KR101721662B1 - 액체 방울 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액체 방울의 크기 또는 양을 측정하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 액체 방울 측정 장치는 기판; 상기 기판 상에 형성되고 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 단위 전극; 미리 결정된 패턴에 따라 나열 또는 적층되는 복수의 단위 전극 상에 형성되고, 액체 방울과 직접 또는 간접적으로 접촉하는 에너지 전환층; 및 상기 액체 방울의 접촉에 따라 상기 복수의 상기 단위 전극 중 적어도 일부에서 발생하는 전기 에너지의 전압 또는 전류값을 포함하는 신호값을 측정하는 측정부를 포함한다. 본 발명에 따르면 액체의 접촉면적 변화를 통해 발생되는 전압 신호를 통해 발생되는 발생하는 파형의 개수로 낙하하여 접촉한 액체방울의 개수를 측정할 수 있으며, 또한 복수의 전극 패턴을 통해 접촉된 액체 방울의 크기를 예측하고 이를 통해 액체 방울의 크기를 판단할 수 있다.

Description

액체 방울 측정 장치{Liquid drop measuring device}
본 발명은 액체 방울의 크기 또는 양을 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래의 액체방울 카운터 및 크기 측정장치의 경우 카메라를 이용하여 영상을 분석하는 방법, 레이저를 이용하여 굴절률 차이를 이용하는 방법 또는 특정 주파수의 전파를 이용해 떨어지는 액체방울의 대략적인 양을 분석하는 방법을 통해 액체 방울의 크기를 측정하고 있으나, 이러한 방법에서 센싱된 값과 영상처리를 통해 액체 방울의 크기와 양을 통해 산출하는 경우 데이터 처리량이 많아 전체 측정 장비의 크기 및 가격이 비싸고 실시간으로 일정면적에 대해 떨어지는 액체방울의 개수 및 크기를 분석하기에 어려움이 존재하였다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 액체 방울 측정 장치는 기존의 카메라, 레이저, 전파를 이용하는 간접적인 방법이 아닌, 실제 떨어지는 액체방울의 개수 및 크기를 측정할 수 있는 직접적인 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.
보다 상세하게는 실제 떨어지는 액체방울이 본 발명에 따른 장치에 접촉 시　　 발생하는 전압 및 전류와 같은 전기적 신호 변화를 통해 액체방울의 개수 및 크기를 실시간으로 측정하도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울 측정 장치는 기판; 상기 기판 상에 형성되고 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 단위 전극; 미리 결정된 패턴에 따라 나열 또는 적층되는 복수의 단위 전극 상에 형성되고, 액체 방울과 직접 또는 간접적으로 접촉하는 에너지 전환층; 및 상기 액체 방울의 접촉에 따라 상기 복수의 상기 단위 전극 중 적어도 일부에서 발생하는 전기 에너지의 신호값을 측정하는 측정부를 포함한다.
상기 측정부는 연속된 상기 신호값의 파형 정보에 따라 상기 액체 방울의 개수를 판단하는 것이 바람직하다.
상기 측정부는 상기 나열 또는 적층되는 복수의 단위 전극 중 전기 에너지가 발생하는 단위 전극을 판단하여 상기 액체 방울의 크기를 예측하는 것이 바람직하다.
상기 액체 방울 측정 장치는, 상기 단위 전극과 연결되는 커패시터; 및 상기 커패시터에서 충전된 전기 에너지를 이용하여 알람 정보를 발생시키는 알람부를 더 포함한다.
상기 단위 전극은 상기 기판의 면을 기준으로 수직한 방향으로 적층되어 구분되는 제1 단위 전극 및 제2 단위 전극을 포함하고, 상기 제1 단위 전극은 상기 액체 방울의 개수를 측정하고, 상기 제2 단위 전극은 상기 액체 방울의 크기를 측정하는 것이 바람직하다.
상기 에너지 전환층은 무기물층, 유기물층 또는 유기물과 무기물의 혼합물층 중 적어도 어느 하나의 층을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 에너지 전환층은 상기 액체 방울과의 접촉상태의 변화를 용이하도록 하기 위한 소수성 물질층이 적층되는 것이 바람직하다.
상기 에너지 전환층은 상기 액체와의 접촉면적을 넓히기 위한 구조물이 형성된 것이 바람직하다.
상기 기판은 수평면을 기준으로 일부 기울어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 액체의 접촉면적 변화를 통해 발생되는 전압 신호를 통해 발생되는 발생하는 파형의 개수로 낙하하여 접촉한 액체방울의 개수를 측정할 수 있으며, 또한 복수의 전극 패턴을 통해 접촉된 액체 방울의 크기를 예측하고 이를 통해 액체 방울의 크기를 판단할 수 있다.
또한, 판단된 액체 방울의 개수와 크기를 통해 액체의 양을 산출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 별도의 외부 전원인가 없이도 동작 가능하여, 장치를 보다 간단하게 구성할 수 있다. 나아가 액체에의 해 발생하는 전압 값의 차이를 통해 액체의 이온 농도나 pH의 유의한 변화를 인식하여 액체의 이온 농도 또는 산성도 등을 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울 측정 장치의 동작 예를 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울 측정 장치를 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울 측정 장치에서 측정된 전압 신호 파형을 나타내는 도이다.
도 4a, 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울 측정 장치의 액체 방울 크기의 측정 예를 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울 측정 장치의 단위 전극의 패턴 예를 나타내는 도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울 측정 장치의 단위 전극의 구성을 나타내는 도이다.
도 7a 내지 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울 측정 장치의 단면을 나타내는 도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울 측정 장치에서 측정된 pH 및 이온농도를 예시하는 도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울 측정 장치의 단면을 나타내는 도이다.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
또한, 발명을 설명함에 있어서 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하에는 첨부한 도면을 참조하여 액체를 이용한 액체 방울 측정 장치의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 방울 측정 장치의 적용예를 나타내는 도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 액체 방울 측정 장치는 떨어지는 액체 방울과 접촉을 통해 액체 방울의 개수와 크기를 판단하고, 전체 떨어진 액체 양을 예측하는 것을 특징으로 한다.
보다 상세하게는 액체 방울의 접촉에 따라 발생하는 전압의 신호를 통해 액체 방울의 개수와 크기를 판단한다.
이하, 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면 본 실시예에 따른 액체 방울 측정 장치(200)는 기판(210), 단위 전극(215(220,230)), 에너지 전환층(240) 및 측정부(미도시)를 포함한다.
본 실시예에서 기판(210)은 본 실시예에 따른 액체 방울 측정 장치(10)를 구현하기 위한 구조물로써 기판(210) 상에 전극층(220,230) 및 에너지 전환층(240)이 직간접적으로 적층된다.
본 실시예에서 단위 전극은 기판(210) 상에 형성되고 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)을 포함한다.
본 실시예에서 에너지 전환층(240)은 미리 결정된 패턴에 따라 나열 또는 적층되는 복수의 단위 전극 상에 형성되고, 액체 방울과 직접 또는 간접적으로 접촉한다.
본 실시예에서 측정부(미도시)는 액체 방울(300)의 접촉에 따라 상기 복수의 상기 단위 전극 중 적어도 일부에서 발생하는 전기 에너지의 전압 또는 전류값을 포함하는 신호값을 측정한다.
이하 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 실시예에 따른 액체 방울의 개수 및 크기 측정의 예를 설명한다.
먼저 도 3을 참조하면, 도 3은 본 실시예에 따른 액체 방울 측정 장치에서 액체 방울의 접촉을 통해 나타나는 연속된 상기 신호값의 파형 정보를 나타낸다.
즉, 1초를 기준으로 도 3에 따르면 5Hz의 전압값 파형이 나타나며 따라서 1초 동안 5개의 액체 방울이 떨어진 것을 알 수 있다.
이때, 노이즈 피크를 설정하여 발생 전압의 평균보다 현저히 작은값을 제거하도록 하여 보다 측정의 정확도를 높일 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 단위 전극(215)은 기판 상에 복수로 형성된다. 즉 2개의 제1 및 제2 전극으로 구성된 단위 전극(215)을 기판을 기준으로 수평한 방향으로 나열하게 되면, 액체 방울(300)의 크기에 따라 동시에 접촉되는 단위 전극(215) 수가 달라질 수 있다.
도 4a를 참조하면, 액체 방울(300)은 단위전극 2, 단위전극 3에 걸쳐 접하게 되며 따라서 액체 방울의 지름의 크기를 5mm로 예측할 수 있다.
본 실시예에서 단위 전극 및 제1, 제2 전극의 간격을 보다 세밀하게 하는 형성하는 경우에는 더욱 정확한 액체 방울의 크기를 측정할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서 전극 간의 간격은 측정하고자 하는 액체 방울의 지름 보다는 적어도 적게 형성되는 것이 바람직하다.
도 4b를 참조하면, 액체 방울(300)은 단위 전극 2, 3, 4 모두에 접하게 되고 단위 전극 2, 3, 4에서 전극이 발생한 것을 통해 측정부는 이를 인식하여 액체 방울의 크기가 10mm인 것을 예측한다.
이상의 실시예는 전압신호를 발생 시키는 단위 전극을 통해 액체 방울의 지름의 크기를 예측할 수 있음을 예시하기 위한 것으로 절대적인 기준에 따라 5mm, 10mm 인 것을 나타내는 것은 아니며, 이러한 예측 방법은 다양한 방법으로 구성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 단위 전극(215)을 기판의 가로 세로 방향으로 다양하게 구성할 수 있다. 따라서 보다 넓은 면적에서 액체 방울의 개수 및 크기를 측정 할 수 있으며, 예를 들어 강수량의 측정을 위하여 기준이 되는 단위 면적의 기판에 대하여 단위 전극 들을 구성하여 빗 방울의 크기와 개수를 산출하는 것을 통해 강수량을 예측하는 것도 가능하다.
또한, 수평 뿐만 아니라 기판의 표면을 기준으로 수직한 방향으로 단위 전극 들을 적층하는 경우에는 전압 신호를 발생 시키는 상층의 단위 전극의 개수와, 하층의 단위 전극의 개수를 조합하여 예측할 수 있으며, 보다 정확한 액체 방울의 크기를 산출할 수 있다.
나아가, 상기 예에서 상층의 단위 전극과 하층의 단위 전극의 목적이 다르도록 구성하는 것도 가능하다.
예를 들어, 상층의 단위 전극은 물방울의 크기를 측정하고, 하층의 단위 전극은 물방울의 개수를 측정하도록 하는 것도 가능하다.
이하, 도 6a 내지 6c를 참조하면, 상술한 실시예와 달리 제1 전극(220)과 제2 전극(230)을 보다 다양한 구조로 구성하는 것도 가능하다. 예를 들어 제1 전극(220)이 사각형의 링으로 기판 상에 구성되고 내부에 제2 전극(230)이 구성되도록 하는 것도 가능하다. 또한 제2 전극(230)은 면으로 구성되는 것도 가능하다.
다른 실시예로 원형의 링형(도 6b), 삼각형의 링형(도 6c)로 구성되는 것도 가능하다. 이상의 실시예는 단위 전극(215)을 구성하는 제1 및 제2 전극의 다양한 실시예를 나타내는 것으로 도시한 예에 한정되지 않는다.
즉, 측정하려는 액체방울의 지름에 맞게 다양한 형태 및 크기의 전극을 사용하여 정확도를 높일 수 있다.
이하 도 7을 참조하여 본 실시예에 따른 기판(210), 단위 전극(215) 및 에너지 전환층(240) 및 이를 통한 전압 신호 발생의 원리에 대해여 설명한다.
본 실시예에서 기판(210)은 고분자 소재 또는 세라믹을 이용하여 구성할 수 있으며, 이때 고분자 소재의 기판(210)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR), 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate, PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(PolyethyleneNaphthalate, PEN), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES), 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 또는 고분자복합재료(fiber reinforced plastics, FRP) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 플라스틱 기판 또는 필름일 수 있다.
또한 세라믹 기판은 알루미나(Al2O3), 베릴리아(BeO), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소, 멀라이트 또는 실리콘 중 적어도 어느 하나를 포함하는 세라믹 재료를 이용할 수 있다.
또한 기판(210)으로 나일론, 면, 폴리에스터등의 fabric 소재를 기판으로 사용 가능하다.
본 실시예에서 단위 전극(215)은 기판(210) 상에 간격을 두고 패터닝된 제1 전극(220) 및 제2 전극 상(230)에서 소정의 액체 방울의 흐름에 따른 상기 전극들과의 접촉각, 접촉면, 접촉면적 중 어느 하나를 포함하는 접촉상태의 변화를 통해 분극 현상을 발생시키고 이에 따른 전기 에너지가 생성되도록 한다.
본 실시예에서 전극은 도전성 금속 뿐만 아니라 또는 구리, 니켈, 은 등을 패브릭에 코팅한 형태의 전도성 패브릭 전극으로 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제1 전극(220) 또는 제2 전극(230)은 ITO, IGO, 크롬, 알루미늄, IZO(Indium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZnO, ZnO2 또는 TiO2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 무기전극이거나 백금, 금, 은, 알루미늄, 철 또는 구리 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속전극이거나 페돗(PEDOT, polyethylenedioxythiophene), 탄소나노튜브(CNT, Carbon nano tube), 그래핀(graphene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리티오펜(Polythiophene, PT), 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene, PPV), 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride), 스테인레스 스틸, 크롬을 10%dltkd 함유한 철합금, SUS 304, SUS 316, SUS 316L, Co-Cr 합금, Ti 합금, 니티놀(Ni-Ti) 또는 폴리파라페닐렌비닐렌(polyparaphenylenevinylene) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 유기전극이다.
도 11a 내지 11d를 참조하면, 본 실시예에서 에너지 전환층(240)은 무기물층 및/또는 유기물층이 적층되어 구성된다. 바람직하게는, 이러한 에너지 전환층의 형성은 패터닝이나 증착, 또는 스핀코팅과 같은 방법이 이용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 에너지 전환층(240)은 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate, PMMA), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리4비닐페놀(poly(4-vinylpenol, PVP)) 또는 폴리이서술폰(polyethersulfone, PES) 폴리(4-메톡시페닐아크릴레이트) (Poly(4-methoxyphenylacrylate); PMPA), 폴리(페닐아크릴레이트) (Poly(phenylacrylate); PPA), 폴리(2,2,2-트리플로로에틸 메타아크릴레이트) (Poly(2,2,2-trifluoroethyl methacrylate); PTFMA), 사이아노에틸풀루란 (Cyanoethylpullulan; CYEPL), 폴리염화비닐 (polyvinyl chloride; PVC), 폴리(파라반사) 수지 (Poly (parabanic acid) resin; PPA), 폴리(t-부틸스티렌) (Poly(t-butylstyrene); PTBS), 폴리티에닐렌비닐렌 (Polythienylenevinylene; PTV), 폴리비닐아세테이트 (Polyvinylacetate; PVA), 폴리(비닐 알코올) (Poly(vinyl alcohol); PVA), 폴리(R메틸스티렌) (Poly(Rmethylstyrene); PAMS), 폴리(비닐 알코올)-코-폴리(비닐 아세테이트)-코-폴리(이타콘산) (Poly(vinyl alcohol)-co-poly(vinyl acetate)-co-poly(itaconic acid); PVAIA), 폴리올레핀 (Polyolefin), 폴리아크릴레이트 (Polyacrylate), 파릴렌-C (Parylene-C), 폴리이미드 (Polyimide), 옥타데실트리클로로실란 (Octadecyltrichlorosilane; OTS), 폴리(트리아릴아민) (Poly(triarylamine); PTTA), 폴리-3-헥실티오펜 (Poly-3-hexylthiophene; P3HT), 가교 결합된 폴리-4-비닐페놀 (cross-linked Poly-4-vinylphenol; cross-linked PVP), 폴리(퍼플로로알케닐비닐 에테르) (Poly(perfluoroalkenylvinyl ether)), 나일론-6 (Nylon-6), n-옥타데실포스포닉 산 (n-Octadecylphosphonic acid; ODPA), 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 실리콘(silicone), 폴리우레탄(polyurethane), 라텍스(latex), 초산셀룰로오스(cellulose acetate), PHEMA(poly(hydroxy ethyl methacrylate)), 폴리락타이드(polylactide, PLA), PGA(폴리글리콜라이드, polyglycolide), 또는 PGLA (Polyglycolide-co-Lactide ) 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함한 유기물층(240b); 및 산화실리콘(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3),탄탈(Ta2O5), 오산화 탄탈럼(Tantalum Pentoxide), 산화아연(Zinc oxide, ZnO), , 산화탄탈륨(Tantalum pentoxide, Ta2O5), 산화이트륨(Yttrium oxide, Y2O3), 산화세륨(Cerium oxide, CeO2), 이산화타이타늄(titanium dioxide, TiO2), 티탄산바륨(Barium titanate, BaTiO3), 바륨 지르코네이트 티타네이트(Barium zirconate titanate, BZT), 이산화지르코늄(Zirconium dioxide, ZrO2), 산화란탄륨(Lanthanum oxide, La2O3), 하프늄실리케이트(Hafnon, HfSiO4), 란타늄 알루미네이트(Lanthanum Aluminate, LaAlO3), 질화규소(Silicon nitride, Si3N4), Perovskite 물질로는, 스트론튬 티타네이트(Strontium titanate, SrTiO3), 바륨 스트론튬 티타네이트(barium strontium titanate, BST), 티탄산 지르콘산 연(Lead zirconate titanate, PZT), 티탄산칼슘구리(Calcium copper titanate,CCTO), 산화하프늄(HfO2), 아파타이트(A10(MO4)6(X)2), 수산화인회석(Ca10(PO4)6(OH)2), 인산3칼슘(Ca3(PO42)), Na2O-CaO-SiO2, 또는 바이오글라스(CaO-SiO2-P2O5) 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함한 무기물층(240a)을 포함한다. 나아가, 폴리테트라 플루오로에틸렌 (polytetrafluoroethylene), 에틸렌 테트라플로로에틸렌 (ethylene-tetrafluoroethylene), FEP(fluorinated ethylene propylene), 퍼플르오르알콕시-공중합체 (perfluoroalkoxy copolymer)를 이용하는 것도 가능하다.
바람직하게는, 유기물층(240b)은 유전상수(dielectric constant, K)가 4이하의 물질이 사용될 수 있고, 무기물층(240a)은 유전상수(dielectric constant, K)가 5이상의 물질이 사용될 수 있다.
본 실시예에서 무기물층(240a)과 유기물층(240b)은 제1 전극(220) 또는 제2 전극(220) 상에 적층됨에 순서는 상관없으나, 인접하여 적층되는 것이 바람직하다.
또한, 바람직하게는, 에너지 전환층(240)은 제1 전극(220)과 제2 전극(230)을 모두 덮도록 일체의 층으로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 무기물층(240a)과 유기물층(240b)은 제1 전극(210) 또는 제2 전극(220) 상에 적층될 때 반복 중첩될 수 있다. 즉, 에너지 전환층(240)은 무기물층(240a)과 유기물층(240b)의 적층 형태가 반복적으로 이루어져서 형성될 수 있다.
이상의 본 실시예에서 단위 전극(215)과 에너지 전환층(240)은 액체 방울(300)의 접촉상태의 변화에 따라 에너지를 발생시킨다. 즉, 액체 방울이 제1 또는 제2 전극(220, 230) 상을 흐르면서 이에 따른 접촉상태의 변화로 정전용량의 변화가 생기고 이에 의해 발생하는 전위차를 보상하기 위하여 발생하는 전자의 이동으로부터 에너지를 발생시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면 액체의 접촉면적 변화를 통해 발생되는 전압 신호를 통해 발생되는 발생하는 파형의 개수로 낙하하여 접촉한 액체방울의 개수를 측정할 수 있으며, 또한 복수의 전극 패턴을 통해 접촉된 액체 방울의 크기를 예측하고 이를 통해 액체 방울의 크기를 판단할 수 있다.
또한, 도 7을 참조하면 소수성 물질층(250)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 소수성 물질층(250)은 에너지 에너지 전환층(240) 상에 적층된다. 이러한 소수성 물질층(250)은 물이 전극들(220, 230)과의 접촉면, 접촉각 또는 접촉면적 변화가 용이하게 되도록 적층된다.
바람직하게는, 소수성 물질층(250)은 에너지 생성부(200)가 형성되지 않은 제1 전극(220) 또는 제2 전극(230) 상에 적층될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 소수성 물질층(250)은 실란(silane)계 물질, 플루오르중합체(fluoropolymer) 물질, 트리클로로실란(Trichlorosilane), 트리에톡시실란(Trimethoxysilane), 펜타플루오르페닐프로필트리클로로실란(Pentafluorophenylpropyltrichlorosilane), (벤질옥시)알킬트리메톡시실란 ((benzyloxy)alkyltrimethoxysilane; BSM-22), (벤질옥시)알킬트리클로로실란 ((benzyloxy)alkyltrichlorosilane; BTS), 헥사메틸디실라잔 (hexamethyldisilazane; HMDS), 옥타데실트리클로로실란 (octadecyltrichlorosilane; OTS), 옥타데실트리메톡시실란 (octadecyltrimethoxysilane; OTMS), 디비닐테트라메틸디실록산-비스-(벤조시클로부텐) (divinyltetramethyldisiloxane-bis(benzocyclobutene); BCB), TEOS(Tetraethoxysilane), MTES (Methyltrieethoxysilan) 중 적어도 어느 하나의 물질 또는 이들 물질의 혼합물로 이루어진다.
다음 도 8을 참조하여, 본 실시예에 따른 단위 전극의 적층 구조에 대하여 설명한다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에서 제1 전극(220)은 소정의 간격을 두고 일정한 방향에 따라 복수로 나열되어 형성될 수 있다.
또한, 제1 전극(220) 상에는 에너지 전환층(240)이 적층되며 에너지 전환층(240)을 사이에 두고 제1 전극(220)에 수직한 방향으로 겹쳐서 제2 전극(230)이 형성될 수 있다.
즉, 도 8에서는 서로 직교하는 방향으로 나열되게 된다. 따라서 이러한 구조에서는 더욱 다양한 전극간 전위차가 생기고 이를 통해 전압을 발생 시킬 수 있다.
나아가, 도 8은 제1 전극(220), 제2 전극(230) 각각이 복수의 전극으로 형성되는 것을 예시하고 있으나, 제1 전극(220)은 하나의 전극 판으로 형성되고, 제2 전극(230)은 소정의 간격을 두고 일정한 방향에 따라 복수로 나열되어 형성될 수 있다. 또는 제2 전극(230)이 하나의 전극 판으로 형성되고, 제2 전극(220)이 기판 상에서, 소정의 간격을 두고 일정한 방향에 따라 복수로 나열되어 형성되는 것도 가능하다.
또 다른 실시예로 도 9를 참조하면, 적층되는 전극 사이에 공간(270)을 형성하고 액체 방울 등의 접촉시 가해지는 압력을 통해 상부 전극(230)과 하부 전극(220)이 서로 접촉되고, 이에 따라 전압 신호를 발생 시키도록 구현하는 것도 가능하다. 공간의 경우 전극 사이에 탄성력 있는 지지체를 통해 형성하여, 압력이 사라지면 수축된 공간이 회복되게 하여, 영구적인 동작이 가능하도록 구현할 수 있다.
추가적으로 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따라 발생하는 전기 에너지의 전압은 액체의 이온 농도(b)나 pH(a) 에 따라 달라 질 수 있다.
즉, 이때 달라지는 전압을 통해 액체의 이온 농도나 pH 값을 산출할 수 있으며, 본 실시예에서는 달라지는 전압을 산출하는 것 외에, 발광 소자를 에너지 생성부에서 생성된 전기 에너지의 전력에 따라 발광되는 광의 특성이 달라지도록 구성을 하고, 발광 소자에서 방출되는 광의 특성 차이를 통해 액체의 이온 농도나 pH의 유의한 변화를 인식할 수 있다.
즉, pH의 측정을 통해 강수량 뿐만 아니라, 비의 산성도를 측정하도록 하는 것도 가능하다.
도 11a, 11d를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 무기물층(240a) 또는 유기물층(240b)은 액체와의 접촉면적을 넓히기 위한 구조물이 형성되도록 증착된다.
도 11a 내지 도11d는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 생성부(200)의 실시예를 나타낸 측면도이다. 도11a 내지 도11d를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 생성부(200)는 기판(210) 상에 패터닝된 전극(220, 230) 상에 무기물층(240a)이 증착된다. 본 실시예에서 에너지 생성부(200)는 기판(210) 상에 유기물층 또는 무기물층의 표면적을 넓히기 위해서 유기물층(240b)은 무기물층(240a) 상에 요철 형상(도 11a), 뾰족 돌기 형상(도 11b), 반구 형상(도 11c), 구혈 형상(도 11d)인 미세구조물이 형성되도록 적층될 수 있다. 바람직하게는, 유기물층(240b)과 무기물층(240a)의 순서가 바뀌어도 되며, 구조물이 형성되도록 적층되는 것이 반드시 유기물층(240b)이어야 하는 것은 아니다.
이를 통해, 액체(300)과의 접촉면, 접촉면적, 접촉각등의 변화를 보다 크게 가져오도록 하여 에너지 전환 효율을 증대시킬 수 있다.
바람직하게는, 본 실시예에 따른 에너지 생성부(200)는 구조물이 형성되도록 적층된 유기물층(240b) 상에 상기 구조물 형상이 유지되도록 소수성 물질층(250)이 적층된다.
이러한 구조물 형상은 상기 전극(220)과 액체(300)의 접촉면적 변화가 보다 커지도록 하여 전기에너지 발생효율을 높이는 효과가 있다.
또한, 도시하지는 않았으나 액체 방울 측정 장치에 커패시터를 연결하여 일정량 이상의 전하가 커패시터에 충전 시 소리나 빛으로 알람을 줄 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 장치는 보다 효율적인 작동을 위해 수평면을 기준으로 비스듬하게 설치될 수 있다. 이를 통해 액체 방울이 접촉 후 용이하게 흐르도록 한다. 나아가 단위 전극들을 상호 연결할 때 직렬, 병렬 형태로 제작할 수 있다.
이상 본 발명에 따르면 본 발명에 따르면 액체의 접촉면적 변화를 통해 발생되는 전압 신호를 통해 발생되는 발생하는 파형의 개수로 낙하하여 접촉한 액체방울의 개수를 측정할 수 있으며, 또한 복수의 전극 패턴을 통해 접촉된 액체 방울의 크기를 예측하고 이를 통해 액체 방울의 크기를 판단할 수 있다.
또한, 판단된 액체 방울의 개수와 크기를 통해 액체의 양을 산출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 별도의 외부 전원인가 없이도 동작 가능하여, 장치를 보다 간단하게 구성할 수 있다. 나아가 액체에의 해 발생하는 전압 값의 차이를 통해 액체의 이온 농도나 pH의 유의한 변화를 인식하여 액체의 이온 농도 또는 산성도 등을 측정할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성되고 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 단위 전극;
    미리 결정된 패턴에 따라 나열 또는 적층되는 복수의 상기 단위 전극 상의 적어도 일부에 형성되고, 액체 방울과 직접 또는 간접적으로 접촉하는 경우 상기 액체 방울의 접촉상태 변화에 따라 상기 단위 전극과 함께 전기 에너지를 생성하는 에너지 전환층; 및
    상기 단위 전극 중 적어도 일부에서 상기 전기 에너지의 신호값을 측정하는 측정부를 포함하되,
    상기 측정부는,
    연속된 상기 신호값의 파형을 측정하고, 단위시간당 일정한 피크값에 도달한 횟수를 계산하여 상기 에너지 전환층에 접촉한 액체방울의 개수를 획득하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 측정 장치
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정부는 상기 나열 또는 적층되는 복수의 단위 전극 중 전기 에너지가 발생하는 단위 전극을 판단하여 상기 액체 방울의 크기를 예측하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 측정 장치
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 방울 측정 장치는,
    상기 단위 전극과 연결되는 커패시터; 및
    상기 커패시터에서 충전된 전기 에너지를 이용하여 알람 정보를 발생시키는 알람부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 측정 장치
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 전극은 상기 기판의 면을 기준으로 수직한 방향으로 적층되어 구분되는 제1 단위 전극 및 제2 단위 전극을 포함하고,
    상기 제1 단위 전극은 상기 액체 방울의 개수를 측정하고,
    상기 제2 단위 전극은 상기 액체 방울의 크기를 측정하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 측정 장치
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 전환층은 무기물층, 유기물층 또는 유기물과 무기물의 혼합물층 중 적어도 어느 하나의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 방울 측정 장치
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 전환층은 상기 액체 방울과의 접촉상태의 변화를 용이하도록 하기 위한 소수성 물질층이 적층되는 것을 특징으로 하는 액체 방울 측정 장치
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 전환층은 상기 액체와의 접촉면적을 넓히기 위한 구조물이 형성된 것을 특징으로 하는 액체 방울 측정 장치
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 수평면을 기준으로 일부 기울어지는 것을 특징으로 하는 액체 방울 측정 장치
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