Two types of the portable sweat rate sensors (miniaturized prototype, wearable prototype) integrated with thermo-pneumatic actuators for automatic ventilation have been proposed and experimentally verified their performances. The previous forced ventilation sweat rate sensors using external ventilating devices had the problem of the bulky size with the lack of portability. The previous natural ventilation sweat rate sensors with portable sizes meanwhile required a manual ventilation per each measurement. The total weight of the miniaturized prototypes is 6.4 % of that of the previous forced ventilation sweat rate sensors. The integrated thermo-pneumatic actuator lifts the humidity measuring chamber above the skin for automatic natural ventilation. The miniaturized prototypes, fabricated in a size of $41 \pm 0.5 mm - width \times 38 \pm 0.5 mm$ - height $\times 29.5 \pm 0.5 mm$ - thickness with a total weight of $63 \pm 1$ g, measure the sweat rate with a sensitivity of 0.056 (pF/sec)/ $(g/m^2h)$ and a linearity of 99.1 % in the sweat rate range of 3.76~137.68 $g/m^2h$. To improve applicability, the wearable prototypes are developed. The total weight of the wearable prototypes is 47.6 % of that of the miniaturized prototypes. The wearable prototypes are operated by 6 V of the two commercialized batteries by reducing the consuming power from 12.5 W to 1.6 W. The wearable prototypes, fabricated in a size of $35 \pm 0.5 mm - diameter \times 25 \pm 0.5 mm$ - thickness with a total weight of $30 \pm 1$ g, measure the sweat rate with a sensitivity of 0.039 (pF/sec)/ $(g/m^2h)$ and a linearity of 97.9 % in the sweat rate range of 3.76~137.68 $g/m^2h$ . The present two type sensors are insensitive to the wind effect of the gentle wind (1.0 m/s) and the human walking speed (1.5 m/s), respectively, and thus demonstrates high potential for mobile human thermoregulatory status monitoring applications, such as human monitoring jackets and cognitive air-conditioning systems based on human sweat.
본 논문은 열공압 구동기가 집적되어 자동환기기능을 내장한 2 종의 휴대용 발한량 센서(소형화 프로토타입, 웨어러블 프로토타입)를 제안한다. 기존 강제환기형 발한량 센서는 외부 환기장치를 이용하기 때문에 휴대성이 떨어진다. 기존 자연환기형 발한량 센서는 가벼워 휴대성이 좋지만 매번 수동적인 환기과정이 필요하다. 제안하는 소형화 프로토타입 센서는 기존 강제환기형 발한량 센서 무게의 6.4 % 이며, 집적된 열공압 구동기가 습도챔버를 피부 위로 들어 올리므로 기존 자연환기형의 수동 자연환기와는 달리 자동으로 자연환기를 수행한다. 소형화 프로토타입의 센서는 크기가 너비 $41 \pm 0.5 mm$, 길이 $38 pm 0.5 mm$ , 높이 $29.5 \pm 0.5 mm$ 이며, 무게는 $63 \pm 1 g$ 이다. 본 센서의 발한량 측정 성능은 3.76~137.68 $g/m^2h$ 의 범위에서 0.056 (pF/sec)/ $(g/m^2h)$ 의 민감도와 99.1 %의 선형성을 가진다. 이 후 제안하는 웨어러블 프로토타입의 센서는 적용성을 높이기 위해 무게를 소형화 프로토 타입의 47.6 %로 줄이고, 소요 전력을 12.5 W에서 1.6 W로 크게 줄여 2개의 상용화 배터리(6 V)로 동작 가능하므로 일상생활에서 모니터링하기 용이하다. 웨어러블 프로토타입의 센서는 크기가 직경 $35 \pm 0.5 mm$ , 높이 $25 \pm 0.5 mm$ 이며, 무게는 $30 \pm 1 g$ 이다. 본 센서의 발한량 측정 성능은 3.76 ~ 137.68 $g/m^2h$ 의 범위에서 0.039 (pF/sec)/( $g/m^2h$ )의 민감도와 97.9 %의 선형성을 가진다. 제안하는 2 종의 발한량 측정기는 각각 산들바람 (1.0 m/s), 사람의 빠른 걸음속도 (1.5 m/s)에 의한 바람에도 안정적인 발한량 측정이 가능하므로 인지형 에어컨시스템, 생체모니터링용 스마트 자켓 등 인간 쾌적상태 모니터링 분야에 적용될 수 있다.
