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KR100421304B1 - 정전용량식 왜곡센서 및 그 사용방법 - Google Patents

정전용량식 왜곡센서 및 그 사용방법 Download PDF

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KR100421304B1
KR100421304B1 KR10-2001-7002948A KR20017002948A KR100421304B1 KR 100421304 B1 KR100421304 B1 KR 100421304B1 KR 20017002948 A KR20017002948 A KR 20017002948A KR 100421304 B1 KR100421304 B1 KR 100421304B1
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토루 우에노
가즈야 모리
데츠오 요시다
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엔이씨 도낀 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 정전용량식 왜곡 센서는, 기판(119)과 그 위에 형성되는 2개의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(209, 209A)를 구비하는 것이다. 기판(119)은 평면(또는 곡면)을 가지는 탄성체의 표면에 두께가 대략 동일하고 왜곡에 의해 유전율이 변화하는 재료로 이루어진 유전체후층막(129)을 형성한 것이다. 또, 기판(119)에는 그 한 쪽 단부에 왜곡의 발생을 저지하는 블록(318)이 고정되고, 다른 쪽 단부에는 중량(329)이 고정된다. 각 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(209, 209A)는, 기판의 표면에 복수의 선형상 도전체를 평행한 선형상 전극으로 하여 구성되는 한 쌍의 전극을 교대 배치형으로 조합하여 형성한 것이다. 정전용량식 왜곡 센서는 하나의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(209A)를 블록(318)에 의해 고정된 기판(119)위에 형성하여 기준 캐패시터로 하여, 다른 하나의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(209)의 온도 보정에 이용한다. 다른 방향의 왜곡을 검출하기 위해, 선형상 전극에 의한 교대 배치형의 배치 방향이 서로 대략 직교하거나 또는 교대 배치형의 배치 전극이 되는 선형상 전극이 평판의 중심에 대하여 대략 동심원상이 되도록 형성되어 있다. 또, 탄성체가 원주형상인 경우, 중심축 방향에 대하여 대략 45도 기울어 서로 엇갈리게 들어가도록 평행하게 나선형으로 연장된 복수의 선형상 전극을 교대 배치형의 배치 전극으로서 구비하며, 더욱이 이 선형상 전극의 연장방향으로 90도의 각도를 갖는 다른 한 쌍의 전극 패턴을 형성함으로써, 역방향의 비틀림도 효과적으로 검출할 수 있다. 정전용량식 왜곡 센서는 교대 배치형 커플 전극 캐패시터를 발진회로의 소자로서 조립함으로써, 탄성체의 변형에 따른 왜곡의 크기를 정전용량의 변화로 변환하여 주파수의 변화로 더욱 용이하게 변환할 수 있으며, 변환된 주파수는 미세한 것까지 추출할 수 있기 때문에 왜곡의 미소한 변화까지 용이하게 검출할 수 있다.

Description

정전용량식 왜곡센서 및 그 사용방법{CAPACITIVE STRAIN SENSOR AND METHOD FOR USING THE SAME}
종래부터 탄성체 표면에 형성되어 탄성체의 굴곡에 따라 발생하는 왜곡을 검출하는 왜곡 센서로는, 왜곡에 의해 저항치가 변화하는 이른바 왜곡(스트레인) 게이지가 잘 알려져 있다.
도 1은 종래 왜곡 센서의 사용상태의 일례를 나타낸 사시도, 도 2는 종래의 왜곡 센서로서 이용되고 있는 왜곡 게이지의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 1에는 장착 테이블(10)의 한 면에 원주형상의 탄성체(20)가 배치되고, 탄성체(20)의 상부평면(21)의 중앙부에 형성된 왜곡 게이지(30A)와, 외주 측면(22)에 그 왜곡 검출축이 탄성체(20)의 중심축 방향에 대하여 45도 기울어 왜곡 방향과 합치되도록 접착 형성된 왜곡 게이지(30B)가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 왜곡 게이지(30)는 도 1에 도시된 왜곡 게이지(30A, 30B)와 동일한 것으로서, Fe-Ni계 합금에 의해 복수회에 걸쳐 구부려 형성된 평행선 박막 패턴의 저항선(31) 및 그 양단에 설치된 단자(32, 33)를 가진다.
우선, 도 1의 왜곡 센서(30A)에 있어서, 원주형상의 탄성체(20)가 밀폐용기이고, 밀폐용기 탄성체(20)의 내부 압력의 검출에 이용되는 경우에 대하여 설명한다.
밀폐용기 탄성체(20)의 내부 압력이 통상적인 상태에서 증가하면, 밀폐용기 탄성체(20)의 상부 평면(21) 및 외주 측면(22) 그리고 하부 평면이 부풀어 변형하고, 밀폐용기 탄성체(20)의 내부 압력이 통상적인 상태로부터 감소하면, 탄성체(20)의 상부 평면(21) 및 외주 측면(22) 그리고 하부 평면이 오목하게 변형된다. 따라서, 왜곡 게이지(30A)가 접착된 상부 평면(21)의 판두께를 측면 및 하부 바닥판에 비해 안전한 범위에서 약간 얇게 하면, 내부 압력의 변화를 상부 평면(21)의 변형에 집중시킬 수 있다.
도 2에 도시된 왜곡 게이지(30)는 왜곡이 가해진 경우, 박막 패턴으로 형성되어 있는 도체의 저항치가 변화하는 센서로서, 도 1에 도시된 밀폐용기 탄성체(20)의 내부 압력이 변화된 경우에 우선 상부 평면(21)이 변형하고, 여기에 접착되어 있는 왜곡 게이지(30A)도 마찬가지로 변형하며, 그 결과 왜곡 게이지(30)에 설치된 저항선(31)의 양 단자(32, 33)간의 전기 저항이 변화하여, 탄성체(20)에 의한 밀폐용기의 내부 압력을 검출할 수 있다.
다음으로, 도 1의 왜곡 센서(30B)에 있어서, 원주형상의 탄성체(20) 즉, 원주 탄성체(20)가 외주면에 대한 횡단면 형상이 원형인 원주로서, 이 원주의 비틀림 검출에 이용되는 경우에 대하여 설명한다.
이러한 상태에서 왜곡 게이지(30B)에 의해 원주 탄성체(20)의 비틀림 왜곡을 검출할 경우, 원주 탄성체(20)에 비틀림 모멘트(torsion moment)가 가해져 원주 탄성체(20)에 비틀림 왜곡이 발생하면, 왜곡 게이지(30B)가 접착된 부분에 원주 탄성체(20)의 중심축 방향에 대하여 45도 경사진 방향의 신장(伸張) 왜곡과 이것에 직각인 방향의 압축(壓縮) 왜곡이 발생하므로, 이들 신장 왜곡 및 압축 왜곡에 따른 저항치의 변화를 검출함으로써 원주 탄성체(20)의 비틀림 왜곡을 검출할 수 있다.
한편, 왜곡 센서는 가속도 센서로서 이용될 수 있다. 가속도 센서는 자동차의 진동이나 충돌시의 가속도, 전자 기기류의 휴대시의 진동이나 가속도, 나아가서는 모터나 각종 기계류의 이상진동 등을 검출하기 위해 이용되며, 종래 기계류의 진동이나 충돌을 검출하기 위해 많은 종류의 가속도 센서가 이용되고 있다. 가속도 센서로는, 검출되는 가속도의 크기나 주파수 범위에 따라 용도에 적합한 것이 사용된다.
다음으로, 도 3 내지 도 5를 참조하여 종래의 가속도 센서로서, 가령 자동차용 엔진의 노킹(knocking)에 동반된 진동이나 기계의 진동 검출에 이용되는 센서에 관하여 설명하도록 한다.
도 3에 도시된 가속도 센서(40)는, 2장의 압전링(41, 42)을 각각 그 분극 방향을 반대로 하여 겹친 다음, 금속의 중공 원주에 의한 중량(43)과 함께 고정나사(44)로 고정한 구조를 가지며, 수 Gal에서 수십 Gal의 가속도를 검출하는데 이용된다. 가속도 센서(40)의 케이스(45)는 일반적으로 어스에 접속되며, 단자(46)의 어스와 함께 부착용 나사(47)를 통해 피 검출체의 어스에 접속된다.
도 3의 가속도 센서(40)에서는 외부로부터 가속도(α4)가 인가되면, 압전링(41, 42)에는 「F4= M4α4」의 힘이 가해진다. 여기서, M4는 중량(43)의 질량이다. 압전링(41, 42)은 문자그대로 압력이 가해지면 전압을 발생하는 소자로서 「V = k·g·F4」로 주어지는 전압을 발생한다. 여기서, 「k」는 가속도 센서의 형상, 치수에 따라 정해지는 정수, 「g」는 압전 재료에 따라 정해지는 정수이다. 즉, 도 3에 도시된 가속도 센서(40)로 대표되는 압전형 가속도 센서의 동작 원리는, 인가 가속도가 중량(43)에 작용하여 힘을 발생하고, 그 힘에 의해 압전링(41, 42)이 변형하여 전압을 발생하는 것이다.
또, 최근 들어 반도체의 미세가공 기술을 구사하여 형성되는, 이른바 마이크로 머신형 정전용량식 가속도 센서가 개발되고 있다. 이것은 직류적인 가속도의 검출이 가능하며, 1Gal이하의 작은 가속도에서 자동차가 충돌하였을 때의 수십 Gal에 이르는 커다란 가속도까지 넓은 범위에 걸쳐, 기계 진동 시스템의 공진 주파수 및 각 부분의 기계 강도를 요구에 맞게 설계함으로써 대응할 수 있다.
도 4는 마이크로 머신 기술을 이용한 정전용량형 가속도 센서(50)의 구조 일례에 대한 개략적인 사시도이다. 이 정전용량형 가속도 센서(50)는 표면 마이크로 머신 기술에 의해, Si단결정판(51)위에 앵커(52)로 고정된 지지부(53)에 지지되며중량이 되는 가동판(54)에 일체로 형성된 가동 전극(55;X)과, 이 가동 전극(55;X)에 대향하여 정전용량을 형성하는 2개의 고정 전극(56;Y, 57;Z)으로 구성되어 있다.
다음으로, 도 4 및 도 5를 함께 참조하여 가속도의 검출 원리를 설명하도록 한다. 도 5는 도 4에 도시된 정전용량형 가속도 센서(50)의 동작 설명도이다.
도 5에서 전극(X;55, Y;56, Z;57)은 각각 공통적으로 접속되어 있기 때문에, 도 5에 도시된 바와 같이 대향되는 전극(Y;56, Z;57)사이에 또 하나의 전극(X;55)이 삽입된, 2개의 콘덴서가 직렬로 접속된 회로로 생각할 수 있다. 도 4에 있어서 검출 가속도의 방향은 전극(X, Y, Z) 각각의 길이 방향과 직각이고, Si단결정판(51)의 평면과 평행한 방향이기 때문에, 가속도(α5)가 인가되면 압전형 가속도 센서의 경우와 마찬가지로「F5= M5α5」의 힘이 발생한다. 이 경우의 질량(M5)은 가동 전극(55;X)을 포함한 가동판(54)의 질량이다. 힘(F5)이 발생하면, 가동 전극(55;X)은 앵커(52)로 고정된 지지부(53)의 스프링과 평형을 이루는 위치까지 변위된다. 즉, 도 4에서 가동 전극(55;X)이 중앙 위치로부터 고정 전극(56;Y, 57;Z)중 어느 한 방향으로 어긋나게 된다.
도 4에서, 고정 전극(56;Y)과 고정 전극(57;Z)에, 서로 위상이 180°다르고 진폭이 동일한 전압(VY, VZ)을 인가하면, 도 5에 도시된 바와 같이 가동 전극(X;55)이 고정 전극(Y;56)과 고정 전극(Z;57)의 중앙에 위치할 때에는, 가동 전극(X;55)의 전압(VX)은 서로 캔슬되어 제로이지만, 가속도가 인가되어 가동 전극(X;55)이 고정 전극(Y;56)과 고정 전극(Z;57)의 중앙 위치로부터 어긋나게 되면, 가동 전극(X;55)에 전압(VX)이 발생하며 그 전압의 크기는 가동 전극(X;55)의 변위량, 즉 인가된 가속도의 크기에 비례한다. 따라서, 가동 전극(X;55)의 전압으로부터 인가된 가속도를 검출할 수 있다.
그러나, 상기한 왜곡 게이지는, 폴리이미드 등의 얇은 기판위에 왜곡에 따라 저항치가 변화하는 금속 박막이 증착 등의 수단에 의해 형성되어 있어, 실제로 왜곡을 검출할 경우에는, 그 폴리이미드 등의 얇은 기판을 왜곡을 검출하고자 하는 판에 접착제로 접착할 필요가 있고, 접착 위치나 접착층의 두께에 따른 편차로 인해 검출 특성이 변화하므로, 접착할 때마다 특성을 확인할 필요가 있다는 결점이 있었다.
또, 평판의 변형을 검출하는 다른 수단으로서, 변형을 검출할 부분의 판 재질을 금속으로 하고, 이 금속판과 대향되는 다른 금속판을 배치하여 검출용 금속판의 변형에 따른 대향되는 금속판과의 간격의 변화를 2개 전극간의 정전용량의 변화로서 검출하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법에서는 별도로 배치된 금속판과 검출용 금속판의 위치 관계를 고정밀도로 유지할 필요가 있어 구조적으로 복잡해지고, 제조에 어려움이 따른다는 결점이 있다.
또한, 원통측면의 비틀림 센서의 경우에는, 더욱이 축방향에 대한 경사각도의 조정이 필요하며, 원리적으로 신장 왜곡 및 압축 왜곡의 변화에 따라 저항치가 변화하기 때문에, 마이크로 컴퓨터 등을 이용하여 신호 처리할 경우, 아날로그-디지털 변환 회로가 필요해지는 등, 신호처리 회로가 복잡해지고 만다는 결점도 있다.
또, 왜곡 게이지로는 반도체를 이용한 것이, 피에조 저항효과(piezoresistance effect)로 인해 금속을 이용한 왜곡 게이지에 비해 그 감도가 수십 배나 되기 때문에 왜곡 센서로서 바람직하다. 그러나, 반도체를 이용한 왜곡 게이지는, 온도에 따른 저항변화가 크다는 점이나 왜곡량에 따라 왜곡 감도가 변화한다는 결점이 있어, 미소한 왜곡을 계측할 경우에는 구성이 복잡해지고 만다는 문제가 있었다.
더욱이, 도 3을 참조하여 설명한 압전형 가속도 센서는, 구조가 간단하여 원리적으로 전원이 불필요하다는 이점을 가진다. 그러나, 직류적인 가속도, 즉 일정한 힘이 압전 소자에 가해지고 있는 상태에서는, 변형으로 인해 발생된 전하가 검출용 전자 회로나 압전 재료의 표면이나 내부를 통하여 유출되어 버리기 때문에, 전압이 감소되어 인가되고 있는 가속도를 정확히 검출할 수 없다는 결점이 있다.
또, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 정전용량형 가속도 센서에서는, 정전용량을 구성하기 위하여 가동 전극과 고정 전극이 필요하고, 인가된 가속도는 우선 이 가동 전극과 고정 전극의 간격 치수의 변화로 변환되어, 그 결과 정전용량의 변화로 변환된다. 따라서, 가동 전극과 고정 전극을 고정밀도로 작성하기 위하여, 높은 가공 정밀도를 얻을 수 있는 고가의 설비가 필요하다는 문제점을 가지므로 바람직하지 않다.
따라서, 본 발명은 구조가 간단하고 특성이 안정적인 동시에 미소한 왜곡도정확히 검출할 수 있고, 온도 보정을 비롯하여 습도 등의 다른 환경인자에 대해서도 보정이 가능한 왜곡 센서를 제공하는 것을 목적으로 하며, 더욱이 직류적인 가속도의 검출이 가능한 정전용량형 가속도 센서의 장점을 구비하며, 가동 전극과 고정 전극의 2개의 전극을 이용하지 않고도, 가속도가 인가된 경우 탄성체의 변형에 따른 정전용량의 변화를 단일 소자로부터 검출할 수 있는 가속도 센서로 이용가능한 왜곡 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 탄성체 표면에 형성되어 탄성체의 굴곡에 따라 발생하는 왜곡을 검출하는 왜곡 센서에 관한 것으로서, 특히 발생되는 왜곡을 정전용량의 변화에 따라 검출하는 정전용량식 왜곡 센서 및 그 탄성체에 의한 중공 원통형상의 밀폐용기의 내부 압력을 상부 평면부의 요철에 따라 검출하고, 봉형상 원주의 탄성체 외주면에 발생하는 원주의 비틀림을 검출하며, 더욱이 가속도를 검출하는 사용 방법, 그리고 왜곡의 검출 및 그 보정 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래 왜곡 센서의 사용상태의 일례를 나타낸 사시도,
도 2는 종래 왜곡 센서로서 이용되는 왜곡 게이지의 일례를 나타낸 사시도,
도 3은 종래의 압전형 가속도 센서의 구조를 나타낸 단면도,
도 4는 마이크로 머신 기술을 이용한 정전용량형 가속도 센서의 개략적인 구조를 나타낸 사시도,
도 5는 도 4에 도시된 정전용량형 가속도 센서의 동작 설명도,
도 6은 교대 배치형 커플 전극 캐패시터를 포함한 평판형 정전용량식 왜곡 센서에 의한 왜곡 검출의 원리를 설명하기 위해 도시한 전극 패턴의 평면도,
도 7은 도 6에 도시된 평판형 정전용량식 왜곡 센서를 가압하는 부분이 간략하게 도시된 측면도,
도 8은 도 7에 도시된 방법으로 가압한 상태에서 평판형 정전용량식 왜곡 센서의 가압력-정전용량 변화율 특성의 측정 결과를 나타낸 특성 설명도,
도 9(A)는 본 발명에 따른 정전용량식 왜곡 센서의 구조의 일실시 형태를 나타낸 평면도,
도 9(B)는 도 9(A)의 두께방향 단면도,
도 10(A)는 도 9(A)와는 다른 정전용량식 왜곡 센서의 구조의 일실시 형태를 나타낸 평면도,
도 10(B)는 도 10(A)의 두께방향 단면도,
도 11(A)는 본 발명에 따른 정전용량식 비틀림 왜곡 센서에 이용되는 교대 배치형 커플 전극 캐패시터의 기본적 패턴의 일실시 형태를 나타낸 평면도,
도 11(B)는 도 11(A)의 두께방향 단면도,
도 12는 본 발명에 따른 원주형 정전용량식 비틀림 왜곡 센서에 이용되는 교대 배치형 커플 전극 캐패시터의 기본적 패턴의 일실시 형태를 나타낸 사시도,
도 13은 도 12와 같은 교대 배치형 커플 전극 캐패시터를 2 그룹 이용한 경우의 일실시 형태를 나타낸 사시도,
도 14는 도 13과는 다르며 도 12와는 같은, 교대 배치형 커플 전극 캐패시터를 2그룹 이용한 경우의 일실시 형태를 나타낸 사시도,
도 15는 왜곡량을 검출하기 위해, 정전용량식 왜곡 센서를 발진회로에 이용한 일실시 형태를 나타낸 회로 구성도,
도 16은 본 발명에 따른 온도보정이 가능한 정전용량식 왜곡 센서의 일실시 형태를 나타낸 사시도,
도 17은 도 16에 나타낸 정전용량식 왜곡 센서를 이용한 일실시 형태를 나타낸 보정회로 구성도,
도 18은 도 17과는 다른 정전용량식 왜곡 센서를 발진회로에 이용한 일실시 형태를 나타낸 보정회로 구성도,
도 19는 본 발명에 따른 정전용량식 왜곡 센서를 가속도 센서로서 이용하는 경우의 일실시 형태를 나타낸 사시도,
도 20은 도 19와는 다른 본 발명에 따른 정전용량식 왜곡 센서를 가속도 센서로서 이용하는 경우의 일실시 형태를 나타낸 사시도이다.
본 발명에 따른 정전용량식 왜곡 센서는, 기판과 그 위에 형성되는 적어도 하나의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(Interdigital Pair-Electrode Capacitor)를 구비하는 것이다. 기판에는 평면 또는 곡면을 가지는 탄성체의 표면에, 두께가 거의 동일하며 왜곡에 의해 유전율이 변화하는 재료로 이루어진 유전체층막이 형성되어 있다. 교대 배치형 커플 전극 캐패시터는, 복수의 선형상 도전체를 평행한 선형상 전극으로 하여 구성되는 한 쌍의 전극을, 교대 배치형으로 조합하여 기판의 표면에 적어도 하나 형성한 것이다.
이러한 정전용량식 왜곡 센서의 사용방법에서는, 정전용량식 왜곡센서가 가지는 정전용량의 변화에 따른 주파수 변조를 발생하도록 발진 수단을 구비하며, 발진수단이 출력하는 발진신호의 주파수 변동으로부터 왜곡량을 검출한다. 즉, 정전용량식 왜곡 센서를 캐패시터로서 발진회로의 소자에 조립함으로써, 탄성체의 변형에 따른 왜곡의 크기가 정전용량 또는 임피던스의 변화로 변환되며, 더욱이 주파수의 변화로 용이하게 변환될 수 있다. 변환된 주파수로부터 미소한 변화를 추출할 수 있으므로, 왜곡의 미세한 변화도 용이하고도 확실하게 검출할 수 있다.
이러한 정전용량식 왜곡 센서는, 하나의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터에서는 검출가능한 방향이 한정되므로 이러한 것을 2개 구비하고, 선형상 전극에 의한 교대 배치 방향을 서로 대략 직교하도록 형성함으로써, 왜곡 센서자체의 방향성의 한계를 해소할 수 있다. 또, 정전용량식 왜곡 센서에서, 판형상의 탄성체 형상은 원판 또는 정방형을 포함하는 다각형 평판이며, 교대 배치형 커플 전극 캐패시터는 교대 배치형의 배치 전극이 되는 선형상 전극이 평판의 중심에 대하여 대략 동심원상이 되도록 형성함으로써, 방사상의 왜곡에 대한 검출이 더욱 확실해진다.
이러한 정전용량식 왜곡 센서는, 탄성체가 통형상 밀폐용기이며 그 상하부의 평면에 교대 배치형 커플 전극 캐패시터가 형성되는 경우, 이 캐패시터가 가지는 정전용량의 변화로부터 상기 평면의 왜곡을 검출함으로써 밀폐용기의 내부압력 변화를 검출할 때 유효하게 사용된다.
본 발명에 따른 정전용량식 왜곡 센서에서는, 하나의 탄성체가 장방형 구조체를 이루고, 교대 배치형 커플 전극 캐패시터가, 선형상 도전체로 형성되고 장방형 탄성체의 평행하는 2변에 대하여 평행하게 연장되며 서로 대향되는 한 쌍의 공통 전극과, 이 공통 전극의 연장방향에 대하여 대략 45도 기울어 서로 엇갈리게 들어가도록 평행하게 연장되는 복수의 상기 교대 배치형의 배치 전극이 되는 선형상 전극을 가지도록 한 쌍의 전극 패턴을 형성하여 정전용량을 구비하여도 된다. 이 전극 패턴은 탄성체가 일축방향을 중심축으로 하여 연장되는 동시에 외주면의 단면형상이 원형을 이루는 원주형 구조체에 적합하다. 즉, 유전체 막층은 원주형 구조체의 외주면에 그 두께가 대략 동일하도록 형성되며, 교대 배치형 커플 전극 캐패시터는 원주형 구조체의 외주면을 일주하여 링형상을 이루는 대향되는 한 쌍의 공통전극으로부터 중심축 방향에 대하여 대략 45도 기울어 서로 엇갈리게 들어가도록 평행한 나선상으로 연장되는 복수의 선형상 전극을 교대 배치형의 배치 전극으로서 구비하도록, 한 쌍의 전극 패턴을 형성하여 정전용량을 구비하게 된다.
이러한 정전용량식 왜곡 센서는, 탄성체인 원주형 구조체의 외주측면에서, 중심축 방향으로 이등분되거나 또는 중심축과 평행한 방향으로 이등분되어 형성되며, 2그룹 각각의 교대 배치형의 배치 전극인 선형상 전극의 방향을 서로 직각이 되도록 함으로써, 양 방향의 비틀림에 대하여 왜곡을 검출하는 경우에 효과적이다.
또, 본 발명에 따른 정전용량식 왜곡 센서에서는 탄성체가 평판형상이고 한 쪽 단부에 왜곡의 발생을 저지하는 구조의 고정부를 구비하며, 고정부를 제외한 탄성체의 면위에 하나의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터를 형성할 수 있다. 또한, 정전용량식 왜곡 센서에서, 탄성체의 고정부를 제외한 탄성체의 면위에 탄성체의 휨을 조장하는 중량을 더 구비하는 것이 바람직하다. 중량을 부가함으로써 인가되는 가속도를 유효하게 검출할 수 있다.
상기와 같은 정전용량식 왜곡 센서는, 구조가 간단하여 LC발진회로나 RC발진회로를 구성할 수 있으며, 정전용량의 변화에 따른 발진회로의 출력 주파수 변화는 전압변환함으로써 미소한 왜곡량을 고정밀도로 정확히 검출하는 경우에 매우 유효하다.
그러나, 정전용량식 왜곡 센서의 정전용량은 왜곡량의 변화뿐만 아니라 주변온도의 변화에 의해서도 변동되기 때문에, 온도에 따른 정전용량의 특성변화를 보정하기 위한 보정회로가 필요하다.
이러한 목적을 위해, 본 발명에 따른 정전용량식 왜곡 센서에서는 기준이 되는 교대 배치형 커플 전극 캐패시터, 또는 다른 구성의 캐패시터 중에서 적어도 하나를 기준 캐패시터로 설정하여, 기준 캐패시터의 정전용량을 왜곡 검출의 보정에 이용한다. 그리고, 하나의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터는, 그 위에 형성되는 탄성체에서 한 쪽 단부에 왜곡이 발생하기 어려운 두께 또는 왜곡의 발생을 저지하는 고정구조를 가지는 고정부를 구비하며, 기준이 되는 교대 배치형 커플 전극 캐패시터를 포함하는 기준 캐패시터는 이 고정부위에 형성된다. 따라서, 탄성체에 왜곡이 발생하여도 기준이 되는 정전용량은 변화하지 않는다. 물론, 기준 캐패시터는 탄성체와는 별도로 설치된 고정체에 형성되어도 무방하다.
이러한 기준 캐패시터의 캐패시턴스 또는 임피던스를, 왜곡을 검출하는 교대 배치형 커플 전극 캐패시터의 그것과 비교하여 보정함으로써 교대 배치형 커플 전극 캐패시터에 대하여 왜곡 이외에 영향을 미치는 외부 조건을 배제할 수 있다.
본 발명을 보다 상세히 설명하기 위하여 첨부된 도면을 따라 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 정전용량식 왜곡 센서는, 판형상 또는 봉형상의 탄성체 평면위 또는 곡면 위에, 두께가 대략 동일하고 왜곡에 따라 유전율이 변화하는 재료로 이루어진 후막층 또는 박막층의 유전체막층을 기판으로서 형성하며, 그 표면에 복수의 선형상 도전체로 이루어진 평행한 선형상 전극에 의해 적어도 하나의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터를 형성한다.
우선, 도 6을 참조하여 평판형 정전용량식 왜곡 센서(100)에 있어서 정전용량을 구비하는 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(200)에 대하여 설명하도록 한다.
평판형 정전용량식 왜곡 센서(100)의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(200) 전극은, 장방형의 평판형 절연 시트(110) 표면위에 유전체막층(120)을 형성하고 그 위에 선형상 도전체에 의해 한 쌍의 빗살모양의 전극 패턴을 형성한다.
한 쌍의 전극 패턴은 장방형의 평판형 절연 시트(110)의 대향되는 긴 변의 한쪽으로 평행하게 연장 배치되며 그 일단에 단자(210)가 접속된 선형상의 공통 전극(220)과, 절연 시트(110)의 대향되는 긴 변의 다른 쪽으로 평행하게 연장배치되며 그 일단에 단자(230)가 접속된 선형상의 공통 전극(240)을 구비하며, 더욱이 선형상 공통 전극(220)에는 그 연장 방향에 대하여 수직 방향으로 연장되는 복수의 선형상 전극(250)이, 마찬가지로 선형상 공통 전극(240)에는 그 연장방향에 대하여 수직 방향으로 연장되는 복수의 선형상 전극(260)이 각각 서로 엇갈리게 들어가도록 평행하게 형성되어 있다. 즉, 장방형의 평판형 절연시트(110)의 대향되는 짧은 변에 평행하게 각각이 서로 교대로 일정 간격을 가지는 선형상 전극(250, 260)이, 선형상 공통 전극(220, 240)을 통해 별개의 단자(210, 230)에 각각 접속되어 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(200)를 형성한다.
이러한 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(200)를 이용한 평판형 정전용량식 왜곡 센서(100)에서, 장방형의 평판형 절연 시트(110)를 선형상 전극(250, 260)의연장방향과 직각인 방향으로 굴곡시킨 경우, 서로 인접한 선형상 전극(250, 260) 상호간의 간격이 변화된다. 즉, 전극면이 볼록형상으로 변형될 경우에는 유전체막층(120)에 신장 왜곡이 발생하여 상호 간격이 넓어지고, 전극면이 오목형상으로 변형될 경우에는 유전체막층(120)에 압축 왜곡이 발생하여 상호 간격이 좁아진다. 따라서 단자(210, 230)간의 정전용량치는 변화한다.
다음으로, 도 7에 도 8의 실제 측정치를 함께 참조하며 가압 장치를 이용하여 도 6에 도시된 평판형 정전용량식 왜곡 센서(100)를 변형시켰을 때 발생하는 정전용량치의 변화에 대하여 설명한다.
여기서 장방형의 평판형 절연 시트(110)로는 가요성이 비교적 우수한 지르코니아 자기제가 이용되고, 그 표면위에 형성되는 유전체막층(120)으로는 세라믹 콘덴서로 사용되는 납계의 유전율이 높은 것이 이용된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 유전체막층(120) 및 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(200)가 표면에 형성된 장방형의 평판형 절연 시트(110)를 적당한 길이로 절단하여 긴 변쪽의 양단부를 지지한 상태에서, 그 중앙부를 나이프 엣지(knife-edge)형상의 가압판(130)을 이용하여 짧은 변방향으로 평행하게 가압함으로써 가압력(g)-정전용량 변화율(%) 특성을 측정하였다. 그 결과가 도 8에 도시되어 있다. 단, 도 8의 □ 특성은 전극면의 안쪽을 가압한 경우의 측정치이고, △ 특성은 전극면의 바깥쪽을 가압한 경우의 측정치이다.
도 8에서는 전극면 안쪽을 가압한 □ 특성의 경우, 전극 간격이 커지는 변형임에도 불구하고 가압력을 크게 함에 따라 정전용량치가 커지지만, 다른 쪽 전극면의 바깥쪽을 가압한 △ 특성의 경우에는, 전극 간격이 작아지는 변형임에도 불구하고 가압력을 크게 함에 따라 정전용량치가 작아진다. 즉, 유전체막층(120)에 왜곡이 인가된 경우, 그 방향의 유전율이 커지는 소위「정방향 왜곡-유전율 특성」을 가짐을 알 수 있다.
따라서, 도 6에서 유전체막층(120)의 재질로서 「왜곡-유전율 특성」이 큰 재료를 사용할 경우에는, 캐패시터로서의 단자(210, 230)간의 정전용량 변화가 단순히 전극 간격의 변화에 따른 정전용량의 변화보다도 커진다.
이에 대하여, 장방형의 평판형 절연 시트(110)를 선형상 전극(250, 260)의 연장 방향과 동일한 방향으로 굴곡시킨 경우, 선형상 전극(250, 260)의 길이가 근소하게 변화하지만 서로 인접하는 선형상 전극(250, 260)간의 간격은 거의 변화하지 않으므로, 단자(210, 230)간의 정전용량치에는 거의 변화가 없다.
이는, 도시되는 바와 같은 교대 배치형 전극 패턴의 경우, 평행 연장되는 선형상 전극과 직교하는 축방향의 변형에 대해서는 감도가 높은 왜곡 센서로서 작용하지만, 이것과 직교하는 축방향, 즉 선형상 전극과 평행한 방향의 변형에 대해서는 감도가 대폭 저하되는 것을 의미한다.
따라서, 왜곡 센서에서는 주변이 고정된 상태로 변형되는 탄성체 표면의 변형 왜곡을 효율적으로 검출할 수 있도록, 탄성체 표면의 왜곡 분포에 맞춘 한 가지 형상의 교대 배치형 커플 전극을 형성하는 것이 보다 효과적이다.
여기서, 도 9(A), 도 9(B), 도 10(A) 및 도 10(B)를 참조하여, 도 1과 같이 탄성체(20)가 중공 원통형상의 밀폐용기인 경우의 상부 평면(21)의 중앙부에 형성되는 왜곡 센서에 대하여 고찰하도록 한다.
중공 원통형상의 밀폐용기 탄성체(20)의 상부 평면(21)은 그 중앙부의 왜곡이 최대치를 나타내고, 그 왜곡된 방향은 방사상이며 그 크기는 대략 동심원상의 등고선으로 표시되는 왜곡 분포를 가진다. 따라서, 이러한 왜곡 분포의 변형을 정전용량의 변화로서 효율적으로 검출하기 위해서는, 도 9(A), 도9(B), 도 10(A) 및 도 10(B)에 도시된 바와 같이, 도 6에 도시된 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(200)를 링형상으로 둥글려 원형의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(201)로 하거나, 정방형의 각을 둥글린 형상의 원형으로 하는 것이 바람직하다.
도 9(A) 및 도9(B)에서는 평판형의 정전용량식 왜곡센서(101)에서 정방형의 평판형 절연 시트(111)에 유전체막층(121)이 형성되어 있고, 도 10(A) 및 도 10(B)에서는 평판형 정전용량식 왜곡 센서(102)에서 원형의 평판형 절연 시트(112)에 유전체막층(122) 각각이 형성되어 있으며, 각각의 표면에는 동일한 형상의 원형 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(201)가 형성되어 있다.
이 구성에서, 도 1의 상부 평면(21)에 외부 힘이 작용하여 여기에 형성되어 있는 평판형 절연 시트(112)가 변형된 경우, 인접하는 선형상 전극의 간격이 변화하여 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(201)의 정전용량이 변화한다. 따라서, 원형 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(201)에서는, 통형의 밀폐용기 내부의 압력 변화에 따라 발생하는 밀폐용기 탄성체(20)의 상부 표면(21)에 형성된 평판형 절연 시트(112)의 변형을 효율적으로 검출할 수 있다.
또, 상부 평판(21)의 형상이 도 1에 도시된 바와 같이 원형일 경우, 상부 평판(21)의 변형을 효율적으로 검출하기에는 도 10(A) 및 도 10(B)와 같은 진원형의 평판형 절연 시트(112)가 적합하다는 것은 말할 필요도 없다.
다음으로, 도 11(A) 및 도 11(B)를 참조하여, 도 1의 봉형상 원주 탄성체(20)의 외주면에 발생하는 원주의 비틀림을 적절히 검출하는 왜곡 센서에 대하여 설명한다.
한 쌍의 전극 패턴을 형성하는 하나의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(203)는, 우선 캐패시터의 한 쌍의 단자(도시생략)에 접속되는 각각의 공통 전극(213, 223)이 장방형 절연 시트(113)의 대향되는 양측 긴 변에 평행하게 연장 배치되어 있다. 그러나, 원주 탄성체(20)에 비틀림 모멘트가 가해져 원주 탄성체(20)에 비틀림 왜곡이 발생할 경우에는, 상기한 바와 같이 왜곡 센서가 점착된 부분에 원주 탄성체(20)의 중심축 방향에 대하여 45도 기운 방향의 신장 왜곡과, 이것과 직각인 방향의 압축 왜곡이 발생한다. 이로 인해, 공통 전극(213)으로부터 연장되는 복수의 선형상 전극(233)과, 선형상 공통 전극(223)으로부터 연장되는 복수의 선형상 전극(243)은 공통 전극(213, 223)의 연장 방향에 대하여 대략 45도 방향으로 연장되어 서로 엇갈리며 평행하게 들어가는 형상을 가지고 있어, 하나의 캐패시터를 형성한다.
다음으로, 도 12를 참조하여 도 11에 도시된 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(203)를 원주형 정전용량식 비틀림 왜곡 센서(104)로서 이용한 경우에 관하여 상세히 설명하도록 한다.
도 12는 본 발명에 따른 하나의 비틀림 왜곡 센서(104)의 기본 구성을 나타낸 사시도이다.
도시된 비틀림 왜곡 센서(104)는 절연봉(154)의 외주면에 형성된다. 절연봉(154)은 그 일단이 장착 테이블(144)에 고정되고, 장착 테이블(144)의 중심축 방향과 중심축이 일치되어 연장되는 동시에 외주면의 단면 형상이 원형을 이루는 피 검출용 구조체로서, 그 재질은 절연성의 플라스틱(또는 세라믹이어도 무방하다)이다.
즉, 비틀림 왜곡 센서(104)에서는 우선 왜곡에 의해 유전율이 변화하는 유전체막층(114)이, 비틀림 왜곡 센서(104)의 기판으로서 후막형상 또는 박막형상으로 절연봉(154)의 외주면에 대략 동일한 두께로 형성되어 있다. 이 유전체막층(114)의 외주면에는 한 쌍의 링형상 공통 전극(214, 224)과 복수의 나선형을 가지는 선형상 전극(234, 244)이 한 쌍의 전극 패턴을 형성하여 정전용량을 유지한다. 또, 한 쌍의 링형상 공통 전극(214, 224)은 평행하게 대향되는 2변의 근방, 즉 둘레 엣지를 따라 각각 위치한다.
이 전극 패턴에서 특징적인 점은, 복수의 나선형을 한 선형상 전극(234, 244)이 한 쌍의 링형상의 공통 전극(214, 224)각각으로부터 중심축 방향에 대하여, 즉 공통 전극(214, 224)의 연장방향에 대하여 대략 45도 기울어 서로 엇갈리게 들어가도록 평행하게 나선형으로 연장되어 있다는 점이다.
따라서, 공통 전극(214, 224)에는 캐패시터로서의 단자(도시생략)가 접속되고, 공통 전극(214) 및 선형상 전극(234), 그리고 공통 전극(224) 및 선형상 전극(244)에 의한 한 쌍의 전극 패턴은 정전용량을 가지는 캐패시터로서 기능한다.
이러한 원주형 정전용량식 비틀림 왜곡 센서(104)에서는, 절연봉(154)에 대하여 왜곡 센서(104)를 직접 배치하여 접착층이 없는 구조로 할 수 있기 때문에, 구조가 간단하고 특성이 안정된 정전용량의 변화를 용이하게 얻을 수 있다.
그런데 비틀림 왜곡은, 비틀림 축방향에 대하여 +45도 방향의 신장 왜곡과 -45도 방향의 압축 왜곡으로 분해할 수 있기 때문에, 도 12에서 설명된 원주형 정전용량식 비틀림 왜곡 센서(104)의 경우, 비틀림 왜곡이 양인지 음인지(비틀림 방향)에 따라, 나선형 전극(234, 244)이 대향되는 방향의 유전율이 변화하고, 캐패시터로서의 단자간의 정전용량치가 변화하여, 발생되는 비틀림 왜곡의 크기를 이 변화로부터 검출할 수 있다.
더욱이 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이, 왜곡 방향에 따라 왜곡의 크기에 차이가 생긴다. 따라서, 역방향의 왜곡을 검출할 수 있는 왜곡 센서를 추가하여 각각에서 보다 증가된 신장 방향의 왜곡량을 구하여 추가함으로써, 더욱 효과적인 감도의 향상을 꾀할 수 있다.
다음으로, 도 13 및 도 14를 참조하여 이러한 역방향의 왜곡을 검출하는 나선형의 한 쌍의 선형상 전극을 2그룹으로 구비한 원주형 정전용량식의 비틀림 왜곡 센서에 대하여 설명한다.
도 13에 도시된 비틀림 왜곡 센서(105)는 도 12와 마찬가지로 절연봉(155)의 외주면에 형성된다. 절연봉(155)은 일단이 장착 테이블(145)에 고정되어 장착 테이블(145)의 중심축 방향으로 중심축이 일치하여 연장되며, 외주면의 단면 형상이 원형을 이룬다. 또, 비틀림 왜곡 센서(105)에서는 우선 왜곡에 의해 유전율이 변화하는 유전체막층(115)이 절연봉(155)의 외주면에 두께가 대략 동일한 기판이 되도록 후막 형상 또는 박막 형상으로 형성되어 있다.
도 12와 상위한 점은, 비틀림 왜곡 센서(105)의 하나의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터가, 이 유전체막층(115)의 외주면에서 중심축 방향과 수직인 면으로 2등분되어 도 12에 도시된 거리의 대략 1/2이 되는 거리를 가지는 링형상의 한 쌍의 공통전극(215, 225)과 한 쌍의 공통전극(255, 265)의 2그룹으로 유전체막층(125)위에 배비되어 있다는 점이다. 제 1그룹의 한 쌍의 선형상 전극(235, 245)은 이들의 공통 전극(215, 225)의 연장방향에 대하여 대략 +45도 기울어 제 1 교대 배치형 커플 전극으로서 형성되며, 제 2 그룹의 한 쌍의 선형상 전극(275, 285)은 이들의 공통 전극(255, 265)의 연장방향에 대하여 대략 -45도 기울어 제 2 교대 배치형 커플 전극 캐패시터로서 형성되어 있다.
이와 같이 한 쌍의 전극 패턴을 형성하는 2그룹으로 서로 직각을 이루는 나선형의 선형상 전극에 의해 캐패시터가 구성되기 때문에, 역방향의 동등한 비틀림에 대해서도 동등한 왜곡량을 검출할 수 있다.
다음으로 도 14에 도시된 비틀림 왜곡 센서(106)는 도 12와 마찬가지로 절연봉(156)의 외주면에 형성된다. 절연봉(156)은 그 일단이 장착 테이블(146)에 고정되어 장착 테이블(146)의 중심축 방향과 중심축이 일치되어 연장되며, 외주면의 단면 형상이 원형을 이루고 있다. 비틀림 왜곡 센서(106)에서는 우선 왜곡에 의해 유전율이 변화하는 유전체막층(116)이, 절연봉(156)의 외주면에 두께가 대략 동일한 기판이 되도록 후막형상 또는 박막 형상으로 형성되어 있다.
도 12와 다른 점은, 비틀림 왜곡 센서(106)의 하나의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터가 유전체막층(116)의 외주면에 대하여, 중심축 방향과 평행한 분할선에 의해 이등분되어 동일한 링형상의 선위에 배치되어 대향되는 2변의 근방 각각에 위치하는 반원링 형상을 이루는 한 쌍의 공통 전극(216, 226) 및 한 쌍의 공통 전극(256, 266)의 2그룹을 구비한다는 것이다. 즉, 한쪽 전극 패턴은 한 쌍의 공통 전극(216, 226)으로부터 중심축 방향에 대하여 대략 +45도 기울어 서로 엇갈리게 들어가도록 평행하게 나선형으로 연장되는 복수의 선형상 전극(236, 246)으로 형성되며, 다른 쪽 전극 패턴은 한 쌍의 공통 전극(256, 266)으로부터 중심축 방향에 대하여 대략 -45도 기울어 서로 엇갈리게 들어가도록 평행하게 나선형으로 연장되는 복수의 선형상 전극(276, 286)으로 형성되어, 각각 한 쌍의 전극 패턴에 의해 정전용량이 유지된다.
이러한 구성의 경우, 2개의 정전용량에서의 검출 출력의 차를 구함으로써, 검출감도를 대략 2배로 할 수 있고 더욱이 각각의 왜곡 센서에 공통적으로 발생하는 불필요 신호(가령 주위 온도변화에 의존하는 특성 변동 등의 성분)를 캔슬할 수 있다.
한편, 앞서 도 8을 참조하여 설명한 「왜곡-유전율특성」이 큰 재료를 사용한 정전용량식 왜곡 센서는, 구조가 간단하여 LC발진회로 또는 RC발진회로를 구성하여 용이하게 주파수 변환할 수 있기 때문에, 미소한 왜곡량을 고정밀도로 검출할 수 있어 실용면에서 매우 유효하다.
다음으로, 도 15를 참조하여 왜곡량을 검출하기 위해 발진회로 및 연산 증폭기를 이용한 하나의 회로 구성에 대하여 설명한다.
도시된 회로에서는 발진회로(401)의 출력이 f-v(주파수-전압) 컨버터(402)및 저항치(R1)를 통해 연산증폭기(403)의 한 쪽 입력에 접속되고, 연산증폭기(403)의 다른 쪽 입력에는 저항치(R1)를 통한 그라운드와 저항치(R2)를 통한 연산증폭기(403) 출력의 피드백이 접속되어 있다.
도시된 발진회로(401)는 상기한 정전용량식 왜곡 센서의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터를 구비하며, 이 정전용량이 LC회로 또는 RC회로에 조립되어 있다. 따라서, 왜곡의 발생에 따라 정전용량이 변화되었을 때에는 발진회로(401)의 출력 주파수가 변화한다. 이 주파수의 변화는 f-v컨버터(402)에 의해 전압변환되어 연산증폭기(403)에 의해 미소한 왜곡량도 고정밀도로 검출할 수 있다.
그러나, 정전용량식 왜곡 센서는 구조가 간단하여 LC 발진회로 또는 RC 발진회로를 용이하게 구성할 수 있어 실용상 매우 유효하지만, 유전체층을 이용하므로 주변의 온도 변화에 따라서도 정전용량이 변화하기 때문에, 온도에 따른 정전용량의 변화를 보정할 필요가 있다.
다음으로 도 16 내지 도 18을 참조하여 온도보정이 가능한 정전용량식 왜곡 센서에 대하여 설명한다.
도 16은 본 발명에 따른 정전용량식 왜곡 센서(107)의 일실시형태를 나타낸 사시도이다. 도시된 정전용량식 왜곡 센서(107)에서는 두께가 다른 영역을 가지는 세라믹 기판(117)의 평면위에, 왜곡에 의해 유전율이 변화되는 재료로 이루어진 유전체층(127)이 형성되어 있다. 여기서, 세라믹 기판(117)이 외부 압력을 받은 경우, 판두께가 얇은 부분의 기판(117A)은 커다란 왜곡을 받는다. 다른 한편 판두께가 두꺼운 부분의 기판(117B)은 큰 외부 압력을 받아도 왜곡이 발생하지 않는다.
정전용량식 왜곡 센서(107)는 동일 형상의 2개의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(207, 207A)를 가진다. 한 쪽의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(207)는 기판(117A)의 표면위에 형성되며, 다른 쪽의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(207A)는 기판(117B)의 표면위에 형성된다. 판두께가 두꺼운 부분의 기판(117B)에 형성된 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(207A)는 온도보정용 기준 캐패시터를 형성한다.
기준 캐패시터가 되는 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(207A)의 온도특성은, 정전용량식 왜곡센서(107)의 왜곡을 검출하는 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(207)의 온도특성과 동일하며, 주변의 온도 변화에 대한 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(207)의 정전용량의 변화량을 기준 캐패시터인 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(207A)의 정전용량 변화량으로 보정함으로써, 외부 압력에 의한 왜곡의 변화에 대한 정전용량의 변화량을 얻을 수 있다.
가령, 도 17을 참조하여 제 1 보정예를 설명한다.
도 17은 도 16에 도시된 정전용량식 왜곡 센서(107)의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(207)의 임피던스를 이용하고, 기준 캐패시터가 되는 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(207A)의 임피던스를 이용하여 온도보정하기 위한 회로구성도이다. 도 17에 있어서, 콘덴서(501) 및 저항(502)은 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(207)의 정전용량 및 내부저항을 나타내고, 콘덴서(501A) 및 저항(502A)은 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(207A)의 정전용량 및 내부저항을 나타낸다. 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(207, 207A)에서 정전용량의 온도특성 및 내부저항은 대략 동등하기 때문에, 각각의 임피던스를 출력단자로부터 전압치로서 추출하여 비교기(503)를 통해 그 차를 구함으로써 온도보정이 이루어진다.
다음으로, 도 18을 참조하여 제 2 보정예를 설명한다.
도 18은 정전용량식 왜곡 센서에 있어서, 교대 배치형 커플 전극 캐패시터의 정전용량을 포함한 LC 회로 또는 RC회로에 의한 동일한 구성의 발진회로를 형성하며, 그 발진 주파수에 대하여 한 쪽의 기준이 되는 교대 배치형 전극을 포함한 발진회로의 발진 주파수를 이용하여 온도보정하기 위한 블록도이다.
도 18에 있어서, 발진회로(411, 411A)각각은, 정전용량식 왜곡 센서에서 동일한 구성의 2개의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(가령, 207, 207A)각각을 이용한 LC 회로 또는 RC회로로 형성된 것으로서, 한쪽의 발진회로(411A)에 이용된 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(207A)는 상기한 기준 캐패시터가 되는 것이다. 발진회로(411, 411A)각각의 출력은 정전용량이 변화하면 출력 주파수가 변화하기 때문에, f-v 컨버터(412, 412A)각각에 의해 전압변환되며 그 차를 비교기(413)로 구함으로써 온도보정이 이루어진다.
또한, 상기한 설명에서는 유전체층을 세라믹 콘덴서 등에 사용되는 고유전율의 유전체후막으로서 설명하였으나, 기준 캐패시터의 콘덴서로서 유전체 재료, 막두께 및 교대 배치형 전극의 치수를, 왜곡 검출용 교대 배치형 커플 전극 캐패시터의 그것과 대략 동등하게 형성한 경우, 반드시 이들을 동일면 위에 형성할 필요는 없으며 왜곡 검출용 교대 배치형 커플 전극 캐패시터와 기준 캐패시터의 온도환경이 동일하다고 생각되는 조건이라면, 이들을 다른 위치에 배치하여도 무방하다. 또한, 유전체의 경우 온도의 영향이 크기 때문에 온도보정에 대해서만 설명하였으나, 가령 습도 등 다른 환경 인자에 대해서도 보정이 가능한 것이다.
다음으로, 도 19 및 도 20을 참조하여 도 6에 도시된 형상의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터를 정전용량식 왜곡 센서로서 이용함으로써 직류적인 가속도의 검출이 가능한 가속도 센서의 장점을 가지며, 더욱이 고정 전극 및 가동 전극과 같은 전극을 이용하지 않고도 가속도가 인가된 경우의 탄성체의 변형에 따른 정전용량의 변화를 단일 소자로부터 검출할 수 있는 가속도 센서에 대하여 설명한다.
도 19는 본 발명에 따른 가속도 센서의 일형태를 나타낸 사시도이다. 도시된 가속도 센서에서는 지르코니아 기판(118)의 표면에, 두께가 대략 동일하며 왜곡에 의해 유전율이 변화되는 강유전체의 후막층(128)이 형성되고, 이 후막층(128)위의 대략 중앙부에 하나의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(208)가 정전용량 소자로서 형성되어 있다. 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(208)는 선형상 전극의 방향이 피검출 가속도에 의해 발생되는 왜곡 방향에 대하여 수직이며, 한 쌍의 공통전극 각각으로부터 2개의 단자가 입출력용으로 인출되어 있다.
지르코니아 기판(118)의 한 쪽 단부는 지지고정용 블록(318)에 의해 고정되며, 다른 쪽 단부에는 중량(328)이 고정되어 있다. 도 19의 가속도 센서에 있어서, 지르코니아 기판(118)의 평면과 직각인 방향으로 가속도(α8)가 인가되면, 중량(328)에 「F8= M8α8」의 힘이 작용하여 지르코니아 기판(118)은 이 힘(F8)에 의해 굴곡 변형된다. 그 결과, 하나의 정전용량소자인 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(208)에서 2개 단자간의 정전용량치가 변화한다. 정전용량의 변화는 도 8에 도시된 바와 같이 인가된 힘, 즉 인가된 가속도에 비례하여 변화하기 때문에, 정전용량의 변화로부터 인가된 가속도를 검출할 수 있다.
도 20은 본 발명에 따른 실시의 다른 형태에 관계된 가속도 센서를 나타낸 사시도이다.
도시된 가속도 센서는 지르코니아기판(119) 표면에 두께가 대략 동일하고 왜곡에 의해 유전율이 변화하는 강유전체후막층(129)이 형성되고, 이 후막층(129)위의 대략 중앙부에 정전용량소자인 제 1 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(209)가 형성되어 있다. 제 1 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(209)는 선형상 전극의 방향이 피검출 가속도에 의해 발생되는 왜곡의 방향에 대하여 수직인 교대 배치형 커플 전극에 의해 형성되며, 각각의 선형상 전극으로부터 공통전극을 통해 제 1 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(209)의 2개의 단자가 입출력용으로 인출되어 있다. 지르코니아 기판(119)의 한 쪽 단부는 지지고정용 블록(319)에 의해 고정되며 다른 쪽 단부에는 중량(329)이 고정되어 있다.
지금까지의 구성은 상기한 도 19와 동일하다. 도 19와 다른 점은 지르코니아 기판(119)이 지지고정용 블록(319)과 고정접합되어 있는 부분에, 제 1 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(209)와 형상 치수가 동일한 선형상 전극을 가지는 제 2 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(209A)가 정전용량소자로서 형성되며, 각각의 선형상 전극으로부터 공통전극을 통해 정전용량소자로서의 2개 단자가 입출력용으로 인출되어 있다는 점이다.
도 20의 가속도 센서에서도 도 19의 경우와 마찬가지로, 지르코니아 기판(119)의 평면과 직각인 방향으로 가속도(α9)가 인가되면, 중량(329)에 「F9= M9α9」의 힘이 작용하여, 지르코니아 기판(119)은 이 힘(F9)에 의해 굴곡 변형된다. 그 결과 제 1 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(209)로부터 인출되는 2개 단자간에 발생하는 정전용량치가 변화한다. 한편, 제 2 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(209A)가 형성된 부분은 지르코니아 기판(119)이 지지고정용 블록(319)과 고정접합되어 있기 때문에, 인가된 가속도에 의해 발생하는 힘(F9)으로 인해 변형되는 일은 거의 없다. 따라서, 제 2 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(209A)로부터 인출되는 2개의 단자간에 발생하는 정전용량치는 인가된 가속도에 대하여 거의 변화하지 않는다.
도 20의 가속도 센서에 있어서, 교대 배치형 커플 전극 캐패시터(209, 209A)각각은, 동일한 재질의 강유전체후막위에 서로 형상 및 치수가 대략 동일하도록 근접 형성되기 때문에, 각각의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터의 정전용량은 주위의 온도 변화나 전자 노이즈 등과 같은 가속도 이외의 환경조건의 영향을 동일하게 받게 되고, 이러한 경우의 상투적인 수단인 차동증폭회로를 이용함으로써 도 16 내지 도 18을 참조하여 설명한 바와 같이, 그들의 외란 조건을 캔슬할 수 있다. 즉, 하나의 정전용량소자로서 추가 설치된 제 2 교대 배치형 커플 전극 캐패시터에 의해 얻은 정전용량을 가속도 검출의 기준으로서 이용할 수 있다.
상기한 설명에서는 교대 배치형 커플 전극 캐패시터의 공통전극을 선형상으로 설명하였으나, 검출 대상인 왜곡에 대응하는 가요성을 가지는 도전재라면 가느다란 판형상, 얇은 판형상, 또는 가늘고 얇은 판형상 등 형상은 선형상으로 한정되지 않는다.
상기한 설명에서는 왜곡 센서를 형성하는 탄성체 표면의 일례로서 밀폐용기를 예로 들어 그 상하 저면의 형상을 정방형 또는 원형으로 하였으나, 변형을 효율적으로 검출하기 위하여 왜곡 센서의 기판이 되는 면이 중심점을 가지는 형상인 원형 또는 정방형을 포함하는 정다각형인 것이 바람직하다. 또한, 밀폐용기를 통형으로 하였으나, 내부 압력에 따라 변형하는 판재 부분을 구비하는 형상이라면 어떠한 형상이라도 본 발명을 적용 가능함은 분명하다.
또한, 탄성체의 재질이 절연성 세라믹인 경우에 대하여 설명하였으나, 탄성체가 도전성을 가지는 경우라도 유전율이 낮은 절연체층을 통해 유전체층을 형성함으로써, 동일한 효과에 의해 정전용량식 왜곡 센서를 용이하게 얻을 수 있다.
또, 절연 기판으로서 지르코니아 기판을 사용하고 강유전체층을 후막으로 형성하였으나, 절연 기판으로서 유리나 Si단결정 기판의 표면에 SiO2막이 형성된 기판 표면에, 스퍼터링 등에 의해 강유전체 박막층을 형성하여도 무방하다.
상기한 설명에서는 가속도 센서의 구조로서 한 쪽 단부가 고정된, 이른바 외팔보(cantilever) 구조로 선단부에 중량이 부가된 경우에 대하여 기술하였으나, 직사각형판의 양단부가 고정되고 중앙부에 중량이 부가된 구조에서도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 더욱이 원형판 혹은 정방형판 위의 기판을 이용한 경우에는 그 주변부를 고정하고 중앙부에 중량을 부가하여도 동일한 효과가 얻어진다. 특히, 기판의 형상이 원형 혹은 정방향인 경우, 판면에 수직인 방향의 가속도가 인가된 경우에 발생되는 왜곡은 대략 동심원상이 되기 때문에, 교대 배치형 전극의 형상도 그 왜곡 분포에 맞게 동심원상으로 하는 것이 효과적이다.
또, 실시예의 설명에서는 중량을 부가한 경우에 대하여 기술하였으나, 검출 감도나 공진주파수의 조건에 따라서는 특별히 중량을 부가하지 않고 기판 자체의 질량을 중량으로 하여도 된다.
이상과 같이, 본 발명에 관계된 정전용량식 왜곡 센서는, 탄성체 표면에 형성하여 탄성체의 굴곡에 따라 발생하는 왜곡을 정전용량의 변화에 의해 검출하기 때문에, 이러한 왜곡이 발생되는 분야에서 이용하기에 적합하며, 발진회로의 소자로서 조립함으로써 탄성체의 변형에 따른 왜곡의 크기를 정전용량의 변화로 변환하여, 더욱 용이하게 주파수 변화로 변환할 수 있다. 변환된 주파수는 미세한 것까지 추출가능하므로 왜곡의 미소한 변화도 용이하게 검출할 수 있다. 따라서, 가령 탄성체에 따른 중공 원통형상의 밀폐용기의 내부압력을 상부 평면부의 요철에 따라 검출하고, 봉형상 원주의 탄성체 외주면에 생기는 원주의 비틀림을 검출하며, 더욱이 가속도를 검출하는 가속도 센서로서도 본 발명에 따른 왜곡 센서가 적합하다.

Claims (25)

  1. 평면 및 곡면의 적어도 한 쪽을 가지는 탄성체의 표면에, 두께가 대략 동일하고 왜곡에 의해 유전율이 변화하는 재료로 이루어진 유전체층막이 형성된 기판과, 그 표면에, 복수의 선형상 도전체를 평행한 선형상 전극으로 하여 구성되는 한 쌍의 전극이 교대 배치형으로 조합 형성되어 하나의 캐패시터가 되는, 적어도 하나의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서.
  2. 제 1항에 있어서, 적어도 2개의 상기 교대 배치형 커플 전극 캐패시터 각각은, 교대 배치형의 배치 전극인 상기 선형상 전극 각각이 직선 형상을 이루며, 상기 선형상 전극의 연장 방향이 서로 대략 직교하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 판형상의 탄성체의 형상이 원판 및 정방형을 포함하는 다각형판중 어느 하나의 평판이며, 상기 교대 배치형 커플 전극 캐패시터의 상기 교대 배치형의 배치 전극이 되는 선형상 전극이 상기 평판의 중심에 대하여 대략 동심원상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서.
  4. 제 1항에 있어서, 하나의 상기 탄성체가 장방형 구조체를 이루며, 상기 교대배치형 커플 전극 캐패시터는 상기 장방형 탄성체의 평행하는 2변에 평행하게 연장되며 대향되는 한 쌍의 공통전극과, 상기 공통전극의 연장방향에 대하여 대략 45도 기울어 서로 엇갈리게 들어가도록 평행 연장되는 복수의 선형상 전극을 상기 교대 배치형의 배치 전극으로서 가지도록 한 쌍의 전극 패턴을 형성하여 정전용량을 구비한 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 탄성체가 일축방향을 중심축으로 하여 연장되는 동시에 외주면의 단면형상이 원형을 이루는 원주형상 구조체를 가지며, 상기 유전체막층은 상기 원주형상 구조체의 외주면에 대략 동일한 두께로 형성되며, 상기 교대 배치형 커플 전극 캐패시터는 상기 원주형 구조체의 외주면을 일주하여 링형상을 이루는 대향되는 한 쌍의 공통전극으로부터 상기 중심축 방향에 대하여 대략 45도 기울어 서로 엇갈리게 들어가도록 평행하게 나선형으로 연장되는 복수의 선형상 전극을 상기 교대 배치형의 배치 전극으로서 가지도록 한 쌍의 전극 패턴을 형성하여 정전용량을 구비하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 탄성체가 일축방향을 중심축으로 하여 연장되는 동시에 외주면의 단면형상이 원형을 이루는 원주형 구조체를 가지며, 상기 유전체막층은 상기 원주형 구조체의 외주면에 대략 동일한 두께로 형성되며, 상기 교대 배치형 커플 전극 캐패시터는 상기 중심축을 동축으로 하여 상기 교대 배치형의 배치 방향이 다른 적어도 2그룹을 가지고, 한 쪽에서는 상기 원주형 구조체의 외주면을 일주하여 링형상을 이루는 대향되는 한 쌍의 공통전극으로부터 상기 중심축 방향에 대하여 대략 45도 기울어 서로 엇갈리게 들어가도록 평행하게 나선형으로 연장되는 복수의 제 1 선형상 전극을 가지도록 한 쌍의 제 1 전극 패턴을 형성하여 정전용량을 구비하고, 다른 쪽에서는 상기 원주형 구조체의 외주면을 일주하여 링형상을 이루는 대향되는 한 쌍의 공통전극으로부터 상기 제 1 선형상 전극의 연장방향에 대하여 대략 직각으로 기울어 서로 엇갈리게 들어가도록 평행하게 나선형으로 연장되는 복수의 제 2 선형상 전극을 가지도록 한 쌍의 제 2 전극 패턴을 형성하여 정전용량을 구비하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 탄성체가 일축방향을 중심축으로 하여 연장되는 동시에 외주면의 단면형상이 원형을 이루는 원주형 구조체를 가지고, 상기 유전체막층은 상기 원주형 구조체의 외주면에 대략 동일한 두께로 형성되며 상기 교대 배치형 커플 전극 캐패시터는 상기 중심축 방향으로 평행한 분할선에 의해 2등분되어 동일 한 링형상의 선위에 배치되고 상기 교대 배치형의 배치 방향이 다른 대향되는 한 쌍의 반원링 형상의 공통전극을 적어도 2그룹으로 구비하여, 한 쪽에서는 대향되는 공통전극으로부터 상기 중심축 방향에 대하여 대략 45도 기울어 서로 엇갈리게 들어가도록 평행하게 나선형으로 연장되는 복수의 제 1 선형상 전극을 가지고, 다른 쪽에서는 상기 제 1 선형상 전극의 연장방향에 대하여 대략 직각으로 기울어 서로 엇갈리게 들어가도록 평행한 나선형으로 연장되는 복수의 제 2 선형상 전극을 가지도록, 2그룹의 전극 패턴을 형성하여 2개의 정전용량을 구비하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 탄성체가 평판 형상이며, 한 쪽 단부에 왜곡의 발생을 저지하는 구조의 고정부를 구비하고, 상기 교대 배치형 커플 전극 캐패시터는 상기 고정부를 제외한 부분의 탄성체의 면위에 형성되는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 탄성체의 고정부를 제외한 부분의 탄성체의 면위에 탄성체의 휨을 조장하는 중량을 더 가지는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서.
  10. 제 1항에 있어서, 복수의 상기 교대 배치형 커플 전극 캐패시터중 적어도 하나를 기준 교대 배치형 커플 전극 캐패시터로 하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 탄성체가 한 쪽 단부에 왜곡이 발생하기 어려운 두께 및 왜곡의 발생을 저지하는 구조중 적어도 한 쪽을 가지는 고정부를 구비하며, 상기 기준 교대 배치형 커플 전극 캐패시터는 상기 고정부 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 탄성체가 한 쪽 단부를 고정하는 고정부와, 다른 쪽 단부에 탄성체의 휨을 조장하는 중량을 가지며, 상기 기준 교대 배치형 커플 전극 캐패시터는 상기 고정부 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서.
  13. 제 1항에 있어서, 복수의 상기 교대 배치형 커플 전극 캐패시터중 하나의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터와, 상기 교대 배치형 커플 전극 캐패시터와는 다른 구성 소자에 의한 하나의 캐패시터중, 어느 한 쪽을 기준 캐패시터로서 구비하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 탄성체가 한 쪽 단부에 왜곡이 발생되기 어려운 두께 및 왜곡의 발생을 저지하는 구조중 적어도 한 쪽을 가지는 고정부를 구비하고, 상기 기준 캐패시터는 상기 고정부 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 기준 캐패시터는 상기 탄성체와는 별도로 설치된 고정부 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 탄성체의 재질로서 절연성 플라스틱, 단결정 및 세라믹중 어느 하나를 이용한 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 탄성체의 재질로서 도전체가 이용되고, 상기 도전체의 표면에 유전율이 낮은 플라스틱 및 세라믹중 어느 하나가 절연층으로서 미리 형성되어 있으며, 상기 교대 배치형 커플 전극 캐패시터는 상기 절연층의 표면위에 형성되는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서.
  18. 제 1항에 따른 정전용량식 왜곡센서의 사용방법에 있어서,
    상기 탄성체는 통형상 밀폐용기의 상하부중 어느 한 쪽의 평면이며, 상기 교대 배치형 커플 전극 캐패시터는, 그 캐패시터가 가지는 정전용량의 변화를 통해, 상기 평면에 형성되어 그 평면의 왜곡을 검출함으로써 밀폐용기의 내부 압력 변화를 검출하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서의 사용방법.
  19. 제 1항에 따른 정전용량식 왜곡센서의 사용방법에 있어서,
    상기 탄성체는 일축방향을 중심축으로 하여 연장되는 동시에 외주면의 단면형상이 원형을 이루는 원주형 구조체를 가지며, 상기 유전체막층은 상기 원주형 구조체의 외주면에 대략 동일한 두께로 형성되고, 상기 교대 배치형 커플 전극 캐패시터는 상기 원주형 구조체의 외주면을 일주하여 링형상을 이루는 대향되는 한 쌍의 공통전극으로부터 상기 중심축방향에 대하여 대략 45도 기울어 서로 엇갈리게 들어가도록 평행하게 나선형으로 연장되는 복수의 선형상 전극을 상기 교대 배치형의 배치 전극으로서 가지도록 한 쌍의 전극 패턴을 형성하여 정전용량을 구비하고, 상기 캐패시터가 가지는 정전용량의 변화로부터 상기 원주형 구조체의 비틀림 왜곡을 검출하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서의 사용방법.
  20. 제 1항에 따른 정전용량식 왜곡센서의 사용방법에 있어서,
    상기 탄성체는 일축방향을 중심축으로 하여 연장되는 동시에 외주면의 단면형상이 원형을 이루는 원주형 구조체를 가지며, 상기 원주형 구조체는 링형, 통형, 원주형 및 봉형중 어느 하나의 형상을 하고, 상기 정전용량식 왜곡 센서가 상기 원주형 구조체의 외주면에 형성되어 상기 정전용량식 왜곡 센서가 가지는 정전용량의 변화로부터 상기 원주형 구조체의 비틀림 왜곡을 검출하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서의 사용방법.
  21. 제 1항에 따른 정전용량식 왜곡센서의 사용방법에 있어서,
    상기 탄성체는 평판 형상이며, 한 쪽 단부에 왜곡의 발생을 저지하는 구조의 고정부를 구비하고, 상기 교대 배치형 커플 전극 캐패시터는 상기 고정부를 제외한 면위에 형성되며, 인가되는 가속도에 의해 발생하는 상기 탄성체의 변형에 따른 상기 교대 배치형 커플 전극 캐패시터가 가지는 정전용량의 변화로부터 인가된 가속도를 검출하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서의 사용방법.
  22. 제 1항에 따른 정전용량식 왜곡센서의 사용방법에 있어서,
    상기 정전용량식 왜곡 센서가 가지는 정전용량의 변화에 따른 주파수 변조를 발생하는 발진수단을 구비하고, 상기 발진수단이 출력하는 발진신호의 주파수 변동으로부터 왜곡량을 검출하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서의 사용방법.
  23. 제 1항에 따른 정전용량식 왜곡센서의 사용방법에 있어서,
    복수의 상기 교대 배치형 커플 전극 캐패시터중 하나의 교대 배치형 커플 전극 캐패시터와, 상기 교대 배치형 커플 전극 캐패시터와는 다른 구성 소자에 의한 하나의 캐패시터중 어느 하나를 기준 캐패시터로서 구비하며, 상기 기준 캐패시터의 캐패시턴스에 의해 나머지 교대 배치형 커플 전극 캐패시터의 캐패시턴스의 변화분을 보정하도록 하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서의 사용방법.
  24. 제 1항에 따른 정전용량식 왜곡센서의 사용방법에 있어서,
    복수의 상기 교대 배치형 커플 전극 캐패시터중 하나의 교대 배치형 커플 전극과, 상기 교대 배치형 커플 전극 캐패시터와는 다른 구성소자에 의한 하나의 캐패시터중 어느 하나를 기준 캐패시터로서 구비하고, 상기 기준 캐패시터의 임피던스와 나머지 교대 배치형 커플 전극 캐패시터의 임피던스의 변화분에 의해 검출 왜곡을 보정하도록 하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서의 사용방법.
  25. 제 1항에 따른 정전용량식 왜곡센서의 사용방법에 있어서,
    복수의 상기 교대 배치형 커플 전극 캐패시터중 하나의 교대 배치형 커플 전극과, 상기 교대 배치형 커플 전극 캐패시터와는 다른 구성소자에 의한 하나의 캐패시터중 적어도 한 쪽을 기준 캐패시터로서 구비하고, 상기 기준 캐패시터 및 나머지 교대 배치형 커플 전극 캐패시터 각각의 캐패시턴스(C)에 인덕턴스(L) 및 레지스턴스(R)중 어느 하나를 더한 발진회로와, 상기 기준 캐패시터에 대응되는 발진회로의 발진 주파수 출력과 나머지 교대 배치형 커플 전극 캐패시터 각각에 대응되는 발진회로의 발진 주파수 출력의 변화분에 의해 검출 왜곡을 보정하도록 하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 왜곡 센서의 사용방법.
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