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전기적 특성

FSR 센서의 전기적 특성을 이해하는 것은 올바른 회로 설계와 정확한 측정을 위해 필수적입니다.

주요 전기적 사양​

기본 사양표​

파라미터최소값표준값최대값단위비고
저항 범위1k-10MΩ압력 의존
권장 전압1510VDC
최대 전류-15mA연속
전력 소비-550mW@5V
응답 시간-1-25ms10-90%
작동 온도-302570°C-

저항 특성​

압력-저항 곡선​

FSR 센서의 저항은 압력에 따라 비선형적으로 변화합니다:

저항 (Ω) - 로그 스케일
10M ┤●
    │ ╲
 1M ┤  ●
    │   ╲
100k┤    ●
    │     ╲
10k ┤      ●
    │       ╲●
 1k ┤         ●━━━●
    └────────────────→
    0  0.1  1  10  100  압력 (N)

저항 변화 특성​

1. 초기 저항 (무부하)​

  • 범위: >10MΩ
  • 특징: 거의 절연 상태
  • 용도: 터치 감지 기준점

2. 동작 범위​

  • 경압력 (0.1-1N): 1MΩ ~ 100kΩ
  • 중압력 (1-10N): 100kΩ ~ 10kΩ
  • 고압력 (>10N): <10kΩ

3. 포화 영역​

  • 특징: 압력 증가에도 저항 변화 미미
  • 범위: <2kΩ
  • 주의: 이 영역에서는 압력 분해능 저하

전압/전류 특성​

권장 동작 조건​

// 안전한 동작 범위
const float MAX_VOLTAGE = 10.0;  // V
const float MAX_CURRENT = 1.0;   // mA
const float RECOMMENDED_VOLTAGE = 5.0; // V

// 전류 제한 저항 계산
float calculateLimitResistor(float vcc) {
  float minFsrResistance = 1000; // 1kΩ (최소 FSR 저항)
  float limitResistor = (vcc / MAX_CURRENT) - minFsrResistance;
  return max(limitResistor, 10000); // 최소 10kΩ
}

I-V 특성​

FSR은 대체로 오믹(Ohmic) 특성을 보입니다:

인가 전압측정 전류 (@10kΩ FSR)선형성
1V0.1mA우수
5V0.5mA우수
10V1.0mA양호
>10V>1mA비선형 증가

응답 시간​

동적 특성​

압력 인가
    ↓
    ├─ Rise Time: 1-2ms (10% → 90%)
    ├─ Settling Time: 3-5ms (±5% 안정화)
    └─ Fall Time: 1-2ms (90% → 10%)

주파수 응답​

주파수 범위응답 특성적용 분야
DC-10Hz우수정적 측정
10-100Hz양호일반 동적 측정
100-500Hz제한적빠른 변화 감지
>500Hz부적합-

측정 코드 예제​

// 응답 시간 측정
unsigned long startTime, riseTime, fallTime;
int baseline, peak;
const int THRESHOLD_LOW = 100;  // 10%
const int THRESHOLD_HIGH = 900; // 90%

void measureResponseTime() {
  baseline = analogRead(FSR_PIN);
  
  // 압력 인가 감지
  while(analogRead(FSR_PIN) < baseline + THRESHOLD_LOW) {
    // 대기
  }
  startTime = micros();
  
  // 90% 도달 시간 측정
  while(analogRead(FSR_PIN) < baseline + THRESHOLD_HIGH) {
    // 상승 중
  }
  riseTime = micros() - startTime;
  
  peak = analogRead(FSR_PIN);
  
  // 압력 해제 감지
  while(analogRead(FSR_PIN) > peak - THRESHOLD_LOW) {
    // 대기
  }
  startTime = micros();
  
  // 10% 도달 시간 측정
  while(analogRead(FSR_PIN) > peak - THRESHOLD_HIGH) {
    // 하강 중
  }
  fallTime = micros() - startTime;
  
  Serial.print("Rise Time: ");
  Serial.print(riseTime);
  Serial.print("μs, Fall Time: ");
  Serial.print(fallTime);
  Serial.println("μs");
}

온도 특성​

온도 계수​

FSR의 저항은 온도에 따라 변화합니다:

온도 범위저항 변화율보상 필요성
-30°C ~ 0°C+1.5%/°C필수
0°C ~ 25°C-0.3%/°C권장
25°C ~ 50°C-0.5%/°C권장
50°C ~ 70°C-0.8%/°C필수

온도 보상 방법​

// 온도 보상 알고리즘
float temperatureCompensation(float resistance, float temperature) {
  const float REF_TEMP = 25.0; // 기준 온도 (°C)
  const float TEMP_COEFF = -0.005; // 온도 계수 (-0.5%/°C)
  
  float tempDiff = temperature - REF_TEMP;
  float compensation = 1.0 + (TEMP_COEFF * tempDiff);
  
  return resistance / compensation;
}

// 사용 예제
void loop() {
  float rawResistance = measureFSR();
  float temperature = readTemperature(); // 온도 센서 읽기
  
  float compensatedResistance = temperatureCompensation(
    rawResistance, 
    temperature
  );
  
  Serial.print("Raw: ");
  Serial.print(rawResistance);
  Serial.print(" Ω, Compensated: ");
  Serial.print(compensatedResistance);
  Serial.println(" Ω");
}

노이즈 특성​

노이즈 소스​

  • 열 노이즈: 저항 자체의 열 잡음
  • 플리커 노이즈 (1/f): 저주파 플리커 노이즈
  • EMI: 외부 전자기 간섭

노이즈 감소 기법​

// 하드웨어 필터 (RC 필터)
// R = 10kΩ, C = 0.1μF → fc = 159Hz

// 소프트웨어 필터
class NoiseFilter {
  private:
    float alpha = 0.1; // 필터 계수
    float filtered = 0;
    
  public:
    // 지수 이동 평균 필터
    float update(float raw) {
      filtered = alpha * raw + (1 - alpha) * filtered;
      return filtered;
    }
    
    // 미디언 필터
    float median(int samples[], int size) {
      // 버블 정렬
      for(int i = 0; i < size-1; i++) {
        for(int j = 0; j < size-i-1; j++) {
          if(samples[j] > samples[j+1]) {
            int temp = samples[j];
            samples[j] = samples[j+1];
            samples[j+1] = temp;
          }
        }
      }
      return samples[size/2];
    }
};

장기 안정성​

드리프트 특성​

시간드리프트대책
1분<1%-
1시간<3%주기적 영점 조정
24시간<5%자동 교정
1개월<10%재교정 필요

수명 특성​

  • 기계적 수명: >100만 회
  • 전기적 수명: >500만 회 (저전력)
  • 보관 수명: >5년 (적절한 환경)

회로 설계 권장사항​

권장 사항 ✅​

  • 풀다운/풀업 저항 사용 (10kΩ 권장)
  • ADC 입력에 캐패시터 추가 (0.1μF)
  • 전원 디커플링 캐패시터 사용
  • 과전압 보호 회로 추가

주의 사항 ❌​

  • 10V 이상 전압 인가 금지
  • 1mA 이상 연속 전류 금지
  • 역전압 인가 금지
  • 고온 환경 장시간 노출 금지
주의사항

FSR 센서는 정밀 측정용이 아닌 상대적 압력 변화 감지에 적합합니다. 절대 압력 측정이 필요한 경우 로드셀이나 압전 센서를 고려하세요.

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