KR20050072965A - 생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈에 관한 것으로, 본 발명에 따른 생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈은 상부에 삽입공이 형성된 중공형 함체; 상기 삽입공에 삽입되며 중앙부 내단면이 일정하고 상부 테가 돌기된 캡; 상기 캡에 감합되어 활주하며, 상면은 외부로 노출되고 하부에는 상기 삽입된 캡의 하부 선단에 걸림되는 걸림턱이 돌기된 능동전극; 상기 능동전극의 하부에 일단이 접하며 상기 함체 내부에 형성되고 통전되는 스프링; 상기 스프링의 타단이 접하며 상기 함체 내부에 형성되고, 상기 스프링을 경유한 생체신호를 수신하여 가공하는 증폭기회로를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈은 전도성 젤의 사용을 배제하여 피검자의 불쾌감 발생과 잡음 성분의 간섭을 방지하며 생체신호를 원하는 레벨로 증폭하여 용이하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

Description

생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈{Active Dry Sensor Module for Measurement of Bioelectricity}

본 발명은 생체신호 측정을 위하여 사용되는 통상의 평판형 수동 전극을 개선한 생체신호 측정용 센서모듈에 관한 것으로, 상세하게는 생체신호 측정에 사용되는 센서모듈(sensor module)에 있어서, 상기 측정된 생체신호를 다수회 정격 필터링(filtering)하며, 전원선 등에 의한 간섭과 잡음 성분을 차폐하여 신호의 신뢰도를 높이고 전도성 젤의 사용을 배제하여 피검자에게 발생되는 불쾌감을 억제할 수 있는 생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈에 관한 것이다.

생체전기(Bioelectricity), 즉 생체신호는 인간의 신체에 흐르는 극미세한 전기신호로, 신경세포 또는 근세포에 의해 발생되어지는 전류나 전압 형태의 신호이다. 상기 생체신호는 ECG(ElectroCardioGram, 심전도), EMG(ElectroMyoGram, 근전도), EOG(ElectroOculoGram, 안전도) 및 EEG(ElectroEncephaloGram, 뇌전도) 등으로 분류되고, 생체신호의 근원은 막전위(membrane potential)인데 임의의 설정조건하에서 활동전위(action potential)를 만들도록 자극되어질 수 있다. 단일세포에서의 측정은 특수한 미세전극을 이용할 수 있으며 이때의 활동전위가 생체전위의 근원이 된다.

조금 더 큰 단위의 측정으로는 표면전극이 사용되는데, 전극 주변에 분포되어 있는 많은 세포의 활동에 의해 발생되는 전계(電界)를 측정하게 된다. 생체에서의 전기 전도는 이온에 의해서 이루어지나 측정시스템에서는 전자에 의해 이루어지기 때문에 전극을 필요로 한다. 상기 생체신호 중 특히 인간의 두피에서 발생되는 뇌파신호의 전위변동은 대략 10 ∼ 100㎶를 나타낸다. 이 크기는 인간이 감지할 수 없을 정도로 미약한 신호이다. 그러나 생체신호에 이상이 발생하면 신체기능이 저하되거나 질병이 발병되는 등 건강에 매우 유해하고 위험하므로 생체신호를 정상으로 유지시키는 것이 매우 중요하다. 또한 의학 분야에 있어서 생체신호는 임상치료를 위한 귀중한 정보로도 활용되며, 예컨대 피검자를 비관혈적(non-invasive)인 방법으로 진단하는데 있어서 가장 기본이 되며 임상적으로도 중요한 의미를 가진다.

이러한 생체신호를 측정할 시에는 먼저 측정용 센서모듈의 전극(electrode)을 피부에 부착하게 된다. 상기 전극은 인간의 피부에 직접 부착되므로 센서모듈에 있어서 가장 중요한 요소를 이루며, 전기신호를 감지하기 위하여 전류가 흐르는 전도성 도체로 형성되고, 전도성을 향상시키기 위하여 통상 금(Au) 또는 은(Ag)과 같은 전도성 재질로 제작된다.

도 8의 (a)와 (b)는 각각 종래의 생체신호 측정용 전극을 나타내는 사시도 및 종단면도로, 종래의 생체신호 측정용 전극은 통상 금속 원판형으로 형성되었는 바, 예컨대 합성고분자 및 천연고분자를 포함하는 폼패드, 직포, 부직포 또는 테이프 형태로 형성되며 일면에 아크릴 계열의 생체 적합성 점착제가 도포된 베이스(3)와; 상기 베이스(3)의 타면에 부착되어 수분증발 등을 방지시키는 고분자 재료의 보강재(2)와; 상기 베이스(3)와 보강재(2)의 중심에 마련되어 상호 고정되는 황동 재료의 스냅(1) 및 유리섬유가 보강된 플라스틱에 은／은염화물이 도포된 전극소자(4)와; 상기 전극소자(4)의 노출된 표면을 덮도록 마련되는 전도성 하이드로 젤 점착제(5)와; 상기 하이드로젤 점착제(5) 및 베이스(3)의 잔여 점착제 부분을 보호하도록 부착되는 고분자 재료의 이형필름(6)을 포함하여 이루어진다.

종래에는 두피전극과 같은 전극소자를 피부에 부착시키기 위해서 점착용 전도성 젤(conductive gel)을 사용하였으나, 이러한 전도성 젤을 사용하여 측정할 경우에는 많은 준비시간이 요구되는 문제점이 있다. 또한 전도성 젤 그 자체는 점착성으로 인하여 피검자에게 거부감이나 불쾌감을 유발하게 되고, 보다 정확한 측정결과를 얻기 위하여 전도성 젤을 바르기 전에 일반적으로 두피를 가볍게 문질러 마찰시키게 된다. 그러나 이러한 행위는 두피손상을 발생시키게 되므로 바람직하지 못하며, 이러한 두피손상은 HIV(Human Immunodeficiency Virus, 인체 면역결핍바이러스), HCV(Hepatitis C Virus, C형 간염 바이러스) 또는 CJD(Creutzfeldt-Jacob Disease, 크로이츠펠트 야콥 병)과 같은 혈액을 통해 전달되는 병원균에 의한 감염의 위험이 있다는 사실도 뇌과학 연구에 의해 주지된 바 있다.

아울러 전극소자를 통해서 측정되는 생체신호는 도시되지 않은 수미터의 도선을 통해 신호처리를 위한 전자회로로 인가되는데, 이때 측정하고자 하는 생체신호가 EEG(뇌전도)인 경우에는 그 신호 레벨이 수 십 ㎶로 극히 미세하므로 상기 도선이 차폐되지 아니한 도선이라면 60㎐ 전원 등의 간섭과 같은 잡음성분에 의해서 신호 분별이 급격하게 저하될 가능성이 매우 농후하다. 즉, 미세한 레벨의 생체신호는 상당한 길이로 형성된 도선을 통해 증폭기회로로 전달되어 그 신호를 성형하게 되는데 이때 상기 도선에 의해서 신호가 감쇠될 수 있는 우려가 있으며, 또한 외부잡음에 의해 간섭을 받는다면 이후의 증폭기 회로에서는 생체신호가 외부잡음과 함께 증폭되는 문제점이 발생된다. 물론 고저대역 통과필터 등의 전자 회로가 구비되어 신호가 필터링되기는 하지만 이미 신호 전달 중에 유입된 잡음성분들은 완전히 제거되지 못하고 생체신호와 함께 측정／분석하여야 하는 어려움이 따른다.

상기 문제점을 해결하기 위한 수단으로는 차폐된 전극 도선 등을 통하여 60㎐ 잡음에 의한 간섭을 줄이는 방법 등이 있으나, 도선길이에 따른 신호의 손실과 긴 도선에 의한 루프현상에 기인한 자기적 현상에 의한 간섭 등, 잡음 특성이나 측정 신뢰도 또는 가격 측면에서 여전히 불리한 단점을 지니고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 생체신호 측정에 사용되는 센서모듈에 있어서 잡음성분의 간섭을 미연에 방지하고, 생체신호를 취급 가능한 레벨로 증폭시켜 정확하고 용이하게 측정할 수 있으며, 전도성 젤의 사용을 배제하여 피검자의 거부감이나 불쾌감 발생을 억제할 수 있는 생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈은 상부에 삽입공이 형성된 중공형 함체; 상기 삽입공에 삽입되며 중앙부 내단면이 일정하고 상부 테가 돌기된 캡; 상기 캡에 감합되어 활주하며, 상면은 외부로 노출되고 하부에는 상기 삽입된 캡의 하부 선단에 걸림되는 걸림턱이 돌기된 능동전극; 상기 능동전극의 하부에 일단이 접하며 상기 함체 내부에 형성되고 통전되는 스프링; 상기 스프링의 타단이 접하며 상기 함체 내부에 형성되고, 상기 스프링을 경유한 생체신호를 수신하여 가공하는 증폭기회로를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 삽입공에 삽입 고정되는 홀더를 더 포함하며, 상기 캡은 상기 홀더에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 캡과 홀더 사이에 고정용 헤드셋이 끼움되어 상기 함체가 상기 헤드셋에 탈부착되는 것을 특징으로 한다.

상기 증폭기회로는 상기 생체신호를 증폭하고 동상제거비와 통과대역을 조절하는 인스트루멘테이션 증폭기; 상기 인스트루멘테이션 증폭기를 경유한 생체신호를 필터링하는 대역통과필터; 상기 생체신호에 포함된 잡음성분을 제거하는 노치필터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 능동전극과 스프링은 금 또는 은으로 도금된 것을 특징으로 한다.

상기 능동전극은 피부와 접촉되는 표면이 곡면인 것을 특징으로 한다.

한편으로는, 상기 능동전극은 피부와 접촉되는 표면에 요철이 형성된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈의 바람직한 실시예를 설시한다. 첨부된 도면은 본 발명에 따른 생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈의 일 실시예를 상술하기 위한 일 예로서, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 도면 또는 도면을 참조한 설명에 의해 한정ㆍ제한되지는 아니한다. 아울러 이하 도면의 주요 부위에 대한 부호를 명시함에 있어서 동일한 구성요소에는 전 도면에 걸쳐 가능한 한 동일한 부호가 사용된다.

본 발명에 따른 생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈(10)은 능동전극(12)과 스프링(14), 증폭기회로(16), 함체(18) 및 상기 센서모듈(10)을 헤드셋 등에 장착할 시 고정에 필요한 홀더(17)와 캡(19)을 포함하여 구성된다.

상기 능동전극(12)은 상기 캡(19)에 감합되어 상하로 활주하며, 피부와 접촉되는 상부는 외부로 노출되고, 함체(18) 내부에 위치하는 하부에는 삽입된 캡(19)의 하부 선단에 걸림되는 걸림턱(12a)이 돌기된다. 능동전극(12)은 측정하고자 하는 생체신호중 예컨대 뇌전도 측정시에는 두피에 직접 접촉되는 중요한 요소로서 상기 능동전극(12)에 의해 측정값의 신뢰도가 좌우되므로 전도성을 향상시켜 전류가 용이하게 흐를 수 있도록 금 또는 은으로 도금하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 능동전극(12)은 도 2a 내지 도 2b에 도시된 바와 같이 장시간 안정적으로 접촉을 유지시킬 수 있도록 접촉표면을 곡판형 또는 톱니형으로 형성하도록 함이 바람직하다. 상기 곡판형 능동전극(12)은 직접 두피에 적용하고, 상기 톱니형 능동전극(12′)은 두피의 모발이 있는 부위에 적용한다. 상기 곡판형 능동전극(12)은 접촉면(12c)이 두피의 곡면과 유사하도록 형성하고, 상기 톱니형 능동전극(12′)은 모발이 형성된 부위에 적용하기 위하여 도시된 바와 같이 접촉면에 원형으로 요철(12′c)을 형성하는 것이 바람직하다. 이하 본 실시예에서는 상기 곡판형 능동전극(12)이 사용되었으나 상기 톱니형 능동전극(12′)이 사용될 수도 있으며 그 형상과 재질 등은 이에 한정되지 아니한다.

통상 일반적으로 사용되는 생체신호 추출용 전극은 두피에 부착하기 위하여 Cl^- 성분이 포함된 전도성 젤을 먼저 피부에 도포한 후 그 위에 전극을 부착하게 된다. 그러나 전도성 젤을 사용하게 되면 전극에서 흘러나온 금속의 플러스(＋)이온과 전극 표면의 마이너스(－)이온이 상호 끌어당겨져 전기적 2중층을 형성하여 전극과 젤 사이에 분극(polarization)이 발생하게 되며, 이에 따라 전극과 계측부위의 사이에 원치 않는 전위차인 반세포 전위(half cell potential)가 발생한다. 상기 반세포 전위는 생체신호에 비하여 수백㎷에 달하고, 일반적으로 사용되는 은-염화은(Ag-AgCl) 전극의 경우에는 그 크기가 대략 220㎷에 달하게 된다. 통상 이 반세포 전위는 이후에 연결되는 IA(Instrumentation Amplifier)의 동상 전압으로 제거되고 차동성분인 뇌파신호만이 증폭되어 출력된다.

이렇게 IA를 통과한 뇌파성분의 품질은 피부와 전해질 접촉면의 전기적인 저항 성분에 달려 있다. 상기 저항성분의 크기는 피부 상태, 전극에 사용하는 젤의 농도, 또는 젤을 적용한 후 소요된 시간 등의 변수에 따라서 수㏀ ∼ 수백㏀에 이른다. 따라서 초기에 믿을 수 있는 안정성을 가진 낮은 임피던스를 얻기 위해서는 높은 농도의 NaCl(5 ∼ 10％)성분을 함유한 전극 젤이 예컨대 두피 위에 각질이 잘 벗겨진 피부 등의 준비된 피부에 적용되어야만 한다. 이는 결과적으로 피부에서 전극의 표면으로 전달되는 경로에서 발생하는 DC 오프셋 전압과 저항성분을 최소화시키고, 적당한 전극을 선택하고 전극이 부착될 피부의 준비상태가 양호하여야 함을 의미한다. 또한 전극의 기계적인 디자인에 있어서, 부착될 두피의 형상을 면밀히 고려하여 피부와 전해질, 및 전해질과 전극 접합부에서 움직임에 의한 아티팩트가 발생하지 않도록 설계해야 한다. 그러나 이러한 종래의 두피전극을 사용하게 되면 많은 준비시간이 소요되는데, 예컨대 종래의 전극 한 개를 두피에 적용하는데 걸리는 시간은 20초 내지 30초가 소요되므로 64채널을 측정할 경우 30분 가량이 소요된다. 물론 이런 시간을 줄이기 위해서 전극을 모자형상으로 제작하여 사용하기도 하지만 이 역시 어느 정도의 시간이 소요된다. 또한 전도성 젤을 사용함으로써 특정한 임상적인 실험이 아니고는 피험자로부터 상당한 거부감이나 불쾌감을 유발할 수 있으며, 상술한 바와 같이 정확한 측정을 위해서는 두피에 손상을 주어야 하고 이로 인한 병원체의 감염 위험도 있다. 따라서 이러한 종래 생체신호를 측정하는데 쓰이고 있는 전극의 단점을 보완하고 개선 하고자 본 발명에서는 전도성 젤을 사용하지 않고 반세포 전위와 잡음 발생을 억제하기 위하여 능동전극(12)을 적용한다. 상기 능동전극(12)에서 유도된 생체신호는 상기 능동전극(12)과 동일한 재질로 도금된 스프링(14)을 통하여 증폭기회로(16)로 전달된다.

도 3은 본 발명에 따른 센서모듈의 스프링을 나타내는 평면도 및 측면도이다. 상기 스프링(14)은 종래의 센서모듈 내부에 상당한 길이로 형성된 도선을 대체하기 위하여 상기 함체(18) 내부에 형성되며, 바람직하게는 압축력에 반발하는 압축스프링으로 구비되도록 한다. 아울러 상기 스프링(14)은 능동전극(12)을 통해 전달되는 생체신호를 상기 증폭기회로(16)로 전달하기 위하여 상기 능동전극(12)의 경우와 마찬가지로 금 또는 은으로 도금되는 것이 바람직하다. 상기 스프링(14)은 일단(14a)이 능동전극(12)의 하부에 기계적으로 접하여 생체신호를 수신하고, 상기 수신된 생체신호는 스프링(14)의 타단(14b)의 돌출된 부분과 납땜으로 연결된 증폭기회로(16)로 전달된다. 본 발명에 따른 센서모듈(10)의 상기 스프링(14)은 전도성 젤을 사용하지 않고 능동전극(12)을 두피에 적용하기 위한 압력 제공수단으로 사용되며, 능동전극(12)이 두피와 접촉하면서 발생되는 압력을 저하시키는 완충 역할을 수행한다. 또한 능동전극(12)을 적정량으로 가압하여 두피와 능동전극(12)의 접촉면 압력에 의하여 발생되는 피검자의 불쾌감과, 측정 후 능동전극(12)이 접촉되었던 부위에 자국이 잔존하는 것을 방지한다.

도 4는 본 발명에 따른 센서모듈의 증폭기회로 구성을 나타내는 블록도로, 상기 증폭기회로(16)는 도시된 바와 같이 IA(Instrumentation Amplifier, 인스트루멘테이션 증폭기)(16i), 노치필터(16n), 대역통과필터(16m) 및 증폭기(16r)를 포함하여 이루어진다. 상기 증폭기회로(16)는 스프링(14) 타단(14b)의 돌출부가 납땜작업을 통하여 접하며 함체(18) 하부에 고정되고, 상기 스프링(14)을 경유한 생체신호를 입력받아 측정 및 신호의 성형에 용이하도록 증폭하고 필터링한다.

생체신호 측정에서 통상적으로 사용되는 IA(Instrumental Amplifier)는 반세포 전위를 제거하고 순수한 생체신호만을 추출하는 버퍼증폭기가 포함된 차동 증폭기(Differential Amplifier)이다. 상기 IA의 가장 중요한 사양은 동상신호 제거비(CMRR, Common Mode Rejection Ratio)인데, 이 값은 동시입력에 존재한 신호를 얼마나 제거할 수 있는가를 나타내는 파라미터로, 동상 이득값을 차동 이득값으로 나눈 값이며 그 값이 클수록 차동 증폭기에서 좋은 특성을 나타내어 준다. 통상적으로 사용되는 은／염화은 전극의 경우에는 전극과 두피사이의 임피던스 성분은 10 ∼ 30㏀ 정도이며, 이러한 전극의 임피던스에 의한 입력신호의 왜란을 방지하고 생체신호를 처리하기 위해서 적용되는 IA는 각각 입력 임피던스가 100㏁ 이상, 동상제거비가 80㏈이상이어야 하고, 대략 1,000 ∼ 100,000배에 달하는 전체이득의 특성을 가져야 한다. 본 발명에 따른 능동전극(12)은 전해질을 사용하지 않는 건식 전극으로서, 입력 임피던스가 최대 수백㏀(200㏀ ∼ 300㏀)까지 증가할 수 있으므로 종래의 IA를 적용할 수는 없게 된다. 따라서 본 발명에 따른 센서모듈(10)의 증가된 입력 임피던스와 그에 따른 입력 잡음 성분의 영향을 줄이고자 상기 IA(16i)의 입력 임피던스는 10¹³Ω의 증폭기를 사용하고, 동상신호 제거비는 120㏈이상이 되도록 유지하면서 신호 통과대역이 0.1 ∼ 40㎐에 이르는 대역통과필터의 특성을 가지도록 한다. 이러한 특성은 통상의 IA에서는 나타날 수 없으며, 이는 독창적으로 구현된 회로의 형태에 기인한다. 즉, 세 개의 증폭기를 사용하여 그 중 어느 하나는 차동증폭기용으로 사용하고, 잔여 두 증폭기는 궤환루프를 형성하게 함으로써 증폭뿐만 아니라 대역통과 특성을 갖도록 한다. 이때 증폭도는 내부 소자값을 변환시킴으로써 수만배까지 변화가 가능하며, 상기 증폭기(16r)는 차동증폭기로서 두 입력을 동일하게 구동시키는 신호인 동상신호(Common Mode Signal)를 증폭하지 않으므로 이로 인한 간섭전압이 출력에 나타나지 아니한다.

대역통과필터(16m) 상에서 추가적으로 잡음 성분이 제거되지만, 60㎐의 경우에는 그 발생소스가 인체뿐만 아니라 전원 등에서 발생하기 때문에 이를 추가적으로 제거하기 위하여 노치필터(16n)를 구현한다. 상기 노치필터(notch filter)(16n)는 60㎐ 잡음 성분을 제거하고, 상기 대역통과필터(16m)는 상기 IA(16i)에서 처리된 생체신호를 한번 더 필터링하며 주파수 대역을 조절함으로써 추가적으로 필요한 증폭기 역할을 겸한다.

도 5는 본 발명에 따른 센서모듈의 캡을 나타내는 평면도 및 측면도, 도 6은 본 발명에 따른 센서모듈의 홀더를 나타내는 평면도 및 측면도로, 상기 함체(18) 상부에는 홀더(17)와 캡(19)이 삽입되는 삽입공(18h)이 천공되고, 내외부에는 상기 능동전극(12)과 스프링(14) 및 증폭기회로(16)가 위치한다. 상기 삽입공(18h)에는 홀더(17)가 끼움 고정되고 상기 홀더(17)의 상부 와 캡(19)의 하부에는 각각 상호 감합되는 나사산과 나사골이 형성되어 캡(19)을 홀더(17)에 회동시켜 고정하도록 한다. 이때 상기 홀더(17)는 함체(18)와 일체화되어 성형될 수도 있다. 상기 캡(19)은 센서모듈(10)이 헤드셋 등에 고정될 때 사용되는 것으로, 캡(19)을 회전시키면 고저가 변화되면서 모듈(10)을 헤드셋에 견고하게 고정시키며, 캡(19)을 회전시켜 모듈(10)을 헤드셋에 간편하고 견고하게 탈부착시킬 수 있다. 상기 캡(19)의 중앙부 단면은 일정하며 캡(19) 상부돌기(19u)가 외측으로 돌출된 링형으로 형성되도록 함이 바람직하다. 상기 함체(18)는 외부환경의 영향에 의한 신호 간섭을 배제하기 위하여 전도성이 없는 합성수지 등의 절연소재를 사용하여 형성하도록 하고, 수평 외단면은 사각형이고 내단면은 원형으로 형성하되 내부가 공허한 중공형을 이루도록 함이 바람직하다.

도 7은 본 발명에 따른 센서모듈의 결합예를 나타내는 예시도로, 이상과 같은 구성을 포함하여 이루어지는 본 발명에 따른 센서모듈(10)은 먼저 함체(18)의 좌우 몸체(18a,18b) 사이의 상하부에 홀더(17)와 증폭기회로(16)를 위치시킨 후 상기 몸체(18a,18b)를 상호 결합한다. 홀더(17)와 증폭기회로(16)는 상기 함체(18)의 좌우 몸체(18a,18b)에 각각 상호 대칭 형성된 스토퍼(18s)에 걸림되어 함체(18)가 결합된 후 움직임이 구속된다. 홀더(17)는 그 상부 선단이 함체(18) 상부로 돌출 되면서 함체(18)와 일체화되어 성형될 수 있으며, 캡(19)과 함께 센서모듈을 헤드셋 등에 고정시키고 상기 캡(19)을 안내하기 위한 것이 주목적으로 그 형상에 제한이 있지 아니하며, 함체(18)와 일체화되어 성형되지 아니할 시에는 도시된 바와 같이 함체(18) 스토퍼(18s)에 걸림되면서 함체(18)에 조립되어 고정될 수도 있다. 상기 홀더(17)와 함체(18), 증폭기회로(16)와 함체(18), 홀더(17)와 캡(19)의 결합예는 본 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사항이며 공지된 수준에 불과하므로 더이상의 상세한 설명은 생략한다. 상기 증폭기회로(16)는 칸막이(18q)의 개공(18w)에 스프링의 하부가 관통되면서 함체(18)에 결합된다. 상기 스프링은 최초 성형시 일단과 타단의 상하 거리를 적절하게 확보하여 능동전극(12)이 삽입으로 압축될 시 소정의 탄성 에너지를 함유할 수 있도록 한다. 그러나 수학식 1에 의한 스프링상수가 높을수록 압축시 과다한 힘을 가해야만 하므로 본 실시예에서는 바람직하게는 150gf/4.5mm를 기준으로 적절한 오차범위 내에서 스프링상수를 결정하도록 한다.

여기서, k : 스프링 상수, P : 하중, a : 변이

스프링과 증폭기회로(16)를 함체(18) 내부에 위치시킨 후, 능동전극(12)을 캡(19)에 감합한 상태에서 상기 캡(19)을 함체(18) 상부의 삽입공(18h)에 고정된 홀더(17)에 삽입한다. 상기 캡(19)은 상기 홀더(17)와 각각 상호 감합되는 나사산과 나사골이 형성되어 있으며, 상기 캡(19)과 삽입공(18h)에 각각 대응하여 형성된 나사산과 나사골을 상호 대응하도록 맞춘 후 캡(19)을 끝까지 회전하여 고정시킨다. 능동전극(12)이 돌출되는 높이는 홀더(17)와 감합되어 삽입된 캡(19)을 회동시켜 상하로 삽입 높이를 조절할 수 있다. 이로써 능동전극(12)은 스프링을 압축하게 되고, 상기 스프링이 탄성에너지를 함유하여 함체(18) 내부에서 압입된 상태로 반영구적으로 탄성한다. 스프링(14)의 일단(14a)과 타단(14b)은 각각 능동전극(12)과 증폭기회로(16)에 연접하여 능동전극(12)으로부터 수신한 생체신호를 상기 증폭기회로(16)로 전달한다. 능동전극(12)은 캡(19)의 내면을 활주하며 하부의 걸림턱(12a)이 캡(19)의 하부 선단에 걸림되어 활주가 구속된다. 바람직하게는 상기 능동전극(12)이 캡(19)이 완전히 삽입된 후 소정 높이로 캡(19)의 상부에서 외부로 돌출될 수 있도록 그 전체 높이를 적절하게 설정하도록 하고, 전도성을 향상시키기 위하여 능동전극(12)과 스프링(14)은 모두 각각 금 또는 은으로 도금하는 것이 바람직하다.

이상으로 본 발명에 따른 생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈(10)의 실시예를 설시하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명으로부터 수정 또는 변경된 등가의 구조는 첨부된 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 것인 바, 본 발명의 기술적 사상은 특허청구범위를 벗어나지 않는 범위 내의 모든 경우에 까지 미치는 것이다.

본 발명에 따른 생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈은 전도성 젤의 사용을 배제하여 피검자에게 발생되는 불쾌감과 거부감을 방지하고, 병원균의 감염위험을 방지하는 효과가 있다.

또한 신호 전달을 위한 도선의 사용을 배제하여 전원 등으로부터 잡음 성분에 의한 신호의 간섭현상을 방지하는 효과가 있으며, 생체신호 레벨을 소정의 취급 가능한 레벨로 증폭하여 생체신호를 정확하고 용이하게 검출할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈의 작동관계를 나타내는 부분 종단면도.

도 2a는 본 발명에 따른 센서모듈의 곡판형 능동전극을 나타내는 평면도 및 측면도.

도 2b는 본 발명에 따른 센서모듈의 톱니형 능동전극을 나타내는 평면도 및 측면도.

도 3은 본 발명에 따른 센서모듈의 스프링을 나타내는 평면도 및 측면도.

도 4는 본 발명에 따른 센서모듈의 증폭기회로 구성을 나타내는 블록도.

도 5는 본 발명에 따른 센서모듈의 캡을 나타내는 평면도 및 측면도.

도 6은 본 발명에 따른 센서모듈의 홀더를 나타내는 평면도 및 측면도.

도 7은 본 발명에 따른 센서모듈의 결합예를 나타내는 예시도.

도 8은 종래의 생체신호 측정용 전극을 나타내는 사시도 및 종단면도.

< 도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명 >

10 : 센서모듈 12, 12′: 능동전극

14 : 스프링 16 : 증폭기회로

16i : 인스트루멘테이션 증폭기 16n : 노치필터

17 : 홀더 18 : 함체

19 : 캡

Claims (7)

1. 상부에 삽입공이 형성된 중공형 함체;

   상기 삽입공에 삽입되며 중앙부 내단면이 일정하고 상부 테가 돌기된 캡;

   상기 캡에 감합되어 활주하며, 상면은 외부로 노출되고 하부에는 상기 삽입된 캡의 하부 선단에 걸림되는 걸림턱이 돌기된 능동전극;

   상기 능동전극의 하부에 일단이 접하며 상기 함체 내부에 형성되고 통전되는 스프링;

   상기 스프링의 타단이 접하며 상기 함체 내부에 형성되고, 상기 스프링을 경유한 생체신호를 수신하여 가공하는 증폭기회로를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 삽입공에 삽입 고정되는 홀더를 더 포함하며,

   상기 캡은 상기 홀더에 삽입되는 것을 특징으로 하는 생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 캡과 홀더 사이에 고정용 헤드셋이 끼움되어 상기 함체가 상기 헤드셋에 탈부착되는 것을 특징으로 하는 생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 증폭기회로는,

   상기 생체신호를 증폭하고 동상제거비와 통과대역을 조절하는 인스트루멘테이션 증폭기;

   상기 인스트루멘테이션 증폭기를 경유한 생체신호를 필터링하는 대역통과필터;

   상기 생체신호에 포함된 잡음성분을 제거하는 노치필터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 능동전극과 스프링은 금 또는 은으로 도금된 것을 특징으로 하는 생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 능동전극은,

   피부와 접촉되는 표면이 곡면인 것을 특징으로 하는 생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈.
7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 능동전극은,

   피부와 접촉되는 표면에 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 생체신호 검출용 건식 능동 센서모듈.