KR100776391B1 - 정전용량형 변위 게이지 및 이를 이용한 시편의 변형측정방법 - Google Patents

정전용량형 변위 게이지 및 이를 이용한 시편의 변형측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 정전용량형 변위 게이지 및 이를 이용한 시편의 변형 측정방법에 관한 것으로서, 시편, 특히, MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) 기기 분야에 이용되는 수 마이크로미터 두께의 시편의 변형을 측정함에 있어서, 높은 측정 속도를 가지며, 또한, 그 측정의 선형성이 향상된 정전용량형 변형 게이지를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
이를 위해, 본 발명은, 인가되는 하중에 의한 시편의 변형을 측정하는 정전용량형 변위 게이지를 제공한다. 본 발명에 따른 정전용량형 변위 게이지는, 프레임과; 시편을 지지하도록 상기 프레임에 설치되는 제 1 및 제 2 그립과; 제 1 전극 및 상기 제 1 전극에 대향하는 제 2 및 제 3 전극을 구비하며, 상기 제 1 전극에 대한 상기 제 2 및 제 3 전극의 대향면적 및 이에 따른 정전용량이 상기 시편의 변형에 따라 상대적으로 증감되는 전극유닛을 포함한다.
정전용량, 변형, 대향면적, 전극, 접지, 가동, 고정, 그립,

Description

정전용량형 변위 게이지 및 이를 이용한 시편의 변형 측정방법{CAPACITANCE TYPE DISPLACEMENT GAUGE AND METHOD FOR MEASURING DEFORMATION OF A SPECIMEN USING THE SAME}
도 1은 정전용량형 변위 게이지의 원리를 설명하기 위한 모식도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량형 변위 게이지를 도시한 부분 절개 사시도로서, 시편이 한 쌍의 그립에 의해 지지된 상태를 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 도면으로부터 시편을 제거하여 도시한 정전용량형 변위 게이지의 부분 절개 사시도.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 정전용량형 변위 게이지의 전극유닛을 설명하기 위한 단면도.
도 5는 도 2 내지 도 4에 도시된 정전용량형 변위 게이지에 적용되는 전기회로를 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 도 2 내지 도 5에 도시된 정전용량형 변위 게이지를 이용한 시편의 변형 측정방법을 나타낸 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
10: 프레임 20: 제 1 그립
30: 제 2 그립 40: 액츄에이터
60: 전극유닛 62: 제 1 전극
64: 제 2 전극 66: 제 3 전극
70: 로드셀
본 발명은 정전용량형 변위 게이지 및 이를 이용한 시편의 변형 측정방법에 관한 것이다.
MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) 기술의 급속한 발전으로 인하여 다양한 MEMS 기기들이 개발되고 있으며, 따라서 이러한 기기들의 성능이나 신뢰성의 평가는 점점 중요성을 더해가고 있다. MEMS 기기에 폭넓게 사용되고 있는 수 마이크로(micro) 크기를 갖는 박막(thin films)의 탄성계수, 인장강도, 피로강도 등의 기본적인 기계적 물성은 MEMS 기기의 성능이나 신뢰성의 평가에 필수적인 데이터로 고려된다.
한편, 전술한 박막의 기계적 물성은 일반적인 벌크(bulk) 소재의 물성과는 다르다는 사실이 잘 알려져 있다. 따라서 박막 시편에 대한 다양한 시험 방법들이 개발되고 있다. 마이크로미터 정도의 크기를 갖는 시편의 물성 시험에 있어서, 시편의 제작, 마운팅(mounting), 부착(attachment) 등의 과정뿐만 아니라, 시편의 변형 측정은 벌크 소재의 시험과 비교할 때 매우 어렵고 곤란하다. 시편의 크기가 매우 작아 변형 측정을 위해서는 비접촉식으로 측정을 해야 하며, 정밀한 시험결과 를 얻기 위해서는 해상도(또는, 감도)가 높고, 인장시험이나 피로시험 등의 시험 목적에 맞는 효율적인 측정이 가능한 측정법이 요구되고 있다.
수 마이크로미터 두께의 시편에 대한 변형 측정에 있어서, 일반적인 벌크 소재 시편의 변형 측정과 같이 시편 표점거리 내에서의 변형률을 직접 측정하는 것은 매우 어렵다. 일반적으로 수 마이크로미터 두께의 시편에 적용되는 대표적인 변형 측정 방법으로는 레이저 간섭무늬를 이용한 모아레(moire) 측정법, 레이저 인터페로메트리법, 그리고 ISDG(Interferometric Strain/Displacement Gauge)법 및 기타 광학적인 측정법이 있다. 그러나, 이들 측정법들은, 변형 측정의 해상도(감도)가 높은데 반해 그 측정 범위가 작으므로, 국부적인 시편의 변형 측정은 용이하나 거시적인 시편의 변형 측정은 어렵다는 한계를 안고 있다.
또한, 전술한 종래의 변형 측정 방법들은, 측정 데이터로부터 시편의 변형이나 변형률을 직접 계산할 수 없으며 별도의 데이터 처리나 계산과정을 거쳐야 하므로, 그 측정 속도가 매우 낮아 변형 측정시 시험 주파수를 대략 1 Hz 이내로 제한해야 하는 문제점이 있다.
그리고, 소재의 피로특성에 대하여 여러가지 인자에 의한 영향에 대해서는 벌크 소재의 경우에는 비교적 잘 알려져 있으나, 수 마이크로미터 두께의 박막에 대해서는 연구 초기 단계로서 아직까지 명확한 연구결과가 미비한 실정이다. 따라서, 변형의 측정 속도는 박막의 피로특성 연구에 있어 매우 중요한 의미를 갖는다. 기존 변형 측정 방법들의 낮은 측정 속도는 피로 거동을 비롯한 박막의 기계적인 특성을 파악하는데 있어서 반드시 극복해야 할 장애물이라고 할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 시편, 특히, MEMS 기기 분야에 이용되는 수 마이크로미터 두께의 시편의 변형을 측정함에 있어서, 높은 측정 속도를 가지며, 또한, 그 측정의 선형성이 향상된 정전용량형 변위 게이지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는, 서로 상대적으로 증감되는 정전용량 변화량들을 시편의 변형 측정에 이용하여 시편 변형 측정의 선형성을 향상시키되 그 선형성 향상과 대립되는 측정 감도(또는, 해상도)의 희생을 최소한으로 줄여줄 수 있는 정전용량형 변위 게이지를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 따른 기술적 과제는, 서로 상대적으로 증감되는 정전용량 변화량들을 시편의 변형 측정에 이용하여, 시편 변형 측정의 선형성을 향상시키되, 선형성 향상과 대립되는 측정 감도(또는, 해상도)의 희생을 최소한으로 줄여주면서 시편의 변형을 측정하는 방법을 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 정전용량의 변화량을 이용하여 인가되는 하중에 의한 시편의 변형을 측정하는 정전용량형 변위 게이지를 제공한다. 본 발명에 따른 정전용량형 변위 게이지는, 프레임과; 상기 프레임의 일측에 제공되는 액츄에이터와; 상기 액츄에이터의 구동에 의해 직선 이동되는 제 1 그립과 상기 프레임에 고정된 제 2 그립으로 이루어지되, 상기 제 1 및 제 2 그립이 시편의 양단을 지지하는 그립 수단과; 상기 액츄에이터의 구동에 의해 상기 제 1 그립과 함께 직선 이동하는 가동 전극체와, 상기 가동 전극체에 대향되도록 상기 프레임에 고정 설치된 고정 전극체가 구비된 전극유닛을 포함하여, 상기 제 1 그립 및 상기 가동 전극체가 함께 이동하여 상기 시편이 변형할 때, 상기 가동 전극체와 상기 고정 전극체 사이의 대향면적 및 이에 따른 정전용량이 변화되도록 한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 정전용량형 변위 게이지에 있어서, 상기 가동 전극체는 제 1 전극이고 상기 고정 전극체는 서로 절연된 채 상기 프레임에 고정 설치된 제 2 및 제 3 전극이며, 상기 제 1 전극이 직선 이동할 때, 상기 제 1 전극에 대한 상기 제 2 및 제 3 전극의 대향면적 및 이에 따른 정전용량이 상대적으로 증감되도록 한 것이다.
상기 고정 전극체는 중공형 프레임의 내측에 고정 설치되어 상기 가동 전극체가 이동되는 공간을 내부 중앙에 형성하는 중공 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 가동 전극체는 시편에 하중을 인가하기 위한 액츄에이터의 선단에 연결되고 상기 가동 전극체 상에 상기 제 1 그립이 일체로 연결되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제 2 및 상기 제 3 전극은 동일 면적으로 이루어지고, 시편에 대한 변형 측정 초기에, 상기 제 1 전극에 대한 상기 제 2 및 제 3 전극의 대향면적은 서로 같은 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 프레임과; 상기 프레임의 일측에 제공되는 액츄에이터와; 상기 액츄에이터의 구동에 의해 직선 이동되는 제 1 그립과 상기 프레임에 고정된 제 2 그립으로 이루어진 그립 수단과; 및 상기 액츄에이터의 구동에 의해 상기 제 1 그립과 함께 직선 이동하는 가동 전극체와, 상기 가동 전극체에 대향되도록 상기 프레임에 고정 설치된 고정 전극체가 구비된 전극유닛을 포함하는 정전용량형 변위 게이지를 이용하여 시편의 변형을 측정하는 방법을 제공한다. 상기 방법은, (a) 상기 제 1 및 제 2 그립으로 시편의 양단을 지지하는 단계와; (b) 상기 액츄에이터를 구동하여 상기 제 1 그립과 상기 가동 전극체를 함께 직선 이동시키는 것에 의해, 상기 가동 전극체와 상기 고정 전극체 사이의 대향면적이 변화되도록 하는 단계와; (c) 상기 대향면적 변화에 따른 정전용량 변화값을 이용하여 상기 시편의 변형을 측정하는 단계를 포함한다.
정전용량형 변위 게이지는, 표점거리 내의 시편의 변형을 직접 측정하는 대신 시편을 지지하는 두 그립(grip) 사이의 변형을 측정하여 시편의 표점 거리 내의 변위로 환산하는 방식인 간접 측정식 변위 게이지로서, 변형 측정의 해상도가 매우 높고, 수 kHz의 시험주파수에서도 정밀한 변형 측정이 가능할 정도로 측정 속도도 매우 높다는 이점을 갖는다.
정전용량형 변위 게이지는, 도 1의 (a) 및 (b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 거리형과 면적형으로 구분된다. 거리형의 정전용량형 변위 게이지는, 도 1의 (a)로 알 수 있는 바와 같이, 도체 간의 대향면적(A)이 일정하고 거리(d)의 변화에 의한 정전용량 (ΔC)으로부터 시편의 변형을 측정하는 방식으로 되어 있으며 아래의 [수학식 1]과 같이 표시된다.
Figure 112006010114995-pat00001
여기서, ε과εo는 각각 진공의 유전율(dielectric constant)과 도체로 이루어진 두 전극 사이에 있는 물질의 비유전율(specific dielectric constant)이며, 위의 [수학식 1]과 같이 변형 측정의 감도(ΔC/Δd)는 1/d2에 비례한다. 이때, d는 도체로 이루어진 두 전극 사이의 거리이다.
또한, 면적형의 정전용량형 변위 게이지는, 도 1의 (b)로 알 수 있는 바와 같이, 두 도체 간의 거리(d)는 일정하게 유지되고 대향면적(A)의 변화에 의한 정전용량의 변화로부터 변형을 측정하는 방식으로서, 변형 측정의 감도는 아래의 [수학 식 2]와 같이 표시된다.
Figure 112006010114995-pat00002
여기에서, ε과εo는 각각 진공의 유전율(dielectric constant)과 도체로 이루어진 두 전극 사이에 있는 물체의 비유전율(specific dielectric constant)이고, Δh는 대향면적(A)을 변화시키는 높이의 변화량이고 b는 항상 일정한 대향면적(A)의 폭을 나타낸다.
위의 [수학식 1]과 [수학식2]로부터 알 수 있는 바와 같이, 거리형의 정전용량형 변위 게이지는, 그 변형의 측정 감도가 1/d2에 비례한다는 점에서 변형 측정의 선형성이 떨어지는 단점이 있는 반면, 면적형의 정전용량 변위 게이지는 변형 측정의 연속적인 선형성이 높고 변형의 측정 폭이 보다 넓다는 장점을 갖고 있다.
마이크로 스케일의 시편의 경우, 그 길이가 대략 수백에서 수천 ㎛정도이며, 따라서, 변위 게이지의 감도는 수 ㎛ 정도면 충분할 것으로 판단된다. 이러한 측면에서, 거리형에 비해 감도가 상대적으로 낮지만 선형성이 훨씬 우수한 면적형의 정전용량형 변위 게이지가 대략 수 마이크로미터 크기를 갖는 시편의 물성 시험, 특히, 피로시험 또는 그 시험을 위한 시편의 변형 측정에 보다 유용하게 이용될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하기로 한다.
<실시예>
도 2 및 도 3은, 본 발명의 실시예에 따른 정전용량형 변위 게이지(이하, '변위 게이지'라 함)를 도시한 사시도로서, 각각 시편이 장착 및 제거된 상태에서 변위 게이지를 도시한다. 그리고, 도 2 및 도 3은 제 1 전극, 제 2 전극, 그리고, 제 3 전극으로 이루어진 전극유닛을 보이기 위해 변위 게이지 프레임 일부가 절개된 채 도시되어 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 변위 게이지(1)는 프레임(10)과, 시편(S)의 양단을 지지하는 제 1 및 제 2 그립(20, 30)과, 시편의 변형에 상응하는 정정용량 변화를 발생시키는 전극유닛(60) 등을 포함한다. 그리고, 상기 제 1 그립(20)은 액츄에이터(40; 일부만이 도시됨)에 의해 이동될 수 있도록 구성된다.
상기 프레임(10)은, 전극유닛(60) 및 제 1 그립(20)이 위치되는 중공형의 하부 프레임부(12)와, 시험자에 의한 시편(S)의 장착 및 분리가 이루어지는 중간 프레임부(14)와, 제 2 그립(30)이 고정되는 상부 프레임부(16)로 이루어진다. 상기 하부 프레임부(12)는 중공 원통형 구조로 형성되어 그 내측 중공에는 액츄에이터(40)에 의해 상, 하로 이동되는 제 1 그립(20) 및 그 제 1 그립(20)과 일체로 상하 이동되는 제 1 전극(62)이 위치된다.
그리고, 상기 하부 프레임부(12)의 내측면에는 상기 제 1 전극(62)과 소정 간격을 두고 대향하는 제 2 및 제 3 전극(64, 66)이 대략 중공 원통형의 형상으로 고정 설치된다. 위와 같이, 상기 제 2 및 제 3 전극(64, 66)은, 하부 프레임부(12)에 고정 설치되는 고정 전극체들로서, 상기 하부 프레임부(12)의 일부 또는 소정의 절연체에 의해 서로 전기 절연되어 있다. 그리고, 상기 제 2 및 제 3 전극(64, 66)은 동일한 면적으로 마련되는데, 이는 제 2 및 제 3 전극(64, 66)과 제 1 전극(62)과의 상호 작용에 의해 서로 동일한 정전용량의 증가 및 감소를 얻고 그 정전용량의 증감을 이용한 시편(S)의 변형 측정 초기에 정전용량의 증감값을 0으로 세팅하기 쉽게 하기 위함이다.
또한, 상기 제 1 전극(62)은, 액츄에이터(40)의 선단에 연결되어 직선 이동하는 대략 원통형의 가동 전극체로서, 그 윗면에는 시편(S)의 하단을 지지하기 위한 제 1 그립(20)이 일체로 연결되어 있다. 따라서, 액츄에이터(40)의 구동에 의해, 제 1 전극(62)과 제 1 그립(20)은 함께 이동될 수 있다. 특히, 제 1 그립(20)은, 액츄에이터(40) 구동에 따른 이동에 의해, 제 1 그립(20)과 이와 마주하는 제 2 그립(30) 사이에 지지된 시편(S)을 변형시키는 하중을 인가할 수 있다. 그리고, 상기 시편(S)에 가해지는 하중은 제 2 그립(30) 상단 부근에 위치된 로드셀(70)에 의해 연속적으로 측정될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 시편(S)에 가해지는 하중은 인장하중이며, 이 인장하중이 시편에 인가되면, 시편(S)은 신장 방향으로 변형된다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 그립(20, 30)은 시편(S)의 부착 지지를 위한 단차부(22, 32)를 구비하며, 시편(S)은 변형 측정의 시험 전에 그 단부 부근의 면이 상기 단차부(22, 32) 상에 부착된다.
한편, 제 1 전극(62)은, 제 2 전극(64) 및 제 3 전극(66)에 소정의 갭을 두고 대향된 상태로 위치된다. 그리고, 제 1 전극(62)은 시편(S)의 변형 측정 초기에 제 2 전극(64)과 제 3 전극(66)의 중간에서 그 제 2 및 제 3 전극(64, 66)과 대향하는 위치에 있으며, 이때에는, 제 2 및 제 3 전극(64, 66)에 대한 제 1 전극(62)의 대향면적이 동일하므로 제 2 및 제 3 전극(64, 66)에서의 정전용량의 증감값은 0이 된다.
그러나, 제 1 그립(20)이 아래쪽으로 이동하여 시편(S)이 신장방향으로 변형되는 경우, 이와 대응되게, 제 1 전극(62)을 형성하는 원통형의 가동 전극체 또한 아래쪽으로 이동된다. 따라서, 상기 제 2 전극(64)과 상기 제 1 전극(62) 사이의 대향면적이 증가된다. 이러한 두 전극(62, 64) 사이의 대향면적 증가는 ΔC 만큼 정전용량을 증가시키게 된다. 이와 동시에, 제 1 전극(62)과 제 3 전극(66) 사이의 대향면적은 감소되는데, 이러한 대향면적의 감소는 제 1 전극(62)과 제 3 전극 사이의 정전용량을 -ΔC 만큼 감소시키게 된다.
도 4는 위에서 언급된 제 1 전극(62)에 대한 제 2 및 제 3 전극(64, 66)의 대향면적 증감 및 이에 따른 정전용량 증감을 설명하기 위한 도면으로서, 도 4의 (a)는 시편(S)에 대한 하중 인가 전에 제 1 전극(62)에 대한 제 2 및 제 3 전극(64, 66)의 대향면적(A1, A2)이 동일한 상태를 보여주고, 도 4의 (b)는 시편(S)에 대한 하중 인가에 의해, 제 1 전극(62)에 대한 제 2 전극(64)의 대향면적(A1)이 증가되고, 제 1 전극에 대한 제 3 전극(66)의 대향면적(A2)이 감소된 상태를 보여준 다.
또한, 도 5는 제 1 전극(62)과 제 2 전극(64)에 의해 형성되는 제 1 가변 커패시터(6a)와 제 1 전극(62)과 제 3 전극(66)에 의해 형성되는 제 2 가변 커패시터(6b)를 보여주는 전기회로도이다.
도 5를 참조하면, 제 1 가변 커패시터(6a)는 도 4의 (b)에 도시된 전극(62, 64) 간의 대향면적 증가에 의해 ΔC 만큼 증가된 정전용량을 갖게 된다. 그리고, 제 2 가변 커패시터(6b)는 도 4의 (b)에 도시된 전극(62, 66) 간의 대향면적 감소에 의해 ΔC 만큼 감소된 정전용량을 갖게 된다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 가변 커패시터(6a, 6b)는 정전용량의 변화량을 전압값으로 출력하는 엠프(8)에 연결되며, 이 엠프(8)는 상기 제 1 및 제 2 가변 커패시터(6a, 6b)에서의 총 정전용량 변화량 2ΔC에 비례하는 결과를 출력하게 된다. 도 5에서 상기 엠프(8)의 일부가 그 내부에 복수의 다이오드와, 고정 커패시터와, 전원 등을 포함되는 것으로 개략적으로 도시되어 있는데, 이는 본 발명을 한정하는 것은 아니며 다양한 형태의 엠프(8)가 정전용량의 변화량에 상응하는 전압값 출력에 이용될 수 있다.
위에서, 접지를 이루는 제 1 전극(62)이 이동되고 이에 대향되는 제 2 및 제 3 전극(64, 66)이 고정되는 것으로 설명되었다. 이와 반대로, 제 2 및 제 3 전극(64, 66)이 이동하고 제 1 전극(62)이 고정되는 것도 고려될 수 있으나, 이 경우, 제 2 및 제 3 전극(64, 66)에 연결된 전선의 정전 용량 변화에 의해 시편의 변형 측정시 많은 노이즈가 발생될 수 있다.
도 6은 전술한 변위 게이지를 이용한 시편의 변형 측정방법을 개략적으로 도 시한 순서도이다. 도 1 내지 도 6을 참조하여, 상기 변형 측정방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 변위 게이지(1)를 초기 상태로 세팅시킨다(S11). 이러한 세팅은 제 1 전극(62)을 제 2 전극(64)과 제 3 전극(66)의 중간에 위치시켜 각 전극 간 대향면적들을 서로 같게 하고 시편(S)의 양단을 예를 들면, 부착 등의 본딩 방식을 이용하여 제 1 및 제 2 그립(20, 30) 상에 지지시키는 것을 통해 이루어진다. 위의 초기 세팅이 완료되면, 액츄에이터(40)를 구동시켜 제 1 그립(20) 및 제 1 전극(62)을 이동시킨다. 제 1 그립(20, 30)의 이동에 의해 시편(S)은 변형되고, 이와 동시에 상기 제 1 전극(62)에 대한 상기 제 2 및 제 3 전극(64, 66)의 대향면적 각각은 상대적으로 증감된다(S12). 그 다음, 전극간의 대향면적 증감에 따른 정전용량을 증감 변화량을 측정하고 그 측정된 증감 변화량을 이용하여 시편(S)의 변형을 측정한다(S13). 이 때, 정전용량의 총 변화량은 엠프(8)에 의해 전압값으로 출력될 수 있다.
이상에서는 본 발명이 특정 실시예를 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서, 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.
본 발명은 시편, 특히, MEMS 기기 분야에 이용되는 수 마이크로미터 두께의 시편의 변형을, 높은 측정 속도로, 그리고, 향상된 측정의 선형성으로 실시간 측정 할 수 있게 해주는 효과를 제공한다. 그리고, 본 발명은, 상대적으로 증감되는 두 정전용량의 변화량을 이용함으로써, 시편 변형 측정의 선형성 향상을 위한 변형 측정 감도(또는, 해상도)의 희생을 최소화하는 효과를 제공한다.

Claims (10)

  1. 프레임과;
    상기 프레임의 일측에 제공되는 액츄에이터와;
    상기 액츄에이터의 구동에 의해 직선 이동되는 제 1 그립과 상기 프레임에 고정된 제 2 그립으로 이루어지되, 상기 제 1 및 제 2 그립이 시편의 양단을 지지하는 그립 수단과;
    상기 액츄에이터의 구동에 의해 상기 제 1 그립과 함께 직선 이동하는 가동 전극체와, 상기 가동 전극체에 대향되도록 상기 프레임에 고정 설치된 고정 전극체가 구비된 전극유닛을 포함하여,
    상기 제 1 그립 및 상기 가동 전극체가 함께 이동하여 상기 시편이 변형할 때, 상기 가동 전극체와 상기 고정 전극체 사이의 대향면적 및 이에 따른 정전용량이 변화되도록 한 것을 특징으로 하는 정전용량형 변위 게이지.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 가동 전극체는 제 1 전극이고 상기 고정 전극체는 서로 절연된 채 상기 프레임에 고정 설치된 제 2 및 제 3 전극이며, 상기 제 1 전극이 직선 이동할 때, 상기 제 1 전극에 대한 상기 제 2 및 제 3 전극의 대향면적 및 이에 따른 정전용량이 상대적으로 증감되도록 한 것을 특징으로 하는 정전용량형 변위 게이지.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 그립과 마주하는 제 2 그립 부근에는 상기 시편에 인가되는 하중을 측정하기 위한 로드셀이 마련됨을 특징으로 하는 정전용량형 변위 게이지.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 고정 전극체는 중공형 프레임의 내측에 고정 설치되어 상기 가동 전극체가 이동되는 공간을 내부 중앙에 형성하는 중공 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전용량형 변위 게이지.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 가동 전극체는 시편에 하중을 인가하기 위한 상기 액츄에이터의 선단에 연결되고 상기 가동 전극체 상에 상기 제 1 그립이 일체로 연결된 것을 특징으로 하는 정전용량형 변위 게이지.
  6. 청구항 2에 있어서, 상기 제 2 및 상기 제 3 전극은 동일 면적으로 이루어지고, 시편에 대한 변형 측정 초기에, 상기 제 1 전극에 대한 상기 제 2 및 제 3 전극의 대향면적은 서로 같은 것을 특징으로 하는 정전용량형 변위 게이지.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 시편은 마이크로미터 두께의 박막인 것을 특징으로 하는 정전용량형 변위 게이지.
  8. 프레임과; 상기 프레임의 일측에 제공되는 액츄에이터와; 상기 액츄에이터의 구동에 의해 직선 이동되는 제 1 그립과 상기 프레임에 고정된 제 2 그립으로 이루어진 그립 수단과; 및 상기 액츄에이터의 구동에 의해 상기 제 1 그립과 함께 직선 이동하는 가동 전극체와, 상기 가동 전극체에 대향되도록 상기 프레임에 고정 설치된 고정 전극체가 구비된 전극유닛을 포함하는 정전용량형 변위 게이지를 이용하여 시편의 변형을 측정하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 제 1 및 제 2 그립으로 시편의 양단을 지지하는 단계와;
    (b) 상기 액츄에이터를 구동하여 상기 제 1 그립과 상기 가동 전극체를 함께 직선 이동시키는 것에 의해, 상기 가동 전극체와 상기 고정 전극체 사이의 대향면적이 변화되도록 하는 단계와;
    (c) 상기 대향면적 변화에 따른 정전용량 변화값을 이용하여 상기 시편의 변형을 측정하는 단계를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 변위 게이지를 이용한 시편의 변형 측정방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 가동 전극체는 제 1 전극이고 상기 고정 전극체는 서로 절연된 채 상기 프레임에 고정 설치된 제 2 및 제 3 전극이되,
    상기 (a) 단계는, 상기 제 1 전극에 대한 상기 제 2 및 제 3 전극의 대향면적을 같게 세팅한 후, 상기 제 1 전극이 직선 이동할 때, 상기 제 1 전극에 대한 상기 제 2 및 제 3 전극의 대향면적 및 이에 따른 정전용량이 상대적으로 증감되도록 하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 변위 게이지를 이용한 시편의 변형 측정방법.
  10. 청구항 8 또는 9에 있어서, 상기 시편은 마이크로미터 두께의 박막인 것을 특징으로 하는 정전용량형 변위 게이지를 이용한 시편의 변형 측정방법.
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