KR100982955B1 - Sensing Circuit Using Capacitive Sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소비전력이 적고 휴대가 간편하며 수액에 직접 영향을 받지 않는 정전용량 센서를 이용한 감지회로를 개시한다. 상기 정전용량 센서를 이용한 감지회로는, 센스부 및 출력부를 구비한다. 상기 센서부는 센서비교용 신호를 이용하여 정전용량 센서로부터 감지된 신호에 포함된 정보에 대응되는 비교결과신호를 출력한다. 상기 출력부는 적어도 하나의 기준발진신호에 응답하여 상기 비교결과신호에 대응하는 소리 및 빛을 적어도 하나 출력한다. The present invention discloses a sensing circuit using a capacitive sensor that consumes little power, is easy to carry, and is not directly affected by an infusion. The sensing circuit using the capacitive sensor includes a sense unit and an output unit. The sensor unit outputs a comparison result signal corresponding to information included in a signal sensed by the capacitive sensor using a sensor comparison signal. The output unit outputs at least one sound and light corresponding to the comparison result signal in response to at least one reference oscillation signal.
정전용량 센서, 발진기, 수액의 감지 Capacitive Sensor, Oscillator, Sap Detection
Description
본 발명은 센서회로에 관한 것으로, 특히 정전용량 센서를 이용한 감지회로에 관한 것이다. The present invention relates to a sensor circuit, and more particularly to a sensing circuit using a capacitive sensor.
종래에는 링거액 병 안에 있는 수액의 양을 감지하기 위해 광센서를 이용하거나 수액의 무게로 수액의 양을 파악하는 방법이 사용되었다. 경우에 따라서는 링거액 병 안에 감지센서를 삽입하여 수액의 유무 및 양을 감지하는 방식도 사용되었다. Conventionally, an optical sensor or a method of determining the amount of the sap by the weight of the sap has been used to detect the amount of the sap in the Ringer's solution bottle. In some cases, a sensor was inserted into a Ringer's solution to detect the presence and volume of fluid.
도 1은 광센서를 이용한 감지방법을 설명한다. 1 illustrates a sensing method using an optical sensor.
도 1을 참조하면, 일정신호를 계속하여 발산하는 발광부(130), 발광부(130)로부터 발산되는 신호를 수신하는 수광부(140)를 필수 구성요소로 한다. 수광부(140)는 수광 신호의 차이에 따라 수액이 있을 때와 없을 때를 구분하게 되는데, 발광부(130)는 끊임없이 일정한 신호를 발산시켜야 하기 때문에 소비되는 전력이 크게 되며, 감지하고자 하는 수액의 종류나 투명도에 따라 감지능력이 영향을 받을 수 있는 단점이 있다. 발광부(130) 및 수광부(140)는 모두 링거줄(110)에 설치되어 사용되며, 링거줄(110) 내부의 링거액(120)의 유무 및 양을 감지하게 된다. Referring to FIG. 1, the
링거액 병 안에 있는 수액의 유무 및 양을 감지하는 다른 방법 중 하나인 수액의 무게로 판단하는 방법은, 이를 수행하는데 복잡한 기능블록들이 필요하고 특히 휴대가 용이하지 않다는 단점이 있다. The method of judging by the weight of the sap, which is one of the other methods for detecting the presence and amount of the sap in the Ringer's solution bottle, has the disadvantage of requiring complex functional blocks and in particular being not portable.
나머지 하나의 방법인 링거액 병 내부에 감지센서를 삽입하는 경우, 수액에 의하여 영향을 받지 않는 특수한 감지센서가 필요하다는 단점이 있다. When inserting a sensor inside the ringer solution, which is the other method, there is a disadvantage that a special sensor that is not affected by the fluid is required.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 소비전력이 적고 휴대가 간편하며 수액에 직접 영향을 받지 않는 정전용량 센서를 이용한 감지회로를 제공하는데 있다. The technical problem to be solved by the present invention is to provide a sensing circuit using a capacitive sensor with low power consumption, easy to carry, and is not directly affected by the fluid.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 정전용량 센서를 이용한 감지회로는, 센스부 및 출력부를 구비한다. 상기 센서부는 센서비교용 신호를 이용하여 정전용량 센서로부터 감지된 신호에 포함된 정보에 대응되는 비교결과신호를 출력한다. 상기 출력부는 적어도 하나의 기준발진신호에 응답하여 상기 비교결과신호에 대응하는 소리 및 빛을 적어도 하나 출력한다. The sensing circuit using the capacitive sensor according to the present invention for achieving the above technical problem is provided with a sense unit and an output unit. The sensor unit outputs a comparison result signal corresponding to information included in a signal sensed by the capacitive sensor using a sensor comparison signal. The output unit outputs at least one sound and light corresponding to the comparison result signal in response to at least one reference oscillation signal.
본 발명에 따른 정전용량 센서를 이용한 감지회로는 소비전력이 적고 휴대가 간편하며 수액에 직접 영향을 받지 않게 되는 장점이 있다. The sensing circuit using the capacitive sensor according to the present invention has the advantage of low power consumption, easy portability, and not directly affected by the sap.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 본 발명에 따른 정전용량 센서를 이용한 감지회로의 블록 다이어그램이다. 2 is a block diagram of a sensing circuit using a capacitive sensor according to the present invention.
도 2를 참조하면, 정전용량 센서를 이용한 감지회로(200)는 크게 센스부(230) 및 출력부(280)로 구별할 수 있다. Referring to FIG. 2, the
센스부(230)는 센서 비교용 신호(OSC_1)를 이용하여 정전용량 센서로(Cs)부터 감지된 신호에 포함된 정보에 대응되는 비교결과신호(C/O)를 출력하며, 센서비교용 커패시터(Cs1), 정전용량 센서용 커패시터(Cs), 증폭블록(240), 피크 검출블록(250) 및 비교블록(270)을 구비한다. The
센서비교용 커패시터(Cs1)는 일 단자에 상기 센서 비교용 신호(OSC_1)가 인가된다. 정전용량 센서용 커패시터(Cs)는 일 단자에 상기 센서 비교용 신호(OSC_1)가 인가된다. 증폭블록(240)은 상기 센서비교용 커패시터(Cs1)의 다른 일 단자로부터 인가되는 신호를 이용하여 비교기준신호(A1)를 생성하고 상기 정전용량 센서용 커패시터(Cs)의 다른 일 단자로부터 인가되는 신호를 증폭하여 감지신호(A2)를 생성한다. 피크 검출블록(250)은 상기 비교기준신호(A1) 및 상기 감지신호(A2)의 피크를 검출하여 비교기준피크신호(PD1) 및 감지피크신호(PD2)를 생성시킨다. 비교블록(270)은 상기 비교기준피크신호(PD1) 및 감지피크신호(PD2)를 비교하여 상기 비교결과신호(C/O)를 생성한다. The sensor comparison capacitor Cs1 is applied with the sensor comparison signal OSC_1 at one terminal. The sensor comparison signal OSC_1 is applied to one terminal of the capacitive sensor capacitor Cs. The
출력부(280)는 2개의 기준발진신호(OSC_2, OSC_3)에 응답하여 비교결과신 호(C/O)에 대응하여 결정되는 2개의 출력구동신호(DS_L, DS_B)에 따라 발광다이오드(LED) 또는 부저(BUZZ)에 그 결과를 알려주는 기능을 수행한다. 즉 정전용량 센서를 감지수단으로 링거 수액의 유무 및 양을 감지하고, 그 결과를 소리(Buzz) 또는 빛(LED)으로 출력하는 기능을 수행한다. 출력부(280)는 클럭생성기(310), 카운터(300), 드라이버 신호발생기(290) 및 출력수단(320, 330)을 구비한다. The
클럭생성기(310)는 제3기준발진신호(OSC_3)에 응답하여 카운터 클럭신호(RxClk) 및 적어도 2개의 발진신호(OSC_4, OSC_5)를 생성한다. 카운터(300)는 상기 카운터 클럭신호(RxClk)를 이용하여 상기 비교결과신호(C/O)를 카운트하여 카운트신호(R/E)를 생성한다. 드라이버 신호발생기(290)는 상기 카운트신호(R/E), 상기 적어도 2개의 발진신호(OSC_4, OSC_5) 및 제2기준발진신호(OSC_2)에 응답하여 상기 적어도 하나의 출력구동신호(DS_L, DS_B)를 생성한다. The
출력수단(320, 330)은 상기 적어도 하나의 출력구동신호(DS_L, DS_B)에 응답하여 소리 및 빛을 각각 빛 출력수단(320) 및 소리 출력수단(330)을 구비한다. 빛 출력수단(320)은, 일 단자가 접지되고 게이트단자에 제1출력구동신호(DS_L)가 인가되는 제1출력구동트랜지스터(ML), 일 단자가 공급전원에 연결된 제1부하저항(RLED) 및 일 단자가 상기 제1부하저항(RLED)의 다른 일 단자에 연결되고 다른 일 단자가 상기 제1출력구동트랜지스터(ML)의 다른 일 단자에 연결된 LED(Light Emitted Diode)를 구비한다. 소리 출력수단(330)은, 일 단자가 접지되고 게이트단자에 제2출력구동신호(DS_B)가 인가되는 제2출력구동트랜지스터(MB), 일 단자가 공급전원에 연결된 제2부하저항(RBUZZ) 및 일 단자가 상기 제2부하저항(RBUZZ)의 다른 일 단자에 연결되고 다른 일 단자가 상기 제2출력구동트랜지스터(MB)의 다른 일 단자에 연결된 부저(Buzz)를 구비한다. The output means 320 and 330 include a light output means 320 and a sound output means 330 for sound and light, respectively, in response to the at least one output drive signal DS_L and DS_B. The
센스부(230) 및 출력부(280)에서 사용되는 제어신호(VLVD, VPOR, VLDO) 및 발진신호(OSC_1 ~ OSC_3)는 제어신호 생성블록(210) 및 발진신호 생성블록(220)에서 생성된다. 여기서 제1제어신호(VLVD)는 전원전압이 동작 전압 이하로 강하되어 감지회로의 오동작을 유발할 경우 활성화되는 신호이다. 제2제어신호(VPOR)는 감지회로에 전원을 인가함으로서 감지회로를 구성하는 논리회로를 초기화할 필요가 있을 때 활성화되는 신호이다. 제3제어신호(VLDO)는 발진신호 생성블록(220)에 공급되는 전원으로, 입력전원전압(VCC, 미도시)이 변화하더라도 전압준위를 일정하게 유지하므로 발진신호 생성블록(220)에서 생성되는 발진신호의 주파수를 일정하게 할 수 있어야 한다. The control signals VLVD, VPOR, and VLDO and the oscillation signals OSC_1 to OSC_3 used in the
발진신호 생성블록(220)에는 모두 3개의 발진신호(OSC_1 ~ OSC_3)를 생성하는데, 이 중 센서 비교용 신호(OSC_1)는 정전용량 감지용으로 사용되는 신호이며, 제2기준발진신호(OSC_2)는 부저(BUZZ)의 공진 주파수에 해당하는 주파수를 가지는 것이 바람직하고, 제3기준발진신호(OSC_3)는 발광다이오드(LED) 및 부저(BUZZ)의 전체 동작 주파수를 결정하며, 내부에서 사용되는 2개의 발진신호(OSC_4, OSC5)를 생성하는데 사용된다. 상기 3개의 발진신호(OSC_1 ~ OSC_3)의 주파수는 설계자가 필요에 따라 임의로 결정할 수 있다. 그러나 부저가 최대의 소리를 발생시키기 위 해서는 제2기준발진신호(OSC_2)가 부저 자체의 공진주파수와 동일한 주파수를 가지는 것이 바람직하다. The oscillation
이하에서는 도 2에 도시된 기능블록의 내부 회로에 대하여 설명한 후 도 2에 도시된 본 발명에 따른 정전용량 센서를 이용한 감지회로의 동작에 대하여 설명한다. Hereinafter, the operation of the sensing circuit using the capacitive sensor according to the present invention shown in FIG. 2 will be described after the internal circuit of the functional block shown in FIG. 2 is described.
도 3은 도 2에 도시된 증폭블록(240)의 내부회로도이다. 3 is an internal circuit diagram of the
도 3을 참조하면, 증폭블록(240)은, 제1증폭기(241), 제1루프 커패시터(Cf1), 제2증폭기(242) 및 제2루프 커패시터(Cf2)를 구비한다. Referring to FIG. 3, the
제1증폭기(241)는 일 입력단자(-)는 상기 센서비교용 커패시터(Cs1)의 다른 일 단자에 연결되고 다른 일 입력단자(+)는 접지되며 출력단자는 상기 비교기준신호(A1)를 출력한다. 제1루프 커패시터(Cf1)는 상기 제1증폭기(241)의 일 입력단자(-) 및 출력단자에 사이에 연결된다. 제2증폭기(242)는 일 입력단자(-)는 상기 정전용량 센서용 커패시터(Cs)의 다른 일 단자에 연결되고 다른 일 입력단자(+)는 접지되며 출력단자는 상기 감지신호(A2)를 출력한다. 제2루프 커패시터(Cf2)는 상기 제2증폭기(242)의 일 입력단자(-) 및 출력단자에 사이에 연결된다. The first amplifier 241 has one input terminal (-) connected to the other terminal of the sensor comparison capacitor Cs1, the other input terminal (+) is grounded, and the output terminal outputs the comparison reference signal A1. do. The first loop capacitor C f1 is connected between one input terminal (−) and the output terminal of the first amplifier 241. The second amplifier 242 has one input terminal (-) connected to the other terminal of the capacitor Cs for the capacitive sensor, the other input terminal (+) is grounded, and the output terminal outputs the sensing signal A2. do. The second loop capacitor C f2 is connected between one input terminal (−) and the output terminal of the second amplifier 242.
제1증폭기(241)에 연결된 센서비교용 커패시터(Cs1) 및 제1루프 커패시터(Cf1)의 용량을 수액이 있을 때의 센서 정전용량(Cs)과 동일하게 설정하는 경우, 즉 Cs1=Cf1=Cs(수액이 있는 경우의 센서 정전용량), 제1증폭기(241)의 이득(gain)은 1(unit)이 되어 센서 비교용 신호(OSC_1)가 그대로 피크 검출블록(250)으로 출력된 다. When the capacitances of the sensor comparison capacitor Cs1 and the first loop capacitor Cf1 connected to the first amplifier 241 are set equal to the sensor capacitance Cs when the fluid is present, that is, Cs1 = C f1 = The gain of the Cs (sensor capacitance in the presence of sap) and the first amplifier 241 becomes 1 (unit), so that the sensor comparison signal OSC_1 is output to the
또한 제2증폭기(242)에 연결된 제2루프 커패시터(Cf2)의 용량을 수액이 있을 때의 센서 정전용량(Cs)과 동일하게 설정하는 경우, 즉 Cf2=Cs(수액이 있는 경우의 센서 정전용량), 제2증폭기(242)의 이득은 수액이 있을 경우에는 1이 되고 없는 경우에는 1이하의 값을 가지게 된다. In addition, when the capacitance of the second loop capacitor C f2 connected to the second amplifier 242 is set equal to the sensor capacitance Cs when fluid is present, that is, C f2 = Cs (sensor when fluid is present) Capacitance), and the gain of the second amplifier 242 has a value of 1 in the presence of sap, or 1 or less.
도 4는 도 2에 도시된 피크 검출블록(250)의 내부회로도이다. 4 is an internal circuit diagram of the
도 4를 참조하면, 피크 검출블록(240)은 제3증폭기(251), 제1다이오드(D1), 제1피크검출용 커패시터(Cpd1), 제4증폭기(252), 제2다이오드(D2) 및 제2피크검출용 커패시터(Cpd2)를 구비한다. Referring to FIG. 4, the
제3증폭기(251)는 일 입력단자(+)에는 상기 비교기준신호(A1)가 입력된다. 제1다이오드(D1)는 일 단자가 상기 제3증폭기(251)의 출력단자에 연결되고 다른 일 단자로 상기 비교기준피크신호(PD1)를 출력한다. 제1피크검출용 커패시터(Cpd1)는 일 단자가 접지되고 다른 일 단자가 상기 제3증폭기(251)의 다른 일 입력단자(-) 및 상기 제1다이오드(D1)의 다른 일 단자에 연결된다. 제4증폭기(252)는 일 입력단자(+)에는 상기 감지신호(A2)가 인가된다. 제2다이오드(D2)는 일 단자가 상기 제4증폭기(252)의 출력단자에 연결되고 다른 일 단자가 상기 감지피크신호(PD2)를 출력한다. 제2피크검출용 커패시터(Cpd2)는 일 단자가 접지되고 다른 일 단자가 상기 제4증폭기(252)의 다른 일 입력단자(-) 및 상기 제2다이오드(D2)의 다른 일 단자에 공통으로 연결된다. In the
제3증폭기(251)는 제1증폭기(241)로부터 출력되는 신호의 피크(Peak) 값을 따라가는 출력신호를 생성하며, 마찬가지로 제4증폭기(252)는 제2증폭기(242)로부터 출력되는 신호의 피크 값을 따라가는 출력신호를 생성한다. The
도 5는 도 2에 도시된 버퍼회로(260)의 내부회로도이다. FIG. 5 is an internal circuit diagram of the
도 5를 참조하면, 버퍼회로(260)는 일 입력단자(+)에 비교기준피크신호(PD1)가 입력되고 출력단자는 다른 일 입력단자(-)와 연결되어 버퍼링 된(Buffered) 신호(B/O)를 출력되는 제5증폭기(261)를 구비한다. Referring to FIG. 5, in the
도 6은 도 2에 도시된 비교블록(270)의 내부회로도이다. FIG. 6 is an internal circuit diagram of the comparison block 270 shown in FIG. 2.
도 6을 참조하면, 비교블록(270)은 제1기준저항(RVT1), 제2기준저항(RVT2) 및 비교기(271)를 구비한다. Referring to FIG. 6, the
제2기준저항(RVT2)은 일 단자가 상기 비교기준피크신호(PD1 또는 B/O)에 연결된다. 제1기준저항(RVT1)은 일 단자가 상기 제2기준저항(RVT2)의 다른 일 단자에 연결되고 다른 일 단자가 접지된다. 비교기(271)는 일 입력단자(+)가 상기 제2기준저항(RVT2) 및 제1기준저항(RVT1)의 공통마디(VTH)에 연결되고 다른 일 입력단자(-)에는 상기 감지피크신호(PD2)가 인가되며 출력단자로 상기 비교결과신호(C/O)를 생성한다. One terminal of the second reference resistor R VT2 is connected to the comparison reference peak signal PD1 or B / O. One terminal of the first reference resistor R VT1 is connected to the other terminal of the second reference resistor R VT2 and the other terminal is grounded. The
비교기(271)는, 그 내부에 도시된 바와 같이, 히스테리시스 특성을 가지는 것이 바람직하다. 제1기준저항(RVT1), 제2기준저항(RVT2)의 저항 값은 수액의 유무에 따른 정전용량(Cs) 차이에 의해서 결정된다. The
예를 들면, 수액이 있을 때의 센서의 용량이 수액이 없을 때의 센서의 용량에 비해 N(N은 실수) 배일 때를 가정하면, 제1기준저항(RVT1), 제2기준저항(RVT2)의 저항 값은 수학식 1의 관계를 만족한다. For example, assuming that the capacity of the sensor in the presence of fluid is N (N is a real number) times the capacity of the sensor in the absence of fluid, the first reference resistance R VT1 and the second reference resistance R The resistance value of VT2 ) satisfies the relationship of equation (1).
센스부(230)의 동작은 이상에서 자세하게 설명되었으므로, 이하에서는 도 2 내지 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 정전용량 센서를 이용한 감지회로의 동작에 대하여 설명한다. Since the operation of the
도 2를 참조하면, 카운터(300)는 비교블록(270)으로부터 비교결과신호(C/O)를 수신하고 이를 카운트하여, 비교결과신호(C/O)가 일정한 시간동안 일정한 전압준위 예를 들면 논리하이 값을 유지하면, 카운트신호(R/E)를 활성화(예를 들면 논리 하이 상태)시켜 수액이 없음을 지시하도록 한다. 상기와 같이 일정한 시간동안 비교결과신호(C/O)를 모니터 하는 이유는 잡음 등의 영향에 의한 판단의 오류를 방지하기 위해서이다. Referring to FIG. 2, the
도 7은 커패시터와 연결된 증폭기의 예를 나타낸다. 7 shows an example of an amplifier connected with a capacitor.
도 7을 참조하면, 증폭기는 커패시터로 피드백 되어 폐회로를 이루고 있다. 따라서 증폭회로의 이득은 도 7에 표시한 것과 같이 2개의 커패시터의 비로서 결정 될 것이다. Referring to FIG. 7, the amplifier is fed back to the capacitor to form a closed circuit. Therefore, the gain of the amplifier circuit will be determined as the ratio of the two capacitors as shown in FIG.
이 때 3개의 커패시터(Cf1, Cf2, Cs1)의 정전용량이 수액이 있는 경우의 정전용량과 같다고 하면, 수액이 있는 경우 수학식 2의 관계가 만족된다. At this time, if the capacitance of the three capacitors (C f1 , C f2 , Cs1) is equal to the capacitance when there is a sap, the relationship of equation (2) is satisfied when there is a sap.
수액이 없는 경우, 2개의 증폭기의 출력전압은 수학식 3과 같다. In the absence of sap, the output voltages of the two amplifiers are shown in
수학식 3에서 Cs-ringer은 수액이 있는 경우의 정전용량이고, Cs-air은 수액이 없는 경우의 정전용량이다. 수액이 있는 경우의 정전용량이 수액이 없는 경우의 정전용량에 비해 크다고 할 때, 수학식 3에 표시된 2개의 증폭기의 출력전압은 수학식 4의 관계를 가지게 된다. In
도 8은 수액의 유무에 따른 증폭블록의 출력파형을 나타낸다. 8 shows the output waveform of the amplification block with or without sap.
도 8을 참조하면, 수액의 유무에 따라 센서 정전용량(Cs)이 변하게 되고 따라서 그 변화가 증폭블록의 출력신호의 크기로 구현된다. 수액이 있는 경우의 증폭블록의 2개의 출력파형은 동일한 크기를 가지지만, 수액이 없는 경우의 증폭블록의 2개의 출력파형은 크기가 서로 다르게 된다. Referring to FIG. 8, the sensor capacitance Cs changes according to the presence or absence of the sap, and thus the change is implemented as the magnitude of the output signal of the amplification block. The two output waveforms of the amplification block in the case of sap have the same size, but the two output waveforms of the amplification block in the case of no sap are different in size.
도 8은 수액의 유무에 따른 증폭블록의 출력파형을 나타낸다. 8 shows the output waveform of the amplification block with or without sap.
도 9는 수액의 유무에 따른 피크 검출블록의 출력파형을 나타낸다. 9 shows the output waveform of the peak detection block with or without sap.
도 9를 참조하면, 증폭블록으로부터 출력되는 구형신호가 일정한 크기를 가지는 DC 신호로 바뀐다는 것을 알 수 있다. Referring to Figure 9, it can be seen that the square signal output from the amplification block is changed to a DC signal having a certain magnitude.
도 10은 수액의 유무에 따른 비교블록의 입출력신호의 파형을 나타낸다. 10 shows waveforms of input / output signals of the comparison block with or without sap.
도 10을 참조하면, 비교결과신호(C/O)의 전압준위(V(C/O))는, 수액이 있는 경우에는 논리 로우 값을 나타내고 수액이 없는 경우에는 논리 하이 값을 각각 나타낸다. 잡음 여유도(Noise Margin)를 좋게 하기 위하여 비교기가 히스테리시스 특성을 가지게 하는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 10, the voltage level V (C / O) of the comparison result signal C / O represents a logic low value in the presence of sap and a logic high value in the absence of sap. In order to improve noise margin, it is desirable to have the comparator have hysteresis characteristics.
제1기준저항(RVT1) 및 제2기준저항(RVT2)의 공통노드의 전압준위(V(VTH))는 수학식 5의 관계를 만족한다. The voltage level V (V TH ) of the common node of the first reference resistor R VT1 and the second reference resistor R VT2 satisfies the relationship of Equation 5.
여기서 RVT1 및 RVT2의 값은 수액의 유무에 따른 정전용량 센서의 정전용량의 변화에 따라서 설정하면 된다. Here, the values of R VT1 and R VT2 may be set in accordance with the change in capacitance of the capacitive sensor with or without sap.
예를 들면, Cs-ringer=3Cs-air 일 때 Vth=2/(3V(Cf1))에 설정하면, RVT1=2RVT2로 설정될 것이다. For example, setting Vth = 2 / (3V (C f1 )) when C s -ringer = 3C s-air would set R VT1 = 2R VT2 .
도 11은 카운터(300)에 입출력되는 신호의 파형도이다. 11 is a waveform diagram of signals input and output to the
도 11을 참조하면, 카운터 클럭신호(RxClk)에 따라 동작하는 카운터는, 비교결과신호의 전압준위(V(C/O))가 논리로우인 동안에는 카운터신호(R/E)를 논리로우 값으로 유지한다. 비교결과신호의 전압준위(V(C/O))가 논리로우에서 논리하이로 천이하더라도 임의의 시간(설정시간) 동안에는 카운터신호(R/E)의 준위는 변하지 않고 있다가 설정된 시간이 지나도 비교결과신호의 전압준위(V(C/O))가 논리하이를 유지하게 되면 카운터신호(R/E)의 준위를 논리하이로 천이시킨다. 여기서 카운터신호(R/E)의 준위가 논리하이라는 것은 수액이 없다는 것을 의미한다. 상기와 같이 설정시간 동안의 판단 유예시간을 가짐으로서 잡음으로부터 발생될 수 있는 판단오류를 최소화시킬 수 있다. Referring to FIG. 11, a counter operating in accordance with the counter clock signal RxClk may cause the counter signal R / E to be a logic low value while the voltage level V (C / O) of the comparison result signal is logic low. Keep it. Even when the voltage level (V (C / O)) of the comparison result transitions from logic low to logic high, the level of the counter signal (R / E) remains unchanged for a certain time (set time). When the voltage level V (C / O) of the resultant signal remains logic high, the level of the counter signal R / E is shifted to logic high. Here, the level of the counter signal R / E is logical means that there is no sap. As described above, having a determination grace time during the set time may minimize the determination error that may occur from the noise.
도 12는 3개의 발진신호의 파형도의 예이다. 12 is an example of waveform diagrams of three oscillation signals.
도 12를 참조하면, 센서 비교용 신호(OSC_1) 및 2개의 기준발진신호(OSC_2, OSC_3)는 각각 1MHz, 2.7KHz 그리고 4Hz의 주파수를 가지며, OSC_2의 Duty는 50%이하이다. Referring to FIG. 12, the sensor comparison signal OSC_1 and the two reference oscillation signals OSC_2 and OSC_3 have frequencies of 1 MHz, 2.7 KHz, and 4 Hz, respectively, and the duty of OSC_2 is 50% or less.
이하에서는 도 12에 도시된 발진신호를 이용하여 광다이오드 및 부저의 동작을 컴퓨터 모의실험 한 결과에 대하여 설명한다. Hereinafter, the computer simulation results of the operation of the photodiode and the buzzer using the oscillation signal shown in FIG. 12 will be described.
도 13은 수액이 있는 경우 광다이오드 및 부저의 동작을 나타낸다. 13 shows the operation of the photodiode and the buzzer in the presence of sap.
도 13을 참조하면, 수액이 있는 경우에는 광다이오드(LED) 만 8초에 125ms(milliseconds) 동안 동작한다. 사용자에게 수액 감지기가 정상적으로 동작하고 있다는 것을 알려준다. Referring to FIG. 13, in the presence of sap, only the photodiode (LED) operates for 125 ms (milliseconds) in 8 seconds. Inform the user that the fluid detector is operating normally.
도 14는 수액이 없는 경우 광다이오드 및 부저의 동작을 나타낸다. 14 shows the operation of the photodiode and the buzzer in the absence of sap.
도 14를 참조하면, 광다이오드(LED)와 부저(BUZZ)가 동시에 동작하게 되며, 광다이오드(LED)는 1초에 125ms동안 동작하고, 부저(BUZZ)도 1초에 125ms동안 동작하게 된다. 광다이오드(LED)와 부저(BUZZ)의 동작에 의해 수액이 다 소비되었음을 사용자에게 알려준다. Referring to FIG. 14, the photodiode LED and the buzzer BUZZ operate simultaneously, the photodiode LED operates for 125 ms per second, and the buzzer BUZZ operates for 125 ms per second. The user is informed that the sap has been consumed by the operation of the photodiode (LED) and the buzzer (BUZZ).
도 15는 전원전압이 동작전압보다 낮을 때의 광다이오드 및 부저의 동작을 나타낸다. Fig. 15 shows the operation of the photodiode and the buzzer when the power supply voltage is lower than the operating voltage.
도 15를 참조하면, 배터리를 전원으로 사용하는 경우 신규 배터리로 교체하라는 정보를 알려주며, 이 경우에는 부저가 연속적으로 동작한다. Referring to Figure 15, when the battery is used as a power source informs the information to replace the new battery, in this case the buzzer operates continuously.
이하에는 본 발명에 따른 감지회로에 적용하고자 하는 정전용량 센서에 대하여 설명한다. Hereinafter, a capacitive sensor to be applied to the sensing circuit according to the present invention will be described.
도 16은 정전용량 센서를 도시한다. 16 shows a capacitive sensor.
도 16을 참조하면, 정전용량 센서는, 두께가 L인 유전물질의 양면에 각각의 노드(A, B)에 연결된 2개의 전도체를 구비하는 구조를 가진다. Referring to FIG. 16, the capacitive sensor has a structure having two conductors connected to each node A and B on both sides of a dielectric material having a thickness of L. FIG.
두 노드(A, B)사이의 정전용량(C)은 수학식 6과 같이 표현될 수 있다. The capacitance C between the two nodes A and B may be expressed by Equation 6.
여기서 ε는 유전물질의 유전율[F/m]이고 A는 센서의 단면적을 의미한다. Where ε is the dielectric constant [F / m] of the dielectric material and A is the cross-sectional area of the sensor.
일반적으로 정전용량 센서의 동작 방식 중 하나는 전도체 간 간격을 달리하 여 정전용량의 변화를 발생시키는 것인데, 이 방식은 수위에 따라서 전도체 간의 간격을 변화시켜서 정전용량의 변화를 발생시키는 방법을 사용하는 세탁기의 수위 조절 및 전자레인지에서 올려놓은 물체의 중량 감지하는데 사용된다. In general, one of the operating methods of the capacitive sensor is to generate a change in capacitance by varying the distance between conductors. This method uses a method of generating a change in capacitance by changing the distance between conductors according to the water level. It is used to adjust the washing machine's level and to detect the weight of the object placed in the microwave.
정전용량 센서의 다른 하나의 방식은 유전율의 변화를 이용하여 정전용량의 변화를 발생시키는 것인데, 이 방식은 수액이 있을 경우 수액의 유전율과 수액이 없을 경우 공기의 유전율 차이를 이용하여 정전용량 변화를 발생시키는 수액감지 및 비가 내릴 경우 빗물의 유전율과 비가 오지 않을 경우 공기의 유전율 차이를 이용하여 정전용량 변화를 발생시키는 자동차 비 감지(rain sensing)에 사용된다. Another method of capacitive sensors is to generate a change in capacitance by using a change in dielectric constant, which uses the difference in dielectric constant of sap in the presence of sap and the difference in dielectric constant of air in the absence of sap. It is used for rain sensing of automobiles that generate capacitance change by using the difference between the permittivity of rain and the dielectric constant of rain when it does not rain.
일반적으로 공기 보다는 수액이나 물의 유전율이 높으므로, 수액이 없는 경우의 정전용량(C1)은 수액이 있을 경우의 정전용량(C2)에 비해 용량이 적으므로(C1<C2), 이러한 유전율의 변화에 따른 정전용량의 변화를 이용하여 주변 환경의 변화를 감지할 수 있게 하는 것이 일반적인 의미의 정전용량 센서이다. Since the dielectric constant of sap or water is generally higher than that of air, the capacitance C1 without sap has a smaller capacity than the capacitance C2 with sap (C1 <C2). Capacitive sensor in the general sense is to enable the change in the surrounding environment by using the change in capacitance according to the.
본 발명에 따른 정전용량 센서를 이용한 감지회로는 정전용량 센서로 사용되는 커패시터(Cs), 광다이오드(LED) 및 부저(BUZZ)를 제외하고는 나머지 모든 소자들은 반도체 IC에 구현시킬 수 있다. 도 2를 참조하면 수직 점선의 왼쪽 요소는 반도체 IC에 구현시킬 수 있음을 지시하고 있다. 상기와 같이 반도체 IC로 용이하게 구현이 가능하므로, 감지시스템의 전체크기와 그에 따른 전력소모가 작게 되며, 따라서 배터리를 사용하는 휴대용 제품의 생산이 가능하게 된다. 또한 수액에 직접 접촉하지 않음으로 수액자체에 의한 영향은 없다는 장점이 있다. The sensing circuit using the capacitive sensor according to the present invention can be implemented in the semiconductor IC except for the capacitor (Cs), the photodiode (LED) and the buzzer (BUZZ) used as the capacitive sensor. Referring to FIG. 2, the left element of the vertical dotted line indicates that the semiconductor IC can be implemented. Since the semiconductor IC can be easily implemented as described above, the overall size of the sensing system and the power consumption thereof are reduced, thus enabling the production of a portable product using a battery. In addition, since there is no direct contact with the sap has the advantage that there is no effect by the sap itself.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다. In the above description, the technical idea of the present invention has been described with the accompanying drawings, which illustrate exemplary embodiments of the present invention by way of example and do not limit the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.
도 1은 광센서를 이용한 감지방법을 설명한다. 1 illustrates a sensing method using an optical sensor.
도 2는 본 발명에 따른 정전용량 센서를 이용한 감지회로의 블록 다이어그램이다. 2 is a block diagram of a sensing circuit using a capacitive sensor according to the present invention.
도 3은 도 2에 도시된 증폭블록(240)의 내부회로도이다. 3 is an internal circuit diagram of the
도 4는 도 2에 도시된 피크 검출블록(250)의 내부회로도이다. 4 is an internal circuit diagram of the
도 5는 도 2에 도시된 버퍼회로(260)의 내부회로도이다. FIG. 5 is an internal circuit diagram of the
도 6은 도 2에 도시된 비교블록(270)의 내부회로도이다. FIG. 6 is an internal circuit diagram of the comparison block 270 shown in FIG. 2.
도 7은 커패시터와 연결된 증폭기의 예를 나타낸다. 7 shows an example of an amplifier connected with a capacitor.
도 8은 수액의 유무에 따른 증폭블록의 출력파형을 나타낸다. 8 shows the output waveform of the amplification block with or without sap.
도 9는 수액의 유무에 따른 피크 검출블록의 출력파형을 나타낸다. 9 shows the output waveform of the peak detection block with or without sap.
도 10은 수액의 유무에 따른 비교블록의 입출력신호의 파형을 나타낸다. 10 shows waveforms of input / output signals of the comparison block with or without sap.
도 11은 카운터(300)에 입출력되는 신호의 파형도이다. 11 is a waveform diagram of signals input and output to the
도 12는 3개의 발진신호의 파형도의 예이다. 12 is an example of waveform diagrams of three oscillation signals.
도 13은 수액이 있는 경우 광다이오드 및 부저의 동작을 나타낸다. 13 shows the operation of the photodiode and the buzzer in the presence of sap.
도 14는 수액이 없는 경우 광다이오드 및 부저의 동작을 나타낸다. 14 shows the operation of the photodiode and the buzzer in the absence of sap.
도 15는 전원전압이 동작전압보다 낮을 때의 광다이오드 및 부저의 동작을 나타낸다. Fig. 15 shows the operation of the photodiode and the buzzer when the power supply voltage is lower than the operating voltage.
도 16은 정전용량 센서를 도시한다. 16 shows a capacitive sensor.
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR200343314Y1 (en) | 2003-12-03 | 2004-02-27 | 강필식 | Sensor for ringer's soluction |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR200348929Y1 (en) | 2003-05-23 | 2004-04-29 | 강필식 | Ringer-bell |
JP2005127724A (en) | 2003-10-21 | 2005-05-19 | Terumo Kogyo:Kk | Level sensor |
KR200343314Y1 (en) | 2003-12-03 | 2004-02-27 | 강필식 | Sensor for ringer's soluction |
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