JP2005175043A - Polarization device and polarization method of cable-like pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はケーブル状圧力センサの分極装置およびその分極方法に関するものである。 The present invention relates to a polarization device for a cable-shaped pressure sensor and a polarization method thereof.
従来、この種のケ−ブル状圧力センサは図7に示すようなものがある(例えば、特許文献1参照)。図7に示すように、芯電極1の周囲に可撓性感圧体2を配置し、その周囲に外側電極3と外皮4を順次被覆して構成されている。可撓性感圧体2としては合成ゴムや合成樹脂の中にチタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛のセラミック圧電体粉末を添加した複合体が用いられ、外側電極3は可撓性感圧体2の表面に銀系ゴム塗料などの導電塗料を塗着したものが用いられている。上記ケ−ブル状圧力センサの一部あるいは全面に圧力が印加されたとき、その部分の圧力センサが歪む結果、芯電極1と外側電極3の間に電圧が誘起され、この誘起電圧を利用して圧力を検出している。また、分極方法は、芯電極1と外側電極3の間に高電圧を印加して、可撓性圧電体2を分極している(例えば、非特許文献1参照)。この分極により、セラミック粒子の自発分極の方向が電界方向に揃うので、可撓性圧電体4に圧電性が付与される。
しかしながら、上記従来のケ−ブル状圧力センサの分極方法では、芯電極1と外側電極3の間に高電圧を印加したときに、可撓性圧電体2中に微小なクラックや空孔などの欠陥が存在する場合、その欠陥部で微小放電が生じる。この微小放電により、可撓性圧電体2の構成材料が熱的に蒸発、飛散して芯電極1と外側電極3間が短絡し、芯電極1と外側電極3間に高電圧を印加できなくなるので可撓性圧電体2を分極できないという課題を有していた。
However, in the polarization method of the conventional cable-shaped pressure sensor, when a high voltage is applied between the
また、可撓性圧電体2に外側電極3を形成し、ほぼケーブル状圧力センサとして構成した後に、芯電極1と外側電極3の間に高電圧を印加することでしか欠陥の存在を検出できないので、歩留まりが低下するという課題があった。
In addition, after the
また、可撓性圧電体を加熱すると、可撓性圧電体に含まれる揮発成分が外側電極3に付着するので、効率のよい分極ができなくなるとともに、付着部分に電圧が集中し微小放電を起こしやすいという課題があった。
Further, when the flexible piezoelectric body is heated, volatile components contained in the flexible piezoelectric body adhere to the
本発明は、前記従来の課題を解決するもので安定した特性を有するケーブル状圧力センサを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to provide a cable-shaped pressure sensor having stable characteristics.
前記従来の課題を解決するために、本発明のケーブル状圧力センサの分極装置は、前記芯電極と導電体に接続された直流電圧発生手段と、前記芯電極と導電体に流れる電流値を検知する電流検知手段とから構成したものである。 In order to solve the above-described conventional problems, a polarization device for a cable-shaped pressure sensor according to the present invention is configured to detect a direct current voltage generating means connected to the core electrode and a conductor, and a current value flowing through the core electrode and the conductor. And current detecting means.
これによって、導電体が外側電極として作用するため、芯電極と導電体間に直流電圧発生手段により直流電圧を印加することにより、導電体に配設された部分の可撓性圧電体を分極する。さらに、電流検知手段で可撓性圧電体の欠陥箇所や分極状況を把握することができるので、一定条件で可撓性圧電体を分極することができる。 As a result, the conductor acts as an outer electrode, so that a DC voltage is applied between the core electrode and the conductor by a DC voltage generating means to polarize the portion of the flexible piezoelectric body disposed on the conductor. . Furthermore, since it is possible to grasp the defect location and polarization state of the flexible piezoelectric body with the current detection means, the flexible piezoelectric body can be polarized under a certain condition.
また、導体内に空気孔を設けることによって、可撓性圧電体に含まれる添加剤などの揮発成分を外気に逃がすことができるので、導電体へ揮発成分の残留物の付着を防ぐことができ、特性が安定する。 In addition, by providing air holes in the conductor, volatile components such as additives contained in the flexible piezoelectric body can be released to the outside air, so that adhesion of volatile component residues to the conductor can be prevented. The characteristics are stable.
本発明のケーブル状圧力センサは、欠陥部が存在しても全体の可撓性圧電体が分極できなくなることを防ぐとともに、外側電極層あるいは外側電極を形成する前に、微小な欠陥が一定長さ範囲内に存在することを電流検知手段によって検知することで、可撓性圧電体の欠陥箇所や分極状況を把握することができ、歩留まりを向上することができる。 The cable-shaped pressure sensor according to the present invention prevents the entire flexible piezoelectric body from being polarized even if there is a defect portion, and a minute defect has a certain length before the outer electrode layer or the outer electrode is formed. By detecting the presence within the range by the current detection means, it is possible to grasp the defective portion and polarization state of the flexible piezoelectric body, and to improve the yield.
また、導体内に空気孔を設けることによって、導電体へ揮発成分の残留物の付着を防ぐことができ、安定して分極することができる。 Further, by providing an air hole in the conductor, it is possible to prevent the residue of the volatile component from adhering to the conductor and to stably polarize the conductor.
第1の発明は、周設された可撓性感圧体と、前記可撓性感圧体の通路を形成し空気孔を有する導電体と、前記芯電極と導電体に接続された直流電圧発生手段と、前記芯電極と導電体に流れる電流値を検知する電流検知手段とからなるケーブル状圧力センサの分極装置を構成することにより、電流検知手段で可撓性圧電体の欠陥箇所や分極状況を把握することができるので、欠陥部が存在しても全体の可撓性圧電体が分極できなくなることを防ぐとともに、外側電極を形成する前に微小な欠陥が一定長さ範囲内に存在することを検知することで歩留まりを向上することができる。さらに導体内に空気孔を設けることによって、導電体へ揮発成分の残留物の付着を防ぐことができ、安定して分極することができる。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a flexible pressure-sensitive body that is provided around, a conductor that forms a passage for the flexible pressure-sensitive body and has air holes, and a DC voltage generating means that is connected to the core electrode and the conductor. And a polarization device for a cable-shaped pressure sensor comprising the core electrode and a current detection means for detecting a current value flowing through the conductor, so that the current detection means can detect a defective portion or polarization state of the flexible piezoelectric body. Since it can be grasped, it is possible to prevent the entire flexible piezoelectric body from being polarized even if a defect exists, and a minute defect exists within a certain length range before forming the outer electrode. By detecting this, the yield can be improved. Further, by providing an air hole in the conductor, it is possible to prevent the residue of the volatile component from adhering to the conductor and to stably polarize the conductor.
第2の発明は、特に、第1の発明において、電流検知手段からの信号が既定値以上であれば可撓性圧電体に欠陥があると判断し、電流電圧発生手段を停止させる停止手段を設けることにより、放電箇所を目視で検出、あるいは除去することで安定した特性を有するケーブル状圧力センサを実現するとともに、歩留まりを向上することができる。 According to a second aspect of the present invention, in particular, in the first aspect of the present invention, there is provided stop means for determining that the flexible piezoelectric body is defective if the signal from the current detection means is equal to or greater than a predetermined value and stopping the current voltage generation means. By providing, a cable-shaped pressure sensor having stable characteristics can be realized by visually detecting or removing the discharge portion, and the yield can be improved.
第3の発明は、特に、第1または第2に記載の発明において、電流検知手段からの信号によって欠陥箇所に印を付ける異常箇所検知手段を設けることによって、自動的に放電箇所を明確にすることができ、安定した特性を有するケーブル状圧力センサを実現するとともに、歩留まりを向上することができる。 In particular, the third aspect of the invention described in the first or second aspect of the invention automatically defines the discharge location by providing an abnormal location detection means for marking a defective location by a signal from the current detection means. Thus, a cable-like pressure sensor having stable characteristics can be realized, and the yield can be improved.
第4の発明は、特に第1〜第3のいずれか1つの発明の導電体を複数個のブロックで構成し、各々のブロックと芯電極間に流れる電流を電流検知手段で検知することによって、精度良く自動的に放電箇所を検知することができ、歩留まりを向上するとともに、安定した特性を有するケーブル状圧力センサを実現することができる。 In the fourth invention, in particular, the conductor of any one of the first to third inventions is constituted by a plurality of blocks, and the current flowing between each block and the core electrode is detected by the current detection means. It is possible to automatically detect the discharge location with high accuracy, improve the yield, and realize a cable-like pressure sensor having stable characteristics.
第5の発明は、特に、第1〜第4のいずれか1つの発明の分極装置に、可撓性感圧体を加熱する加熱手段を設けることによって、可撓性圧電体の温度を制御することができ、効率良い分極が可能となるため、歩留まりを向上することができる。 In the fifth aspect of the invention, in particular, the temperature of the flexible piezoelectric body is controlled by providing heating means for heating the flexible pressure sensitive body in the polarization device of any one of the first to fourth aspects of the invention. And efficient polarization is possible, so that the yield can be improved.
第6の発明は、第1〜第5のいずれか1つの発明の分極装置に可撓性圧電体を移動させる移動手段を設けることによって、自動化することができ、歩留まりを向上することができる。 The sixth invention can be automated by improving the yield by providing a moving means for moving the flexible piezoelectric body in the polarization device of any one of the first to fifth inventions.
第7の発明は、特に、可撓性圧電体が導電体に設けられた通路に配設され、可撓性圧電体が静止、または移動手段により移動されているとき、前記可撓性圧電体の芯電極と前記導電体の間に直流電圧を印加して分極する方法であり、欠陥部が存在しても全体の可撓性圧電体が分極できなくなることを防ぐとともに、外側電極層あるいは外側電極を形成する前に、微小な欠陥が一定長さ範囲内に存在することを検知することで、歩留まりを向上することができる。 In the seventh invention, in particular, when the flexible piezoelectric body is disposed in the passage provided in the conductor, and the flexible piezoelectric body is stationary or moved by the moving means, the flexible piezoelectric body is provided. This is a method in which a DC voltage is applied between the core electrode and the conductor to polarize the electrode, preventing the entire flexible piezoelectric body from being polarized even if a defect exists, By detecting that a minute defect exists within a certain length range before forming the electrode, the yield can be improved.
第8の発明は、特に可撓性圧電体を加熱する加熱手段を設けたケーブル状圧力センサの分極方法であり、信頼性の高いケーブル状圧力センサを提供することができる。 The eighth invention is a polarization method for a cable-shaped pressure sensor provided with a heating means for heating a flexible piezoelectric body in particular, and can provide a highly reliable cable-shaped pressure sensor.
第9の発明は、特に、可撓性圧電体の芯電極をアース電位にして、前記芯電極と導電体の間に直流電圧を印加する分極方法であり、人体に危険な直流高電圧部分を導電体に限定できるので、人体に対する安全性を確保することができる。 The ninth aspect of the invention is a polarization method in which a core electrode of a flexible piezoelectric body is set to ground potential and a DC voltage is applied between the core electrode and a conductor, and a DC high voltage portion that is dangerous to the human body is provided. Since it can limit to a conductor, the safety | security with respect to a human body can be ensured.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1におけるケ−ブル状圧力センサの分極装置の構成を示す外観見取図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an external sketch showing the configuration of a polarization device for a cable-shaped pressure sensor according to
図1においてケーブル状圧力センサは芯電極11に周設された可撓性感圧体12が形成される。芯電極11として、コイル状金属線や金属細線を束ねた線などが用いられる。可撓性圧電体12として、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、クロロプレン樹脂、塩素化ポリエチレン、シリコン樹脂等の高分子母材に、チタン酸ジルコン酸鉛などの高分子材料が用いられる。この可撓性圧電体12は可撓性圧電体12の通路15を有し、空気孔16を形成した導電体17に配設される。導電体17として、鉄、ステンレス、銅、黄銅、アルミニウム等の導電体を用いる。可撓性圧電体12の通路15としては、円形、楕円形、矩形など、可撓性圧電体12が通過できる形状であれば問題はない。またこの通路15は切削、研磨、放電、押出、鍛造、プレス加工によって行った。本発明の実施の形態において、導電体17はアルミニウムを使用し、通路15の形状は円形とした。円形にすることによって、可撓性圧電体12に均一に直流電圧を印加することができ、安定したセンサ特性を有することができる。具体的には、外形2mmの可撓性圧電体12に対して通路15として直径4mm円形の孔を導電体17に設けた。さらに導電体17には分極時や加熱した際に可撓性圧電体12から発生する添加剤等の揮発成分を外気に逃がすための空気孔16を設けている。本実施の形態において空気孔16はメッシュ形状とした。特にメッシュ形状にすることによって、外部から可撓性圧電体12の分極の様子を見ることができるので、万が一不具合が起きた場合にも、その不具合箇所を容易に見つけることができる。
In FIG. 1, the cable-shaped pressure sensor is formed with a flexible pressure-
導電体17はリード線18bによって電気的に接続される。リード線18aは電気的に直流電圧発生手段19の正極または負極に接続され、芯電極11はリード線18aを介して電気的に直流電圧発生手段19の他の極に接続される。このように接続して、可撓性圧電体12を直流電圧発生手段19により、芯電極11と導電体17間に高電圧が印加されるので、可撓性圧電体12が分極される。分極時に可撓性圧電体12に流れる電流、つまり芯電極11と導電体17間に流れる電流値は電流検知手段20によって検知している。
The
本実施の形態において印加電圧は8kv/mmで分極を行った。特に、可撓性圧電体12の芯電極11をアース電位にして、芯電極11と導電体17の間に直流電圧を印加することで、人体に危険な直流高電圧部分を導電体17に限定し人体への安全性を確保することができる。
In the present embodiment, polarization was performed at an applied voltage of 8 kv / mm. In particular, by applying a DC voltage between the
可撓性圧電体12の中に微少な欠陥が含まれ、その部分が導電体17に配設されているとき、欠陥部で生じる微少な放電により導電体17と芯電極11間に高電流が流れ、短絡するために分極できなくなる。しかし、欠陥部が導電体17から脱離し、導電体17に配設されている可撓性圧電体12中に欠陥がなければ、導電体17と芯電極11間の絶縁性は再び回復するので、分極が可能となる。このように本発明の分極装置によれば、欠陥を含む部分が導電体17に配設されているときのみ、分極はできないがそれ以外の場合は分極可能となる。従って、欠陥の存在により可撓性圧電体12が全体にわたって分極できなくなることはない。
When a minute defect is included in the flexible
また、芯電極11と導電体17間に流れる電流を検知する電流検知手段20からの信号によって放電を検知することができるので、その時点の可撓性圧電体12に欠陥の存在を検知することができる。従って、外側電極13が形成される前に欠陥が一定長さの可撓性圧電体12に存在することが検出できるので、ケーブル状圧力センサとして完成した後、その欠陥部を容易に除去できる。
Further, since the discharge can be detected by a signal from the current detection means 20 that detects the current flowing between the
さらに、放電はしなくとも可撓性圧電体12に微少な亀裂などの欠陥が存在した場合には可撓性圧電体12に流れる電流は大きくなる。つまり電流検知手段20の信号によって可撓性圧電体20の状態も把握することができる。
Furthermore, even if no discharge is performed, if there is a defect such as a minute crack in the flexible
また、放電した際に可撓性圧電体12の一部分が高温に曝されるため、可撓性圧電体12に含まれる添加剤などの揮発成分が蒸発することがある。このとき空気孔16がない場合には導電体17の通路15の可撓性圧電体12側に付着することとなる。この結果、直流電圧発生手段19から印加される電圧は付着物を介して可撓性圧電体12に印加されることとなり、実際に可撓性圧電体12に印加される電圧は低減するおそれがあるとともに、付着物がない部分との差が生じてしまい安定した分極ができない可能性がある。しかし、本発明においては空気孔16を設けているため万が一、揮発成分が発生しても空気孔16を介して外気に逃げるため、通路15内に付着することがなく安定して電圧を印加することができる。
In addition, since part of the flexible
また、図2に示すように、電流検知手段20からの信号が既定値以上であれば電流電圧発生手段19を停止させる停止手段21を設けることで、分極工程中に欠陥部を目視で検出、あるいは除去することができ、製造を安定化できると共に、歩留まりも向上できる。 Further, as shown in FIG. 2, if a signal from the current detection means 20 is equal to or greater than a predetermined value, a stop means 21 for stopping the current voltage generation means 19 is provided, so that a defective part is visually detected during the polarization process. Alternatively, it can be removed, the production can be stabilized, and the yield can be improved.
なお本実施の形態において導電体17及び通路15を円形としたが、導電体17と通路15を凹状にし、空気孔16を設けた導電性の板を凹状の導電体17の上部に蓋のように配設しても同様の効果が得られる。
In this embodiment, the
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2におけるケーブル状圧力センサの要部断面図である。図3において実施の形態1と異なるところは、電流検知手段20からの信号により、放電箇所に印を付ける異常箇所検知手段22を設けた点である。なお、実施の形態1と同一部材は同じ符号を付けている。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of the cable-shaped pressure sensor according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 3, the difference from the first embodiment is that an abnormal
本実施の形態において、異常箇所検知手段22は電流検知手段20からの信号によって、導電体17に配設されている可撓性圧電体12中に放電箇所があると判断し、インクなどを塗布して印を付けるものである。異常箇所検知手段22を設けることによって、自動的に欠陥部を明確にすることができ、後で容易に欠陥部を除去することができるので、製造効率や歩留まりを向上することができる。
In the present embodiment, the abnormal location detection means 22 determines that there is a discharge location in the flexible
なお、本実施の形態ではインクによって欠陥部に印を付けたが、欠陥部が明確になるものであればこれに限るものではない。 In this embodiment, the defective portion is marked with ink, but the present invention is not limited to this as long as the defective portion becomes clear.
(実施の形態3)
図4は、本発明の実施の形態3におけるケーブル状圧力センサの要部断面図である。図4において、実施の形態1及び2と異なるところは、導電体17を複数個のブロック23で構成し、各々のブロック23と芯電極11間に流れる電流を電流検知手段20で検知している点である。なお、実施の形態1と同一部材は同じ符号を付けている。
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of the cable-shaped pressure sensor according to
本構成にすることによって、もし微小放電が生じたとしても各々のブロック23と芯電極11間に流れる電流を電流検知手段20によって検知することで、どのブロック23に微小放電が生じたかを検知できる。このため、容易に可撓性圧電体12の欠陥部を精度良く特定することができる。さらに異常箇所検知手段22によってインクなどを塗布して印を付けることで自動的に放電箇所である欠陥部を明確にすることができ、歩留まりを向上するとともに安定した特性を有するケーブル状圧力センサを実現することができる。
With this configuration, even if a micro discharge occurs, it is possible to detect in which block 23 the micro discharge has occurred by detecting the current flowing between each
なお、本実施の形態ではインクによって欠陥部に印を付けたが、欠陥部が明確になるものであればこれに限るものではない。 In this embodiment, the defective portion is marked with ink, but the present invention is not limited to this as long as the defective portion becomes clear.
(実施の形態4)
図5は、本発明の実施の形態4におけるケーブル状圧力センサの要部断面図である。図5において、実施の形態1〜3と異なるところは、可撓性感圧体を加熱する加熱手段24を設けた点である。なお、実施の形態1と同一部材は同じ符号を付けている。
(Embodiment 4)
FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of the cable-shaped pressure sensor according to
図4に示すように、本実施の形態において加熱手段24は導電体17を加熱するヒータによって構成したものである。
As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the heating means 24 is constituted by a heater that heats the
可撓性圧電体12を分極するときの温度は、それが使用される温度以上でおこなうことが望ましい。それは熱によって可撓性圧電体12を構成する高分子や添加剤等が熱膨張や組成変形を生じ、分極によってそろった自発分極の方向がずれるため、圧電特性が低下するおそれがあるためである。このため、加熱手段24によって可撓性圧電体12の温度を適切に保持し分極することによって、信頼性の高いケーブル状圧力センサを実現することができる。
The temperature at which the flexible
また、高温で分極することによって、可撓性圧電体12に含まれる添加剤などの揮発成分が蒸発することがある。このとき空気孔16がない場合には導電体17の通路15の可撓性圧電体12側に付着する場合があるが、本発明の分極装置では空気孔16を設けているため、揮発成分が発生しても空気孔16を介して外気に逃げるため、通路15内に付着することがなく安定して電圧を印加することができる。
Further, when polarized at a high temperature, volatile components such as additives contained in the flexible
なお、本発明の形態において加熱手段24として導電体17を加熱するヒータを使用したが、温風を発生させて通路内に循環させて可撓性圧電体12を加熱しても同様の効果が得られる。
Although a heater for heating the
(実施の形態5)
図6は、本発明の実施の形態5におけるケーブル状圧力センサの要部外観図である。図6において、実施の形態1〜4と異なるところは可撓性圧電体12を移動させる移動手段25を設けた点である。なお、実施の形態1、2と同一部材は同じ符号を付けている。
(Embodiment 5)
FIG. 6 is an external view of a main part of a cable-shaped pressure sensor according to Embodiment 5 of the present invention. In FIG. 6, the difference from the first to fourth embodiments is that a moving means 25 for moving the flexible
図6に示すように可撓性圧電体12を導電体17に配設し、移動させる移動手段25として回転ドラムを使用した。この回転ドラムの回転スピードを変化させることによって、可撓性圧電体12が導電体17内に配設される時間、言い換えれば分極時間を容易に調整することが可能となる。さらに移動手段25を設けることによって、自動化することができるため、歩留まりを向上することができる。
As shown in FIG. 6, the flexible
以上のように、本発明にかかるケ−ブル状圧力センサの分極装置およびその分極方法は、欠陥部が存在しても全体の可撓性圧電体が分極できなくなることを防ぐとともに、電流検知手段によって外側電極層あるいは外側電極を形成する前に、微小な欠陥が一定長さ範囲内に存在することを検知することで、歩留まりを向上することができるとともに、導電体へ揮発成分の残留物の付着を防ぐことができ、安定して分極することができる分極装置である。このため、ケーブル状圧力センサに限らず、分極が必要とされる圧電体等に適用することができる。 As described above, the polarization device of the cable-shaped pressure sensor and the polarization method according to the present invention prevent the entire flexible piezoelectric body from being unable to polarize even if a defect exists, Before forming the outer electrode layer or the outer electrode, it is possible to improve the yield by detecting the presence of minute defects within a certain length range, and to reduce the residual volatile component to the conductor. It is a polarization device that can prevent adhesion and can be stably polarized. For this reason, it is applicable not only to a cable-shaped pressure sensor but also to a piezoelectric body that requires polarization.
11 芯電極
12 可撓性感圧体
13 外部電極
14 外皮
15 通路
16 空気孔
17 導電体
18 リード線
19 直流電圧発生手段
20 電流検知手段
21 停止手段
22 異常箇所検知手段
23 ブロック
24 加熱手段
25 移動手段
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JP2003410010A JP2005175043A (en) | 2003-12-09 | 2003-12-09 | Polarization device and polarization method of cable-like pressure sensor |
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Cited By (1)
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KR100977789B1 (en) | 2008-05-15 | 2010-08-24 | 한밭대학교 산학협력단 | Poling device for piezo-cable |
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2003
- 2003-12-09 JP JP2003410010A patent/JP2005175043A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100977789B1 (en) | 2008-05-15 | 2010-08-24 | 한밭대학교 산학협력단 | Poling device for piezo-cable |
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