본 논문에서는 인간의 가장 기본적이며 기초적인 운동인 걸음걸이로부터 검출할 수 있는 걸음 수 및 보행분석을 위해 전도성 섬유를 이용한 전기용량성 압력 센서를 깔창형태로 개발하였다. 개발된 깔창 형태의 센서는 보행시의 압력을 측정하여 보행신호를 검출하고, 검출된 신호를 이용하여 걸음 수 및 자세에 따른 압력 분포를 관찰하였다. 개발된 센서의 성능 검증을 위하여 국제규격의 표준분동을 사용하여 0 kg에서 100 kg 까지 10 kg씩 증가하여 무게에 따른 압력변화를 관찰하였으며, 그 결과 압력에 따라 비선형적인 특성을 가지고 캐패시턴스 값이 증가함을 보였다. 자세에 따른 압력변화 실험과 보행 횟수 검출비교를 위한 실험에서는 건강한 성인남성 다섯 명을 대상으로 4가지의 서로 다른 자세로 있을 때의 압력 변화를 관찰하였고, 보행 횟수 검출을 위해서는 시속 1 km/h와 4 km/h의 두 가지 걸음속도에서 3분 동안 걷게 하여 보행신호를 검출하였다. 상용 만보계 및 관찰자의 수계로 도출된 보수를 비교하였다. 기존의 상용 만보계는 저속(1 km/h)으로 걸었을 때 보수가 잘 측정되지 않은 반면 개발된 센서는 저속에서도 관찰자 수계대비 정확한 보수를 도출 할 수 있었다(상용 만보계 대비 평균 98.06 %의 인식률). 또한 자세에 따라 압력 값을 토대로 사용자의 자세를 모니터링 할 수 있음을 보였다. 본 연구는 향후 스마트폰과 무선 연동하는 스마트 보행관리 시스템을 개발하기 위한 기초연구이다.
본 연구에서는 유연하고 투명한 특성을 지닌 유연 투명 정전용량형 압력 센서를 제안하여 기존의 X, Y 좌표 위치 인식이 가능할 뿐만 아니라 3차원 인식이 가능한 터치스크린을 제작하였다. 유연 투명 정전용량형 압력 센서는 상부 기판, 압력 감지층, 하부 기판의 3 중 구조로 구성되어 있다. 은나노와이어 전도성고분자 하이브리드 필름이 상부 및 하부 기판으로 사용되었다. 유연 투명 정전용량형 압력 센서의 터치 면적은 5인치이며, 전기적 신호를 인가하기 위한 11개의 driving line과 정전용량의 변화를 감지하기 위한 19개의 sensing line으로 구성되었다. 은나노와이어 전도성고분자 하이브리드 필름 및 유연 투명 정전용량형 압력 센서의 전기적, 광학적 특성을 평가하였다. 또한 기계적 유연성을 평가하기 위하여 굽힘 시험을 수행하였다. 제작된 은나노와이어 전도성고분자 하이브리드 필름은 평균 투과율 91.1%, 평균 탁도 1.35%로서 매우 우수한 광학 특성을 나타내었고, 평균 면저항은 $44.1{\Omega}/square$이었다. 굽힘 시험 결과 은나노와이어 전도성고분자 필름은 곡률 반경 3 mm까지 저항의 변화가 거의 없어 매우 우수한 유연성을 갖고 있음을 알 수 있었다. 또한 200,000회의 반복 굽힘 피로 시험 결과, 저항의 증가는 매우 미미하여, 유연 내구성이 매우 우수함을 알 수 있었다. 유연 투명 정전용량형 압력 센서의 평균 투과율은 84.1%, 탁도는 3.56%이었다. 또한, 직경 2 mm의 팁으로 눌렀을 경우, 누르는 압력에 따라 센서가 잘 작동함을 알 수 있었으며, 이를 통하여 멀티 터치 및 멀티 포스 터치가 가능함을 확인하였다. 본 연구에서 제작한 유연 투명 정전용량형 압력 센서는 유저인터페이스, 사용자 경험이 강조되고 있는 현재 상황에서 새로운 인터페이스의 터치스크린 패널에 대한 발전 가능성을 제시할 수 있을 것이라 판단된다.
This paper describes fabrication of relative type capacitive pressure sensor to be in great demand for many fields. The fabricated sensor consists of two parts` a sensing diaphragm and a pyrox glass cover. The sensor size is 4.5${\times}3.4mm$^{2})$ and 400$\mu$m thick. To improve the nonlinearity, this sensor is designed a rectangular silicon diaphragm with a center boss structure, and in order to improve the temperature characteristics of the sensor in a packaging process, the sensing element is mounted on the pyrex glass support. Some suggestions toward the design and fabrication of improved sensors have been presented. The zero pressure capacitance, Co of sensor is 26.57pF, and the change of capacitance, ${\Delta}$C is 1.55pF from 0Kgf/Cm$^{2}$ to 1Kgf/Cm$^{2}$ at room temperature. The nonlinearity of the sensor output with center boss diaphragm is 1.29%F.S., and thermal zero shift and thermal sensitivity shift is less than 1.43%F.S./$^{\circ}C$and 0.14% F.S./$^{\circ}C$, respectively.
최근 계측기의 소형화, 전자화에 따라 차압식 유량계의 경우 기존에 기계가공을 통해 개발하던 센서부를 전자식 MEMS 차압센서로 대체하려는 많은 노력이 있으나, MEMS 차압센서의 경우 고압이 인가시 실리콘 다이아프램의 파괴 및 센서의 접합부의 파괴가 발생하는 문제점이 있다. 따라서 본 논문에서는 proof pressure 이상의 압력에서 센서의 다이아프램이 파괴되지 않는 구조를 제안하였으며, 그에 따른 차압식 압력센서를 설계 및 제작하였다. 센서 동작압력(0-3 bar)의 3배 이상의 압력에서 센서의 동작특성을 평가하였다. 개발된 센서는 $3.0{\times}3.0mm$이며, 0~3 bar 사이의 압력에서 LCR meter (HP 4284a)로 측정한 결과 3.67 pF at 0bar, 5.13 pF at 3 bar를 나타내었으며, 센서의 동작압력(0-3 bar)에서 0.37%의 hysteresis를 나타내는 압력센서를 개발하였다.
In this paper, in order to quantify the peristalsis occurrence in a guinea pig's large intestine, a miniaturized air-gap capacitive pressure sensor was fabricated through micro-electro-mechanical system (MEMS). The proposed pressure sensor is a two-layered biocompatible polyimide substrate consisting of an air-gap capacitive plates between the substrates. The proposed pressure sensor was designed with a careful consideration of the structure and motility mechanism of the guinea pig's large intestine. Artificial pellets were mounted on a prototype pressure sensor to provide some redundancies in the form of size and shape of the guinea pig feces. Capacitance of a prototype sensor was recorded to be 2.5 ~ 3 pF. This capacitance value was later converted to count value using a lab fabricated data conversion system. Sensitivity of the pressure sensor was recorded to be below 1 mmHg per atmospheric pressure. During in vivo testing, artificial peristalsis caused by drug injection was measured by inserting the prototype pressure sensor into the guinea pig's large intestine and pressure data obtained due to artificial peristalsis was graphed using a labview program. The proposed pressure sensor could measure the pressure changes in the proximal, medial, and distal parts of the large intestine. The results of the experiment confirmed that pressure changes of guinea pig's large intestine was proportional to the degree of drug injection.
In this study, a new method using a capacitive sensor and an adaptive filter was proposed to deal with artifacts contaminating an oscillation signal in oscilometric blood pressure measurement. The proposed method makes use of a variation of the capacitance between an electrode fixed to a cuff and an external object to detect artifacts caused by the external object bumping into the cuff. The proposed method utilizes the adaptive filter based on linear prediction to remove the detected artifacts. The conventional method using linear interpolation and the proposed method using the adaptive filter were applied to three types of the artifact-contaminated oscillation signals(no overlap, non-consecutive overlap, and consecutive overlap between artifacts and oscillations) to compare them in terms of the artifact reduction performance. The proposed method was more robust than the conventional method in the case of consecutive overlap between artifacts and oscillations. The proposed method could be useful for measuring blood pressure in such a noisy environment that the subject is being transported.
In this paper, Capacitive Telemetry RF Sensor System using Recursive Least Square (RLS) algorithm was proposed. General Telemetry RF Sensor System means that it should be "wireless", "implantable" and "batterless". Conventional Telemetry RF Sensor System adopts Integrated Circuit type, but there are many defects like complexity of structure and the limitation of large power consumption in some cases. In order to overcome these disadvantages, Telemetry RF Sensor System based on inductive coupling principle was proposed in this paper. Proposed Telemetry RF Sensor System is very simple because it consists of R, L and C and measures the changes of environment like pressure and humidity in the type of capacitive value. This system adopted RLS algorithm for estimation of this capacitive parameter. For the purpose of applying RLS algorithm, proposed system was mathematically modelled with phasor method and was quasi-linearized. As two parameters such as phase and amplitude of output voltage for estimation were needed, Phase Difference Detector and Amplitude Detector were proposed respectively which were implemented using TMS320C2812 made by Texas Instrument. Finally, It is verified that the capacitance of proposed telemetry RF Sensor System using RLS algorithm can be estimated efficiently under noisy environment.
This paper presents an integrated multifunctional sensor based on MEMS technology, which can be used or embedded in mobile devices for environmental monitoring. An absolute pressure sensor, a temperature sensor and a humidity sensor are integrated in one silicon chip of which the size is $5mm\times5mm$. The pressure sensor uses a bulk-micromachined diaphragm structure with the piezoresistors. For temperature sensing, a silicon temperature sensor based on the spreading-resistance principle is designed and fabricated. The humidity sensor is a capacitive humidity sensor which has the polyimide film and interdigitated capacitance electrodes. The different piezoresistive orientation is used for the pressure and temperature sensor to avoid the interference between sensors. Each sensor shows good sensor characteristics except for the humidity sensor. However, the linearity and hysteresis of the humidity sensor can be improved by selecting the proper polymer materials and structures.
Thick film mechanical sensors can be categorized into four main areas piezoresistive, piezoelectric, piezocapastive and mechanic tube. In this areas, the thick film strain gage is the earliest example of a primary sensing element based on the substrates. The latest thick film sensor is used various pastes that have been specifically developed for pressure sensor application. The screen printing technique has been used to fabricate the pressure sensors on alumina substrate($Al_2O_3$). Thick film capacitive of strain sensing characteristics are reported and dielectric paste based on (Ti+Ba) materials. The electric property of dielectric paste has been studied and exhibit good properly with good gage factor comparable to piezoresistive strain gage. New piezocapacitive strain sensor was designed and tested. The output of capacitive value was good characteristics.
In this work, mechanical characteristics of stainless steel diaphragm have been studied as a potential robust substrate and a diaphragm material for micromachined devices. Lamination process techniques combined with traditional micromachining processes have been adopted as suitable fabrication technologies. To illustrate these principles, capacitive pressure sensors based on a stainless steel diaphragm have been designed, fabricated and characterized. The fabrication process for stainless steel micromachined devices keeps the membrane and substrate being at the environment of 8.65MPa pressure and $175^{\circ}C$ for a half hour and then subsequently cooled to $25^{\circ}C$. Each sensor uses a stainless steel substrate, a laminated stainless steel film as a suspended movable plate and a fixed, surface micromachined back electrode of electroplated nickel. The finite element method is adopted to investigate residual stresses formed in the process. Besides, out-of-plane deflections are calculated under pressures on the diaphragm. The sensitivity of the device fabricated using these technologies is 9.03 ppm $kPa^{-1}$ with a net capacitance change of 0.14 pF over a range 0$\sim$180 kPa.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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