KR102037159B1 - A contactless impedance readout system using simulated inductor and switched capacitor - Google Patents

A contactless impedance readout system using simulated inductor and switched capacitor Download PDF

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KR102037159B1
KR102037159B1 KR1020170091733A KR20170091733A KR102037159B1 KR 102037159 B1 KR102037159 B1 KR 102037159B1 KR 1020170091733 A KR1020170091733 A KR 1020170091733A KR 20170091733 A KR20170091733 A KR 20170091733A KR 102037159 B1 KR102037159 B1 KR 102037159B1
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Abstract

제1전극; 제2전극; 제2전극에 일단자가 연결되어 있으며, 인가되는 클록 주파수에 따라 임피던스가 변화하는 시뮬레이티드 인덕터; 및 시뮬레이티드 인덕터의 타단자에 연결되어 시뮬레이티드 인덕터를 통해 흐르는 전류에 관한 출력전압을 출력하는 감지부를 포함하는 비접촉식 임피던스 측정장치가 공개된다. 이 장치는 인공관 내의 물질의 임피던스를 측정하거나, 또는 생체 조직의 임피던스, 예컨대 피부 밑의 혈관 및 그 내의 혈액 등의 임피던스를 측정하는 데에 사용될 수 있다.A first electrode; Second electrode; A simulated inductor having one end connected to a second electrode, the impedance of which is changed according to a clock frequency applied thereto; And a sensing unit connected to the other terminal of the simulated inductor and outputting an output voltage with respect to a current flowing through the simulated inductor. The device can be used to measure the impedance of materials in artificial tubes, or to measure the impedance of living tissue, such as the impedance of blood vessels and blood within the skin.

Figure R1020170091733
Figure R1020170091733

Description

스위치 캐패시터와 가상 인덕터를 이용한 공진형 비접촉식 임피던스 측정 회로 및 시스템 {A CONTACTLESS IMPEDANCE READOUT SYSTEM USING SIMULATED INDUCTOR AND SWITCHED CAPACITOR}Resonant contactless impedance measuring circuit and system using switch capacitor and virtual inductor {A CONTACTLESS IMPEDANCE READOUT SYSTEM USING SIMULATED INDUCTOR AND SWITCHED CAPACITOR}

본 발명은 비접촉식 임피던스 측정 시스템을 위한 전자기기에 관한 것으로, 특히 가상 인덕터와 스위치 캐패시터를 이용한 공진형 측정장치에 관한 것이다. The present invention relates to an electronic device for a non-contact impedance measurement system, and more particularly, to a resonance type measurement apparatus using a virtual inductor and a switch capacitor.

가변인덕터에 관한 종래 기술로서 출원번호 KR1020050016802, 출원번호 KR1020000049908, 출원번호 KR1020050083712, 출원번호 KR1020030015684, 등록번호 JP3959371, 등록번호 JP4686487, 등록번호 JP4471757 등의 특허문헌들이 공개되어 있다.
도 1a는 종래 기술에 따른 비접촉식 임피던스 측정 시스템의 이용방법을 나타낸 것이다.Patent documents such as patent application number KR1020050016802, application number KR1020000049908, application number KR1020050083712, application number KR1020030015684, registration number JP3959371, registration number JP4686487, registration number JP4471757 are disclosed as a related art regarding a variable inductor.
Figure 1a shows a method of using a contactless impedance measurement system according to the prior art.

도 1a에 나타낸 바와 같이, 측정하고자 하는 측정대상인 유체가 흐르도록 되어 있는 관(50)의 양측에 제1전극(11) 및 제2전극(12)를 각각 배치함으로써, 제1전극(11) 및 제2전극(12) 사이를 관(50)이 통과하도록 할 수 있다. 관(50)을 통해 유체가 흐르는 상태에서, 제1전극(11) 및 제2전극(12)에 서로 다른 전위를 갖도록 제1전극(11) 및 제2전극(12)에 전압을 걸어주게 되면, 관(50)을 통해 흐르는 유체의 임피던스를 측정할 수 있게 된다. 여기서 제1전극(11) 및 제2전극(12)이 실제 측정대상이 상기 유체에 직접 접촉하지 않기 때문에 상기 유체의 임피던스는 비접촉식으로 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 1A, the first electrode 11 and the second electrode 12 are disposed on both sides of the tube 50 through which the fluid to be measured flows, so that the first electrode 11 and The tube 50 may pass between the second electrodes 12. When a fluid flows through the tube 50, voltage is applied to the first electrode 11 and the second electrode 12 to have different potentials at the first electrode 11 and the second electrode 12. The impedance of the fluid flowing through the tube 50 can be measured. Here, the impedance of the fluid may be made non-contact since the first and second electrodes 11 and 12 do not directly contact the fluid.

그런데 이 경우, 제1전극(11)과 관(50) 사이에 제1결합 커패시턴스(Coupling Capacitance)(Z1)가 발생하고, 제2전극(12)과 관(50) 사이에 제2결합 커패시턴스(Z2)가 발생하게 된다. 따라서 도 1a에 나타낸 비접촉식 임피던스 측정 시스템의 이용방법에 따르면, 상기 측정 시스템의 실제 임피던스를 모델링한 회로는 도 2와 같이 나타낼 수 있다.In this case, however, a first coupling capacitance Z1 is generated between the first electrode 11 and the tube 50, and a second coupling capacitance (Z1) is formed between the second electrode 12 and the tube 50. Z2) is generated. Therefore, according to the method of using the contactless impedance measuring system shown in FIG. 1A, a circuit modeling the actual impedance of the measuring system may be represented as shown in FIG. 2.

도 1b는 비접촉식 임피던스 측정 시스템의 또 다른 이용방법을 나타낸 것이다. 예컨대, 사람 또는 동물의 피부(500) 아래에 존재하는 정맥 또는 동맥과 같은 혈관(50)을 통해 혈액이 이동할 수 있다. 이때 상기 혈액의 임피던스를 측정해야 하는 경우가 있을 수 있다. 이와 같은 사례에서, 도 1a에 나타낸 제1전극(11) 및 제2전극(12)을 상기 혈관(50)의 양측에 서로 대향하여 배치할 수는 없다. 따라서 제1전극(11) 및 제2전극(12)을 상기 혈관(50)의 연장방향을 따라 배치할 수 있으며, 이와 같이 배치하더라도 본 명세서에서 설명하는 임피던스 측정 시스템을 그 목적에 맞게 이용할 수 있다.1b illustrates another method of using a contactless impedance measurement system. For example, blood may travel through blood vessels 50 such as veins or arteries present under the skin 500 of a human or animal. At this time, it may be necessary to measure the impedance of the blood. In this case, the first electrode 11 and the second electrode 12 shown in FIG. 1A cannot be disposed opposite to each other on both sides of the blood vessel 50. Therefore, the first electrode 11 and the second electrode 12 can be arranged along the extending direction of the blood vessel 50, and even if arranged in this way, the impedance measurement system described herein can be used for the purpose. .

도 2는 종래 기술에 따라 제공되는 비접촉식 임피던스 측정 시스템에 있어서, 측정대상의 임피던스(Zt) 및 그 주변에 발생하는 임피던스들을 포함하여 모델링한 회로를 나타낸다. 도 2에서는 상기 제2결합 커패시턴스(Z2)가 상기 제1결합 커패시턴스(Z1)와 동일한 값을 갖는 것으로 가정하였다.FIG. 2 is a circuit diagram of a non-contact impedance measurement system provided according to the prior art, including a model including impedances Zt and impedances generated around the measurement target. In FIG. 2, it is assumed that the second coupling capacitance Z2 has the same value as the first coupling capacitance Z1.

도 3은 종래 기술에 따라 제공되는 비접촉식 임피던스 측정 시스템의 회로 및 여기에 상기 도 2에 따라 제공되는 모델링된 회로를 적용한 것을 나타낸다.3 shows the application of a circuit of a contactless impedance measurement system provided according to the prior art and the modeled circuit provided according to FIG. 2 above.

도 3과 같이, 측정하고자 하는 상기 측정대상의 주변에 배치한 전극(11 또는 12)을 TIA 증폭기(20)의 반전 입력단자에 연결하여 측정할 수 있다. 이때, 도 3에서 TIA 증폭기(20)의 반전 입력단자 부분의 전위가 버츄얼 그라운드로 볼 수 있으므로, TIA 증폭기(20)의 피드백 저항(21)을 통해 흐르는 전류 I = VIN/(2*Z1+Zt)로 결정된다(이때, VIN은 제1전극(11)에 인가되는 구동전압으로서 예컨대 정현파로서 제공될 수도 있다). 따라서 측정대상의 임피던스 값이 결합 커패시턴스 값(Z1)보다 많이 작게 되면 측정대상에 변화가 발생하더라도 그 변화량을 측정하기 힘들기 때문에, 상기 결합 커패시턴스 값(Z1)을 제거해 줄 필요가 있다. 이를 위하여, 기존의 비접촉식 임피던스 측정 방법에서는 실제 인덕터를 달아주는 방식 등을 이용하여 특정대상의 임피던스(Zt) 이외의 성분을 제거하였다.As shown in FIG. 3, an electrode 11 or 12 disposed around the measurement target to be measured may be connected to an inverting input terminal of the TIA amplifier 20 to measure the measurement. At this time, since the potential of the inverting input terminal portion of the TIA amplifier 20 can be seen as virtual ground in FIG. 3, the current flowing through the feedback resistor 21 of the TIA amplifier 20 I = V IN / (2 * Z1 + Zt) (V IN may be provided as a driving voltage applied to the first electrode 11, for example, as a sine wave). Therefore, when the impedance value of the measurement target is smaller than the coupling capacitance value Z1, it is difficult to measure the change amount even if a change occurs in the measurement target. Therefore, it is necessary to remove the coupling capacitance value Z1. To this end, in the conventional non-contact impedance measurement method, a component other than the impedance Zt of a specific target is removed by using a method of attaching an actual inductor.

이러한 기존의 C4D (Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection)방식은 유체의 측정에 용이하게 사용되어 왔다. 예를 들어 공기 중의 습도가 변하는 것은 공기의 구성에 작은 변화를 가져오게 되고, 감지되는 신호는 큰 변화로 나타나게 된다. 이 같은 변화를 감지하여 측정할 수 있었던 것이다. 이 밖에도 하나의 모세혈관 기둥에서 혼합된(Li+, Na+, NH4 +, K+)등의 무기물 양이온을 분리하기 위해서 C4D 방법을 사용하기도 한다. 또한 미생물 개체의 역학과 같은 것들은 LC공진 특성을 통해 측정하기도 한다. PH, 암모니아의 농도와 같은 요소 등이 미생물에 영향을 주고, 이러한 영향을 통한 변화를 대사 물질의 구성 변화로부터 LC공진회로를 이용해 감지한다.This conventional C4D (Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection) method has been easily used for measuring fluids. For example, a change in humidity in the air results in a small change in the composition of the air, and the detected signal appears as a large change. This change could be detected and measured. In addition, the C4D method is used to separate inorganic cations such as (Li + , Na + , NH 4 + , K + ) from one capillary column. Also, such as the dynamics of microbial organisms, can be measured by LC resonance characteristics. Factors such as pH and ammonia concentration affect microorganisms, and changes through these effects are detected using LC resonant circuits from metabolic composition changes.

상술한 종래 방식에 따르면 상기 결합 커패시턴스에 의해 실제 측정하고자 하는 유체 내부의 임피던스 성분의 측정이 어려웠다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 종래에는 공진형 회로를 도입하여 상기 비접촉식 임피던스 측정 회로에 나타나는 직렬 결합 커패시턴스 성분을 제거하였다. 이때, 상기 공진형 회로를 위하여 실제 인덕터를 사용하였다.According to the above-described conventional method, it is difficult to measure the impedance component inside the fluid to be actually measured by the coupling capacitance. In order to solve this problem, conventionally, a resonant circuit was introduced to remove the series coupling capacitance component appearing in the contactless impedance measuring circuit. In this case, an actual inductor was used for the resonant circuit.

그런데 상기 종래 방식에 따르면, 상기 도입한 공진형 회로가 특정한 단일 주파수에서만 공진이 일어나는데, 상기 결합 커패시턴스의 값이 상황에 따라 변화하기 때문에 단일 주파수에서만 공진이 일어나는 공진형 회로만으로는 특정대상을 정확하게 측정할 수 없다는 문제가 있다.However, according to the conventional method, the introduced resonance circuit generates resonance only at a specific single frequency. Since the value of the combined capacitance changes according to a situation, only a resonance circuit having resonance only at a single frequency can accurately measure a specific object. There is a problem that can not be.

본 발명에서는 상술한 문제를 해결하기 위하여 변화하는 결합 커패시턴스에 대응하여 공진 주파수를 변화시킬 수 있는 공진형 회로가 도입된 비접촉식 임피던스 측정 회로를 제공하고자 한다.In order to solve the above-mentioned problem, an object of the present invention is to provide a non-contact impedance measurement circuit in which a resonance type circuit capable of changing a resonance frequency in response to a changing coupling capacitance is introduced.

본 발명에서는, 비접촉식 임피던스 측정 회로의 측정 전극과 측정대상 사이에 발생하는 결합 커패시턴스 성분을 제거하기 위하여 공진형 회로를 추가한다. 상기 공진형 회로의 공진주파수를 변화시킬 수 있도록 상기 공진형 회로를 증폭기들, 가변저항들 및 커패시터들을 이용하여 구성한다. 이때 상기 가변저항을 스위치 커패시터들을 이용하여 제공한다. 상기 스위치 커패시터의 스위칭 주파수를 변화시키면 상기 가변저항의 값이 변화되며, 따라서 상기 공진형 회로의 인덕턴스값이 변화함으로써 결과적으로 공진주파수가 변화될 수 있다. 그 결과 미리 알 수 없는 결합 커패시턴스의 값에 대응하여 상기 공진주파수를 변화시킬 수 있다.In the present invention, a resonant circuit is added to remove the coupling capacitance component generated between the measurement electrode and the measurement target of the non-contact impedance measurement circuit. The resonant circuit is configured using amplifiers, variable resistors, and capacitors to change the resonant frequency of the resonant circuit. In this case, the variable resistor is provided using switch capacitors. When the switching frequency of the switch capacitor is changed, the value of the variable resistor is changed. Accordingly, the resonance frequency may be changed as a result of changing the inductance value of the resonant circuit. As a result, the resonance frequency may be changed in correspondence with an unknown coupling capacitance value.

구체적으로는, 상기 결합 커패시턴스 성분을 공진형 회로를 도입하여 제거하기 위하여, 도입되는 상기 인덕터를 시뮬레이션된 인덕터(simulated inductor) 회로로 구현하고, 이때 값을 미리 정확히 알지 못하는 상기 결합 커패시턴스 성분에 맞게 상기 인턱터의 L값의 변화를 용이하게 하기 위해, 스위치 커패시터로 저항을 대체한다. Specifically, in order to remove the coupling capacitance component by introducing a resonant circuit, the introduced inductor is implemented as a simulated inductor circuit, wherein the coupling capacitance component is not matched with the coupling capacitance component in advance. To facilitate changing the L value of the inductor, replace the resistor with a switch capacitor.

본 발명의 일 관점에 따르면, 제2전극(12); 상기 제2전극에 일단자가 연결되어 있으며, 스위치(S1, S2) 및 제3커패시터(C3)로 구성되는 스위치드 커패시터 회로부(200)을 포함하는 시뮬레이티드 인덕터(100); 및 상기 시뮬레이티드 인덕터(100)의 타단자에 연결되어 상기 시뮬레이티드 인덕터(100)를 통해 흐르는 전류(I)에 관한 출력전압을 출력하는 감지부(90);를 포함하는 비접촉식 임피던스 측정장치를 제공할 수 있다. 이때, 상기 시뮬레이티드 인덕터는 상기 스위치의 온/오프 상태를 전환하는 클록 주파수를 변화시킴으로써 가변되는 가변 인덕턱스 성분을 갖는다. According to one aspect of the invention, the second electrode 12; A simulated inductor (100) having one end connected to the second electrode and including a switched capacitor circuit (200) consisting of switches (S1, S2) and a third capacitor (C3); And a sensing unit 90 connected to the other terminal of the simulated inductor 100 to output an output voltage related to the current I flowing through the simulated inductor 100. Can be provided. In this case, the simulated inductor has a variable inductance component that is varied by changing a clock frequency for switching the on / off state of the switch.

이때, 상기 비접촉식 임피던스 측정장치는, 제1전극(11); 및 상기 제1전극에 구동전압을 제공하고 상기 출력전압을 감지하며 상기 클록 주파수를 발생시키는 제어부(30);를 더 포함할 수 있다. In this case, the non-contact impedance measuring apparatus, the first electrode (11); And a controller 30 which provides a driving voltage to the first electrode, senses the output voltage, and generates the clock frequency.

이때, 상기 스위치드 커패시터 회로부(200)는 제1스위치(S1), 제2스위치(S2), 및 상기 제3커패시터(C3)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1스위치(S1)의 일 단은 상기 시뮬레이티드 인덕터의 제1노드(N1)에 연결되고, 상기 제1스위치(S1)의 타 단은 상기 제3커패시터(C3)의 일 단 및 상기 제2스위치(S2)의 타 단에 연결되며, 상기 제3커패시터(C3)의 타 단은 기준전위(GND)에 연결되며, 상기 제2스위치(S2)의 일 단은 상기 시뮬레이티드 인덕터의 제2노드(N2)에 연결될 수 있다. 이때, 상기 전류(I)는 상기 제1노드(N1)로부터 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치를 통해 상기 제2노드(N2) 쪽으로 흐를 수 있다. In this case, the switched capacitor circuit unit 200 may include a first switch S1, a second switch S2, and the third capacitor C3. One end of the first switch S1 is connected to the first node N 1 of the simulated inductor, and the other end of the first switch S1 is one end of the third capacitor C3. And the other end of the second switch S2, the other end of the third capacitor C3 is connected to a reference potential GND, and one end of the second switch S2 is simulated. It may be connected to the second node N 2 of the inductor. In this case, the current I may flow from the first node N 1 toward the second node N 2 through the first switch and the second switch.

이때, 상기 제1스위치의 온/오프를 제어하는 제1클록의 제1주파수 및 상기 제2스위치의 온/오프를 제어하는 제2클록의 제2주파수는 상기 제어부에 의해 제어되며, 상기 제1주파수 및 상기 제2주파수는 서로 동일하며, 상기 제1스위치가 온 상태를 유지하는 제1시구간과 상기 제2스위치가 온 상태를 유지하는 제2시구간은 서로 겹치지 않을 수 있다.In this case, the first frequency of the first clock for controlling the on / off of the first switch and the second frequency of the second clock for controlling the on / off of the second switch are controlled by the controller. The frequency and the second frequency may be the same, and the first time period in which the first switch is on and the second time period in which the second switch is on may not overlap each other.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상술한 비접촉식 임피던스 측정장치를 이용하여 측정대상의 임피던스를 측정하는 방법을 제공할 수 있다. 이 방법은, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 상기 측정대상을 배치한 상태에서, 상기 제어부가 상기 제1전극에 미리 설정된 구동 주파수를 갖는 정현파 형태의 구동전압(VIN)을 인가하는 단계; 상기 클록 주파수를 변화시켜 상기 출력전압을 반복하여 측정함으로써, 상기 비접촉식 임피던스 측정장치가 상기 구동 주파수에서 공진하도록 하는 상기 클록 주파수의 값인 제1값을 결정하는 단계; 및 상기 클록 주파수를 상기 제1값으로 고정시킨 상태에서, 상기 제1전극에 상기 구동 주파수를 갖는 정현파 형태의 구동전압(VIN)을 인가하여, 상기 측정대상의 임피던스를 측정하는 단계를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, it is possible to provide a method for measuring impedance of a measurement target by using the above-described non-contact impedance measuring apparatus. In this method, in the state where the measurement object is disposed between the first electrode and the second electrode, the control unit applies a sine wave driving voltage V IN having a preset driving frequency to the first electrode. step; Determining a first value that is a value of the clock frequency that causes the contactless impedance measuring device to resonate at the driving frequency by varying the clock frequency and repeatedly measuring the output voltage; And measuring the impedance of the measurement target by applying a sine wave driving voltage V IN having the driving frequency to the first electrode while fixing the clock frequency to the first value. .

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 제1전극; 제2전극; 상기 제2전극에 일단자가 연결되어 있으며, 인가되는 클록 주파수에 따라 임피던스가 변화하는 시뮬레이티드 인덕터; 및 상기 시뮬레이티드 인덕터의 타단자에 연결되어 상기 시뮬레이티드 인덕터를 통해 흐르는 전류에 관한 출력전압을 출력하는 감지부;를 포함하는 비접촉식 임피던스 측정장치를 이용하여 측정대상의 임피던스를 측정하는 방법을 제공할 수 있다. 이 방법은, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 상기 측정대상을 배치한 상태에서, 상기 제어부가 상기 제1전극에 미리 설정된 구동 주파수를 갖는 정현파 형태의 구동전압(VIN)을 인가하는 단계; 상기 클록 주파수를 변화시켜 상기 출력전압을 반복하여 측정함으로써, 상기 비접촉식 임피던스 측정장치가 상기 구동 주파수에서 공진하도록 하는 상기 클록 주파수의 값인 제1값을 결정하는 단계; 및 상기 클록 주파수를 상기 제1값으로 고정시킨 상태에서, 상기 제1전극에 상기 구동 주파수를 갖는 정현파 형태의 구동전압(VIN)을 인가하여, 상기 측정대상의 임피던스를 측정하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the invention, the first electrode; Second electrode; A simulated inductor having one end connected to the second electrode and having an impedance varying according to an applied clock frequency; And a sensing unit connected to the other terminal of the simulated inductor and outputting an output voltage related to a current flowing through the simulated inductor. The method of measuring impedance of a measurement target by using a non-contact impedance measuring apparatus comprising a Can provide. In this method, in the state where the measurement object is disposed between the first electrode and the second electrode, the control unit applies a sine wave driving voltage V IN having a preset driving frequency to the first electrode. step; Determining a first value that is a value of the clock frequency that causes the contactless impedance measuring device to resonate at the driving frequency by varying the clock frequency and repeatedly measuring the output voltage; And measuring the impedance of the measurement target by applying a sine wave driving voltage V IN having the driving frequency to the first electrode while fixing the clock frequency to the first value. .

본 발명의 또 다른 관점에 따라 생체의 임피던스를 측정하기 위한 임피던스 측정장치를 제공할 수 있다. 이 측정장치는, 상기 생체의 표면에 배치되도록 되어 있는 제2전극(12); 상기 제2전극에 일단자가 연결되어 있으며, 스위치(S1, S2) 및 제3커패시터(C3)로 구성되는 스위치드 커패시터 회로부(200)을 포함하는 시뮬레이티드 인덕터(100); 및 상기 시뮬레이티드 인덕터(100)의 타단자에 연결되어 상기 시뮬레이티드 인덕터(100)를 통해 흐르는 전류(I)에 관한 출력전압을 출력하는 감지부(90);를 포함한다. 이때 상기 시뮬레이티드 인덕터는 상기 스위치의 온/오프 상태를 전환하는 클록 주파수를 변화시킴으로써 가변되는 가변 인덕턱스 성분을 갖는다. According to still another aspect of the present invention, an impedance measuring apparatus for measuring impedance of a living body may be provided. The measuring device includes a second electrode 12 arranged to be disposed on the surface of the living body; A simulated inductor (100) having one end connected to the second electrode and including a switched capacitor circuit (200) consisting of switches (S1, S2) and a third capacitor (C3); And a sensing unit 90 connected to the other terminal of the simulated inductor 100 to output an output voltage related to the current I flowing through the simulated inductor 100. In this case, the simulated inductor has a variable inductance component that is varied by changing a clock frequency for switching the on / off state of the switch.

본 발명의 또 다른 관점에 따라, 제1전극; 제2전극; 상기 제2전극에 일단자가 연결되어 있으며, 인가되는 클록 주파수에 따라 임피던스가 변화하는 시뮬레이티드 인덕터; 및 상기 시뮬레이티드 인덕터의 타단자에 연결되어 상기 시뮬레이티드 인덕터를 통해 흐르는 전류에 관한 출력전압을 출력하는 감지부;를 포함하는 임피던스 측정장치를 이용하여 측정대상의 임피던스를 측정하는 방법을 제공할 수 있다. 이 방법은, 상기 측정대상의 표면 상에 상기 제1전극과 상기 제2전극을 서로 인접하여 배치한 상태에서, 상기 제어부가 상기 제1전극에 미리 설정된 구동 주파수를 갖는 정현파 형태의 구동전압(VIN)을 인가하는 단계; 상기 클록 주파수를 변화시켜 상기 출력전압을 반복하여 측정함으로써, 상기 임피던스 측정장치가 상기 구동 주파수에서 공진하도록 하는 상기 클록 주파수의 값인 제1값을 결정하는 단계; 및 상기 클록 주파수를 상기 제1값으로 고정시킨 상태에서, 상기 제1전극에 상기 구동 주파수를 갖는 정현파 형태의 구동전압(VIN)을 인가하여, 상기 측정대상의 임피던스를 측정하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the invention, the first electrode; Second electrode; A simulated inductor having one end connected to the second electrode and having an impedance varying according to an applied clock frequency; And a sensing unit connected to the other terminal of the simulated inductor and outputting an output voltage related to a current flowing through the simulated inductor. can do. In this method, the first electrode and the second electrode are arranged adjacent to each other on the surface of the measurement object, Applying, by the controller, a sine wave driving voltage V IN having a preset driving frequency to the first electrode; Determining a first value that is a value of the clock frequency that causes the impedance measuring device to resonate at the driving frequency by varying the clock frequency and repeatedly measuring the output voltage; And measuring the impedance of the measurement target by applying a sine wave driving voltage V IN having the driving frequency to the first electrode while fixing the clock frequency to the first value. .

본 발명에 따르면, 비접촉식 임피던스 측정장치의 전극과 검출대상 간에 발생하는 미지의 결합 커패시턴스에 대응하여, 상기 비접촉식 임피던스 측정장치의 공진 주파수를 변화시킬 수 있는 공진형 회로가 도입된 비접촉식 임피던스 측정 회로를 제공할 수 있다. 이로써 상기 미지의 결합 커패시턴스 성분을 제거하여 측정대상의 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.According to the present invention, a non-contact impedance measuring circuit having a resonant circuit capable of changing the resonant frequency of the non-contact impedance measuring apparatus is provided in response to an unknown coupling capacitance generated between an electrode of the non-contact impedance measuring apparatus and a detection target. can do. As a result, the measurement accuracy of the measurement target may be improved by removing the unknown coupling capacitance component.

도 1a는 종래 기술에 따른 비접촉식 임피던스 측정 시스템의 이용방법을 나타낸 것이며, 도 1b는 도 1a의 이용방법의 변형예를 나타낸 것이다.
도 2는 종래 기술에 따라 제공되는 비접촉식 임피던스 측정 시스템에 있어서, 측정대상의 임피던스 및 그 주변에 발생하는 임피던스들을 포함하여 모델링한 회로를 나타낸다.
도 3은 종래 기술에 따라 제공되는 비접촉식 임피던스 측정 시스템의 회로 및 여기에 상기 도 2에 따라 제공되는 모델링된 회로를 적용한 것을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시에에 따라 제공되는 비접촉식 임피던스 측정장치의 구성을 나타낸 것이다.
도 5는 도 4에 나타낸 비접촉식 임피던스 측정장치를 이용하여 측정대상을 측정할 때에 형성되는 회로를 나타낸 것이다.
도 6은 도 4 및 도 5에 나타낸 시뮬레이티드 인덕터의 구조를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이티드 인덕터에 포함된 일 저항을 대체하는 스위치 커패시터 저항 회로, 즉 가변저항회로를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 비접촉식 임피던스 측정장치를 이용하여 특정 주파수에서의 측정대상의 임피던스를 측정하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 시뮬레이티드 인덕터와 가변저항회로를 이용하여 비접촉식 임피던스 측정장치를 구성 후 출력된 파형을 나타낸다.
도 10은 도 4와 같이 제공된 비접촉식 임피던스 측정장치가 3MHz에서 공진 주파수가 일어나도록 값을 설정하고 시뮬레이션 한 결과 관찰된 주파수 응답 그래프이다.
도 11은 도 4와 같이 제공된 비접촉식 임피던스 측정장치가 5MHz에서 공진 주파수가 일어나도록 값을 설정하고 시뮬레이션 한 결과 관찰된 주파수 응답 그래프이다.
도 12는 3MHz에서 종래 기술에 따라 측정한 Vout의 피크-투-피크 전압인 Vpp 을 본 발명의 일 실시예에 따른 기술에 따라 공진을 발생시켜 측정한 Vout의 피크-투-피크 전압인 Vpp 과 비교한 것이다.
도 13은 5MHz에서 종래 기술에 따라 측정한 Vout의 피크-투-피크 전압인 Vpp 을 본 발명의 일 실시예에 따른 기술에 따라 공진을 발생시켜 측정한 Vout의 피크-투-피크 전압인 Vpp 과 비교한 것이다.FIG. 1A illustrates a method of using a non-contact impedance measurement system according to the related art, and FIG. 1B illustrates a variation of the method of FIG. 1A.
FIG. 2 illustrates a circuit modeled by including a impedance of a measurement target and impedances generated in the vicinity of the contactless impedance measurement system provided according to the related art.
3 shows the application of a circuit of a contactless impedance measurement system provided according to the prior art and the modeled circuit provided according to FIG. 2 above.
Figure 4 shows the configuration of a contactless impedance measuring apparatus provided according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows a circuit formed when a measurement target is measured using the non-contact impedance measuring apparatus shown in FIG. 4.
6 illustrates the structure of the simulated inductor shown in FIGS. 4 and 5.
7 illustrates a switch capacitor resistor circuit, that is, a variable resistor circuit, to replace one resistor included in a simulated inductor according to an exemplary embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a method of measuring an impedance of a measurement target at a specific frequency using a non-contact impedance measuring apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
9 illustrates waveforms output after a non-contact impedance measuring apparatus is configured using a simulated inductor and a variable resistance circuit provided according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a graph of frequency response observed as a result of setting and simulating a value such that a resonant frequency occurs at 3 MHz in the contactless impedance measuring apparatus provided with FIG. 4.
FIG. 11 is a graph of frequency response observed as a result of setting and simulating a value such that a resonant frequency occurs at 5 MHz by the contactless impedance measuring apparatus provided in FIG. 4.
12 shows Vpp, which is the peak-to-peak voltage of Vout measured according to the prior art at 3 MHz, and Vpp, which is the peak-to-peak voltage of Vout measured by generating resonance according to the technique according to an embodiment of the present invention. It is a comparison.
FIG. 13 shows Vpp, which is the peak-to-peak voltage of Vout measured according to the prior art at 5 MHz, with Vpp, which is the peak-to-peak voltage of Vout measured by generating resonance according to the technique according to an embodiment of the present invention. It is a comparison.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다. 그러나 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an embodiment of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be implemented in various other forms. The terminology used herein is for the purpose of understanding the embodiments and is not intended to limit the scope of the invention. Also, the singular forms used below include the plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite meanings.

< 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 임피던스 측정장치>Non-contact impedance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention

도 4는 본 발명의 일 실시에에 따라 제공되는 비접촉식 임피던스 측정장치의 구성을 나타낸 것이다.Figure 4 shows the configuration of a contactless impedance measuring apparatus provided according to an embodiment of the present invention.

도 5는 도 4에 나타낸 비접촉식 임피던스 측정장치를 이용하여 측정대상을 측정할 때에 형성되는 회로를 나타낸 것이다.FIG. 5 shows a circuit formed when a measurement target is measured using the non-contact impedance measuring apparatus shown in FIG. 4.

이하, 도 4 및 도 5를 함께 참조하여 설명한다.Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. 4 and 5.

비접촉식 임피던스 측정장치(1)는 시뮬레이티드 인덕터(100), 감지부(90), 처리부(30), 제1전극(11), 및 제2전극(12)을 포함할 수 있다.The contactless impedance measuring apparatus 1 may include a simulated inductor 100, a sensing unit 90, a processing unit 30, a first electrode 11, and a second electrode 12.

도 6은 도 4 및 도 5에 나타낸 시뮬레이티드 인덕터의 구조를 나타낸 것이다.6 illustrates the structure of the simulated inductor shown in FIGS. 4 and 5.

시뮬레이티드 인덕터(100)는 캐패시터와 저항을 이용하여 인덕터의 작동과 같도록 만든 회로이다.The simulated inductor 100 is a circuit made by using a capacitor and a resistor to make the inductor work the same.

시뮬레이티드 인덕터(100)는 9개의 저항(R1~R9), 4개의 증폭기(110, 111, 120, 121), 및 2개의 커패시터(C1, C2)를 포함하여 구성될 수 있다.The simulated inductor 100 may include nine resistors R1 to R9, four amplifiers 110, 111, 120, and 121, and two capacitors C1 and C2.

시뮬레이티드 인덕터(100)는 입력노드(NIN)와 출력노드(NOUT)를 갖는다.The simulated inductor 100 has an input node N IN and an output node N OUT .

제1증폭기(110)는 비반전 입력단자인 제1비반전 입력단자, 반전 입력단자인 제1반전 입력단자, 및 출력단자인 제1출력단자를 갖는다.The first amplifier 110 has a first non-inverting input terminal which is a non-inverting input terminal, a first inverting input terminal which is an inverting input terminal, and a first output terminal which is an output terminal.

제2증폭기(120)는 비반전 입력단자인 제2비반전 입력단자, 반전 입력단자인 제2반전 입력단자, 및 출력단자인 제2출력단자를 갖는다.The second amplifier 120 has a second non-inverting input terminal, which is a non-inverting input terminal, a second inverting input terminal, which is an inverting input terminal, and a second output terminal, which is an output terminal.

입력노드(NIN)는 제1증폭기(110)의 상기 제1비반전 입력단자에 연결된다. An input node N IN is connected to the first non-inverting input terminal of the first amplifier 110.

출력노드(NOUT)는 제2증폭기(120)의 상기 제2비반전 입력단자에 연결된다.The output node N OUT is connected to the second non-inverting input terminal of the second amplifier 120.

제1증폭기(110)의 상기 제1반전 입력단자는 제2증폭기(120)의 상기 제2반전 입력단자에 제5저항(R5)을 통해 연결된다.The first inverting input terminal of the first amplifier 110 is connected to the second inverting input terminal of the second amplifier 120 through a fifth resistor R5.

제1증폭기(110)의 상기 제1반전 입력단자와 상기 제1출력단자는, 서로 병렬 연결된 제4저항(R4) 및 제1커패시터(C1)에 의해 피드백 연결된다. The first inverting input terminal and the first output terminal of the first amplifier 110 are feedback-connected by a fourth resistor R4 and a first capacitor C1 connected in parallel with each other.

제2증폭기(120)의 상기 제2반전 입력단자와 상기 제2출력단자는, 서로 병렬연결된 제6저항(R6) 및 제2커패시터(C2)에 의해 피드백 연결된다. The second inverting input terminal and the second output terminal of the second amplifier 120 are feedback-connected by a sixth resistor R6 and a second capacitor C2 connected in parallel with each other.

제1증폭기(110)의 상기 제1비반전 입력단자는 제1계수결정부(101)의 제11출력단자에 연결되고, 제1증폭기(110)의 상기 제1출력단자는 제1계수결정부(101)의 제12출력단자에 연결된다. 즉, 제1증폭기(110)의 상기 제1비반전 입력단자 및 상기 제1출력단자는 상기 제1계수결정부(101)에 의해 서로 연결된다.The first non-inverting input terminal of the first amplifier 110 is connected to the eleventh output terminal of the first coefficient determination unit 101, and the first output terminal of the first amplifier 110 is the first coefficient determination unit ( Connected to the twelfth output terminal of 101). That is, the first non-inverting input terminal and the first output terminal of the first amplifier 110 are connected to each other by the first coefficient determiner 101.

제2증폭기(120)의 상기 제2비반전 입력단자는 제2계수결정부(102)의 제21출력단자에 연결되고, 제2증폭기(120)의 상기 제2출력단자는 제2계수결정부(102)의 제22출력단자에 연결된다. 즉, 제2증폭기(120)의 상기 제2비반전 입력단자 및 상기 제2출력단자는 상기 제2계수결정부(102)에 의해 서로 연결된다.The second non-inverting input terminal of the second amplifier 120 is connected to the twenty-first output terminal of the second coefficient determiner 102, and the second output terminal of the second amplifier 120 includes a second coefficient determiner ( To the twenty-second output terminal of 102; That is, the second non-inverting input terminal and the second output terminal of the second amplifier 120 are connected to each other by the second coefficient determination unit 102.

상기 제1계수결정부(101)는, 제3증폭기(130), 제3증폭기(130)의 비반전 입력단자와 출력단자를 서로 연결하는 제1저항(R1), 제3증폭기(130)의 반전 입력단자와 출력단자를 서로 연결하는 제2저항(R2), 및 제3증폭기(130)의 반전 입력단자에 일 단자가 연결된 제3저항(R3)를 포함할 수 있다. 이때, 제1계수결정부(101)의 상기 제11출력단자는 제3증폭기(130)의 비반전 입력단자에 직접 연결되어 있고, 제1계수결정부(101)의 상기 제12출력단자는 상기 제3저항(R3)의 타 단자에 직접 연결되어 있다. The first coefficient determiner 101 is configured to connect the non-inverting input terminal and the output terminal of the third amplifier 130 and the third amplifier 130 to each other. A second resistor R2 connecting the inverting input terminal and the output terminal to each other and a third resistor R3 connected to one terminal of the inverting input terminal of the third amplifier 130 may be included. In this case, the eleventh output terminal of the first coefficient determination unit 101 is directly connected to the non-inverting input terminal of the third amplifier 130, and the twelfth output terminal of the first coefficient determination unit 101 is connected to the third output terminal. It is directly connected to the other terminal of the resistor R3.

상기 제2계수결정부(102)는, 제4증폭기(140), 제4증폭기(140)의 비반전 입력단자와 출력단자를 서로 연결하는 제9저항(R9), 제4증폭기(140)의 반전 입력단자와 출력단자를 서로 연결하는 제8저항(R8), 및 제4증폭기(140)의 반전 입력단자에 일 단자가 연결된 제7저항(R7)를 포함할 수 있다. 이때, 제2계수결정부(102)의 상기 제21출력단자는 제4증폭기(140)의 비반전 입력단자에 직접 연결되어 있고, 제2계수결정부(102)의 상기 제22출력단자는 상기 제7저항(R7)의 타 단자에 직접 연결되어 있다. The second coefficient determiner 102 may include a fourth resistor 140 and a fourth resistor 140 for connecting the non-inverting input terminal and the output terminal of the fourth amplifier 140 to each other. An eighth resistor R8 connecting the inverting input terminal and the output terminal to each other and a seventh resistor R7 having one terminal connected to the inverting input terminal of the fourth amplifier 140 may be included. In this case, the twenty-first output terminal of the second coefficient determination unit 102 is directly connected to the non-inverting input terminal of the fourth amplifier 140, and the twenty-second output terminal of the second coefficient determination unit 102 is the seventh output terminal. It is directly connected to the other terminal of the resistor R7.

이때, R1=R9, R2=R8, R3=R7, R4=R6, C1=C2이 되도록 설계할 수 있다.At this time, it can be designed so that R1 = R9, R2 = R8, R3 = R7, R4 = R6, and C1 = C2.

도 6에서, R1=R9, R2=R8, R3=R7, R4=R6, C1=C2일 때, 도 6에 나타낸 시뮬레이티드 인덕터(100)의 입력노드(NIN)로부터 출력노드(NOUT)까지의 전달함수(Transfer function)를 구해보면 수식 1과 같이 주어진다.In FIG. 6, when R1 = R9, R2 = R8, R3 = R7, R4 = R6, C1 = C2, the output node N OUT from the input node N IN of the simulated inductor 100 shown in FIG. The transfer function up to) is given by Equation 1.

[수식 1] [Equation 1]

Figure 112017069460872-pat00001
Figure 112017069460872-pat00001

이는 저항과 인덕터의 직렬조합으로 나타날 수 있는 전달함수이다.This is a transfer function that can appear as a series combination of a resistor and an inductor.

즉, 시뮬레이티드 인덕터(100)는 아래의 수식 2의 값을 갖는 저항(RS)과 아래의 수식 3의 값을 갖는 인덕터(LS)인 것으로 간주할 수 있다.That is, the simulated inductor 100 may be regarded as a resistor R S having a value of Equation 2 below and an inductor L S having a value of Equation 3 below.

[수식 2][Formula 2]

RS =

Figure 112017069460872-pat00002
R S =
Figure 112017069460872-pat00002

[수식 3][Equation 3]

LS =

Figure 112017069460872-pat00003
L S =
Figure 112017069460872-pat00003

그러므로 상기 시뮬레이티드 인덕터(100)의 값을 결정하는 변수 R1, R2, R3, R5 또는 C1값을 변화시켜 LS값을 다양하게 결정할 수 있다. 이 방법을 사용할 경우 인덕턴스 값(LS)을 다양하게 변화시킬 수 있다. 따라서 비접촉식 임피던스 측정장치가 원하는 주파수에서 공진이 일어나도록 조정이 가능해진다.Therefore, the L S value may be variously determined by changing a variable R1, R2, R3, R5, or C1 that determines the value of the simulated inductor 100. Using this method, the inductance value (L S ) can be varied. Thus, the contactless impedance measuring device can be adjusted so that resonance occurs at a desired frequency.

이때, 도 6에 나타낸 시뮬레이티드 인덕터(100)에 포함된 제5저항(R5)을 도 7과 같이 제1스위치(S1), 제2스위치(S2), 및 제3커패시터(C3)의 조합으로 구성할 수 있다.At this time, the fifth resistor R5 included in the simulated inductor 100 illustrated in FIG. 6 is combined with the first switch S1, the second switch S2, and the third capacitor C3 as shown in FIG. 7. It can be configured as.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이티드 인덕터에 포함된 일 저항을 대체하는 스위치 커패시터 저항 회로, 즉 가변저항회로(200)를 나타낸 것이다. 상기 가변저항회로는 본 명세서에서 '스위치드 커패시터 회로부'로 지칭될 수도 있다.FIG. 7 illustrates a switch capacitor resistor circuit, that is, a variable resistor circuit 200, which replaces a resistor included in a simulated inductor according to an exemplary embodiment of the present invention. The variable resistance circuit may be referred to herein as a 'switched capacitor circuit portion'.

도 7에 나타낸 바와 같이, 가변저항회로(200)는 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2) 및 제3커패시터(C3)를 이용하여 제5저항(R5)처럼 동작할 수 있게 만들 수 있다. As shown in FIG. 7, the variable resistance circuit 200 may be made to operate like the fifth resistor R5 using the first switch S1, the second switch S2, and the third capacitor C3. have.

제5저항(R5)의 일 단자는 시뮬레이티드 인덕터(100)의 제1노드(N1)를 구성하고, 제5저항(R5)의 타 단자는 시뮬레이티드 인덕터(100)의 제2노드(N2)를 구성할 수 있다. One terminal of the fifth resistor R5 constitutes the first node N 1 of the simulated inductor 100, and the other terminal of the fifth resistor R5 is the second node of the simulated inductor 100. (N 2 ) can be configured.

이하 제1노드(N1)의 제1전압을 V1으로 표시하고 제2노드(N2)의 제2전압을 V2로 표시할 수 있다. Hereinafter, the first voltage of the first node N 1 may be represented by V1 and the second voltage of the second node N 2 may be represented by V2.

제1스위치(S1)의 일 단은 제1노드(N1)에 연결되고, 제1스위치(S1)의 타 단은 제3커패시터(C3)의 일 단 및 제2스위치(S2)의 타 단에 연결될 수 있다. One end of the first switch S1 is connected to the first node N 1 , and the other end of the first switch S1 is one end of the third capacitor C3 and the other end of the second switch S2. Can be connected to.

제3커패시터(C3)의 타 단은 기준전위(GND)에 연결될 수 있다.The other end of the third capacitor C3 may be connected to the reference potential GND.

제2스위치(S2)의 일 단은 제2노드(N2)에 연결될 수 있다.One end of the second switch S2 may be connected to the second node N 2 .

전하량(Q) = 캐패시터의 전기용량(C3) X 캐패시터에 걸린 전압 (V)이 성립한다.Charge amount Q = capacitance C3 of the capacitor X The voltage V applied to the capacitor is established.

본 발명의 일 실시예에서, 제어부(30)는, 제1시구간에서, 제1스위치(S1)는 닫혀있고 제2스위치(S2)가 열려있는 상태를 유지하도록 할 수 있다. 이를 본 명세서에서 제1스위치 상태라고 지칭할 수 있다. 상기 제1시구간에서 제3커패시터(C3)에 충전된 전하량(Q1) = C3 X V1이 된다. In an embodiment of the present disclosure, the controller 30 may maintain the first switch S1 closed and the second switch S2 open in the first time section. This may be referred to herein as a first switch state. The amount of charge Q1 charged in the third capacitor C3 is equal to C3 X V1 in the first time period.

본 발명의 일 실시예에서, 제어부(30)는, 상기 제1시구간과 겹치지 않으며 상기 제1시구간의 이후에 존재하는 제2시구간에서, 제1스위치(S1)는 열려있고 제2스위치(S2)가 닫혀있는 상태를 유지하도록 할 수 있다. 이를 본 명세서에서 제2스위치 상태라고 지칭할 수 있다. 상기 제2시구간에서 제3커패시터(C3)에 충전된 전하량(Q2) = C3 X V2가 된다. In one embodiment of the present invention, the control unit 30, in the second time period that does not overlap the first time period, and exists after the first time period, the first switch (S1) is open and the second switch (S2) ) Can be kept closed. This may be referred to herein as a second switch state. In the second time period, the charge amount Q2 charged in the third capacitor C3 is equal to C3 X V2.

이때, 상기 제1스위치(S1)과 2스위치(S2)가 동시에 열려 있는 상태가 되지 않도록 제어할 수 있다. 그리고 상기 제1스위치 상태와 상기 제2스위치 상태가 번갈아 가면 미리 결정된 제1주기(T)에 따라 주기적으로 반복되도록 할 수 있다. 즉, 상기 제1스위치 상태와 상기 제2스위치 상태는 상기 제1스위치를 제어하는 제1클록의 제1주파수(f1) 및 상기 제2스위치를 제어하는 제2클록의 제2주파수(f2)인 f1 = f2 = f = 1/T 로 반복될 수 있다. 상기 제1클록와 상기 제2클록은 동일한 주기 T를 가질 수 있으며, 각각 온 상태가 되는 시구간은 서로 겹치지 않는다.In this case, the first switch S1 and the second switch S2 may be controlled so as not to be open at the same time. When the first switch state and the second switch state are alternated, the first switch state and the second switch state may be periodically repeated according to a predetermined first period T. That is, the first switch state and the second switch state are the first frequency f1 of the first clock controlling the first switch and the second frequency f2 of the second clock controlling the second switch. Can be repeated f1 = f2 = f = 1 / T. The first clock and the second clock may have the same period T, and the time periods that are each turned on do not overlap each other.

따라서 상기 제1시구간에서 상기 제2시구간 사이에 상기 제1노드(N1)로부터 상기 제2노드(N2)까지 이동한 전하량(ΔQ) = Q1-Q2 = C3 * (V1-V2) = C3 * ΔV으로 표현할 수 있다.Therefore, the amount of charge ΔQ transferred from the first node N 1 to the second node N 2 between the first time period and the second time period = Q1-Q2 = C3 * (V1-V2) = C3 * ΔV can be expressed.

이제, 전류(I) = 전하량(Q) / 시간(T) 로 표시될 수 있다. 즉, 전류는 시간당 흐르는 전하의 흐름으로 간주할 수 있다. Now, it can be expressed as current I = amount of charge Q / time T. In other words, the current can be regarded as the flow of electric charge flowing per hour.

도 7에서 제1노드(N1)로부터 제2노드(N2)까지 흐르는 전류 I는 상기 이동한 전하량 ΔQ 에 상기 주피수를 곱한 값이다.In FIG. 7, the current I flowing from the first node N 1 to the second node N 2 is a value obtained by multiplying the shifted amount of charge ΔQ by the main depth.

즉 I = ΔQ * f = C3 * (V1-V2) * f = C3 * ΔV * f가 된다. That is, I = ΔQ * f = C3 * (V1-V2) * f = C3 * ΔV * f.

V1-V2는 상기 제1노드(N1)와 상기 제2노드(N2) 간의 전압차가 되고 이를 ΔV라고 하면, 옴의 법칙에 따라 ΔV/I = R5이고, 이는 즉 R5 = 1 / (C3 X f)가 된다. 따라서, 스위치 두 개와 캐패시터 하나를 이용하여 저항처럼 동작하게 할 수 있으며 그 저항의 값은 캐패시터의 전기용량과 두 스위치의 열고 닫히는 주파수에 따라 결정할 수 있게 된다. V1-V2 becomes the voltage difference between the first node (N 1 ) and the second node (N 2 ), and if ΔV, ΔV / I = R 5 according to Ohm's law, that is, R5 = 1 / (C3 X f). Thus, two switches and one capacitor can be used to act like a resistor, the value of which can be determined by the capacitance of the capacitor and the opening and closing frequencies of the two switches.

다시 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에서는, 상술한 시뮬레이티드 인덕터(100) 및 가변저항회로(200)를 비접촉식 임피던스 측정장치(1)에 이용할 수 있다. 이로써, 상기 시뮬레이티드 인덕터(100)에 의해 제공되는 인덕턴스값을 스위칭 주파수 f에 의해 쉽게 변화시킬 수 있기 때문에 단일 주파수가 아닌 원하는 주파수에서 공진이 일어나도록 쉽게 조정할 수 있는 이점을 가진다.Referring back to FIG. 4, in the exemplary embodiment of the present invention, the above-described simulated inductor 100 and the variable resistance circuit 200 may be used for the non-contact impedance measuring apparatus 1. As a result, since the inductance value provided by the simulated inductor 100 can be easily changed by the switching frequency f, it is easy to adjust the resonance to occur at a desired frequency instead of a single frequency.

실제 시스템에서는 상기 결합 커패시턴스(Z1, Z2)의 값을 정확하게 알기 어렵다. 이때, 상기 결합 커패시턴스의 값이 예상했던 값과 다른 경우, 종래 기술에 따르면 공진을 일으키기가 쉽지 않다.  In actual systems, it is difficult to know the value of the coupling capacitances Z1 and Z2 accurately. In this case, when the value of the coupling capacitance is different from the expected value, it is not easy to cause resonance according to the prior art.

그런데 도 4를 통해 설명한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1전극(11)과 측정대상 간의 제1결합 커패시턴스의 값(Z1) 및/또는 제2전극(12)과 측정대상 간의 제2결합 커패시턴스의 값(Z2)을 미리 알지 못하더라도, 비접촉식 임피던스 측정장치(1)에 포함된 시뮬레이티드 인덕터(100)에 의해 제공되는 인덕턴스의 값을 측정 도중에 변화시킴으로써, 공진이 되는 조건을 찾을 수 있기 때문에 측정을 하는데에 편리함을 더해줄 수 있다.However, according to the exemplary embodiment of the present invention described with reference to FIG. 4, the value Z1 of the first coupling capacitance between the first electrode 11 and the measurement target and / or the second coupling between the second electrode 12 and the measurement target Even if the value of capacitance Z2 is not known in advance, the condition of resonance can be found by changing the value of inductance provided by the simulated inductor 100 included in the contactless impedance measuring apparatus 1 during the measurement. This can add convenience to the measurement.

도 5는 도 4에 나타낸 비접촉식 임피던스 측정장치(1)를 측정대상에 결합하였을 때에 이루어지는 회로를 나타낸 것이다. 제1결합 커패시턴스(Z1)는 상기 측정대상과 제1전극(11) 간에 발생하는 물리량이고, 제2결합 커패시턴스(Z2)는 상기 측정대상과 제2전극(12) 간에 발생하는 물리량이다. Zt는 상기 측정대상의 임피던스일 수 있다. FIG. 5 shows a circuit formed when the contactless impedance measuring apparatus 1 shown in FIG. 4 is coupled to a measurement object. The first coupling capacitance Z1 is a physical quantity generated between the measurement target and the first electrode 11, and the second coupling capacitance Z2 is a physical quantity generated between the measurement target and the second electrode 12. Zt may be an impedance of the measurement target.

<본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 임피던스 측정장치를 이용하여 측정대상의 임피던스를 측정하는 방법><Method for Measuring Impedance of a Measurement Object by Using a Non-Contact Impedance Measurement Device According to an Embodiment of the Present Invention>

본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 측정방법에서는, 상기 임피던스 측정장치(1)가 특정 주파수에서 공진하도록 설정할 수 있다. 이때 상기 특정 주파수인 공진 주파수를 필요에 따라 설정할 수 있다.In the impedance measuring method according to an embodiment of the present invention, the impedance measuring apparatus 1 may be set to resonate at a specific frequency. In this case, the resonance frequency, which is the specific frequency, may be set as necessary.

상기 임피던스 측정장치(1)는 특정 측정대상의 임피던스 특성을 측정하기 위하여 사용되는 것인데, 상기 측정대상의 임피던스 특성은 주파수에 따라 달라질 수 있다. 따라서 상기 임피던스 측정장치(1)는 상기 특정 측정대상의 임피던스 특성을 단일 주파수 또는 복수 개의 주파수, 또는 연속적인 주파수 구간에 대하여 측정할 수 있다. 이를 위하여 상기 임피던스 측정장치(1)는 제1전극(11)에 인가되는 구동전압(VIN)을 정현파 형태로 제공할 수 있다. 그리고 상기 정현파의 주파수인 구동 주파수가 측정할 때마다 서로 다른 값을 갖도록 제어할 수 있다. 예컨대 상기 정현파가 제1구동 주파수를 갖도록 설정한 후 상기 제1구동 주파수에서의 상기 측정대상의 임피던스 특성을 측정하고, 그 후에 상기 정현파가 제2구동 주파수를 갖도록 설정한 후 상기 제2구동 주파수에서의 상기 측정대상의 임피던스 특성을 측정할 수 있다.The impedance measuring device 1 is used to measure the impedance characteristic of a specific measurement target, and the impedance characteristic of the measurement target may vary according to frequency. Therefore, the impedance measuring apparatus 1 may measure the impedance characteristic of the specific measurement object with respect to a single frequency, a plurality of frequencies, or a continuous frequency section. To this end, the impedance measuring apparatus 1 may provide a driving voltage V IN applied to the first electrode 11 in the form of a sine wave. The driving frequency, which is the frequency of the sinusoidal wave, may be controlled to have a different value each time. For example, after setting the sinusoidal wave to have a first driving frequency, the impedance characteristic of the measurement target at the first driving frequency is measured, and then setting the sinusoidal wave to have a second driving frequency and then at the second driving frequency. It is possible to measure the impedance characteristics of the measurement target.

이때, 상기 임피던스 측정장치(1)가 상기 측정대상을 측정하는 과정에서 상기 제1결합 커패시터 및 제2결합 커패시터가 발생할 수 있는데, 측정과정에서 이 결합 커패시터들의 영향을 제거하기 위하여, 구동 중인 상기 정현파 형태의 구동전압의 구동 주파수에서 상기 임피던스 측정장치(1)가 공진하도록 하는 것이 본 실시예에서 추구하는 바이다.In this case, the first coupling capacitor and the second coupling capacitor may be generated while the impedance measuring device 1 measures the measurement target. In order to remove the influence of the coupling capacitors during the measurement, the sine wave being driven. It is desired in the present embodiment to cause the impedance measuring device 1 to resonate at the driving frequency of the driving voltage of the type.

이를 위하여 상기 시뮬레이티드 인덕터(100)가 상기 구동 주파수에서 상기 결합 커패시터들과 공진을 일으키도록 하는 값을 갖도록, 측정대상의 임피던스를 측정할 때마다 상기 시뮬레이티드 인덕터(100)에 의해 제공된 가변 인덕턴스를 변화시킬 필요가 있다.To this end, the variable inductor 100 provided by the simulated inductor 100 whenever the impedance of the measurement object is measured so that the simulated inductor 100 has a value that causes resonance with the coupling capacitors at the driving frequency. It is necessary to change the inductance.

이를 위하여 상기 스위치드 커패시터(200)의 클록 주파수를 변화시킴으로써 상기 가변 인덕턴스를 변화시킬 수 있다. To this end, the variable inductance may be changed by changing the clock frequency of the switched capacitor 200.

상기 구동 주파수가 특정 값으로 주어진 상황에서, 상기 가변 인덕턴스가 상기 결합 커패시터와 공진을 일으키도록 하는 상기 클록 주파수를 결정해야 한다. 이를 위하여, 상기 구동 주파수가 특정 값으로 주어진 상황에서, 상기 클록 주파수를 다양한 값으로 변화시키는 과정을 통하여 상기 공진이 발생하도록 하는 값인 클록 주파수의 값인 제1값을 결정할 수 있다. Given the drive frequency given a specific value, it is necessary to determine the clock frequency at which the variable inductance causes resonance with the coupling capacitor. To this end, in a situation in which the driving frequency is given as a specific value, a first value, which is a value of a clock frequency, which is a value that causes the resonance, may be determined by changing the clock frequency to various values.

상기 제1값이 결정되면, 상기 스위치드 커패시터(200)의 클록 주파수를 상기 제1값으로 설정한 상태에서, 상기 측정대상의 상기 구동 주파수에서의 임피던스를 측정하게 된다. 이와 같이 상기 스위치드 커패시터(200)의 클록 주파수를 상기 제1값으로 설정하면, 상기 결합 커패시터의 영향이 상기 시뮬레이티드 인덕터에 의해 상쇄되므로, 상기 구동 주파수에서의 측정대상의 임피던스만을 측정할 수 있다.When the first value is determined, the impedance at the driving frequency of the measurement target is measured while the clock frequency of the switched capacitor 200 is set to the first value. As such, when the clock frequency of the switched capacitor 200 is set to the first value, since the influence of the coupling capacitor is canceled by the simulated inductor, only the impedance of the measurement target at the driving frequency can be measured. .

본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 비접촉식 임피던스 측정방법은, 제1전극(11); 제2전극(12); 상기 제2전극(12)에 일단자가 연결되어 있으며, 인가되는 클록 주파수에 따라 임피던스가 변화하는 시뮬레이티드 인덕터(100); 및 상기 시뮬레이티드 인덕터(100)의 타단자에 연결되어 상기 시뮬레이티드 인덕터(100)를 통해 흐르는 전류(I)에 관한 출력전압(VOUT)을 출력하는 감지부(90);를 포함하는 비접촉식 임피던스 측정장치(1)를 이용한다. Non-contact impedance measurement method provided according to an embodiment of the present invention, the first electrode (11); Second electrode 12; A simulated inductor (100) having one end connected to the second electrode (12) and whose impedance is changed according to a clock frequency applied thereto; And a sensing unit 90 connected to the other terminal of the simulated inductor 100 and outputting an output voltage V OUT related to the current I flowing through the simulated inductor 100. The contactless impedance measuring apparatus 1 is used.

상기 측정방법은, 특정 구동 주파수, 즉 특정 주파수에서의 측정대상의 임피던스를 측정하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 아래와 같이 도 8에 나타낸 순서도들 참조하여 설명할 수 있다.The measuring method relates to a method for measuring an impedance of a measurement target at a specific driving frequency, that is, at a specific frequency. This method can be described with reference to the flowcharts shown in FIG. 8 as follows.

상기 측정방법은, 상기 제1전극(11)과 상기 제2전극(12) 사이에 상기 측정대상을 배치한 상태에서, In the measuring method, the measurement object is disposed between the first electrode 11 and the second electrode 12,

상기 제어부(30)가 상기 제1전극(11)에 미리 설정된 구동 주파수를 갖는 정현파 형태의 구동전압(VIN)을 인가하는 단계(S10); Applying (S10), by the controller (30), a driving voltage (V IN ) in the form of a sine wave having a preset driving frequency to the first electrode (11);

상기 클록 주파수를 변화시켜 상기 출력전압(VOUT)을 반복하여 측정함으로써, 상기 비접촉식 임피던스 측정장치(1)가 상기 구동 주파수에서 공진하도록 하는 상기 클록 주파수의 값인 제1값을 결정하는 단계(S20); 및 Determining the first value which is the value of the clock frequency by causing the non-contact impedance measuring apparatus 1 to resonate at the driving frequency by repeatedly measuring the output voltage V OUT by changing the clock frequency (S20). ; And

상기 클록 주파수를 상기 제1값으로 고정시킨 상태에서, 상기 제1전극(11)에 상기 구동 주파수를 갖는 정현파 형태의 구동전압(VIN)을 인가하여, 상기 측정대상의 상기 구동 주파수에서의 임피던스를 측정하는 단계(S30)In the state where the clock frequency is fixed to the first value, a driving voltage V IN having a sine wave having the driving frequency is applied to the first electrode 11 to thereby impedance at the driving frequency of the measurement target. Measuring step (S30)

를 포함할 수 있다.It may include.

상기 단계(S30)는, 상기 클록 주파수가 상기 제1값을 갖는 상태에서, 상기 제1전극(11)에 상기 구동 주파수를 갖는 정현파 형태의 구동전압(VIN)을 인가하였을 때의, 상기 측정대상의 상기 구동 주파수에서의 임피던스를 측정하거나 결정하는 단계로 변형될 수도 있다.The step (S30), the measurement when the drive voltage (V IN ) of the sine wave type having the drive frequency to the first electrode 11, the state when the clock frequency has the first value, It may be modified to measure or determine the impedance at the driving frequency of the object.

도 8에 나타낸 일련의 단계들을 서로 다른 구동 주파수에 대하여 반복하여 실행함으로써 넓은 주파수 영역에 걸친, 상기 측정대상의 임피던스 특성을 측정할 수 있다.By repeatedly performing the series of steps shown in FIG. 8 for different driving frequencies, it is possible to measure the impedance characteristics of the measurement object over a wide frequency range.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 시뮬레이티드 인덕터(100)와 가변저항회로(200)를 이용하여 비접촉식 임피던스 측정장치(1)를 구성 후 출력된 파형을 나타낸다. 세로축은 도 4에 나타낸 출력전압(VOUT)의 전압을 나타낸다.FIG. 9 illustrates waveforms output after the non-contact impedance measuring apparatus 1 is configured using the simulated inductor 100 and the variable resistance circuit 200 provided according to an exemplary embodiment of the present invention. The vertical axis represents the voltage of the output voltage V OUT shown in FIG. 4.

도 10은 도 4와 같이 제공된 비접촉식 임피던스 측정장치(1)가 3MHz에서 공진 주파수가 일어나도록 값을 설정하고 시뮬레이션 한 결과 관찰된 주파수 응답 그래프이다. FIG. 10 is a graph of the frequency response observed as a result of setting and simulating a value such that the resonant frequency occurs at 3 MHz by the contactless impedance measuring apparatus 1 provided as shown in FIG. 4.

도 11은 도 4와 같이 제공된 비접촉식 임피던스 측정장치(1)가 5MHz에서 공진 주파수가 일어나도록 값을 설정하고 시뮬레이션 한 결과 관찰된 주파수 응답 그래프이다. 11 is a graph of frequency response observed as a result of setting and simulating a value such that the contactless impedance measuring apparatus 1 provided as in FIG. 4 generates a resonance frequency at 5 MHz.

비접촉식 임피던스 측정장치(1)를 구성하는 회로의 다른 부품의 변화 없이 제1스위치(S1) 및 제2스위치(S2)의 열고 닫히는 주파수 값(f)만을 바꾸어 시뮬레이션해 보았을 때, 위의 결과와 같이 원하는 주파수에서 공진이 일어나도록 만들 수 있었다. When simulating by changing only the open and closed frequency values f of the first switch S1 and the second switch S2 without changing other components of the circuit constituting the non-contact impedance measuring apparatus 1, as shown in the above result The resonance could be made at the desired frequency.

도 12는 3MHz에서 종래 기술에 따라 측정한 Vout의 피크-투-피크 전압인 Vpp 을 본 발명의 일 실시예에 따른 기술에 따라 공진을 발생시켜 측정한 Vout의 피크-투-피크 전압인 Vpp 과 비교한 것이다. 가로축은 측정대상의 저항을 인위적으로 변화시켰을 때에 상기 측정대상의 저항을 나타낸 것이다.Figure 12 is the peak of the V out as measured according to the prior art at 3MHz-to-to-peak voltage of V pp to the peak of the invention one embodiment a V out measured to generate a resonance according to the techniques in accordance with the example of the peak voltage Compared to V pp . The horizontal axis represents the resistance of the measurement object when the resistance of the measurement object is artificially changed.

도 12는 5MHz에서 종래 기술에 따라 측정한 출력전압(VOUT)의 피크-투-피크 전압인 Vpp (1201)을 본 발명의 일 실시예에 따른 기술에 따라 공진을 발생시켜 측정한 출력전압(VOUT)의의 피크-투-피크 전압인 Vpp (1202)과 비교한 것이다. 가로축은 측정대상의 저항을 인위적으로 변화시켰을 때에 상기 측정대상의 저항을 나타낸 것이다. 도 12에서 확인할 수 있듯이, 측정대상의 저항이 변화하면 출력전압(VOUT)의의 피크-투-피크 전압 Vpp 이 이에 대응하여 변화해야 측정대상의 임피던스를 정확하게 측정할 수 있다고 볼 수 있다. 12 is an output voltage measured by generating resonance according to a technique according to an embodiment of the present invention, V pp 1201, which is a peak-to-peak voltage of an output voltage V OUT measured according to the prior art at 5 MHz. This is compared with V pp 1202, which is the peak-to-peak voltage of (V OUT ). The horizontal axis represents the resistance of the measurement object when the resistance of the measurement object is artificially changed. As shown in FIG. 12, when the resistance of the measurement target is changed, the peak-to-peak voltage V pp of the output voltage V OUT may change correspondingly to accurately measure the impedance of the measurement target.

그런데 종래 기술에 따르면 피크-투-피크 전압인 Vpp (1202)이 변하지 않기 때문에 측정대상의 임피던스를 정확하게 측정할 수 없다. 이는 종래기술에 따르면, 측정대상의 임피던스가 변하더라도 그 변화값이, 상기 결합 커패시턴스가 포함된 상기 비접촉식 임피던스 측정장치의 전체 임피던스의 일부에 불과하기 때문에 발생하는 현상이다.However, according to the related art, since the peak-to-peak voltage V pp 1202 does not change, the impedance of the measurement target cannot be accurately measured. According to the prior art, even if the impedance of the measurement target is changed, the change occurs because the change is only a part of the total impedance of the contactless impedance measuring apparatus including the coupling capacitance.

그러나 본 발명의 일 실시에에 따르면, 상기 결합 커패시턴스의 영향을 제거할 수 있으므로, 측정대상의 임피던스가 변화하는 경우 그 변화값이, 상기 비접촉식 임피던스 측정장치의 전체 임피던스의 상당히 큰 부분을 차지하도록 할 수 있으므로, 상기 출력전압(VOUT)의의 피크-투-피크 전압 Vpp 이 측정대상의 임피던스 변화에 민감하게 반응할 수 있다. 즉, 공진을 발생시키는 경우, 상기 결합 커패시턴스의 값은 상기 시뮬레이티드 인덕터(100)에 의해 제공되는 인덕턴스 값과 상쇄가 되어 저항 값만 남게 된다. 상기 저항 값은 측정하고자 하는 임피던스(Zt)와 공진회로를 발생시키면서 생긴 상기 수식 2에 따른 내부 저항값(RS)의 합으로, 내부 저항값(RS)의 경우 회로의 저항과 캐패시터 값으로부터 산출이 가능하다.However, according to one embodiment of the present invention, since the influence of the coupling capacitance can be eliminated, if the impedance of the measurement target is changed, the change value is to occupy a considerably large portion of the total impedance of the non-contact impedance measuring apparatus. Therefore, the peak-to-peak voltage V pp of the output voltage V OUT may be sensitive to the change in impedance of the measurement target. That is, when resonance occurs, the coupling capacitance value is offset from the inductance value provided by the simulated inductor 100 so that only the resistance value remains. The resistance value from the impedance (Zt) and the sum of the internal resistance (R S) in accordance with the equation (2) caused by raising the resonance circuit, the resistance and the capacitor value of the circuit when the internal resistance value (R S) to be measured The calculation is possible.

더불어 도 4와 같이 제공되는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 임피던스 측정장치(1)를 이용하여 공진을 발생시키는 경우, 도 12 및 도 13에 나타낸 그래프와 같이 측정대상의 값을 5%~10% 변화시켰을 때 공진을 발생시키지 않은 경우보다 더 큰 변화율을 보이는 것을 확인할 수 있다. 이는 특정대상의 값이 변화할 때, 좀 더 정확히 감지할 수 있다는 뜻이다.In addition, when the resonance is generated using the non-contact impedance measuring apparatus 1 according to the exemplary embodiment of the present invention provided as shown in FIG. 4, the value of the measurement target is 5% to 10 as shown in the graphs shown in FIGS. 12 and 13. It can be seen that when the% change is higher than the case where no resonance is generated, the change rate is larger. This means that when the value of a particular object changes, it can be detected more accurately.

상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본 명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에 결합될 수 있다.
본 특허는 삼성미래기술센터산하의 "생체정보 저장을 위한 단백질 기반 플래시 메모리" (SRFC_IT401-52) 과제 지원 하에 진행되었습니다.By using the embodiments of the present invention described above, those belonging to the technical field of the present invention will be able to easily make various changes and modifications without departing from the essential characteristics of the present invention. The content of each claim in the claims may be combined in another claim without citations within the scope of the claims.
This patent was sponsored by the Samsung Future Technology Center under the support of "Protein-based flash memory for biometric information storage" (SRFC_IT401-52).

11: 제1전극
12: 제2전극
30: 제어부
90: 감지부
100: 시뮬레이티드 인덕터
200: 스위치드 커패시터 회로부
C3: 제3커패시터
N1: 제1노드
N2: 제2노드
S1: 제1스위치
S2: 제2스위치11: first electrode
12: second electrode
30: control unit
90: detector
100: simulated inductor
200: switched capacitor circuit portion
C3: third capacitor
N 1 : first node
N 2 : second node
S1: first switch
S2: second switch

Claims (8)

제1전극;
제2전극;
상기 제2전극에 일단자가 연결되어 있으며, 스위치 및 제3커패시터로 구성되는 스위치드 커패시터 회로부를 포함하는 시뮬레이티드 인덕터;
상기 시뮬레이티드 인덕터의 타단자에 연결되어 상기 시뮬레이티드 인덕터를 통해 흐르는 전류에 관한 출력전압을 출력하는 감지부; 및
상기 제1전극에 구동전압을 제공하고 상기 출력전압을 감지하며 클록 주파수를 발생시키는 제어부;
를 포함하며,
상기 시뮬레이티드 인덕터는 상기 스위치의 온/오프 상태를 전환하는 상기 클록 주파수를 변화시킴으로써 가변되는 가변 인덕턴스 성분을 갖고,
상기 스위치드 커패시터 회로부는 제1스위치, 제2스위치, 및 상기 제3커패시터를 포함하며,
상기 제1스위치의 일 단은 상기 시뮬레이티드 인덕터의 제1노드에 연결되고,
상기 제1스위치의 타 단은 상기 제3커패시터의 일 단 및 상기 제2스위치의 타 단에 연결되어,
상기 제3커패시터의 타 단은 기준전위에 연결되며,
상기 제2스위치의 일 단은 상기 시뮬레이티드 인덕터의 제2노드에 연결되며,
상기 전류는 상기 제1노드로부터 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치를 통해 상기 제2노드 쪽으로 흐르도록 되어 있고,
상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 측정대상을 배치한 상태에서, ① 상기 제어부가 상기 제1전극에 미리 설정된 구동 주파수를 갖는 정현파 형태의 구동전압을 인가하는 단계, ② 상기 클록 주파수를 변화시켜 상기 출력전압을 반복하여 측정함으로써, 상기 구동 주파수에서 공진하도록 하는 상기 클록 주파수의 값인 제1값을 결정하는 단계, 및 ③ 상기 클록 주파수를 상기 제1값으로 고정시킨 상태에서, 상기 제1전극에 상기 구동 주파수를 갖는 정현파 형태의 구동전압을 인가하여, 상기 측정대상의 임피던스를 측정하는 단계를 실행하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는,
비접촉식 임피던스 측정장치.A first electrode;
Second electrode;
A simulated inductor having one end connected to the second electrode, the switched inductor including a switched capacitor circuit comprising a switch and a third capacitor;
A detector connected to the other terminal of the simulated inductor and outputting an output voltage related to a current flowing through the simulated inductor; And
A controller configured to provide a driving voltage to the first electrode, sense the output voltage, and generate a clock frequency;
Including;
The simulated inductor has a variable inductance component that is varied by varying the clock frequency to switch the on / off state of the switch,
The switched capacitor circuit unit includes a first switch, a second switch, and the third capacitor,
One end of the first switch is connected to a first node of the simulated inductor,
The other end of the first switch is connected to one end of the third capacitor and the other end of the second switch,
The other end of the third capacitor is connected to the reference potential,
One end of the second switch is connected to a second node of the simulated inductor,
The current flows from the first node toward the second node through the first switch and the second switch,
In a state where a measurement object is disposed between the first electrode and the second electrode, the control unit applies a sine wave driving voltage having a preset driving frequency to the first electrode, and changes the clock frequency. Determining the first value which is the value of the clock frequency to resonate at the driving frequency by repeatedly measuring the output voltage, and ③ in the state where the clock frequency is fixed to the first value, Characterized in that the step of measuring the impedance of the measurement target by applying a sine wave type driving voltage having the driving frequency to
Non-contact impedance measuring device. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1스위치의 온/오프를 제어하는 제1클록의 제1주파수 및
상기 제2스위치의 온/오프를 제어하는 제2클록의 제2주파수는 상기 제어부에 의해 제어되며,
상기 제1주파수 및 상기 제2주파수는 서로 동일하며,
상기 제1스위치가 온 상태를 유지하는 제1시구간과 상기 제2스위치가 온 상태를 유지하는 제2시구간은 서로 겹치지 않는,
비접촉식 임피던스 측정장치.The method of claim 1,
A first frequency of the first clock for controlling on / off of the first switch and
The second frequency of the second clock for controlling the on / off of the second switch is controlled by the controller,
The first frequency and the second frequency is the same as each other,
The first time period in which the first switch is in the on state and the second time period in which the second switch is in the on state do not overlap each other.
Non-contact impedance measuring device. 삭제delete 제1전극; 제2전극; 상기 제2전극에 일단자가 연결되어 있으며, 인가되는 클록 주파수에 따라 임피던스가 변화하는 시뮬레이티드 인덕터; 상기 시뮬레이티드 인덕터의 타단자에 연결되어 상기 시뮬레이티드 인덕터를 통해 흐르는 전류에 관한 출력전압을 출력하는 감지부; 및 상기 제1전극에 구동전압을 제공하고 상기 출력전압을 감지하여 상기 클록 주파수를 발생시키는 제어부를 포함하는 비접촉식 임피던스 측정장치를 이용하여 측정대상의 임피던스를 측정하는 방법으로서,
상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 상기 측정대상을 배치한 상태에서, ① 상기 제어부가 상기 제1전극에 미리 설정된 구동 주파수를 갖는 정현파 형태의 구동전압을 인가하는 단계; ② 상기 클록 주파수를 변화시켜 상기 출력전압을 반복하여 측정함으로써, 상기 비접촉식 임피던스 측정장치가 상기 구동 주파수에서 공진하도록 하는 상기 클록 주파수의 값인 제1값을 결정하는 단계; 및 ③ 상기 클록 주파수를 상기 제1값으로 고정시킨 상태에서, 상기 제1전극에 상기 구동 주파수를 갖는 정현파 형태의 구동전압을 인가하여, 상기 측정대상의 임피던스를 측정하는 단계를 포함하며,
상기 시뮬레이티드 인덕터는, 스위치 및 제3커패시터로 구성되는 스위치드 커패시터 회로부를 포함하며,
상기 시뮬레이티드 인덕터는 상기 스위치의 온/오프 상태를 전환하는 상기 클록 주파수를 변화시킴으로써 가변되는 가변 인덕턴스 성분을 갖고,
상기 스위치드 커패시터 회로부는 제1스위치, 제2스위치, 및 상기 제3커패시터를 포함하며,
상기 제1스위치의 일 단은 상기 시뮬레이티드 인덕터의 제1노드에 연결되고,
상기 제1스위치의 타 단은 상기 제3커패시터의 일 단 및 상기 제2스위치의 타 단에 연결되어,
상기 제3커패시터의 타 단은 기준전위에 연결되며,
상기 제2스위치의 일 단은 상기 시뮬레이티드 인덕터의 제2노드에 연결되며,
상기 전류는 상기 제1노드로부터 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치를 통해 상기 제2노드 쪽으로 흐르도록 되어 있는,
비접촉식 임피던스 측정방법.A first electrode; Second electrode; A simulated inductor having one end connected to the second electrode and having an impedance varying according to an applied clock frequency; A detector connected to the other terminal of the simulated inductor and outputting an output voltage related to a current flowing through the simulated inductor; And a control unit which provides a driving voltage to the first electrode and senses the output voltage to generate the clock frequency, wherein the impedance of the measurement target is measured using a non-contact impedance measuring apparatus.
In the state where the measurement object is disposed between the first electrode and the second electrode, the control unit applies a sinusoidal driving voltage having a preset driving frequency to the first electrode; (2) determining a first value which is a value of the clock frequency by causing the non-contact impedance measuring device to resonate at the driving frequency by changing the clock frequency and repeatedly measuring the output voltage; And (3) measuring the impedance of the measurement target by applying a sine wave driving voltage having the driving frequency to the first electrode while fixing the clock frequency to the first value.
The simulated inductor includes a switched capacitor circuit portion composed of a switch and a third capacitor,
The simulated inductor has a variable inductance component that is varied by varying the clock frequency to switch the on / off state of the switch,
The switched capacitor circuit unit includes a first switch, a second switch, and the third capacitor,
One end of the first switch is connected to a first node of the simulated inductor,
The other end of the first switch is connected to one end of the third capacitor and the other end of the second switch,
The other end of the third capacitor is connected to the reference potential,
One end of the second switch is connected to a second node of the simulated inductor,
Wherein the current flows from the first node toward the second node through the first switch and the second switch.
Non-contact impedance measurement method. 생체의 임피던스를 측정하기 위한 임피던스 측정장치로서,
제1전극;
상기 생체의 표면에 배치되도록 되어 있는 제2전극;
상기 제2전극에 일단자가 연결되어 있으며, 스위치 및 제3커패시터로 구성되는 스위치드 커패시터 회로부를 포함하는 시뮬레이티드 인덕터;
상기 시뮬레이티드 인덕터의 타단자에 연결되어 상기 시뮬레이티드 인덕터를 통해 흐르는 전류에 관한 출력전압을 출력하는 감지부; 및
상기 제1전극에 구동전압을 제공하고 상기 출력전압을 감지하며 클록 주파수를 발생시키는 제어부;
를 포함하며,
상기 시뮬레이티드 인덕터는 상기 스위치의 온/오프 상태를 전환하는 상기 클록 주파수를 변화시킴으로써 가변되는 가변 인덕턴스 성분을 갖고,
상기 스위치드 커패시터 회로부는 제1스위치, 제2스위치, 및 상기 제3커패시터를 포함하며,
상기 제1스위치의 일 단은 상기 시뮬레이티드 인덕터의 제1노드에 연결되고,
상기 제1스위치의 타 단은 상기 제3커패시터의 일 단 및 상기 제2스위치의 타 단에 연결되어,
상기 제3커패시터의 타 단은 기준전위에 연결되며,
상기 제2스위치의 일 단은 상기 시뮬레이티드 인덕터의 제2노드에 연결되며,
상기 전류는 상기 제1노드로부터 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치를 통해 상기 제2노드 쪽으로 흐르도록 되어 있고,
① 상기 제어부가 상기 제1전극에 미리 설정된 구동 주파수를 갖는 정현파 형태의 구동전압을 인가하는 단계, ② 상기 클록 주파수를 변화시켜 상기 출력전압을 반복하여 측정함으로써, 상기 임피던스 측정장치가 상기 구동 주파수에서 공진하도록 하는 상기 클록 주파수의 값인 제1값을 결정하는 단계, 및 ③ 상기 클록 주파수를 상기 제1값으로 고정시킨 상태에서, 상기 제1전극에 상기 구동 주파수를 갖는 정현파 형태의 구동전압을 인가하여, 상기 생체의 임피던스를 측정하는 단계를 실행하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는,
임피던스 측정장치.An impedance measuring device for measuring the impedance of a living body,
A first electrode;
A second electrode arranged on the surface of the living body;
A simulated inductor having one end connected to the second electrode, the switched inductor including a switched capacitor circuit comprising a switch and a third capacitor;
A detector connected to the other terminal of the simulated inductor and outputting an output voltage related to a current flowing through the simulated inductor; And
A controller configured to provide a driving voltage to the first electrode, sense the output voltage, and generate a clock frequency;
Including;
The simulated inductor has a variable inductance component that is varied by varying the clock frequency to switch the on / off state of the switch,
The switched capacitor circuit unit includes a first switch, a second switch, and the third capacitor,
One end of the first switch is connected to a first node of the simulated inductor,
The other end of the first switch is connected to one end of the third capacitor and the other end of the second switch,
The other end of the third capacitor is connected to the reference potential,
One end of the second switch is connected to a second node of the simulated inductor,
The current flows from the first node toward the second node through the first switch and the second switch,
① the control unit applying a sine wave driving voltage having a predetermined driving frequency to the first electrode, ② by changing the clock frequency to measure the output voltage repeatedly, the impedance measuring apparatus at the driving frequency Determining a first value that is a value of the clock frequency to resonate; and ③ applying a sinusoidal drive voltage having the driving frequency to the first electrode while fixing the clock frequency to the first value. Characterized in that for performing the step of measuring the impedance of the living body,
Impedance measuring device. 제1전극; 제2전극; 상기 제2전극에 일단자가 연결되어 있으며, 인가되는 클록 주파수에 따라 임피던스가 변화하는 시뮬레이티드 인덕터; 상기 시뮬레이티드 인덕터의 타단자에 연결되어 상기 시뮬레이티드 인덕터를 통해 흐르는 전류에 관한 출력전압을 출력하는 감지부; 및 상기 제1전극에 구동전압을 제공하고 상기 출력전압을 감지하여 상기 클록 주파수를 발생시키는 제어부를 포함하는 임피던스 측정장치를 이용하여 측정대상의 임피던스를 측정하는 방법으로서,
상기 측정대상의 표면 상에 상기 제1전극과 상기 제2전극을 서로 인접하여 배치한 상태에서, ① 상기 제어부가 상기 제1전극에 미리 설정된 구동 주파수를 갖는 정현파 형태의 구동전압을 인가하는 단계; ② 상기 클록 주파수를 변화시켜 상기 출력전압을 반복하여 측정함으로써, 상기 임피던스 측정장치가 상기 구동 주파수에서 공진하도록 하는 상기 클록 주파수의 값인 제1값을 결정하는 단계; 및 ③ 상기 클록 주파수를 상기 제1값으로 고정시킨 상태에서, 상기 제1전극에 상기 구동 주파수를 갖는 정현파 형태의 구동전압을 인가하여, 상기 측정대상의 임피던스를 측정하는 단계를 포함하며,
상기 시뮬레이티드 인덕터는, 스위치 및 제3커패시터로 구성되는 스위치드 커패시터 회로부를 포함하며,
상기 시뮬레이티드 인덕터는 상기 스위치의 온/오프 상태를 전환하는 상기 클록 주파수를 변화시킴으로써 가변되는 가변 인덕턴스 성분을 갖고,
상기 스위치드 커패시터 회로부는 제1스위치, 제2스위치, 및 상기 제3커패시터를 포함하며,
상기 제1스위치의 일 단은 상기 시뮬레이티드 인덕터의 제1노드에 연결되고,
상기 제1스위치의 타 단은 상기 제3커패시터의 일 단 및 상기 제2스위치의 타 단에 연결되어,
상기 제3커패시터의 타 단은 기준전위에 연결되며,
상기 제2스위치의 일 단은 상기 시뮬레이티드 인덕터의 제2노드에 연결되며,
상기 전류는 상기 제1노드로부터 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치를 통해 상기 제2노드 쪽으로 흐르도록 되어 있는,
임피던스 측정방법.A first electrode; Second electrode; A simulated inductor having one end connected to the second electrode and having an impedance varying according to an applied clock frequency; A detector connected to the other terminal of the simulated inductor and outputting an output voltage related to a current flowing through the simulated inductor; And a control unit providing a driving voltage to the first electrode and sensing the output voltage to generate the clock frequency, wherein the impedance of the measurement target is measured using an impedance measuring apparatus.
In a state in which the first electrode and the second electrode are disposed adjacent to each other on the surface of the measurement object, 1) the control unit applies a sine wave driving voltage having a preset driving frequency to the first electrode; (2) determining a first value which is a value of the clock frequency by causing the impedance measuring apparatus to resonate at the driving frequency by changing the clock frequency and repeatedly measuring the output voltage; And (3) measuring the impedance of the measurement target by applying a sine wave driving voltage having the driving frequency to the first electrode while fixing the clock frequency to the first value.
The simulated inductor includes a switched capacitor circuit portion composed of a switch and a third capacitor,
The simulated inductor has a variable inductance component that is varied by varying the clock frequency to switch the on / off state of the switch,
The switched capacitor circuit unit includes a first switch, a second switch, and the third capacitor,
One end of the first switch is connected to a first node of the simulated inductor,
The other end of the first switch is connected to one end of the third capacitor and the other end of the second switch,
The other end of the third capacitor is connected to the reference potential,
One end of the second switch is connected to a second node of the simulated inductor,
Wherein the current flows from the first node toward the second node through the first switch and the second switch.
Impedance measurement method.
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