I 대면적 압력 분포 측정 활용

(업데이트 중)

I 압력 센서의 형태

                                                         ▲ [그림 : 매트릭스 형태의 센서]

                                                  ▲ [그림 : 대면적 압력 센서와 FEM UI (Finite Element Method User Interface) ]

넓게 측정하는 경우 센서를 여러개 배열하여 측정한다. 예를 들어 10 x 10 혹은 32 x 32와 같이 적게는 100여개 많게는 2000여개까지의 센서를 가로/세로로 배치하게 된다.

센서의 구조는 경우에 따라 소폭 달라질 수 있지만 보통의 경우에 센싱 필름과 기판부, 보호 자재와 구동 보드는 필수로 구성이 된다.

I 실제 인가된 힘과 센서 측정 값 간의 차이

압력 센서를 배열할 때에 셀을 촘촘히 배치할 수록 정밀하게 측정이 가능하다.

그러나 아무리 촘촘히 배치한다고 하더라도, 최소한의 이격이 존재한다 (0.5mm 이상). 이 영역을 데드존이라고 한다.

데드존에서는 압력을 측정할 수가 없다.

                 ▲ [그림 : 센서 와 센서 사이의 데드존]

따라서 개별 셀에 인가된 압력 값의 합은 센서 판 전체에 인가된 압력의 합보다 반드시 작다. 두 값 간에 차이가 어느 정도 인지 예측하는 것도 쉽지 않다. 압력이 인가되는 부위의 재질 때문이다.

예를 들어 쿠션이나 풍선과 같이 연성의 재질은 압력이 한 곳에 집중되지 않고 골고루 퍼져서 인가되는 경향이 있다.

이 때에는 센서 셀과 셀 사이에 인가되는 압력 값을 인터폴레이션하여 데드존에 인가된 압력 값을 예측하는 것이 의미가 있으나,

단단한 재질 혹은 타이어, 분사압과 같은 경우엔 중간 중간에 압력이 인가되지 않는 특이점이 존재한다.

따라서 이런 경우에는 데드존에 인가된 압력 값을 인터폴레이션으로 예측하는 것이 맞지 않다. 재질이 단단할 경우, 가해지는 힘의 불연속성이 크기 때문이다. 

또한 데드존에 인가된 압력 값을 인터폴레이션으로 예측하는 것은 불합리할 수 있다. 오히려 인터폴레이션하지 않는 것이 측정기의 용도에 더 충실한 것이라 할 수 있다.

I 인터폴레이션 UI (FEM)의 오류

FEM UI (Finite Element Method User Interface)란 인터폴레이션의 일종으로서 불연속으로 측정된 값을 기준을 연속된 값을 추출해낸 UI이다.

                   ▲ [동영상 : 의자에 장착된 압력 센서를 기반으로 개발된 FEM UI]

10, 11, 0, 11, 10 이라고 측정이 됐다고 했을때에. 인터폴레이션 알고리즘을 사용하게 되면, 가운데에 0인 값이 12로 인터폴레이션이 된다.

즉 인터폴레이션 알고리즘을 적용하면 중간에 특이점을 검출하지 못하게 된다.

또한 이격 구간을 고려한 UI는 가로세로로 줄이 간 UI가 정확한 것이다.

기존의 FEM 기반 UI는 공기압이나 해수 온도 값과 같이 특이점을 고려하지 않아도 되는 UI에 적합하지, 본 제품의 경우에는 그다지 적합하지 않을 수 있다.

측정 값을 한눈에 볼 수 있는 '시각화 연출'의 한 방면으로써 FEM UI를 사용한다면 모를까, 측정 값을 정확히 보기 위한 용도로서는 오류를 포함할 수 밖에 없다는 점을 사용자는 인지해야 한다.

예를 들어 아래는 미국의 Tekscan사의 소프트웨어 문서 자료이다.

이 자료에서는 FEM UI를 'realistic representation'이라고 표현하고 있다. 직역을 하면 '사실감있는 표현'이라 볼 수 있는데, 이것은 'real value'와는 차이가 있다.

자세한 사항은 해당 회사에 문의해서 알아볼 수 있다.