KR101977949B1 - 다중전극의 근접 센서를 이용한 장애물 회피 시스템 - Google Patents

다중전극의 근접 센서를 이용한 장애물 회피 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중전극의 근접 센서를 이용한 장애물 회피 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일실시 예에 따른 다중전극의 근접 센서를 이용한 장애물 회피 시스템은 근접 센서의 전극의 폭을 서로 다르게 하여 배열된 복수의 전극을 형성하고, 피감지대상이 근접 센서에 가까워질수록 복수의 전극으로 이루어진 근접 센서에서 특성 임피던스의 변화가 작은 전극을 선택함으로써 감지대상과 피감지대상을 구분하여 피감지대상의 감지로 인한 오동작을 방지할 수 있다.

Description

다중전극의 근접 센서를 이용한 장애물 회피 시스템{System for an Obstacle Avoidance Using Proximity Sensor of Multi Electrode}
본 발명은 근접 센서를 이용한 장애물 회피 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 근접 센서의 전극의 폭을 서로 다르게 하여 배열된 복수의 전극을 형성하고, 피감지대상이 근접 센서에 가까워질수록 복수의 전극으로 이루어진 근접 센서에서 특성 임피던스의 변화가 작은 전극을 선택함으로써 감지대상과 피감지대상을 구분하여 피감지대상의 감지로 인한 오동작을 방지하는 다중전극의 근접 센서를 이용한 장애물 회피 시스템에 관한 것이다.
예컨대, 근접 센서는 접근하는 물체의 유무를 기계적 접촉 없이 검출하는 센서로서, 근접 물체를 판별하는 방법에 따라 다양한 종류의 센서가 있다.
물체 감지 시스템은 근접 센서에 의해 도어나 윈도우에 장애물이 닿기 전에 장애물의 존재 여부를 판단하는 방법으로 정전용량을 이용하는 방법이다.
도 1은 종래기술에 따른 정전용량의 변화를 감지하는 장애물 감지 시스템의 개략적인 구성도를 나타낸 도면이다.
종래기술에 따른 장애물 감지 시스템은 정전용량을 감지하는 정전용량 감지모듈(12), 정전용량 감지모듈(12)에서 출력된 신호를 이용하여 장애물의 존재여부를 판단하는 제어모듈(18), 정전용량 감지모듈(12)의 출력신호를 제어모듈(18)로 전달하는 전원선(20)을 포함한다.
정전용량 감지모듈(12)은 도어나 윈도우의 주변부를 따라 설치되는 하나 이상의 센서스트립(14)과 상기 각 센서스트립(14)의 단부에 결합되어 센서스트립(14)의 정전용량을 감지하는 정전용량 감지회로(16)를 포함한다.
제어모듈(18)은 정전용량 감지회로(16)의 출력신호를 기준값과 비교하여 허용범위를 벗어나면 장애물이 근접한 것으로 판단하여 도어나 윈도우를 자동으로 온오프시키는 개폐모듈(30)로 제어신호를 전송하여 도어나 윈도우의 동작을 중단시키거나 반대방향으로 동작시키는 역할을 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 센서스트립(14)은 유연성이 뛰어난 고무재질의 센서바디(41)의 내부에 길이방향으로 공동(cavity)(43)이 형성되고, 상기 공동(43)의 상하부에 제1전극(42)과 제2전극(44)이 대향하여 설치된 구조를 가진다.
종래기술에 따른 센서스트립(14)은 근접센서구조의 특성으로 제1전극(42)과 제2전극(44) 간 일정한 높이를 가져야 하기에 전체적으로 높이가 높고, 측방부에서 접근하는 물체에도 반응하여 오동작을 할 수 있다.
이러한 문제는 종래기술에 따른 센서스트립(14)의 전극 폭이 일정하여 발생하는 것으로서, 전극의 폭을 줄이면 센서의 감도를 줄일 수 있으나, 전체적인 센서스트립(14)의 성능 저하로 나타날 수 있다.
이와 같은 종래의 근접센서는 자동차의 윈도우나, 전철역의 스크린도어 등의 편의시설의 자동화에 따른 안전사고 예방을 위하여 감지대상인 인체, 손가락이 도어의 틈새에 끼이는 것을 방지하기 위한 목적으로 설치하는 것이나, 근접센서의 특성상 인체나 손가락이 아닌 도어(피감지대상)도 물체로 감지하여 오동작할 수 있는 문제점이 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 센서스트립(14)이 차체(50)의 주변부, 즉, 윈도우(60)의 상단이 삽입되는 팩킹부(52)의 주변을 따라 설치되는 경우에 전극(42, 44)의 두께가 너무 두꺼우면 측방 감도가 높아져 측방에서 상향 운동하는 윈도우(60)에 의해 정전용량이 변화되고, 이로 인해 제어모듈(18)이 장애물이 근접한 것으로 오판하여 윈도우(60)의 작동을 중단시킬 수 있다.
센서스트립(14)의 전극(42, 44)의 폭을 줄이면 측방 감도를 어느 정도 줄일 수 있으나, 전체적인 감도가 함께 줄어들기 때문에 감지대상인 장애물을 제대로 감지하지 못하는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허번호 제10-1017096호
본 발명의 목적은 근접 센서의 전극의 폭을 서로 다르게 하여 배열된 복수의 전극을 형성하고, 피감지대상이 근접 센서에 가까워질수록 복수의 전극으로 이루어진 근접 센서에서 특성 임피던스의 변화가 작은 전극을 선택함으로써 감지대상과 피감지대상을 구분하여 피감지대상의 감지로 인한 오동작을 방지하는 다중전극의 근접 센서를 이용한 장애물 회피 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여,
본 발명의 일실시 예에 따른 다중전극의 근접 센서를 이용한 장애물 회피 시스템은 일정한 거리를 각각 이격되어 각각의 전극의 폭을 서로 다르게 하여 배열된 복수의 제1 전극과, 상기 각각의 제1 전극과 일정 거리 떨어진 제2 전극과 조합되어 서로 다른 특성 임피던스를 형성하며, 피감지대상(윈도우)에 부착되지 않고, 상기 피감지대상이 결합되는 피감지대상 프레임에 부착되는 근접 센서; 및
상기 피감지대상이 상기 근접 센서에 가까워질수록 상기 복수의 제1 전극에서 전극의 폭이 큰 순서에서 작은 순서로 제어 신호를 인가하여 전극을 순차적으로 선택하도록 제어하며, 상기 피감지대상을 감지하지 않도록 하는 중앙 처리부를 포함하며, 상기 근접 센서는 상기 복수의 제1 전극에서 폭이 가장 작은 전극을 상기 피감지대상 쪽에 더 가깝게 배치하고, 폭이 가장 넓은 전극을 상기 피감지대상에서 가장 멀게 배치하게 된다.
한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 다중전극의 근접 센서를 이용한 장애물 회피 시스템은 일정한 거리를 각각 이격되어 각각의 전극의 폭을 서로 다르게 하여 배열된 복수의 제1 전극과, 상기 각각의 제1 전극과 일정 거리 떨어진 제2 전극과 조합되어 서로 다른 특성 임피던스를 형성하며, 피감지대상(슬라이딩 도어)에 부착되는 근접 센서; 및
상기 근접센서가 상기 피감지대상이 결합되는 피감지대상 프레임에 가까워질수록 상기 복수의 제1 전극에서 전극의 폭이 큰 순서에서 작은 순서로 제어 신호를 인가하여 전극을 순차적으로 선택하도록 제어하며, 상기 피감지대상을 감지하지 않도록 하는 중앙 처리부를 포함한다.
여기서 상기 근접 센서는 사각형의 단면 구조를 가지는 스트립(Strip) 형태로 절연체로 이루어진 센서몸체와, 상기 센서몸체의 내부에 길이 방향으로 매설되고, 상하 방향으로 이격되어 대향하는 구조인 제1 전극과 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극은 제1 스트립전극, 제2 스트립전극, 제3 스트립전극을 일정한 거리 이격되어 수평 방향으로 각각 형성하며, 상기 제1 스트립전극, 상기 제2 스트립전극, 상기 제3 스트립전극의 순서로 폭이 넓어지는 구조일 수 있다.
또한, 상기 근접 센서는 사각형의 단면 구조를 가지는 스트립(Strip) 형태로 절연체로 이루어진 센서몸체와, 상기 센서몸체의 내부에 길이 방향으로 매설되고, 좌우 방향으로 이격되어 일직선상에 형성되는 복수의 제1 전극과 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극은 제1 스트립전극, 제2 스트립전극, 제3 스트립전극을 일정한 거리 이격되어 수평 방향으로 각각 형성하며, 상기 제1 스트립전극, 상기 제2 스트립전극, 상기 제3 스트립전극의 순서로 폭이 넓어지는 구조일 수 있다.
이러한 해결 수단은 첨부된 도면에 의거한 다음의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 일실시 예에 따르면, 근접 센서를 전극 폭이 다른 다중전극으로 구성하고, 피감지대상이 근접 센서에 가까워질수록 특성 임피던스의 변화가 작은 전극을 선택함으로써 감지대상과 피감지대상을 구분하여 피감지대상으로 인한 오동작을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 정전용량의 변화를 감지하는 장애물 감지 시스템의 개략적인 구성도를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래기술에 따른 센서스트립의 단면을 나타낸 도면이다.
도 3은 차량의 윈도우 부근에 센서스트립이 설치된 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 다중전극의 근접 센서를 이용한 장애물 회피 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 다중전극의 근접 센서의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 전극의 넓이에 따른 감지 거리를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 다중전극의 근접 센서를 실제로 설치한 일례를 나타낸 도면이다.
본 발명의 특이한 관점, 특정한 기술적 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 구체적인 내용과 일실시 예로부터 더욱 명백해 질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 일실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본격적인 설명에 앞서, 본 발명은 다중전극의 근접 센서를 이용하여 감지대상과 피감지대상을 구분하여 피감지대상의 장애물을 회피하는 방법을 제공한다.
다시 말해, 본 발명은 감지대상과 피감지대상을 구분하여 인체나 손이 아닌 도어나 윈도우를 물체로 감지하여 오동작하는 근접 센서의 단점을 해결할 수 있다.
이하, 본 발명의 일실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 다중전극의 근접 센서를 이용한 장애물 회피 시스템의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 다중전극의 근접 센서의 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일실시 예에 따른 다중전극의 근접 센서를 이용한 장애물 회피 시스템(100)는 근접 센서(110), 스위칭부(115), 기준 주파수 발생부(120), 위상차 검출 및 비교부(130), 신호 처리부(140) 및 중앙 처리부(150)를 포함한다.
근접 센서(110)는 고유의 저항, 정전용량(C), 유도용량(L)을 가지는 전도체로 구성된 장치로 일정한 주기를 갖는 교류 신호를 제공하면 주기적으로 특성 임피던스를 가지게 되며, 물체가 근접하는 경우 특성 임피던스가 변하는 장치이다.
예컨대, 근접 센서(110)는 도어, 도어 프레임, 윈도우 프레임 등에 설치되어 사각형의 단면 구조를 가지는 스트립(Strip) 형태로 절연체로 이루어진 센서몸체(111)와, 상기 센서몸체(111)의 내부에 길이 방향으로 매설되어 제1 전극(112)과 제2 전극(113)을 포함한다. 상기 근접 센서(110)는 설명의 편의를 위하여 윈도우 프레임에 설치되어 있는 것을 예시한다(도 7의 (b) 참조).
제1 전극(112)과 제2 전극(113)은 일정한 두께를 가진 얇은 판상의 금속스트립을 사용한다.
제1 전극(112)은 일정한 거리를 각각 이격시키고, 전극의 폭을 서로 다르게 하여 배열된 복수개 전극을 형성한다.
각각의 제1 전극(112)은 제2 전극(113)과 조합되어 서로 다른 특성 임피던스, 서로 다른 감도를 형성할 수 있다.
복수의 제1 전극(112)은 전극의 폭이 넓은 전극이 특성 임피던스가 크고, 폭이 좁은 전극의 특성 임피던스가 작게 된다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 전극(112)과 제2 전극(113)은 상하 방향으로 이격되어 대향하는 구조이며, 제1 전극(112)은 제1 스트립전극(112a), 제2 스트립전극(112b), 제3 스트립전극(112c)을 일정한 거리 이격되어 각각 형성하며, 제1 스트립전극(112a), 제2 스트립전극(112b), 제3 스트립전극(112c)의 순서로 폭이 넓어지는 구조를 가진다.
도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 사각형의 단면 구조를 가지는 스트립(Strip) 형태로 절연체로 이루어진 센서몸체(111)와, 상기 센서몸체(111)의 내부에 길이 방향으로 매설되고, 좌우 방향으로 이격되어 일직선상에 형성되는 복수의 제1 전극(112)과 제2 전극(113)을 포함한다.
제1 전극(112)과 제2 전극(113)은 좌우 방향으로 일직선상에 서로 일정한 거리 이격되어 복수개 배열되는 구조이다.
제2 전극(113)은 센서몸체(111)의 좌측과 우측에 우측스트립전극과 좌측 스트립전극을 포함한다. 제1 전극(112)은 제2 전극(113)의 좌측 스트립전극과 우측 스트립전극의 사이에 배치되고, 제1 스트립전극(112a), 제2 스트립전극(112b), 제3 스트립전극(112c)을 일정한 거리 이격되어 각각 형성하며, 제1 스트립전극(112a), 제2 스트립전극(112b), 제3 스트립전극(112c)의 순서로 폭이 넓어지는 구조를 가진다.
따라서, 제1 스트립전극(112a), 제2 스트립전극(112b), 제3 스트립전극(112c)은 전극의 크기에 따라 특성 임피던스 값이 다르며, 전극의 크기가 클수록 특성 임피던스가 커지며(감도가 커지며), 전극의 크기가 작을수록 특성 임피던스가 작아진다(감도가 작아진다).
감도가 작다는 것은 물체를 감지하는 거리가 짧다는 것이며, 감도가 크다는 것은 물체를 감지하는 거리가 길다는 것이다.
도 5의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 전극(112)은 제1 스트립전극(112a)이 윈도우 쪽에 가깝고 제3 스트립전극(112c)이 윈도우 쪽과 가장 멀게 배치한다.
근접 센서(110)는 교류 신호(주파수 성분이 포함된 신호)를 인가하게 되면, 주파수에 반응하는 L값과 C값이 가지게 되므로서 고유의 특성 임피던스를 생성한다.
달리 말해, 근접 센서(110)는 기준 주파수 발생부(120)에서 100MHz의 신호를 발생시키고 있는 상태에서 주파수에 반응하는 L값과 C값을 추출하여 기준값으로 설정하게 된다.
기준 주파수 발생부(120)는 위상차 검출을 위한 기준 신호를 생성하여 근접 센서(110)와 위상차 검출 및 비교부(130)로 전송하고, 이로 인하여 근접 센서(110)가 전기적으로 특성 임피던스를 가지도록 안정된 신호를 공급하며, 일정한 주기를 가지는 교류신호 발생장치이다.
기준 주파수 발생부(120)는 근접 센서(110)의 감지 동작의 정확성과 안전성을 확보하기 위하여 주기가 서로 다른 2개 내지 3개의 주파수를 발생시켜 근접 센서(110)로 공급하여 근접 센서(110)의 물리적인 길이와 주파수 파장의 일치로 인하여 임피던스 특성이 0(Zero)이 되는 현상을 방지한다.
기준 주파수 발생부(120)는 필요에 따라 복수의 주파수 발생도 가능하도록 주파수 발생모듈(122)과, 이를 제어하는 제어회로(124)로 구성된다.
위상차 검출 및 비교부(130)는 기준 주파수 발생부(120)로부터 기준 신호를 입력받고, 근접 센서(110)의 특성 임피던스의 변화로 얻어진 감지 신호를 입력받으며, 기준 신호와 감지 신호를 비교하여 위상차나 변화된 주파수를 검출한다.
신호 처리부(140)는 위상차 검출 및 비교부(130)의 후단에 설치되어 상기 위상차 검출 및 비교부(130)의 출력 신호를 소정의 증폭 비율로 증폭하는 기능을 수행하는 증폭기(142)와, 상기 증폭기(142)의 후단에 설치되고, 상기 증폭기(142)의 증폭된 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부(144)를 포함한다.
중앙 처리부(MCU)는 신호 처리부(140)의 디지털 출력 신호를 입력받는 연산부(152)와, 상기 연산부(152)에서 연산된 결과값을 수신하는 제어부(154)를 포함한다.
연산부(152)는 상기 신호 처리부(140)의 출력 신호를 입력받아 기설정된 연산 프로그램에 따라 연산 동작을 수행하고, 연산된 결과값을 제어부(154)로 전송한다.
제어부(154)는 연산부(152)에서 계산된 결과값으로 정전용량값과 유도용량값을 판단하여 다른 기기와 연동할 수 있는 감지 신호를 생성하여 출력한다.
제어부(154)는 외부의 주변 장치와 전기적으로 연결되도록 입력단자를 구성하며, 기준 주파수 발생부(120)에 전기적으로 연결되어 주파수 신호의 발생을 제어할 수 있다.
제어부(154)는 기준 주파수인 100MHz의 신호가 발생되지 않는 경우, 기준 주파수의 범위로 해당 주파수 신호를 조절하도록 제어할 수 있다.
스위칭부(115)는 제1 전극(112)의 제1 스트립전극(112a), 제2 스트립전극(112b), 제3 스트립전극(112c)과 기준 주파수 발생부(120)의 주파수 발생모듈(122)에 전기적으로 각각 연결되어 있다.
스위칭부(115)는 중앙 처리부(150)의 제어부(154)에 전기적으로 연결되고, 제어부(154)의 제어 신호에 따라 스위칭되어 제1 스트립(112a), 제2 스트립(112b), 제3 스트립(112c) 중 하나의 전극을 선택하여 기준 주파수 발생부(120)의 주파수 발생모듈(122)에 전기적으로 연결시킨다.
제어부(154)는 전극을 선택하는 제어 신호를 생성하여 스위칭부(115)로 전송한다.
윈도우가 열려 있는 상태에서 윈도우의 이동 거리와 윈도우의 위치는 윈도우가 닫히는 시간을 측정하여 알 수 있다.
제어부(154)는 윈도우가 닫히는 시간이 기저장되어 있으며, 윈도우의 열렸 있다가 윈도우의 이동 신호를 수신하는 경우, 내부 타이머(미도시)를 작동하여 시간의 순서에 따라 제3 스트립(112c), 제2 스트립(112b), 제1 스트립(112a)의 순서대로 전극을 선택하는 제어 신호를 스위칭부(115)로 순차적으로 전송한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(154)는 완전히 윈도우가 열려 있는 상태에서 임의의 제1 구간까지 폭이 가장 넓은 제3 스트립(112c)을 선택하는 제어 신호를 생성하여 상기 스위칭부(115)로 전송하고, 제1 구간과 임의의 제2 구간까지 중간 넓이의 제2 스트립(112b)을 선택하는 제어 신호를 생성하여 스위칭부(115)로 전송하며, 윈도우가 거의 닫히는 시점에 폭이 가장 좁은 제1 스트립(112a)을 선택하는 제어 신호를 생성하여 스위칭부(115)로 전송한다.
제1 스트립(112a)을 윈도우 쪽에 가깝게 배치하는 이유는 전극의 폭이 가장 작으면, 특성 임피던스, 감도가 작고, 매우 짧은 감지 거리를 가지므로 윈도우를 인체나 손으로 인식하는 오동작을 회피할 수 있다.
즉, 제1 스트립(112a)는 넓은 전극인 제3 스트립(112c)을 사용하는 감지 거리보다 매우 짧은 감지 거리를 가지기 때문에 윈도우와 일정 거리를 유지하도록 배치한다.
제어부(154)는 폭이 가장 좁은 제1 스트립(112a)을 선택하는 신호를 스위칭부(115)로 전송하면, 윈도우가 감지가 안되거나 감지가 되더라도 작은 감지값을 무시하는 방법으로 오동작을 회피할 수 있다.
달리 말해, 제어부(154)는 윈도우가 거의 닫히는 시점에 가장 좁은 넓이의 전극(제1 스트립(112a))을 선택하면, 특성 임피던스에 의해 감지되는 값을 일정 구간(윈도우가 완전히 닫히기 바로 전)만 처리하고, 그 이후 처리하지 않는 등의 방법으로 장애물로 감지하지 않도록 제어한다.
제어부(154)는 피감지대상인 윈도우가 근접 센서(110)에 가까워질수록 특성 임피던스의 변화가 작은 전극(112a)을 선택하여 장애물 회피 기능을 수행하도록 제어할 수 있다.
도 7의 (a)는 다중 전극의 근접 센서(110)를 슬라이딩 도어에 적용한 일례로, 슬라이딩 도어에 근접 센서(110)를 부착하고, 슬라이딩 도어의 이동(감지 거리)에 따라 근접 센서(110)의 전극을 선택적으로 구동시킨다.
도 7의 (a)의 슬라이딩 도어의 경우, 도어 프레임보다 피감지대상인 슬라이딩 도어에 다중전극의 근접 센서(110)를 직접 설치하는 것이 물체를 감지하는 동작에 있어 안전성을 더 확보할 수 있으며, 실제 운용에 있어 견고하고 설치가 용이하다.
제어부(154)는 완전히 슬라이딩 도어가 열려 있는 상태에서 임의의 제1 구간까지 폭이 가장 넓은 제3 스트립(112c)을 선택하는 제어 신호를 생성하여 상기 스위칭부(115)로 전송하고, 제1 구간과 임의의 제2 구간까지 중간 넓이의 제2 스트립(112b)을 선택하는 제어 신호를 생성하여 스위칭부(115)로 전송하며, 슬라이딩 도어가 도어 프레임에 거의 닫히는 시점에 폭이 가장 좁은 제1 스트립(112a)을 선택하는 제어 신호를 생성하여 스위칭부(115)로 전송한다.
달리 말해, 제어부(154)는 슬라이딩 도어의 이동 거리에 따라 제3 스트립(112c), 제2 스트립(112b), 제1 스트립(112a)의 순서로 전극을 선택하는 제어 신호를 스위칭부(115)로 전송하여 근접 센서(110)의 전극을 선택함으로써 슬라이딩 도어를 물체로 감지하는 오작동을 방지할 수 있다.
도 7의 (b)는 다중 전극의 근접 센서(110)를 자동차 파워윈도우의 윈도우 프레임에 적용한 일례로, 원도우 프레임에 근접 센서(110)를 부착하고, 윈도우의 이동(감지 거리)에 따라 근접 센서(110)의 전극을 선택적으로 구동시킨다.
연산부(152)의 연산 동작의 수행을 설명하면 다음과 같다.
연산부(152)는 고정된 기준 주파수인 100MHz을 사용하고, 기설정된 연산 프로그램에 따라 임의의 L값을 고정하여 C값을 측정하고, 임의의 C값을 고정하여 L값을 계산한다.
연산부(152)는 물체가 근접 센서(110)에 근접하지 않은 상태에서 기설정된 연산 프로그램에 따라 기준 주파수 신호에 반응하는 L값과 C값을 하기의 [수학식 1]을 참조하여 계산한다. 여기서, 기설정된 연산 프로그램은 기준 주파수와 임의의 L값 또는 C값을 하기의 [수학식 1]에 대입하고, 고정된 기준 주파수 신호의 위상과 물체가 근접하여 변화되는 주파수 신호의 위상을 비교하여 주파수 신호의 변화량을 계산하며, 변화된 주파수 신호를 하기의 [수학식 1]에 대입하여 변화되는 L값 또는 C값을 계산하도록 프로그램화 되어 있다.
Figure 112018129819306-pat00001
여기서, XL = j2πfL, XC = 1/j2πfC, f는 기준 주파수임.
전술한 [수학식 1]은 다음과 같이 참고식으로 표현될 수 있다.
Figure 112018129819306-pat00002
연산부(152)는 상기 신호 처리부(140)의 출력 신호를 입력받아 기설정된 연산 프로그램에 따라 연산 동작을 수행하여 변화된 주파수 신호를 전술한 [수학식 1]에 대입하여 L값 또는 C값의 변화량을 계산하며, 계산된 L값 또는 C값의 변화량을 제어부(154)로 전송한다.
제어부(154)는 연산부(152)에서 계산된 L값 또는 C값의 변화량을 기초로 변화량에 대응하는 감지 거리를 판단하고, 감지 거리에 따라 근접 센서(110)에 물체의 감지 거리를 판단하며, 감지 거리가 기설정된 거리값 이내라고 판단하는 경우, 감지 신호를 생성하여 연결된 주변 장치에 전송하도록 제어한다.
예컨대, 제어부(154)는 계산된 정전용량인 pF의 값을 가지고 있다고 nH의 값으로 변화되는 경우, 계산된 L값 또는 C값의 변화량에 따라 3cm 이내의 감지 거리인지, 10cm 이내의 감지 거리인지 L값 또는 C값의 변화량에 대응하는 감지 거리의 기설정된 매칭값을 이미 저장하고 있다.
제어부(154)는 계산된 L값 또는 C값의 변화량을 물체가 접근한 근접 거리로 나타낼 수 있는 것이다.
제어부(154)는 외부의 주변 장치와 전기적으로 연결되고, 생성된 감지 신호를 주변 장치로 전송하도록 제어한다.
예컨대, 본 발명의 일실시 예에 따른 장애물 회피 시스템(100)은 차량의 파워 윈도우에 장착되는 경우, 창문이 닫힐 때, 물체가 근접했음을 감지하고, 창문을 다시 열기 위해 파워 윈도우의 제어장치에 감지 신호를 전송한다.
본 발명의 일실시 예에 따른 장애물 회피 시스템(100)은 임피던스 측정법을 통하여 정전용량과 유도용량의 크기를 나타내는 p(pico, 10-12), n(nano, 10-9) 정도의 작은 값까지 표현할 수 있으므로 미세한 변화의 감지가 가능해지고 근접 센서(110)의 감지 거리를 확장할 수 있다.
다른 일례로서, 도 4의 스위칭부(115)를 구성하지 않고, 주파수 발생모듈(122)이 제1 스트립전극(112a), 제2 스트립전극(112b), 제3 스트립전극(112c)에 전기적으로 모두 연결되도록 구성한다.
제어부(154)는 자동차의 윈도우가 상하 방향(Y축)으로 이동할 때, 근접 센서(110)의 제3 스트립전극(112c)이 제1 스트립전극(112a)보다 검지 레벨이 높아져 피감지대상으로 인식되어 오동작을 방지할 수 있다.
여기서, Y축은 제1 스트립전극(112a), 제2 스트립전극(112b), 제3 스트립전극(112c)의 수평 방향에 직교하는 방향을 의미한다.
제어부(154)는 자동차의 윈도우에 인체가 손가락이 X축으로 이동할 때, 근접 센서(110)의 제1 스트립전극(112a)이 제3 스트립전극(112c)보다 검지 레벨이 높아져 감지대상으로 인식되어 윈도우를 정지하고 물체의 접근을 감지할 수 있다. 여기서, X축은 제1 스트립전극(112a), 제2 스트립전극(112b), 제3 스트립전극(112c)의 수평 방향을 의미한다.
이상 본 발명을 일실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 다중전극의 근접 센서를 이용한 장애물 회피 시스템은 이에 한정되지 않는다. 그리고 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", 또는 "가지다", 등의 용어는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 해당 구성요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 하며, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
또한, 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능하다. 따라서, 본 발명에 개시된 일실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 일실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 장애물 회피 시스템 110: 근접 센서
111: 센서몸체 112: 제1 전극
112a: 제1 스트립 112b: 제2 스트립
112c: 제3 스트립 113: 제2 전극
115: 스위칭부 120: 기준 주파수 발생부
122: 주파수 발생 모듈 124: 제어회로
130: 위상차 검출 및 비교부 140: 신호 처리부
142: 증폭기 144: 아날로그/디지털 변환부
150: 중앙 처리부 152: 연산부
154: 제어부

Claims (7)

  1. 일정한 거리를 각각 이격되어 각각의 전극의 폭을 서로 다르게 하여 배열된 복수의 제1 전극과, 상기 각각의 제1 전극과 일정 거리 떨어진 제2 전극과 조합되어 서로 다른 특성 임피던스를 형성하며, 피감지대상(윈도우)에 부착되지 않고, 상기 피감지대상이 결합되는 피감지대상 프레임에 부착되는 근접 센서; 및
    상기 피감지대상이 상기 근접 센서에 가까워질수록 상기 복수의 제1 전극에서 전극의 폭이 큰 순서에서 작은 순서로 제어 신호를 인가하여 전극을 순차적으로 선택하도록 제어하는 중앙 처리부;
    를 포함하며,
    상기 근접 센서는 상기 복수의 제1 전극에서 폭이 가장 작은 전극을 상기 피감지대상 쪽에 더 가깝게 배치하고, 폭이 가장 넓은 전극을 상기 피감지대상에서 가장 멀게 배치하는 것을 특징으로 하는 다중전극의 근접 센서를 이용한 장애물 회피 시스템.
  2. 일정한 거리를 각각 이격되어 각각의 전극의 폭을 서로 다르게 하여 배열된 복수의 제1 전극과, 상기 각각의 제1 전극과 일정 거리 떨어진 제2 전극과 조합되어 서로 다른 특성 임피던스를 형성하며, 피감지대상(슬라이딩 도어)에 부착되는 근접 센서; 및
    상기 근접센서가 상기 피감지대상이 결합되는 피감지대상 프레임에 가까워질수록 상기 복수의 제1 전극에서 전극의 폭이 큰 순서에서 작은 순서로 제어 신호를 인가하여 전극을 순차적으로 선택하도록 제어하는 중앙 처리부;
    를 포함하는 다중전극의 근접 센서를 이용한 장애물 회피 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    위상차 검출을 위한 기준 신호를 생성하여 상기 근접 센서로 전송하고, 상기 근접 센서가 전기적으로 특성 임피던스를 가지도록 안정된 신호를 공급하며, 일정한 주기를 가지는 교류신호를 발생시키는 기준 주파수 발생부;
    상기 기준 주파수 발생부로부터 위상차 검출을 위한 기준 신호를 입력받고, 상기 근접 센서의 특성 임피던스의 변화로 얻어진 감지 신호를 입력받으며, 상기 기준 신호와 상기 감지 신호를 비교하여 위상차나 변화된 주파수를 검출하는 위상차 검출 및 비교부;
    상기 위상차 검출 및 비교부의 후단에 설치되어 상기 위상차 검출 및 비교부의 출력 신호를 증폭하는 기능을 수행하는 증폭기와, 상기 증폭기의 후단에 설치되고, 상기 증폭기의 증폭된 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부로 이루어진 신호 처리부; 및
    일측이 상기 각각의 제1 전극에 전기적으로 연결되어 상기 복수의 제1 전극 중 하나의 전극을 선택되도록 스위칭되고, 타측이 상기 기준 주파수 발생부에 전기적으로 연결된 스위칭부;
    를 포함하고,
    상기 중앙 처리부는 상기 신호 처리부의 디지털 출력 신호를 입력받아 기설정된 연산 프로그램에 따라 연산 동작을 수행하고, 연산 결과값을 전송하는 연산부와, 상기 연산부로부터 수신한 연산 결과값으로 상기 근접 센서의 특성 임피던스의 변화량 중에서 C값 또는 L값의 변화에 따라 상기 피감지대상의 감지 여부를 판단하며, 상기 복수의 제1 전극 중 하나의 전극을 선택하는 제어 신호를 생성하여 상기 스위칭부로 인가하는 제어부;
    를 더 포함하는 다중전극의 근접 센서를 이용한 장애물 회피 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 근접 센서는 사각형의 단면 구조를 가지는 스트립(Strip) 형태로 절연체로 이루어진 센서몸체와, 상기 센서몸체의 내부에 길이 방향으로 매설되고, 상하 방향으로 이격되어 대향하는 구조인 제1 전극과 제2 전극;
    을 포함하고,
    상기 제1 전극은 제1 스트립전극, 제2 스트립전극, 제3 스트립전극을 일정한 거리 이격되어 수평 방향으로 각각 형성하며, 상기 제1 스트립전극, 상기 제2 스트립전극, 상기 제3 스트립전극의 순서로 폭이 넓어지는 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 다중전극의 근접 센서를 이용한 장애물 회피 시스템.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 근접 센서는 사각형의 단면 구조를 가지는 스트립(Strip) 형태로 절연체로 이루어진 센서몸체와, 상기 센서몸체의 내부에 길이 방향으로 매설되고, 좌우 방향으로 이격되어 일직선상에 형성되는 복수의 제1 전극과 제2 전극;
    을 포함하고,
    상기 제1 전극은 제1 스트립전극, 제2 스트립전극, 제3 스트립전극을 일정한 거리 이격되어 수평 방향으로 각각 형성하며, 상기 제1 스트립전극, 상기 제2 스트립전극, 상기 제3 스트립전극의 순서로 폭이 넓어지는 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 다중전극의 근접 센서를 이용한 장애물 회피 시스템.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 중앙 처리부는 상기 피감지대상이 근접 센서에 근접하지 않은 상태에서 기설정된 연산 프로그램에 따라 기준 주파수 신호에 반응하는 L값과 C값을 하기의 [수학식 1]을 참조하여 계산하고, 임의의 C값 또는 L값을 고정하여 L값 또는 C값을 계산하고, 고정된 기준 주파수 신호의 위상과 상기 피감지대상이 근접하여 변화되는 주파수 신호의 위상을 비교하여 주파수 신호의 변화량을 계산하며, 상기 변화된 주파수 신호를 하기의 [수학식 1]에 대입하여 변화되는 L값 또는 C값을 계산하는 연산부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중전극의 근접 센서를 이용한 장애물 회피 시스템.
    [수학식 1]
    Z = R + jX = R + (XL+XC)
    여기서, XL = j2πfL, XC = 1/j2πfC, f는 기준 주파수임.
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