 역활을 한다. 이러한 회로부는 구체적으로 전압비교, 또는 전류·전압의 아날로그 또는 디지털적인 변화 감지 등과 같이 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 더 나아가 본 발명은 센서 내부의 단선을 검출하는 등 오작동 방지를 위한 구성을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 양상에 따른 접촉눌림에 의한 변위감응센서에 있어서, 도전물질이 함유되며, 저항치 Rx가 형성되는 신축성을 가지는 반도전성층이 형성되고; 상기 반도전성층의 상면에 도전물질이 함유된 제1도체층이 형성되며; 상기 반도전성층의 하면에 도전물질이 함유된 제2도체층이 형성되는 접촉부가 구비되고; 일측이 상기 제1도체층에 연결(접속)되고 타측이 전원의 Vcc측에 접속되는 제1저항과; 일 측이 상기 제2도체층에 연결되고 타측이 접지(전원의 -측에 접속)되는 제2저항과; 로우(Low)측인 - 단자(반전입력부)가 상기 제1도체층에 접속되어 구비되는 제1전압비교기와; 하이(High)측인 + 단자(비반전입력부)가 상기 제2도체층에 접속되어 구비되는 제2전압비교기와; 일측이 전원의 Vcc측과 접속되고 타측이 상기 제1전압비교기의 비반전입력부(+)와 접속되어 구비되는 제3저항과; 일측이 상기 제1전압비교기의 비반전입력부(+)에 접속되고 타측이 상기 제2전압비교기의 반전입력부(-)에 접속되어 구비되는 제4저항과; 일측이 전원의 -측에 접속되고 타측이 상기 제2전압비교기의 반전입력부(-)에 접속되어 구비되는 제5저항과; 상기 제1전압비교기 및 제2전압비교기와 접속되어 그 출력에 따라 신호를 출력하는 오어게이트(OR게이트)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성의 본 발명의 센서는, 접촉부가 도전물질이 함유되고 신축성이 좋은 합성수지 또는 연질의 고무재나 실리콘재 등으로 형성되므로 외부에서 접촉부에 접촉눌림이 가해지면 반도전성층이 수축되면서 반도전성층의 도전물질의 밀도가 커지게 되어 도전율이 증가하므로, 접촉부의 눌림을 감지할 수 있으며, 연질의 재질로 형성시킬 수 있어 다양한 형상으로 제작 및 설치가 용이하여 전동회전문, 자동 미닫이문, 차량의 범퍼, 궤도차의 전후방과 측면 등에 설치할 수 있고, 압력계나 중량계 등에 설치될 수도 있으며, 기체를 사용하는 장치나 파이프 등에 설치되어 기체압력, 액체압력의 측정 등 다양한 분야에 사용될 수 있는 등의 효과가 있다.

본 발명의 구체적 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명으로 더욱 명확해 질 것이다.

도 1은 본 발명 접촉눌림에 의한 변위감응센서(10)의 구성을 보이는 개략적 회로도이다. 센서(10)는 크게 센서 접촉부와 비교회로부로 구별되는데, 센서 접촉부는 물리적인 눌림에 의해 압축되면 전기적 성질 즉 저항(또는 도전율)이 변화하는 형태로 제작된다. 이 접촉부(11)는 반도전성층(14), 제1도체층(12), 제2도체층(13)으로 이루어진다.

반도전성층(14)은 도전물질(15)이 함유되고, 신축성을 가지는 연질의 재질로 형성되며, 제1도체층(12)과 제2도체층(13)의 사이에 형성되고, 저항치 Rx가 형성된다.

여기서, 반도전성층(14)은 스폰지 재질 뿐 아니라 플랙시블한 고무재질이나 연질의 합성수지재, 합성고무, 우레탄, 실리콘 등으로 발포하거나 또는 발포하지 않은 상태로 형성될 수도 있다.

제1도체층(12)은 도전물질(15)이 함유되고 플렉시블한 고무재나 내구성이 좋은 우레탄, 실리콘, 합성고무, 합성수지재 등으로 형성되며 반도전성층(14)의 상면에 형성된다.

제2도체층(13)은 제1도체층(12)과 같은 재질로 형성되고 반도전성층(14)의 하면에 형성된다.

그리고 제1도체층(12)에는 일측이 제1도체층(12)에 접속되고 타측이 전원에 접속, 즉 전원의 Vcc측에 접속되는 제1저항(19)이 구비된다.

제2도체층(13)에는 일측이 접지, 즉 전원의 -측에 접속되고 타측이 제2도체층(13)에 접속되는 제2저항(21)이 구비된다.

센서(10)의 비교회로부는 전압비교기 및 저항들과 오어게이트(OR게이트)를 포함하여 구성될 수 있으며, 센서 접촉부(11)의 눌림여부를 감지한다. 제1도체층(12) 및 제2도체층(13)에는 각각 제1전압비교기(16) 및 제2전압비교기(17)가 구비되는바, 제1전압비교기(16)는 로우(Low)측인 - 단자, 즉 반전입력부(-)가 제1도체층(12)에 접속되고, 제2전압비교기(17)는 하이(High)측인 + 단자, 즉 비반전입력부(+)가 제2도체층(13)에 접속된다.

그리고 제1전압비교기(16)와 제2전압비교기(17)에는 제3저항(22), 제4저항(23), 제5저항(24)이 차례로 접속된다.

여기서, 제3저항(22)은 일측이 전원의 Vcc측에 접속되고 타측은 제1전압비교기(16)의 비반전입력부(+)에 연결된다.

제4저항(23)은 일측이 제3저항(22) 및 제1전압비교기(16)의 비반전입력부(+) 에 접속되고 타측은 후술할 제5저항(24) 및 제2전압비교기(17)의 반전입력부(-)에 접속된다.

제5저항(24)은 일측이 전원의 -측에 접속되고 타측은 제2전압비교기(17)의 반전입력부(-)에 접속된다.

제1전압비교기(16)와 제2전압비교기(17)에는 제1전압비교기(16)와 제2전압비교기(17)의 출력값에 따라 신호를 출력하는 오어게이트(OR게이트)(18)가 구비된다.

이러한 구성의 본 발명 접촉눌림에 의한 변위감응센서는, 평시에 센서(10)는 노말상태를 유지하고 있는바, 일 예로서 반도전성층(14)의 저항치 Rx는 대략 제1저항(19) R₁과 제2저항(21) R₂의 저항값의 두배의 저항값으로 설치(R₁:R_x:R₂ = 1:2:1)한다.

이에 따라, 제1전압비교기(16)의 반전입력부(-)인 Aℓ{제1전압비교기의 비반전입력부(+)를 Ah, 반전입력부(-)를 Aℓ로 칭하고, 제2전압비교기(17)의 비반전입력부(+)를 Bh, 반전입력부(-)를 Bℓ로 칭하기로 한다}이 R₁,Rx,R₂의 저항값 중 3/4의 위치인 제1도체층에 접속되므로 제1전압비교기(16)의 Aℓ의 입력값, 즉 전압 {(R_x+R₂)/(R₁+R_x+R₂)}Vcc이 (3/4)V_cc가 된다.

그리고 제2전압비교기(17)의 Bh가 R₁, Rx, R₂의 저항값 중 {R₂/(R₁+R_x+R₂)} 1/4의 위치인 제2도체층(13)에 접속되므로 제2전압비교기(17)의 Bh의 전압값이 (1/4)V_cc가 된다.

또한 예로서 제3저항(22) R₃과 제4저항(23) R₄, 제5저항(24) R₅는 그 저항값이 모두 같게 설치(R₃:R₄:R₅ = 1:1:1)하고, 제1전압비교기(16) 및 제2전압비교기(17)의 일측에 구비되는 바, 제3저항(22) R₃과 제4저항(23) R₄의 사이에 접속된 제1전압비교기(16)의 Ah는 그 전압값이 {(R₄+R₅)/(R₃+R₄+R₅)}Vcc 즉 (2/3)V_cc가 된다.

그리고 제5저항(24) R₅와 연결되는 제2전압비교기(17)의 Bℓ의 전압값은 {R₅/(R₃+R₄+R₅)}Vcc 즉 (1/3)V_cc가 된다.

이에 따라, 제1전압비교기(16)의 Ah는 그 전압값이 2/3V_cc이고 Aℓ의 전압값이 3/4V_cc가 되어, Ah = (2/3)Vcc < Aℓ= (3/4)Vcc으로서 Ah의 입력값보다 Aℓ의 입력값이 더 크므로 제1전압비교기(16)의 출력값은 로우(Low)가 되며, 제2전압비교기(17)의 Bh는 그 전압값이 (1/4)V_cc이고 Bℓ의 전압값이 (1/3)V_cc가 되어, Bh = (1/4)Vcc < Bℓ= (1/3)Vcc으로서 Bh의 전압값보다 Bℓ의 전압값이 더 크므로 제2전압비교기(17)의 출력값은 로우(Low)가 된다.

따라서, 제1전압비교기(16)의 출력값과 제2전압비교기(17)의 출력값이 모두 로우(Low)가 되므로 제1전압비교기(16) 및 제2전압비교기(17)의 출력값에 따라 출력이 결정되는 OR게이트(18)의 출력값은 로우(Low) 즉, " 0 "이 되어 접촉눌림에 의한 변위감응센서(10)는 노말상태가 유지된다.

이와 같이 노말상태로 유지되고 있는 접촉눌림에 의한 변위감응센서(10)의 접촉부(11)에 외부충격이 가해지면 반도전성층(14)이 외부의 힘에 의해 눌리면서 압축되어 반도전성층(14)에 함유된 도전물질(15)의 밀도가 커지게 되고 반도전성층(14)의 도전율은 높아지게 되며, 반도전성층(14)의 저항값은 " 0 "의 방향으로 이행된다.

반도전성층(14)의 저항값이 " 0 "의 방향으로 이행되면 제1도체층(12)에 접속된 제1전압비교기(16)의 Aℓ과 제2도체층(13)에 접속된 제2전압비교기(17)의 Bh 의 전압값은 (1/2)V_cc에 가까워지게 된다.

이에 따라, 최초 설정값이 (3/4)V_cc였던 Aℓ의 전압값이 검출기준치로 설정한 Ah의 전압값인 (2/3)V_cc 이하로 감소되어 Aℓ에 걸리는 전압값이 (1/2)Vcc로 이행됨에 따라, Ah의 전압값이 Aℓ의 전압값보다 커지게 되므로 제1전압비교기(16)의 출력값은 하이(High)가 된다.

그리고 최초 설정값이 (1/4)V_cc였던 Bh의 전압값이 검출기준치로 설정한 Bℓ의 전압값인 (1/3)V_cc이상으로 증가되어 Bh에 걸리는 전압값이 (1/2)Vcc로 이행함에 따라, Bh의 입력값이 Bℓ의 입력값보다 커지게 되므로 제2전압비교기(17)의 출력값은 하이(High)가 된다.

따라서, 제1전압비교기(16)와 제2전압비교기(17)의 출력값이 하이(High)가 되므로 OR게이트(18)의 출력값은 하이(High)가 되어 센서(10)의 눌림이 검출된다.

상술한 작용에 의해 접촉눌림에 의한 변위감응센서(10)의 검출감도를 높이기 위해서는, R₁(19), R_x, R₂(21)의 비율을 조절하거나, 제3저항(22) R₃, 제4저항(23) R₄, 제5저항(24) R₅의 저항값을 조절하여 제1전압비교기(16)의 Ah 와 Aℓ간의 레벨 차이를 작게 하거나, 제2전압비교기(17)의 Bh와 Bℓ간의 레벨 차이를 작게 설정할 수 있다.

이러한 본 발명 접촉눌림에 의한 변위감응센서는, 도전물질 또는 반도전물질을 탄성을 지닌 물질에 첨가하여 제작된 접촉부를 구비한다는 특징을 가진다. 따라 서, 탄성과 함께 반도전성을 갖는 물질을 도전물질과 도전물질 사이에 놓아두고 도전물질과 도전물질간에 전극을 인가한 상태에서, 일부분만이라도 외부에서 접촉부에 압력을 가해도 센서(10)의 접촉부가 눌려지고 도전물질 사이에 배치된 반도전성물질의 도전율이 증가, 즉 저항이 작아지게 되어 센서(10)의 감지 기능이 작동하게 된다는 특징을 가진다.

다시말해서, 제1전압비교기(16)측 또는 제2전압비교기(17)측 중 어느 하나라도 작동되면 즉 하이(High)가 되면 OR게이트(18)는 활성화되어 하이(High)값을 출력한다. 제1전압비교기(16), 제2전압비교기(17) 중 어느 하나가 작동되지 않는 경우라도 다른 어느 하나만이라도 작동한다면 OR게이트(18)를 작동시키게 되므로 센서로서의 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 센서는 또한, 전동회전문(D)이나 미닫이 자동문(D)의 측면과 바닥의 모서리부 둘레에 도2 내지 도4와 같이 다양한 방법으로 장착되어 사용될 수 있는바, 전동회전문(D)의 모서리부와 벽체 사이, 또는 전동회전문(D)의 바닥 모서리부와 바닥의 사이에 사람의 손이나 발이 끼일때 센서(10)의 접촉부(11)가 눌러지면서 완충작용과 함께 감지될 수 있고, 이러한 감지신호에 따라 별도의 클러치 또는 브레이크 등을 작동시키는 제어장치가 회전중인 전동회전문(D)을 정지시킬 수 있다.

그리고 미닫이 자동문(D)의 문과 문 틈새에 사람의 손이나 발이 끼일때 완충작용으로 상해를 방지함과 아울러 센서(10)의 접촉부(11)가 눌리면서 감지되어 미닫이 자동문(D)이 다시 열리도록 구성될 수 있다.

또한, 놀이용 완구차량이나 실제 차량의 앞뒤 범퍼에 장착되어 사용될 수 있으며, 궤도차의 앞, 뒤, 측면에 장착되어 사용될 수도 있는바, 차량, 궤도차의 구동부를 제어하도록, 또는 동력연결부를 제어하도록, 또는 브레이크를 작동시키도록 설치하여 차량간에, 차량과 장애물간에, 차량과 사람간에 접촉시나 충돌시, 그리고 궤도차간에, 궤도차와 장애물간에, 궤도차와 사람간에 접촉시나 충돌시 차량 또는 궤도차가 정지되도록 할 수 있다.

본 발명의 또다른 한가지 특징은, 센서(10)의 센서 접촉부(11)가 재질이 신축성이 좋은 연질의 수지 및 스폰지, 우레탄, 실리콘, 합성고무 등으로 형성되므로 다양한 형태로의 제작이 용이하며, 어느 곳이든 설치가 간단하게 이루어질 수 있고, 외부에서 가해지는 충격을 완화시킬 수 있다는 것이다.

이와 같은 본 발명의 센서(10)의 접촉부를 외부로 노출시켜 장착시는 센서(10)의 접촉부 전체에 절연체를 씌우고 보호막을 형성하여 센서(10)의 접촉부를 먼지, 습기, 열기 등으로 부터 보호할 수 있다.

그리고 차도의 4거리 지면에 매입설치하여 교통량을 측정하여 신호체계 변경자료 등과 같은 교통관제 시스템의 자료로 사용할 수도 있으며, 주차장의 주차라인이 그어진 지면에 매입설치하거나 센서(10)의 접촉부(11) 일부가 돌출되도록 설치하여 주차 영역에 차량이 정위치에 주차되도록 유도할 수 있으며, 주차관리 시스템에 유용하게 사용할 수 있다.

또한, 자동차 운전 면허시험장에서 자동차 시험을 위한 차량 주행 코스라인에 본 센서를 설치하면, 시험차량이 코스이탈인지 정상코스로 계속 주행중인지를 쉽게 확인할 수 있다.

*본 발명 접촉눌림에 의한 변위감응센서는 센서(10)의 접촉부의 형상이 도5와 같이 원기둥형으로 형성될 수도 있는 바, 이는 가스파이프 등의 둘레에 감싸지도록 설치하여 도둑과 같은 건물의 불법 침입자 등이 건물의 가스파이프를 타고 건물로 올라갈시 가스파이프를 손으로 잡으면 센서(10)의 접촉부가 눌리면서 감지되어 경보를 울리게 하여 건물내의 불법 침입을 방지할 수 있는 등의 효과가 있다.

본 발명 접촉눌림에 의한 변위감응센서는 도6과 같이 미닫이 자동문(D)의 출입구 바닥에 센서(10)의 접촉부를 발판의 형태로 설치될 수도 있으며, 도7과 같이 자동 회전문(D)의 출입구 바닥에 센서(10)의 접촉부가 발판의 형태로 설치될 수도 있다.

이에 따라, 미닫이 자동문(D)이나 자동 회전문(D)의 출입구를 출입하는 사람이 발판 형태로 설치된 센서(10)의 접촉부(11) 위에 올라서면 접촉부(11)가 눌려지면서 감지되어 미닫이 자동문(D)이 열리고, 자동 회전문(D)이 회전되도록 작동되게 할수 있게 된다.

*한편, 상술한 바와 달리 엘리베이터 탑승대기위치 즉, 엘리베이터문 앞에 설치하여 탑승대기 위치에 누군가가 있을 경우 문이 열리며 탑승자가 탑승대기 위치에서 문 안으로 들어간 후에 비로서 문이 닫혀지도록 하는 목적으로 설치될 수도 있다. 다른 예로서, 전철 또는 다른 궤도차의 경우 프랫폼의 끝에서 부터 안전 한 계선까지 설치하여 탑승하려고 하는 승객이나 하차하는 승객의 존재여부가 감지되고, 승객이 있을 때는 발차하지 않도록 하는 목적으로 설치될 수도 있다.

도 8은 본 발명 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 또 다른 실시예를 보이는 개략적 사시도이다. 본 실시예는, 반도전성층(34)의 상부에 가로 또는 수평라인 형태의 하나 또는 둘 이상의 수평도전체(32)가 등간격 또는 필요에 따른 간격으로 연속되어 형성구비되고, 반도전성층(34)의 하부에 수평도전체(32)와 교차되는 세로 또는 수직 방향으로 등간격 필요에 따른 간격으로 연속되어 형성구비되는 하나 또는 둘 이상의 수직도전체(33)가 형성구비되는 형태의 격자형 접촉부를 가지는 센서(30)로서 구성될 수도 있다.

이는, 수평도전체(R) Rm을 회로에 연결되는 연결선 L1m에 접속하고, 수직도전체(C) Cn을 회로에 연결되는 연결선 L2n에 접속하여 1개의 위치의 접촉눌림을 인지하게 되며, R의 갯수와 C의 갯수의 조합에 의한 접점위치는 도면에 도시된 바와 같이 3개의 R, 4개의 C이면 3 ×4 = 12, 즉 12개의 위치가 되며, 12개의 위치중 어느 한부분이 눌리게 되면 그에 해당하는 위치를 인지하게 된다.

따라서, 상술한 바와 같이 형성되는 센서(30)의 격자형 접촉부는 모니터 등에 설치되어 터치패드 또는 터치스크린으로 사용되거나, 키보드 등에 설치되어 유용하게 사용될 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 또 다른 실시예를 보이는 개략적 사시도이다.

중앙에 절연층(41)이 형성되고, 절연층(41)의 상면에는 수평도전체(R)이 형 성되며 하측면에는 수직도전체(C)가 형성되어 있다.

그리고 수평도전체(R)의 상부에는 제1반도전성층(44)이 형성되고, 제1반도전성층(44)의 상부에는 제1도전성층(42)이 형성되어 있다.

수직도전체(C)의 하부에는 제2반도전성층(44')이 형성되고, 제2반도전성층(44')의 하부에는 제2도전성층(42')이 형성되어 있으며, 제1도전성층(42), 수평도전체(R), 제2도전성층(42'), 수직도전체(C)들에는 회로와 연결되는 연결선이 각각 연결된다.

이는, 제1도전성층(42)을 연결선 L1에 접속하고, m개의 수평도전체(R)들 중에 1개의 수평도전체(R)를 1개의 연결선 L2에 접속하여 1개의 수평도전체(R)위치의 접촉눌림을 인지한다.

한편, 1개의 제2도전성층(42')을 연결선 L1'에 접속하고, n개의 수직도전체(C)들 중에 1개의 수직도전체(C)를 1개의 연결선 연결선 L2'에 접속하여 1개의 수직도전체(C) 위치의 접촉눌림을 인지한다.

따라서, m개의 수평도전체(R) 위치의 접촉눌림과, n개의 수직도전체(C) 위치의 접촉눌림의 갯수(m개 X n개)만큼의 접촉눌림 위치를 인지하게 된다.

도 10은 본 발명 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 또 다른 실시예를 보이는 개략적 회로도이다. 본 실시예는 센서의 접촉부와 비교회로부간의 단선이 단선체크저항에 의해 감지되도록 구성되는 예이다. 본 실시예에서는 도시된 바와 같이, 센서(50)의 제1전압비교기(56)의 - 단자인 Aℓ과, 제2전압비교기(57)의 + 단자인 Bh에 연결되는 단선체크저항(70)이 더 설치된다.

이는 감도에 영향을 무시할 수 있는 즉, 반도전성층(54)의 저항치 Rx(60)보다 단선체크저항(70) Rch가 더 크도록 설치하여 두었을시, 평시에는 제1전압비교기(56)의 Ah의 입력값이 Aℓ의 입력값보다 작으므로 제1전압비교기(56)는 로우(Low)상태이고, 제2전압비교기(57)의 Bh의 입력값이 Bℓ의 입력값보다 작으므로 제2전압비교기(57)는 로우상태이므로 OR게이트(58)의 출력값이 로우 즉, "0"이 되어 접촉눌림에 의한 변위감응센서(50)는 노말상태가 된다.

이와 같은 상태에서 L1의 단선시는, 제1전압비교기(56)의 Aℓ과 제2전압비교기(57)의 Bh의 입력값이 거의 같은 "0" 레벨로 되므로 제1전압비교기(56)의 Ah의 입력값이 Aℓ의 입력값보다 큰값을 갖게 되어 제1전압비교기(56)의 출력은 하이(High)가 되고 이에 따라, OR게이트(58)의 출력은 하이가 되어 단선되었음이 감지된다.

L2의 단선시는, 제2전압비교기(57)의 Bh와 제1전압비교기(56)의 Aℓ의 입력값이 거의 같은 "Vcc" 레벨로 되므로 제2전압비교기(57)의 Bh의 입력값이 Bℓ의 입력값보다 큰값을 갖게 되어 제2전압비교기(57)의 출력은 하이가 되고 이에 따라, OR게이트(58)의 출력은 하이가 되어 단선되었음이 감지된다.

그리고, L1 및 L2가 모두 단선되면 제1전압비교기(56)의 Aℓ의 입력값과 제2전압비교기(57)의 Bh는 제1전압비교기(56) 및 제2전압비교기(57)의 내부저항에 의해서 모두 1/2V_cc에 가깝게 되므로 제1전압비교기(56)의 Ah의 입력값은 Aℓ의 입력값보다 커지게 되며, 제2전압비교기(57)의 Bh의 입력값은 Bℓ의 입력값보다 커지게 되어 제1전압비교기(56)와 제2전압비교기(57)의 출력은 모두 하이가 되며 이에 따라, OR게이트(58)의 출력은 하이가 되어 단선되었음이 감지된다.

따라서, 제1전압비교기(56)의 Aℓ과 제2전압비교기(57)의 Bh에 연결되는 단선체크저항(70)이 더 연결구비되므로 접촉부(51)의 제1도체층(52) 및 제2도체층(53)과 제1전압비교기(56) 및 제2전압비교기(57)를 연결하는 연결선 L1, L2 중 어느 하나가 단선되거나 또는 모두 단선되는 경우에 모두 단선되었음을 감지할 수 있게 된다.

도 11은 본 발명 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 또 다른 실시예를 보이는 개략적 회로도이다. 본 실시예는 센서의 접촉부와 비교회로부간의 단선이 전압비교에 의해 감지되도록 구성을 보여준다. 본 실시예에 있어서, 도시된 바와 같이, 센서(80)의 리드선 L1(89)에 + 단자인 OP1h가 연결되도록 제3전압비교기(96)가 설치되고, 리드선 L2(91)에 - 단자인 OP2ℓ이 연결되도록 제4전압비교기(97)가 설치된다.

그리고, 일측이 전원과 연결되고 타측이 제3전압비교기(96)의 - 단자인 OP1ℓ에 연결되는 제6저항(100)이 설치되며, 일측이 상기 제3전압비교기(96)의 - 단자에 연결되고 타측이 제4전압비교기(97)의 + 단자인 OP2h와 연결되는 제7저항(101)이 설치되고, 일측이 접지되고 타측이 제4전압비교기(97)의 + 단자인 OP2h와 연결되는 제8저항(102)이 설치된다.

제3전압비교기(96)와 제4전압비교기(97)의 일측에는 이들에 연결되는 제2 OR게이트(98)가 더 설치된다.

이는, 제3전압비교기(96)의 OP1h의 입력값이 제1전압비교기(86)의 Aℓ과 같은 입력값인 3/4V_cc이고, 제4전압비교기의 OP2ℓ의 입력값이 제2전압비교기(87)의 Bh와 같은 입력값인 1/4V_cc이다.

그리고 제6저항(100) R₆, 제7저항(101) R₇, 제8저항(102) R₈의 저항값을 필요에 따라 다르게 설치할 수 있는바, 일예로 각 저항값의 비율을 R₆ : R₇ : R₈ = 1:3:1로 설치하면 제3전압비교기(96)의 OP1ℓ의 입력값은 4/5V_cc가 되고, 제4전압비교기(97)의 OP2h의 입력값은 1/5V_cc가 된다.

이에 따라, 평시에는 제3전압비교기(96)의 OP1h의 입력값이 OP1ℓ의 입력값보다 작은 값을 가지므로 제3전압비교기(96)의 출력은 로우(Low)가 되고, 제4전압비교기(97)의 OP2h의 입력값이 OP2ℓ의 입력값보다 작은 값을 가지므로 제4전압비교기(97)의 출력은 로우가 된다.

이와 같은 상태에서 L1의 단선시, 제3전압비교기(96)의 OP1h는 제1저항(89)과 연결되어서 전원이 그대로 전달되므로 OP1h의 입력값은 1V_cc가 되어 OP1h의 입력값이 OP1ℓ의 입력값보다 큰 값을 가지므로 제3전압비교기(96)의 출력은 하이(High)가 된다.

L2의 단선시는, 제4전압비교기(97)의 OP2ℓ은 제2저항(91)과 연결되어서 OP2ℓ의 값은 0전위가 되어 OP2h의 입력값이 OP2ℓ의 입력값보다 큰 값을 가지므로 제4전압비교기(97)의 출력은 하이(High)가 된다.

이에 따라, L1, L2가 모두 단선되어도 제3전압비교기(96)와 제4전압비교기(97)의 출력은 모두 하이가 되며, 제3전압비교기(96) 및 제4전압비교기(97)에 의해서 제2 OR게이트(98)는 L1, L2가 단선되었음을 인지한다.

따라서, 센서(80)에 제3전압비교기(96), 제4전압비교기(97), 제6저항(100), 제7저항(101), 제8저항(102)을 더 설치하여, 센서(80)의 연결선이 단선되었음이 즉시 식별되고, 이에 따라 센서(80)의 연결선이 단선되는 즉시 센서(80)를 수리 및 교체할 수 있게 된다.

*도 12는 본 발명 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 또 다른 실시예를 보이는 개략적 블럭회로 구성도로서, 센서의 접촉눌림정도를 아날로그 결과치로 얻을 수 있도록 한 개략적 회로도이다.

이는 도12와 같이 센서(110)의 제1도체층(111)에 비반전입력부(+)가 연결되는 제1볼테이지 플로워(Voltage follower)(113)가 구비되고, 제2도체층(112)에 비반전입력부(+)가 연결되는 제2볼테이지 플로워(114)가 구비된다.

그리고 제1볼테이지 플로워(113)가 반전입력부(-)에 연결되는 제1위상반전기(115)가 구비되며, 제2볼테이지 플로워(114)가 반전입력부(-)에 연결되는 제2위상반전기(116)가 구비된다.

제1위상반전기(115) 및 제2위상반전기(116)의 일측에는 이들과 연결되는 차동증폭기(117)가 구비되고, 차동증폭기(117)의 일측에는 차동증폭기(117)와 연결되고 차동증폭기(117)로 부터 전달되는 전류전압의 양을 시각적으로 보여주는 부하장 치(118)가 구비된다.

여기서, 부하장치(118)는 Volt Meter, 모니터, 전류계, 발광램프 등을 사용할 수 있고, 또는 다른 장치로의 입력신호로서 전달할 수도 있다.

이러한 접촉눌림에 의한 변위감응센서(110)는, 외부의 힘에 의해 센서(110)가 눌려지면 제1볼테이지 플로워(113) 및 제2볼테이지 플로워(114)로 출력 임피던스를 다음 단 입력임피던스에 맞도록 충분히 낮추어지게 즉, 전기량을 크게한다.

그리고 제1볼테이지 플로워(113) 및 제2볼테이지 플로워(114)를 통한 두개의 신호를 제1위상반전기(115) 및 제2위상반전기(116)에 입력하여 센서(110)작동시 두개의 신호들이 중성점을 향하는 것을 위상반전시키어 두 개의 신호 차이가 커지게 한다.

위상반전된 두개의 신호는 차동증폭기(117)에 입력되고 차동증폭기(117)는 부하장치(118)의 전압레벨과 임피던스에 맞는 신호로 증폭하게 된다.

차동증폭기(117)를 통해 증폭된 신호가 부하장치(118)에 전달되면 전달된 신호에 따라 부하장치(118)의 작동정도가 달라져서 부하장치(118)를 통해 센서(110)의 접촉부가 눌린 정도를 눈으로 식별할 수 있게 한다.

본 실시예의 센서(110)의 동작을 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다. R1의 제1도체층(111)에 접하지 않은 쪽을 Vcc에, R2의 제2도체층(112)에 접하지 않은 쪽을 접지(0볼트)에 접속한다. 예컨대 노말상태에서 R1, Rx, R2의 관계를 1:2:1로 하여두면, 평치에 제1도체층(111)의 전압레벨은 3/4 Vcc이며 제2도체층(112)의 전압레벨은 1/4 Vcc로 된다.

이때에 센서(110)가 눌리어지면 Rx는 작은 값으로 이행하게 된다. 이후, 센서(110)가 더욱더 눌리어지면 Rx의 값이 '0'으로 접근한다. 즉 R1:Rx:R2 = 1:0:1로 된다.

따라서 제1도체층(111)의 전압레벨은 3/4 Vcc로부터 1/2 Vcc로 이행하게 되며, 제2도체층(112)의 전압레벨은 1/4 Vcc로부터 1/2 Vcc로 이행하게 된다.

이에 따라서 제1도체층(111)으로부터 L1을 통하여 접속되어 있는 제1볼테이지플로워(113)의 +입력에는 제1도체층(111)의 전압레벨에 따른 변화가 가하여지며, 제2도체층(112)으로부터 L2를 통하여 접속되어 있는 제2 볼테이지플로워(114) +입력에는 제2도체층(112)의 전압레벨에 따른 변화가 가하여진다.

제1볼테이지플로워(113)의 출력전압은 +입력에 가하여진 전압과 같으므로 3/4 Vcc로부터 센서(110)가 눌리워짐에 따라 감소하여 1/2 Vcc로 이행하고, 한편 제1볼테이지플로워(113)의 출력을 위상반전시키면, 1/4 Vcc로부터 센서(110)가 눌리워짐에 따라 증가하여 1/2 Vcc로 이행하게 된다.

여기에서 위상반전기의 출력레벨이 0.25 Vcc 상향되도록 출력시키어 제1위상반전기(115)의 출력을 1/2 Vcc로부터 센서(11)가 눌리워짐에 따라 증가하여 3/4 Vcc로 이행하도록 한다.

제2볼테이지플로워(114)의 출력전압은 +입력에 가하여진 전압과 같으므로 1/4 Vcc로부터 센서(110)가 눌리워짐에 따라 증가하여 1/2 Vcc로 이행한다.

제2볼테이지플로워(114)의 출력을 위상반전시키면, 3/4 Vcc로부터 센서(110)가 눌리워짐에 따라 감소하여 1/2 Vcc로 이행하게 된다.

여기에서 위상반전기의 출력레벨이 0.25 Vcc 하향되도록 출력시키어 제2위상반전기(116)의 출력을 1/2 Vcc로부터 센서(110)가 눌리워짐에 따라 감소하여 1/4 Vcc로 이행하도록 한다.

상기의 제1위상반전기(115)의 출력레벨과 제2위상반전기(116)의 출력레벨과의 차를 구하기 위하여 제1위상반전기(115)의 출력을 차동증폭기(117)의 두개의 입력중 하나의 입력에 인가하고, 제2위상반전기(115)의 출력을 차동증폭기(117)의 나머지 하나의 입력에 인가한다. 센서(110)가 눌리워짐에 따른 제1위상반전기(115)의 출력레벨(1/2Vcc ~ 3/4Vcc)과, 센서(110)가 눌리워짐에 따른 제2위상반전기(116)의 출력레벨(1/2Vcc ~ 1/4Vcc)의 차는 이득이 '1'인 차동증폭기라면 차동증폭기(117)의 출력에서 (1/2Vcc ~ 3/4Vcc) - (1/2Vcc ~ 1/4Vcc) = (0Vcc ~ 1/2 Vcc)로서, 초기치 0Vcc로부터 센서(110)가 눌리워짐에 따라 증가하여 최대치 1/2 Vcc에 이르는 값이 나타나게 된다.

따라서, 센서(110)에 제1볼테이지 플로워(113) 및 제2볼테이지 플로워(114), 제1위상반전기(115) 및 제2위상반전기(116), 차동증폭기(117), 부하장치(118)가 연결 구비되므로, 센서의 접촉부에 가해지는 압력측정결과가 부하장치(118)에 나타나게 된다. 이러한 센서(110)는 압력계나 중량계 등과 같은 아날로그 타입의 계기나, 다양한 측정기기 등과 같은 장치에 설치되어 압력, 중량에 따라 센서(110)의 눌린정도를 파악하여 압력의 정도, 중량 등을 측정할 수 있게 된다.

여기서, 센서(110)를 중량계 등에 사용할 때에는 센서(110)의 제1도체층(111) 및 제2도체층(112)을 연질이 아닌 경질을 사용할 수도 있다.

식기건조기 등과 같이 압력기체를 이용하는 Chamber 장치에 장착되어 기체의 압력을 측정하는데 사용될 수도 있으며, 파이프 등의 내부에 장착되어 파이프 내의 기체 또는 액체의 압력을 측정하는데 사용될 수도 있다.

도 13은 본 발명 접촉눌림에 의한 변위감응센서(120)의 또 다른 실시예를 보이는 개략적 블럭회로 구성도로서, 센서의 접촉눌림정도를 디지털 결과치로 얻을 수 있도록 한 개략적 회로도이다.

이는 도13과 같이 센서(120)의 제1도체층(121)에 연결된 제1볼테이지 플로워(123)에 제1A/D컨버터(125)가 연결되고, 제2도체층(122)에 연결된 제2볼테이지 플로워(124)에 제2A/D컨버터(126)가 연결구비된다.

그리고 제1A/D컨버터(125) 및 제2A/D컨버터(126)에 감산기(127)가 연결되고, 감산기(127)에 디지털위상반전기(128)가 연결구비되며, 디지털위상반전기(128)에는 쉬프트레지스터(129)가 연결 구비된다.

이러한 접촉눌림에 의한 변위감응센서(120)는, 센서(120)가 눌려지면 센서(120)의 눌림정도의 수치가 디지탈화되어 도 14와 같은 수치를 얻을 수 있는바, 센서(120)가 눌려지면 제1볼테이지 플로워(123) 및 제2볼테이지 플로워(124)로 출력임피던스를 다음단 임피던스에 맞도록 충분히 낮추어지게 즉, 전기량을 크게하고, 출력되는 신호를 제1A/D컨버터(125) 및 제2A/D컨버터(126)를 통해 디지탈 수치로 변환하게 된다.

그리고 두개의 신호에 의한 디지탈수치를 감산기(127)를 통해 감산하면 평시의 수치보다 눌리워졌을 때의 수치가 작아지게 되고, 작아진 수치는 반전기(128)를 통과하면 평시의 수치보다 눌리워졌을 때의 수치가 크게 된다.

여기서 상기 제1 A/D컨버터(125)의 디지털수치출력 및 제2 A/D 컨버터(126)의 디지털수치출력은 감산기(127)의 하나의 입력(버스)에 제1 A/D 컨버터(125)의 디지털수치출력을 접속하고 감산기(127)의 다른 하나의 입력(버스)에 제2 A/D 컨버터(126)의 디지털수치출력을 접속하여 감산함에 있어서,

제1 A/D 컨버터(125)의 디지털수치출력은 평시에는 중앙값으로부터 멀리 떨어진 큰값이었다가, 센서(120)가 눌리워짐에 따라 중앙값에 더 가까운 값으로서 나타난다. 예컨대 도14에 표기한대로 "111, 110, 101, 100" 값으로 나타난다.

제2 A/D 컨버터(126)의 디지털수치출력은 평시에는 중앙값으로부터 멀리 떨어진 큰값이었다가, 센서(120)가 눌리워짐에 따라 중앙값에 더 가까운 값으로서 나타난다. 예컨대 도14에 표기한대로 "000, 001, 010, 011" 값으로 나타난다.

상기 제1 A/D 컨버터(125)의 디지털수치출력 "111, 110, 101, 100"을 피감수로 하고, 상기 제2 A/D 컨버터(126)의 디지털수치출력 "000, 001, 010, 100"을 감수로 하여 감산을 하면, "111 - 000 = 111, 110 - 001 = 101, 101 - 010 = 011, 100 - 011 = 001"로 나타난다. 이러한 감산 결과의 수치는 평시의 감산기(127) 출력수치보다 센서(120)가 눌리워지는 때의 감산기(127) 출력수치가 작은 수치로 나타남을 알 수 있다.

이때, 그후 감산기(127) 출력수치인 "111, 101, 011, 001"을 디지털위상반전기(128)로 위상반전하면, "000, 010, 100, 110"으로 된다. 이는 평시의 디지털 위상반전기(128)의 출력수치보다 센서(120)가 눌리워지는 때의 디지털 위상반전 기(128)의 출력수치가 큰 수치로 반전되어 나타남을 알 수 있다. 이때, 디지털 위상 반전기(128)의 출력수치가 "000, 010, 100, 110"으로 LSB가 항상 '0'이므로 디지털 위상 반전기(128)의 출력수치를 우쉬프트레지스터(129)에 인가하여 1비트 우로 이동시켜 디지털 위상반전기(128)의 LSB를 제거하면, "00, 01, 10, 11"으로 되어 센서(120)의 작동정도에 따른 우쉬프트레지스터(129)의 디지털출력수치가 연속성을 갖도록 한다.

도 15는 본 발명 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 또 다른 실시예를 보이는 개략적 회로도로서, 반도전성층에 흐르는 전류의 세기로 접촉눌림을 판별하는 방안 및 단선을 판별하도록 한 개략적 회로도이다.

이는 센서(130)의 제1도체층(131)에 전류드라이버(134)가 연결구비된다.

전류드라이버(134)에는 전류드라이버(134)가 작동되도록 하는 스위치(135)가 연결구비되고, 제2도체층(132)에는 제2도체층(132)에 - 단자가 연결되고 전류의 변화를 전압의 변화로 변환하는 전류-전압변환기(136)가 연결구비된다.

그리고 전류-전압변환기(136)에 - 단자가 연결되는 제1전압비교판별기(137)가 연결구비되며, 전류-전압변환기(136)에 + 단자가 연결되는 제2전압비교판별기(138)가 연결구비된다.

이와 같은 접촉눌림에 의한 변위감응센서는, 먼저 스위치(135)를 닫아서 전류드라이버(134) ID를 작동시켜서 제1도체층(131)과 전류드라이버(134)를 연결하는 연결선 L1과, 반도전성층(133)의 저항치 Rx, 제2도체층(132)과 전류-전압변환기(136)를 연결하는 연결선 L2를 경유하는 Irx 전류가 흐르도록 한다.

이때, 예로서 IRx를 조절하여 전류-전압변환기(136)의 출력을 1/2Vcc가 되도록하고, 제1전압비교기(137)의 + 단자에 연결되는 접점인 Vcp를 1/4Vcc로 설정하였을 경우, 반도전성층(133)의 저항치 Rx가 눌리워져서 Rx의 저항값이 작아지면 상술한 전류 Irx가 증가하여 전류전압변환기(136)를 통과하면서 전류전압변환기(136)에 의해 전류 Irx가 전압 Viv로 변환되고 그 값은 1/4Vcc보다 작은 값으로 이행되기에 이른다.

이에 따라, 제1전압비교기(137)의 로우(Low)측인 - 단자에 1/4Vcc보다 작은 값이 입력되어 1/4Vcc인 Vcp가 더 큰값을 가지므로 제1전압비교기(137)의 출력은 하이가 되어 반도전성층(133)이 눌리워진 것을 인지하게 된다.

*한편, 제2전압비교기(138)의 - 단자에 연결되는 접점인 Vop의 값을 3/4Vcc로 설정하였을 경우, L1 또는 L2가 단선되거나, L1, L2 모두 단선되면 전류 Ir2는 0에 이르며, 0의 값을 가지는 Ir2가 전류전압변환기(136)를 통과하면서 전류 Ir2가 전압 Viv로 변환된다.

이때, 변환된 전압값은 거의 1Vcc로서 3/4Vcc보다 커지고, 그 값이 제2전압비교기(138)의 하이(High)측인 + 단자에 입력된다.

이에 따라, 3/4Vcc의 값을 가지는 제2전압비교기(138)의 Vop의 전압 값보다 + 단자의 입력 전압 값이 더 크므로 제2전압비교기(138)의 출력이 하이가 되어 L1 또는 L2가 단선되거나, L1, L2 모두 단선되었음이 인지된다.

이는, 반도전성층(133)에 흐르는 전류의 세기로 접촉눌림을 판별 및 L1, L2 의 단선을 판별할 수 있는 것이며, 그 효과는 상술한 바와 동일하다.

도 16은 본 발명 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 또 다른 실시예를 보이는 개략적 회로도로서, 동상잡음을 제거함으로서 동상잡음으로 인한 오동작을 해소하는 방안 및 단선을 판별하도록 한 개략작은 회로도이다.

이는 제1저항(145)에 + 단자가 연결되는 제1볼테이지플로워(148)가 구비되고, 제2저항(147)에 + 단자가 연결되는 제2볼테이지플로워(149)가 구비된다.

제1볼테이지플로워(148) 및 제2볼테이지플로워(149)에는 제1볼테이지플로워(148) 및 제2볼테이지플로워(149)의 출력이 입력되는 차동증폭기(150)가 구비된다.

그리고, 차동증폭기(150)에 - 단자가 연결되는 제1전압비교기(151)가 구비되고, 차동증폭기(150)에 + 단자가 연결되는 제2전압비교기(152)가 구비된다.

이와 같은 접촉눌림에 의한 변위감응센서는, 제1저항(145) R₁, L1, Rx, L2, 제2저항(147) R₂를 통하여 회로에 인입된 동상잡음 및 제1볼테이지플로워(148), 제2볼테이지플로워(149) 등의 회로에 인입된 동상잡음은 차동증폭기(150)를 통과하면서 제거되고, 차동증폭기(150)의 이득이 n 이라고 가정할 경우 차동증폭기(150)의 출력 Vdfa = n(Vf1 - Vf2)로 되므로 이는 Rx의 변위로 인한 신호만을 얻게 된다.

이에 대한 일예로서 R₁ : Rx : R₂ = 1 : 2 : 1 로 설정하고 제1전압비교기(151)의 + 단자에 연결되는 접점인 Vcp의 값을 1/3Vcc로 설정하였을 경우, 평시에는 제1볼테이지플로워(148)의 값이 3/4Vcc이고 제2볼테이지플로워(149)의 값이 1/4Vcc이며, 차동증폭기(150)의 전압이득이 1 이라면 차동증폭기(150)의 출력 Vdfa의 값은 1/2Vcc가 된다.

이에 따라, 차동증폭기(150)의 출력이 Vcp의 값인 1/3Vcc보다 큰 값을 가지므로 제1전압비교기(151)의 출력은 로우(Low)상태가 된다.

이와 같은 상태에서 반도전성을 가지는 반도전성층(144)의 눌림에 의해 Rx가 감소하여 R₁ : Rx : R₂ = 2 : 1 : 2로 되었다면, 제1볼테이지플로워(148)의 값이 3/5Vcc, 제2볼테이지플로워(149)의 값이 2/5Vcc가 되고, 차동증폭기(150)의 출력 Vdfa의 값이 1/5Vcc가 된다.

이에 따라, 차동증폭기(150)의 출력 Vdfa의 값이 Vcp의 값 1/3Vcc보다 작은 값을 가지므로 제1전압비교기(151)의 출력은 하이(High)가 되어 반도전성층(144)의 눌림을 인지한다.

한편, 제2전압비교기(152)의 "-" 입력단자전압 Vop의 값을 2/3Vcc로 설정한 상태에서 L1 또는 L2가 단선되거나, L1과 L2모두 단선되었을시, Vcc가 R1을 경유하여, 제1볼테이지플로워(148)의 Vf1i에 인가되어 Vf1i는 거의 1 Vcc가 되고, 접지(Gnd)를 경유하여, 제2볼테이지플로워(149)의 Vf2i에 인가되어 Vf2i는 0Vcc가 된다.

이에 따라, 제1볼테이지플로워(148)의 출력 Vf1은 거의 1 Vcc가 되고, 제2볼테이지플로워(149)의 출력 Vf2 는 거의 0 Vcc가 되며, 차동증폭기(150)의 출력 Vdfa는 (거의 1Vcc - 거의 0 Vcc) = 약 1 Vcc로 되어, 차동증폭기(150)의 출력 Vdfa의 값이 2/3 Vcc인 Vop의 값보다 큰 값으로 된다. 따라서, 제2전압비교기(152)의 출력은 하이가 되어 L1 또는 L2가 단선되거나, L1과 L2 모두 단선되었음을 인지하게 된다.

이는, 센서(140)의 접촉부가 외부에 설치된 경우, 불필요한 전류가 회로내부로 흘러들어와서 발생되는 동상잡음이 차동증폭기(150)에 의해 제거되어 센서(140)의 Rx의 변위로 인한 신호만을 얻어서 센서(140)의 접촉부의 눌림을 인지할 수 있게 된다.

도 17은 본 발명 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 또 다른 실시예를 보이는 개략적 회로 구성도이다. 본 실시예는, 도시된 바와 같이, 주회로와 부회로를 병설하고 동상잡음의 제거 및 설정된 접촉눌림정도에서 히스테리시스 특성을 적용하며 단선이 판별되도록 한 회로 구성을 가진다.

이는 스위치(165)가 구비되고, 스위치(165) 일측에 연결구비되는 전류구동기(164)가 구비되며 이 전류구동기(164)는 연결선 L1에 의해 센서(160)의 제1도체층(161)과 연결된다.

그리고 연결선 L2에 의해 센서(160)의 제2도체층(162)과 연결되는 제1전류-전압변환기(166)가 구비되고, 제1전류-전압변환기(166)의 일측에는 제1위상반전기(168)가 연결구비되며, 제1위상반전기(168)는 차동증폭기(173)에 연결되며, 차동증폭기(173)의 일측에는 눌림검출기(174)가 연결구비되며, 눌림검출기(174)에는 일측이 눌림검출기(174)의 출력측에 연결되고 타측이 눌림검출기(174)의 + 측에 연결되는 히스테리시스(histerisis)저항 Rhis가 연결된다.

또한, 연결선 L2'에 의해 제1도체층(161)과, 평시의 저항치 Rx 와 같은 값 또는 임의의 값인 저항 Rx' 를 경유하여 연결되는 제2전류-전압변환기(167)가 구비되고, 제2전류-전압변환기(167)의 일측에는 제2위상반전기(169)가 연결구비되며, 제2위상반전기(169)는 그 출력측이 차동증폭기(173)와 연결된다.

제1위상반전기(168)와 차동증폭기(173)의 사이에는 - 단자가 연결되는 제1단선판별기(171)가 연결구비되고, 제2위상반전기(169)와 차동증폭기(173)의 사이에는 - 단자가 연결되는 제2단선판별기(172)가 연결구비된다.

이와 같이 연결된 회로에서 차동증폭기(173)의 출력전압 Vdfa는 평시에 0의 값을 가지며, 센서(160)가 접촉눌림되면 Rx의 값이 작아져서 Ir2가 증가하면 제1위상반전기(168)의 출력전압 Vmain과 Vsub의 차가 커짐으로 차동증폭기(173)의 출력전압 Vdfa는 증가하게 된다.

예로서, Vcp를 1/3Vcc로 설정하였다면 차동증폭기(173)의 출력전압 Vdfa의 값이 증가하여 Vdfa의 값이 1/3Vcc보다 커지면 눌림검출기(174)의 출력은 High로 되어 접촉눌림을 인지한다.

이후 Rhis에 의해서 Vdfa에 정궤환 되므로 인한 히스테리시스(histerisis) 특성을 갖게한다.

한편, L2의 단선으로 Irx가 0으로 되면 제1위상반전기(168)의 출력전압 Vmain은 최소치로 된다.

제1단선판별기(171)의 단선판별전압 Vop1을 Vmain의 최소치보다 조금 상회하게 설정하였다면 제1단선판별기(171)의 출력은 High로 되어 L2의 단선을 인지한다.

그리고, L2'의 단선으로 Ir2'가 0으로 되면 Vsub는 최소치로 된다.

제2단선판별기(172)의 단선판별전압 Vop2를 제2위상반전기(169)의 출력전압 Vsub의 최소치보다 조금상회하게 설정하였다면 제2단선판별기(172)의 출력은 High로 되어 L2'의 단선을 인지한다.

도 18 내지 도 22는 본 발명 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 또 다른 실시예를 보이는 사시도들로서, 센서의 형상을 달리하는 사시도들이다.

도18과 같이 제1반도전성층(181) 및 제2반도전성층(182)이 형성되고, 제1반도전성층(181)과 제2반도전성층(182)의 사이에 도전성층(183)이 형성되며, 제1반도전성층(181) 상부에 수평도전체(R)가 다수 형성되고, 제2반도전성층(182)의 하부에 수직도전체(C)가 다수 형성되도록 센서(180)의 형상 및 구조를 달리할 수 있으며, 이는 터치스크린, 키보드 등에 설치되어 사용될 수 있다.

도 19와 같이 제1반도전성층(191) 및 제2반도전성층(192)이 형성되고, 제1반도전성층(191)의 하부에 제1도전성층(193)이 형성되고, 제2반도전성층(192)의 하부에 제2도전성층(192)이 형성되며, 제1반도전성층(191)의 상부에 수평도전체(R)가 다수 형성되고, 제2반도전성층(192)의 상부에 수직도전체(C)가 다수 형성되며, 제1도전성층(193)과 제2반도전성층(194)의 사이에 절연층(195)이 형성되도록 센서(190)의 형상 및 구조를 달리할 수 있으며, 그 효과는 상술한 바와 동일하다.

도20과 같이 센서(200)의 전체 형상이 원기둥형으로 형성되고, 제1반도전성층(201) 및 제2반도전성층(202)이 형성되고, 제1반도전성층(201)의 상부에 원판형의 제1도전성층(203)이 형성되며, 제1반도전성층(201)의 하부에 과녁형상의 제2도 전성층(204)이 형성되고, 제2반도전성층(202)의 상부에 과녁형상의 제3도전성층(205)이 형성되고, 제2반도전성층(202)의 하부에 원판형의 제4도전성층(206)이 형성되며, 제2도전성층(204)과 제3도전성층(205)의 사이에 절연층(207)이 형성되도록 센서(200)의 형상 및 구조를 달리할 수 있으며, 권총사격장이나 양궁사격장 등에서 과녁판으로 사용될 수 있다.

도21과 같이 센서(210)의 전체 형상이 원기둥형으로 형성되고, 과녁형상의 제1도전성층(211) 및 제2도전성층(212)이 형성되고, 제1도전성층(211) 및 제2도전성층(212)의 사이에 반도전성층(213)이 형성되도록 센서(210)의 형상 및 구조를 달리할 수 있으며, 그 효과는 상술한 바와 동일하다.

도22와 같이 센서(220)의 전체 형상이 원기둥형으로 형성되고, 제1반도전성층(221) 및 제2반도전성층(222)이 형성되고, 제1반도전성층(221)의 상부에 과녁형상의 제1도전성층(223)이 형성되며, 제2반도전성층(222)의 하부에 과녁형상의 제2도전성층(224)이 형성되고, 제1반도전성층(221)과 제2반도전성층(222)의 사이에 제3도전성층(225)이 형성되도록 센서(220)의 형상 및 구조를 달리할 수 있으며, 그 효과는 상술한 바와 동일하다.

도 23은 본 발명 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 또 다른 실시예를 보이는 개략적 회로도로서, 이는 접촉눌림의 정도를 검출하는 방안으로 주회로와 더불어 부회로를 병설하여 두회로에 외부로부터 유입된 동상잡음을 차동증폭기를 사용하여 제거함으로써 순수한 접촉눌림으로 인한 도전율 변화정도를 취출하도록 설계된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 구성을 보이는 개략적 회로도.

도 2 내지 도4는 본 발명에 따른 접촉눌림에 의한 변위감응센서가 설치되는 예를 보이는 개략적 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 다른 실시예로서, 그 형상을 달리하는 개략적 사시도.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 또 다른 실시예로서, 그 설치 상태를 달리하는 예들을 보여주는 개략적 평면도들.

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 또 다른 실시예로서, 그 형상을 달리하는 실시예들을 보여주는 개략적 사시도들.

도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 또 다른 실시예로서, 센서의 접촉부와 비교회로부간의 단선이 감지되도록 구성되는 개략적 회로도들.

도 12는 본 발명에 따른 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 또 다른 실시예로서, 센서의 접촉눌림정도를 아날로그 결과치로 얻을 수 있도록 한 개략적 회로도.

도 13은 본 발명에 따른 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 또 다른 실시예로서, 센서의 접촉눌림정도를 디지털 결과치(수치)로 얻을 수 있도록 한 개략적 회로도.

도 14는 본 발명에 따라 도 13의 회로구성에 따라 얻어지는 연산과정의 수치 를 보이는 감산도.

도 15는 본 발명에 따른 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 또 다른 실시예로서, 반도전성층에 흐르는 전류의 세기로 접촉눌림을 판별하는 방안 및 단선을 판별하도록 한 개략적 회로도.

도 16은 본 발명에 따른 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 또 다른 실시예로서, 동상잡음을 상쇄시키어 제거함으로써 동상잡음으로 인한 오동작을 해소하는 방안 및 단선을 판별하도록 한 개략적 회로도.

도 17은 본 발명에 따른 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 또 다른 실시예로서, 접촉신호처리를 위한 주회로와 잡음신호 상쇄를 위한 부회로를 병설하고 동상잡음의 제거 및 설정된 접촉눌림정도에서 히스테리시스 특성을 적용하며 단선이 판별되도록 한 개략적 회로도.

도 18 내지 도 22는 본 발명에 따른 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 또 다른 실시예로서, 그 형상을 달리하는 개략적 사시도들.

도23은 본 발명에 따른 접촉눌림에 의한 변위감응센서의 또다른 실시예로서 주회로와 부회로를 병설하여 센서접촉부의 전압신호는 주회로를, 잡음상쇄를 위한 신호는 부회로를 경유하여 차동증폭기에 인가 함으로서, 동상잡음이 제거되도록 한 개략적 회로도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

130 ; 센서

131 ; 제1도체층 132 ; 제2도체층

133 ; 반도전성층 134 ; 전류드라이버

135 ; 스위치 136 ; 전류-전압변환기

137 ; 제1전압비교판별기 138 ; 제2전압비교판별기

Claims

접촉눌림에 의한 변위감응센서에 있어서,

신축성을 가지는 연질 재질 내에 도전물질이 소정 밀도로 함유되며, 평시 저항치 Rx(Rx>0)이지만, 눌려졌을 때 상기 연질 재질 내의 상기 도전물질의 밀도가 커지게 됨으로써 상기 저항치가 0으로 접근하여 작아지도록 형성된, 신축성을 가지는 반도전성층이 형성되고;

상기 반도전성층의 상면에 도전물질이 함유된 제1도체층(131)이 형성되며;

상기 반도전성층의 하면에 도전물질이 함유된 제2도체층(132)이 형성되는 접촉부가 구비되고;

상기 제1도체층(131)에 전류드라이버(134)가 연결구비되고;

상기 전류드라이버(134)에 전류드라이버(134)가 작동되도록 하는 스위치(135)가 연결구비되며;

상기 제2도체층(132)에 반전입력부(-)가 접속되고, 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압변환기(136)가 연결구비되고;

상기 전류-전압변환기(136)에 반전입력부(-)가 접속되는 제1전압비교판별기(137)가 연결구비되며;

상기 전류-전압변환기(136)에 비반전입력부(+)가 접속되는 제2전압비교판별기(138)가 연결구비되는 것을 특징으로 하는 접촉눌림에 의한 변위감응센서.