KR100295622B1 - 진동/온도 복합센서 - Google Patents

진동/온도 복합센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압전체를 사용하는 진동센서에 구비된 하이브리드 IC의 하단에 온도검출용 IC를 설치하여 산업설비의 안전도를 진단할 때 진동값과 더불어 그 검출 부위의 온도값을 토대로 검출함으로써 측정정밀도를 향상시킬 수 있게한 진동/온도 복합센서에 관한 것으로,
즉, 진동과 온도를 복합적으로 검출하는 하이브리드 IC를 제작하기 위한 알루미나(Al2O3) 기판의 뒷면에 온도검출용 IC를 부착하고, 상기 온도검출용 IC는 온도에 따라 저항성분이 변하여 외부에서 가해주는 정전압원에 의하여 전류가 변화되어 외부회로에서 차동 증폭되어 현재 센서내부의 압전체의 온도를 검출하게 되며, 검출된 신호는 정량화하여 디스플레이부와 A/D변환기 등을 통하여 외부로 표출 또는 상위 기종으로 검출데이터를 전송하게 된 것이다.

Description

진동/온도 복합센서{VIBRATION AND TEMPERATURE SENSER}
본 발명은 진동/온도 복합센서, 보다 상세하게는 압전체를 사용하는 진동센서에 구비된 하이브리드 IC의 하단에 온도검출용 IC를 설치하여 산업설비의 안전도를 진단할 때 진동값과 더불어 그 검출 부위의 온도값을 토대로 검출함으로써 측정정밀도를 향상시킬 수 있게한 진동/온도 복합센서에 관한 것이다.
일반적으로, 압전진동센서는 외부에서 인가되는 진동에 의해 발생한 압전체의 변형이 분극방향으로 일으키는 전하량의 차이에 의해 진동을 검출하는 동작원리로 되어 있다.
상기 구조로 된 진동센서의 진동검출부는 결과적으로 전하량을 변화시키는 작용을 하게 되며, 도 1은 상기 압전 진동센서의 등가회로를 나타낸 것이다.
즉, 압전체는 캐패시터 성분을 지님을 알 수 있는데, 일반적인 진동센서용 압전체의 경우는 수십 pF정도의 캐패시터 성분을 지니며, 이러한 캐패시터 성분은 그 특성상 온도에 의한 의존성을 지니게 됨으로써, 온도가 올라가는 경우에는 캐패시터 성분도 따라서 증가하는 경향을 보인다.
그러므로 온도에 의해 압전 진동센서의 출력특성이 바뀌게 되므로 정밀한 진동측정이 요구될 경우에는 온도에 따른 출력성분의 보정이 매우 중요한 요소가 된다.
한편, 상기 온도보상을 위해서는 먼저 PZT(Pb+Zr+Ti 합성소재) 압전체의 온도를 정확하게 측정할 필요가 있는데, 기존의 방식은 센서 내부에 서모커플과 같은 온도센서를 내장하여 온도를 읽는 방식을 취하였다.
도 2는 종래의 진동센서에 온도센서가 내장된 상태를 나타낸 것으로, 이러한 온도센서 내장형 구조에서는 온도센서의 부피만큼 센서의 내부공간이 확대되어야 하고, 압전체와는 거리를 두고 측정하게 되므로 정확한 압전체 내부의 온도측정이 불가능한 구조적인 문제점이 있었다.
특히, 상기 종래의 온도센서는 서모커플(1)을 사용하게 됨으로써 외부에 연결된 도선의 거리에 비례하여 저항성분이 바뀌게 되어 그 설치시 거리 변동에 따라온도값을 보정해 주어야 되었고, 상기 서모커플(1)에 연결된 전선인출구 부분이 에폭시 수지로 된 절연재(2)로 충진됨으로써 온도를 정확히 측정할 수 없는 등의 결점도 있었다.
본 발명은 위와 같은 종래의 온도센서 내장방식의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 압전체의 전하량을 전압의 형태로 외부로 전달하기 위하여 사용되는 임피던스 변환기의 뒷면에 온도검출용 IC를 설치하여 압전진동체와 근접한 상태에서 온도를 측정할 수 있는 진동/온도 복합센서를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 진동과 온도를 복합적으로 검출하는 하이브리드 IC를 제작하기 위한 알루미나(Al2O3) 기판의 뒷면에 온도검출용 IC를 부착하고, 상기 온도검출용 IC는 온도에 따라 저항성분이 변하여 외부에서 가해주는 정전압원에 의하여 전류가 변화되어 외부회로에서 차동 증폭되어 현재 센서내부의 압전체의 온도를 검출하게 되며, 검출된 신호는 정량화하여 디스플레이부와 A/D변환기 등을 통하여 외부로 표출 또는 상위 기종으로 검출데이터를 전송하게 됨을 특징으로 한다.
도 1은 일반적인 압전진동센서의 일예에 대한 등가회로도,
도 2는 종래의 온도센서를 내장한 압전진동센서의 단면구성도,
도 3은 본 발명의 온도검출용 IC를 내장한 진동/온도 복합센서의 단면구성도,
도 4는 상기 복합센서용 하이브리드 IC의 구동과정을 나타낸 블럭도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 하이브리드 IC 11 : 기판
12 : 온도검출용 IC 20 : 디스플레이부
이하, 본 발명의 진동/온도 복합센서를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시예의 진동/온도 복합센서를 나타낸 것으로, 진동과 온도를 복합적으로 검출하는 하이브리드 IC(10)를 제작하기 위한 알루미나(Al2O3) 기판(11)의 뒷면에 온도검출용 IC(12)를 부착하여 압전체의 온도를 검출하여 외부로 전송할 수 있도록 하였다.
도 4는 상기 진동/온도 복합센서용 하이브리드 IC의 구동과정을 개략적으로 나타낸 블럭도로서, ' A '부는 진동측정용 구동신호 처리부이고 ' B '부는 온도검출용 IC의 구동신호 처리부이다.
상기 임피던스 변환기의 한쪽면에 구성된 온도검출용 IC(12)는 온도에 따라 저항성분이 변하여 외부에서 가해주는 정전압원에 의하여 온도에 따라 전류가 변화하는 구조를 지닌다.
이러한 온도센서의 전류변화는 외부회로에서 차동 증폭되어 현재 센서내부의 압전체의 온도를 검출하게 된다.
상기 온도에 따라 변환되어지는 신호는 1℃당 10mV또는 100mV등으로 정량화하여 디스플레이부(20)와 A/D변환기 등을 통하여 외부로 표시되거나 상위 기종으로 검출데이터를 전송하게 된다.
이때, 하이브리드 IC(10)에 구비된 온도검출용 IC(12)는 3에 나타낸 바와 같이 PZT 압전센서 및 그 몸체부에 거의 밀착되어 있으므로 보다 정확한 온도의 측정이 가능하다.
또한 기존의 센서 내부의 구조를 전혀 변화시키지 않고 온도센서의 부착이 가능하므로 기존의 진동센서의 부품 및 제작공정을 그대로 유지할 수 있는 장점을 지닌다.
또한 온도센서 내장형 및 일반형의 센서의 외형의 차이가 없으므로 온도센서 내장형으로 별도로 센서를 제작할 필요가 없어 기존 제품과의 호환성 또한 우수하게 나타난다.
이와 같은 본 발명의 진동/온도 복합센서는 하이브리드 IC에 구비된 온도검출용 IC의 작용에 의해 진동과 온도를 복합적으로 검출함으로써, 기존 센서의 구조 및 외형을 그대로 유지한채 정확한 검출이 가능한 효과가 있으며, 제품간의 호환성이 우수하고 보다 정밀한 압전체의 온도측정 및 보상이 가능한 장점이 있다.

Claims (1)

  1. 진동과 온도를 복합적으로 검출하는 하이브리드 IC(10)를 제작하기 위한 알루미나(Al2O3) 기판(11)의 뒷면에 온도검출용 IC(12)를 부착하고, 상기 온도검출용 IC(12)는 온도에 따라 저항성분이 변하여 외부에서 가해주는 정전압원에 의하여 전류가 변화되어 외부회로에서 차동 증폭되어 현재 센서내부의 압전체의 온도를 검출하게 되며, 검출된 신호는 정량화하여 디스플레이부(20)와 A/D변환기 등을 통하여 외부로 표출 또는 상위 기종으로 검출데이터를 전송하게 된 구성을 특징으로 하는 진동/온도 복합센서.
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