에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 폼은 전기적 유전체 층과 구조적 기계적 지지대라는 두 가지 중요한 기능을 수행합니다. 정전 용량 압력 센서 내에서 전도성 판 사이에 필요한 분리를 제공하는 동시에 물리적 압축성을 활용하여 족저 압력을 측정 가능한 전기 신호로 변환합니다.
EVA 폼은 물리적 힘과 디지털 신호 사이의 중요한 인터페이스 역할을 합니다. 높은 탄성과 특정 유전 특성을 결합하여 신발 센서가 반복적인 충격을 견디면서 정확한 힘-전기 변환을 제공할 수 있도록 합니다.
전기적 역할: 유전체 층
유전율 설정
정전 용량 센서에서 두 전도성 판 사이의 "간격"은 기준 정전 용량을 결정합니다. EVA 폼은 이 간격을 채워 유전체 층 역할을 합니다.
전기적 관점에서 폼은 특정 유전율을 제공합니다. 이 유전율은 압력이 가해지기 전 센서의 전기적 특성을 정의하는 데 필수적입니다.
힘을 신호로 변환
정전 용량 센서의 핵심 메커니즘은 판 사이의 거리를 변경하는 데 의존합니다. EVA 폼이 간격재 역할을 하므로 두께가 이 거리를 직접 결정합니다.
사용자가 발을 디딜 때 폼이 압축되어 전도성 층 사이의 거리가 짧아집니다. 이러한 물리적 변화는 정전 용량을 변경하여 시스템이 가해진 힘을 전자적으로 측정할 수 있도록 합니다.
기계적 역할: 지지 및 복구
탄성과 압축
기계적으로 EVA 폼은 반응성 스프링 역할을 해야 합니다. 압축 특성을 활용하여 발의 무게(족저 압력)에 따라 변형됩니다.
이 변형은 단순한 구조적인 것이 아니라 센서 작동의 물리적 촉매입니다. 폐쇄 셀 폼 구조는 걷거나 달릴 때 발생하는 동적 하중을 처리하는 데 필요한 쿠셔닝 및 충격 흡수를 제공합니다.
복구 및 내구성
센서가 시간이 지남에 따라 정확도를 유지하려면 매 걸음마다 재설정되어야 합니다. EVA 폼은 높은 탄성을 제공하여 압력이 해제되면 센서가 원래 치수로 돌아가도록 합니다.
이 복구 기능은 주기적 테스트 및 장기 사용에 필수적입니다. 폼이 반발하지 못하면 판 사이의 거리가 영구적으로 변경되어 센서의 보정 값이 손상됩니다.
절충안 이해
압축 영구 변형의 위험
EVA는 탄성으로 인해 선택되지만 어떤 폼도 피로에 완벽하게 면역되지 않습니다. 주요 과제는 수천 번의 사이클 후 압축 영구 변형으로 알려진 영구 변형이 발생하지 않도록 하는 것입니다.
폼이 완전히 복구되는 능력을 잃으면 센서의 "영점"이 이동합니다. 이는 신발의 수명 동안 힘-전기 변환의 정확도를 저하시킵니다.
제조 일관성
센서의 성능은 EVA 재료의 균일성에 크게 좌우됩니다. 고순도 EVA 과립은 일관된 밀도를 보장하기 위해 정밀한 압축 성형을 거쳐야 합니다.
제조 중 열 전도 또는 금형 압력의 변화는 불균일한 열 팽창을 일으킬 수 있습니다. 이는 신발 전체에 걸쳐 기계적 강도가 불일치하게 되어 동일한 하중 하에서 센서의 한 영역이 다른 영역과 다르게 반응할 수 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
신발의 정전 용량 압력 센서 성능을 최적화하려면 전기적 감도와 기계적 내구성을 균형 있게 맞춰야 합니다.
- 주요 초점이 신호 감도인 경우: 유전체 판 사이의 거리 변화를 최대화하기 위해 가벼운 하중에서 쉽게 압축되는 EVA 밀도를 선택하십시오.
- 주요 초점이 센서 수명인 경우: 반복적인 주기적 하중 후 재료가 정확히 원래 치수로 돌아가도록 우수한 탄성 복구 특성을 가진 고순도 EVA를 우선시하십시오.
절연 및 기계적 복구라는 이중 능력을 위해 EVA를 신중하게 선택하면 스마트 신발에서 안정적이고 장기적인 데이터 수집을 보장할 수 있습니다.
요약 표:
| 기능적 역할 | 주요 목적 | 핵심 메커니즘 |
|---|---|---|
| 전기적 | 유전체 층 | 유전율을 설정하고 압축 중 정전 용량 변화를 촉진합니다. |
| 기계적 | 구조적 지지 | 반복적인 사이클을 위한 쿠셔닝, 충격 흡수 및 탄성 복구를 제공합니다. |
| 내구성 | 신호 무결성 | 압축 영구 변형에 저항하여 센서 보정 및 영점 정확도를 유지합니다. |
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참고문헌
- Sarah De Guzman, Gautam Anand. The Development of a Built-In Shoe Plantar Pressure Measurement System for Children. DOI: 10.3390/s22218327
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