KR0165517B1 - 진동 검출 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진동 검출 센서에 관하여 개시한 것으로서, 본 발명에 의한 진동 검출 센서의 특징에 따르면, 진동판과 그 상면 일측에 부착되는 절연판과, 이 절연판 위에 외팔보 지지되는 진동검출용 압전소자와 온도보상용 압전소자를 적층한 아전체와, 진동판을 덮는 두껑부재와, 압전체와 전기적으로 접속되는 리드선 및 이 리드선과 접속되는 전하증폭기를 포함하는 것으로서, 온도보상용 압전소자에 의해 진동 검출시 주위의 온도 변화에 대한 영향을 배제할 수 있도록 한 것이다. 그리고, 두껑부재와의 밀폐 정도를 높임으로써 노이즈를 방지할 수 있도록 하여 진동 검출 효율을 높인 것이다.
Description
제1도는 종래의 진동 검출 센서를 나타내 보인 개략적 사시도이다.
제2도는 제1도에 도시된 종래 진동 검출 센서를 II-II선을 따라 절제한 단면도이다.
제3도는 제1도에 도시된 종래 진동 검출 센서의 평단면도이다.
제4도는 본 발명에 의한 진동 검출 센서를 나타내 보인 개략적 단면도이다.
제5도는 본 발명에 의한 진동 검출 센서의 인출 리드선에 대한 접속도이다.
제6도는 본 발명에 의한 진동 검출 센서의 진동 검출 상태를 설명하기 위하여 나타낸 보인 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 진동판 11a : 측벽
12 : 절연판 13 : 압전체
131 : 진동검출용 압전소자 132 : 온도보상용 압전소자
14 : 금속판재(접합전극) 15 : 리드선
16 : 접지선 17 : 동(Cu)판
18 : 두껑부재 18a, 18b : 개구부
18c : 유리재 30 : 전하증폭기
본 발명은 압전소자를 이용한 진동 검출 센서에 관한 것으로서, 특히 진동판의 두께 및 열적 영향을 배제시킨 저주파 대역의 진동 검출에 적합한 진동 검출 센서에 관한 것이다.
일반적으로 압전소자를 이용한 진동 검출 센서는 주로 전자식 혈압계 등에 이용되고 있으며, 기계장치 등의 진동발생에 대한 이상유무 등을 측정하기 위한 수단으로 사용되기도 한다.
제1도 내지 제3도는 이러한 진동 검출 센서를 개략적으로 나타내 보인 도면으로서, 제1도는 종래의 진동 검출 센서를 나타내 보인 개략적 사시도이다. 그리고, 제2도는 제1도의 II-II선을 따라 절제한 단면도이고, 제3도는 제1도의 평단면도이다.
상기 제1도 내지 제3도를 참조하면, 종래의 진동 검출 센서는 도시된 바와 같이 원판상의 진동판(1)과, 이 진동판(1)을 덮을 수 있도록 된 두껑부재(2)와, 상기 진동판(1)의 상면에 부착되는 압전소자(3)와, 이 압전소자(3)와 전기적으로 접속되는 리드선(4)을 포함하는 구조로 이루어져 있다.
상기 구조에 있어서, 상기 진동판(1)은 플라스틱이나 고무 등의 가소성 재료에 금속성 미립자를 분산시킨 재료로 이루어진다. 그리고, 상기 압전소자(3)는 PZT 또는 BaTiO2등의 강유전체 미립자를 고무, 합성수지 등의 가소성 재료에 분산시킨 복합재료로서 접착제에 의해 상기 진동판(11)의 중앙면에 접착된다. 또한, 상기 두껑부재(2)는 금속재로 이루어지며 도시된 바와 같이 원통상의 주위벽(2a)과, 이 주위벽(2a)을 덮는 원판상의 천정부(2b)를 구비하고 있다. 그리고, 상기 주위벽(2a)의 하방에는 단부(2c)가 형성되어 있어서, 상기 진동판(1)과 스냅형 결합구조를 이루도록 되어 있다. 또한, 상기 주위벽(2a)과 단부(2c)의 일측에는 개구부(2d)가 마련되어 있어서, 이 개구부(2d)로 리드선(4)이 삽입된다. 삽입된 리드선(4)의 중심선(4a) 끝단이 납땜부(5)에 의해 상기 압전소자(3)의 상부에 접속되고, 상기 리드선(4)의 쉴드선(4b)은 납땜에 의해 상기 주위벽(2a)에 접속된 구조를 이루고 있다.
상기와 같은 구조를 가지는 종래의 진동 검출 센서는 진동을 감지하기 위하여 예컨데, 사람의 팔이나 기계장치 등에 상기 진동판(1)을 접촉시키면 맥박이나 진동의 전달에 의한 진동판(1)이 진동하게 된다. 이와 같이 진동판(1)의 진동으로 인하여 상기 압전소자(3)의 상면과 하면 사이에 전위가 발생한다. 상기 전동판(1)에는 금속미립자가 분산되어 있어 도전성이 있고, 상기 두껑부재(2)의 주위벽(2a)에 접속되어 있는 쉴드선(4b)과 압전소자(3)의 하면이 전기적으로 접촉되어 있어서 압전소자(3)에 발생된 전위는 접속된 리드선(4)을 통하여 전기적 신호를 송출하게 됨으로써 진동을 검출할 수 있게 된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 진동 검출 센서는 단판의 압전소자를 사용하므로 주위 온도 변화에 따른 열적 영향으로 인하여 발생하는 오동작의 출력신호를 제거할 수 없는 문제점이 있었다. 또한, 상기 두껑부재(2)의 주위벽(2a)에 마련되어 있는 개구부(2d)를 통하여 리드선(4)을 삽입하는 구조를 가지므로, 이 개구부(2d)를 통하여 노이즈가 인입될 우려가 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 진동 검출센서가 가지는 문제점을 감안하여 이를 개선코자 창출된 것으로서, 본 발명은 주위 온도 변화에 대한 열적 영향을 배제하고 노이즈 인입 방지를 통하여 진동 검출 효율을 보다 향상시킨 진동 검출 센서를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 진동 검출 센서는, 진동판과; 상기 진동판에 부착되는 소정 높이의 절연부재와; 상기 절연부재의 상면에 부착되는 압전체와; 상기 압전체의 상, 하면 전극과 접속된 숏트부재와; 상기 진동판을 덮는 두껑부재와; 상기 두껑부재를 관통하는 리드선에 의해 상기 압전체와 접속되는 증폭기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 의한 진동 검출 센서에 있어서, 특히 상기 절연부재는 Al2O3로 형성된 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 특징에 따르면, 상기 압전체는 일측 하면이 상기 절연부재의 상면에 고정되고, 타측은 상기 진동판에 대해 일정 간격 이격된 외팔보 지지형으로 마련된다는 점에 특징이 있다. 이러한 외팔보지지구조에 의하면, 진동 검출시 압전체의 지지되지 않는 부위가 진동방향으로 휘게 되어 보다 정밀한 진동 검출이 가능하게 된다.
그리고, 상기 압전체는 진동검출용 제1압전소자와 온도보상용 제2압전소자를 상하로 적층시킨 구조체로 이루어지며, 각 압전소자는 동일한 분극 방향을 가지도록 형성되어 있다.
또한, 상기 제1압전소자와 상기 제2압전소자 사이에서 접합전극의 기능을 할 수 있도록 금속판재를 개재시킨 구조를 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 구조에서 상기 급속판재는 일방향으로 연장된 돌출부를 가지고, 이 돌출부에 접지선이 접속되는 동시에 상기 제1압전소자에는 인출 리드선이 접속되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 진동 검출 센서를 상세히 설명한다.
제4도는 본 발명에 의한 진동 검출 센서를 나타내 보인 개략적 단면도이다.
상기 제4도를 참조하면 본 발명에 의한 진동 검출 센서는, 도시된 바와 같이 소정 높이의 측벽(11a)이 형성되어 있는 원판형의 진동판(11) 상면 일측에 소정 높이를 가지는 절연판(12)이 부착되어 있고, 이 절연판(12)의 상면에 압전체(13)가 부착되어 있다. 여기서, 상기 절연판(12)은 Al2O3로 이루어지고, 상기 압전체(13)는 일측 하면이 상기 절연판(12)의 상면에 고정되는 동시에 타측은 상기 진동판(11)에 대해 일정 간격 이격된 외팔보 지지형으로 마련된다. 이러한 외팔보지지구조에 의하면, 진동 검출시 상기 압전체(13)의 지지되지 않은 끝단부가 진동 방향으로 휘게 되어 보다 정밀한 진동 검출이 가능하게 된다. 그리고, 상기 압전체(13)는 진동검출용 제1압전소자(131)와 온도보상용 제2압전소자(132)가 도전성 접착제에 의해 상하로 접합된 적층구조체(bimorph 구조)를 이루고 있으며, 각 압전소자(131)(132)는 동일한 분극 방향을 가지도록 형성되어 있다. 또한, 상기 제1압전소자(131)와 상기 제2압전소자(132) 사이에는 접합전극의 기능을 할 수 있도록 금속판재(14)가 개재되어 있고, 이 금속판재(14)는 일방향으로 연장된 돌출부(14a)를 가지며, 이 돌출부(14a)에 접지선(16)이 접속되고, 상기 제1압전소자(131)에는 은(Ag) 페이스트(paste : 15a)에 의해 인출 리드선(15)이 접속되어 있다. 그리고, 상기 리드선(15)과 접지선(16)은 제5도에 도시된 바와 같이 전하증폭기(30)의 반전입력단자와 비반전입력단자에 각각 접속된다.
한편, 상기 압전체(13)의 지지되지 않은 끝단부에는 상기 제1압전소자(131)의 상면 전극(131a)과 상기 제2압전소자(132)의 하면 전극(132a)에 ㄷ자형의 동(Cu)판(17)이 접속되어 숏트되어 있다.
이러한 구조에 있어서, 상기 진동판(11)의 상부에는 개구부(18a)가 형성되어 있는 두껑부재(18)가 결합되고, 상기 개구부(18a)(18b)로 상기 리드선(15)과 접지선(16)이 관통된 상태에서 유리재(18c)가 충전되어 봉지된 구조를 이루고 있다.
상기 구조의 본 발명 진동 검출 센서에 있어서, 상기 진동판(11)은 종래와 마찬가지로 플라스틱이나 고무 등의 가소성 재료에 금속성 미립자를 분산시킨 재료로 이루어진다. 그리고, 상기 압전소자(131)(132) 또한 종래와 마찬가지로 PZT 또는 BaTiO2등의 강유전체 미립자를 고무, 합성수지 등의 가소성 재료로 분산시킨 복합재료로 이루어진다.
상기와 같은 구조를 가지는 본 발명에 의한 진동 검출 센서는, 상기 진동판(11)에 진동이 전달되면 외팔보 지지구조의 상기 압전체(13)의 지지되지 않은 끝단부가 제6도에 도시된 바와 같이 진동의 영향으로 인하여 도면에 도시된 바와 같이 상하 방향으로 휘게 된다. 예컨대, 진동 방향이 하방으로 작용할 경우에 상기 제1압전소자(131)와 제2압전소자(132)는 각각 상대적으로 신장 및 수축되며, 이 변형량 만큼 전하가 발생되어 각각 전극(131a)(14)을 통하여 전기적 신호로 변환되어 전하증폭기(30)를 지나게 된다. 이때, 제1압전소자(131)의 상면전극(131a)은 저항 R1을 지나 전하증폭기(30)의 반전입력단자와 접속되고, 접합전극(14)은 접지선(16)을 통하여 전하증폭기(30)의 비반전입력단자와 접속되므로, 발생된 전하는 전하증폭기(30)의 입출력에서 임피던스 매칭이 이루어져 최대 전류가 증폭되어 전하증폭기(30)의 출력단자에 전압 V0로 나타난다. 이 전압은 아날로그 신호로 나타나므로, 비교기(미도시)를 통하여 디지탈 구형파로 전환시켜줌으로써 진동량의 검출이 가능하게 된다.
이러한 본 발명의 진동 검출 센서는 온도보상용 압전소자에 의해 주위 온도변화에 의한 오동작 출력신호를 배제할 수 있어서, 순수 진동 성분의 신호만 검출함에 따라 진동 검출에 대한 성능을 높일 수 있다. 또한, 리드선이 삽입되는 개구부의 유리재 충진 등 밀폐 정도를 높여 노이즈 인입을 방지할 수 있는 효과를 가진다. 따라서, 세탁기의 탈수 기능 수행중 세탁물에 의한 편심 발생시의 진동 검출 등 저주파 대역의 진동 검출에 유효하게 적용할 수 있는 장점을 가진다.
Claims (9)
- 진동판과; 상기 진동판에 부착되는 소정 높이의 절연부재와; 상기 절연부재의 상면에 부착되는 압전체와; 상기 압전체의 상, 하면 전극과 접속된 숏트부재와; 상기 진동판을 덮는 두껑부재와; 상기 두껑부재를 관통하는 리드선에 의해 상기 압전체와 접속되는 증폭기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 검출 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 절연부재는 Al2O3로 형성된 것을 특징으로 하는 진동 검출 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 압전체는 일측 하면이 상기 절연부재의 상면에 고정되고, 타측은 상기 진동판에 대해 일정 간격 이격된 외팔보 지지형으로 마련되는 것을 특징으로 하는 진동 검출 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 압전체는 진동검출용 제1압전소자와 온도보상용 제2압전소자를 상하로 적층시킨 구조체로 이루어진 것을 특징으로 하는 진동 검출 센서.
- 제4항에 있어서, 상기 제1압전소자와 상기 제2압전소자는 동일한 분극 방향을 가지는 것을 특징으로 하는 진동 검출 센서.
- 제4항에 있어서, 상기 제1압전소자와 상기 제2압전소자 사이에는 금속판재가 개재되어 접합전극의 기능을 하도록 된 것을 특징으로 하는 진동 검출 센서.
- 제6항에 있어서, 상기 금속판재는 일방향으로 연장된 돌출부를 가지고, 이 돌출부에 접지선이 접속된 것을 특징으로 하는 진동 검출 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 숏트부재는 동(Cu)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 진동 검출 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 두껑부재에는 상기 리드선의 관통을 허용하는 개구부가 마련되고, 상기 개구부에는 유리재가 층진되어 봉지된 것을 특징으로 하는 진동 검출 센서.
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