KR101473339B1 - Self generating sensor of installable at vibrating structure - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 진동 구조물에 설치되는 센서 내부에 압전소자를 탑재하여 자가 발전 기능을 갖도록 한 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE
진동이 발생되는 구조물을 설명의 편의상 진동 구조물이라 한다. The structure in which vibration is generated is referred to as a vibration structure for convenience of explanation.
특히, 선박 또는 기타 엔진의 내부 베어링이나 크랭크 기어 등과 모터의 내부 코일이나 코어, 변압기 등의 내부 오일과 관련된 환경조건(예: 온도, 습도, 가속도, 변위, 자이로 등)의 변화를 측정하는 작업이 요청되는 데, 대부분 외부 전원을 공급받아 신호를 출력하는 센서를 이용한다. In particular, the task of measuring changes in environmental conditions (eg temperature, humidity, acceleration, displacement, gyro, etc.) related to internal bearings or crank gears of ships or other engines, internal coils or cores of motors, Most of them use sensors that are supplied with external power and output signals.
만일, 센서 자체의 자가 발전이 가능해 질 경우, 불필요한 전력 사용을 줄일 수 있다. If self-power generation of the sensor itself is possible, unnecessary power consumption can be reduced.
압전 세라믹 소자는 기계적 응력을 걸면 전압이 발생하고, 반대로 전압을 걸면 일그러짐이 발생하는 수정이나 압전 세라믹스 등을 사용한 소자를 말한다. 이를 센서에 적용할 경우, 자가 발전 기능을 갖는 센서의 개발이 가능해 질것이다.
Piezoelectric ceramics refers to devices using piezoelectric ceramics or the like, which generates a voltage when mechanical stress is applied and a distortion occurs when a voltage is applied to the piezoelectric ceramic device. When this is applied to a sensor, it will be possible to develop a sensor having a self-generating function.
본 발명과 관련된 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제2011-0018586호(2011. 02. 24. 공개)가 있으며, 상기 선행문헌에는 압전소자를 이용한 발전장치에 관한 기술이 개시되어 있다.
Prior art related to the present invention is Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-0018586 (published on Mar. 23, 2011), and the prior art discloses a technique relating to a power generation apparatus using a piezoelectric element.
본 발명은 진동 구조물에 설치되는 센서 내부에 압전소자를 탑재하여 자가 발전 기능을 갖도록 한 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서를 제공한다.
The present invention provides a self-generating sensor for mounting a vibrating structure having a self-generating function by mounting a piezoelectric element inside a sensor installed in a vibrating structure.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned here can be understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 실시예에 따른 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서는, 진동 구조물의 벽면에 체결되며 외주를 따라 나사산이 구비되며, 내부 중심을 통해 중공이 형성된 몸체부; 상기 몸체부의 중공을 통해 삽입되어 상기 몸체부가 체결된 진동 구조물의 내부 조건을 검출하는 센싱유닛; 상기 몸체부의 머리 부위에 연결되는 헤드부; 상기 헤드부에 내장되며, 상기 진동 구조물로부터 발생된 진동을 이용하여 상기 센싱유닛에서 필요한 전원을 발생시키는 압전부재; 및 상기 압전부재에서 발생된 전원을 충전하여 상기 센싱유닛으로 공급하는 전원저장부;를 포함한다.A self-generating sensor for mounting a vibrating structure according to an embodiment of the present invention includes: a body portion, which is fastened to a wall surface of a vibrating structure and has threads along an outer periphery thereof and has a hollow formed therein; A sensing unit inserted into the hollow of the body to detect an internal condition of the vibrating structure fastened to the body; A head portion connected to a head portion of the body portion; A piezoelectric member embedded in the head unit and generating power required by the sensing unit using the vibration generated from the vibration structure; And a power storage unit that charges the power generated by the piezoelectric member and supplies the charged power to the sensing unit.
상기 센싱유닛은 진동 구조물의 온도, 습도, 가속도, 변위, 자이로(gyro) 중 적어도 하나 이상을 측정할 수 있다.The sensing unit may measure at least one of temperature, humidity, acceleration, displacement, and gyro of the vibrating structure.
상기 압전부재는, 상기 헤드부 내부에서 복수 개가 수평 배치될 수 있다.A plurality of the piezoelectric members may be arranged horizontally in the head portion.
상기 복수 개의 압전부재는 설정된 중심각을 두고 상호 이격하여 방사상으로 배치될 수 있다.The plurality of piezoelectric members may be radially arranged with a predetermined center angle being spaced apart from each other.
상기 복수 개의 압전부재는, 일단부가 상기 헤드부의 내측 벽면에 고정되고, 타단부가 상기 헤드부의 중심을 향해 구비될 수 있다.The plurality of piezoelectric members may have one end fixed to the inner wall surface of the head portion and the other end directed toward the center of the head portion.
상기 복수 개의 압전부재의 타단부 끝단에는 무게 추가 연결될 수 있다.And a weight may be additionally connected to the other ends of the plurality of piezoelectric members.
상기 센싱유닛은, 상기 몸체부의 중공 단면의 크기와 동일하게나 혹은 이보다 작은 직경을 갖는 핀(Pin)형 몸체를 가지며, 상기 몸체부의 중공 내에 구비된 탄성부재에 의해 지지될 수 있다.The sensing unit may have a pin-shaped body having a diameter equal to or smaller than the size of the hollow section of the body, and may be supported by an elastic member provided in the hollow of the body.
상기 압전부재는, 압전판과, 상기 압전판의 상, 하면 중 적어도 일면에 구비되는 전극을 포함한다.The piezoelectric member includes a piezoelectric plate and electrodes provided on at least one of the upper and lower surfaces of the piezoelectric plate.
상기 압전판은, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Zn,Nb)O3, (Ba,Bi,Na)TiO3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Ni,Nb)O3, (Na,K)NbO3-(Li,Na,K)TaO3, Pb(Zr,Ti)O3＋PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3＋실리콘 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머 중 선택된 하나로 형성될 수 있다.Wherein the piezoelectric plate is made of a material selected from the group consisting of Pb (Zr, Ti) O3 + Pb (Zn, Nb) O3, (Ba, Bi, Na) TiO3, Pb (Zr, Ti) O3 + (Zr, Ti) O 3 + silicone polymer, and Pb (Zr, Ti) O 3 + epoxy polymer, for example, Li, Na, K) TaO 3, Pb (Zr, Ti) O 3 + PVDF polymer.
상기 전극은, 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 탄탈륨 질화물(TaN) 및 티타늄 질화물(TiN) 중 선택된 1종 이상으로 형성될 수 있다.
The electrode may be formed of at least one selected from the group consisting of Pt, Au, Ag, Al, Ta, Pd, Ru, TaN, And titanium nitride (TiN).
본 발명의 일 실시예에 따른 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서는, 진동 구조물의 벽면에 체결되며 외주를 따라 나사산이 구비되며, 내부 중심을 통해 중공이 형성된 몸체부; 상기 몸체부의 중공을 통해 삽입되어 상기 몸체부가 체결된 진동 구조물의 내부 조건을 검출하는 센싱유닛; 상기 몸체부의 머리 부위에 연결되는 헤드부; 상기 헤드부에 내장되며, 상기 진동 구조물로부터 발생된 진동을 이용하여 상기 센싱유닛에 필요한 전원을 발생시키는 압전부재; 상기 압전부재에서 발생된 전원을 충전하여 상기 센싱유닛으로 공급하는 전원저장부; 및 상기 헤드부에 내장되며, 상기 전원저장부로부터 전원을 공급받아 상기 센싱유닛에서 검출된 신호를 외부로 무선 전송하는 무선송수신부;을 포함한다.A self-generating sensor for mounting a vibrating structure according to an embodiment of the present invention includes: a body portion, which is fastened to a wall surface of a vibrating structure and has threads along an outer periphery thereof and has a hollow formed therein; A sensing unit inserted into the hollow of the body to detect an internal condition of the vibrating structure fastened to the body; A head portion connected to a head portion of the body portion; A piezoelectric member built in the head unit and generating a power required for the sensing unit using the vibration generated from the vibration structure; A power storage unit for charging the power generated by the piezoelectric member and supplying the power to the sensing unit; And a wireless transmission / reception unit built in the head unit and receiving power from the power storage unit and wirelessly transmitting the signal detected by the sensing unit to the outside.
상기 센싱유닛은 진동 구조물의 온도, 습도, 가속도, 변위, 자이로(gyro) 중 적어도 하나 이상을 측정할 수 있다.The sensing unit may measure at least one of temperature, humidity, acceleration, displacement, and gyro of the vibrating structure.
상기 압전부재는, 상기 헤드부 내부에서 복수 개가 수평 배치될 수 있다.A plurality of the piezoelectric members may be arranged horizontally in the head portion.
상기 복수 개의 압전부재는 설정된 중심각을 두고 상호 이격하여 방사상으로 배치될 수 있다.The plurality of piezoelectric members may be radially arranged with a predetermined center angle being spaced apart from each other.
상기 복수 개의 압전부재는, 일단부가 상기 헤드부의 내측 벽면에 고정되고, 타단부가 상기 헤드부의 중심을 향해 구비될 수 있다.The plurality of piezoelectric members may have one end fixed to the inner wall surface of the head portion and the other end directed toward the center of the head portion.
상기 복수 개의 압전부재의 타단부 끝단에는 무게 추가 연결될 수 있다.And a weight may be additionally connected to the other ends of the plurality of piezoelectric members.
상기 센싱유닛은, 상기 몸체부의 중공 단면의 크기와 동일하게나 혹은 이보다 작은 직경을 갖는 핀(Pin)형 몸체를 가지며, 상기 몸체부의 중공 내에 구비된 탄성부재에 의해 지지될 수 있다.The sensing unit may have a pin-shaped body having a diameter equal to or smaller than the size of the hollow section of the body, and may be supported by an elastic member provided in the hollow of the body.
상기 압전부재는, 압전판과, 상기 압전판의 상, 하면 중 적어도 일면에 구비되는 전극을 포함한다. The piezoelectric member includes a piezoelectric plate and electrodes provided on at least one of the upper and lower surfaces of the piezoelectric plate.
상기 압전판은, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Zn,Nb)O3, (Ba,Bi,Na)TiO3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Ni,Nb)O3, (Na,K)NbO3-(Li,Na,K)TaO3, Pb(Zr,Ti)O3＋PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3＋실리콘 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머 중 선택된 하나로 형성될 수 있다.Wherein the piezoelectric plate is made of a material selected from the group consisting of Pb (Zr, Ti) O3 + Pb (Zn, Nb) O3, (Ba, Bi, Na) TiO3, Pb (Zr, Ti) O3 + (Zr, Ti) O 3 + silicone polymer, and Pb (Zr, Ti) O 3 + epoxy polymer, for example, Li, Na, K) TaO 3, Pb (Zr, Ti) O 3 + PVDF polymer.
상기 전극은, 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 탄탈륨 질화물(TaN) 및 티타늄 질화물(TiN) 중 선택된 1종 이상으로 형성될 수 있다.
The electrode may be formed of at least one selected from the group consisting of Pt, Au, Ag, Al, Ta, Pd, Ru, TaN, And titanium nitride (TiN).
본 발명의 일 실시예 의하면 진동 구조물에 설치되는 센서 내부에 압전소자를 탑재하여 구조물 자체로부터 발생되는 진동을 이용하여 센서 구동에 필요한 전원을 스스로 발전할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a piezoelectric element is mounted in a sensor installed in a vibrating structure, and a power source necessary for driving the sensor can be developed by itself using vibration generated from the structure itself.
특히, 선박 또는 기타 엔진의 내부 베어링이나 크랭크 기어 등과 모터의 내부 코일이나 코어, 변압기 등의 내부 오일과 관련된 환경조건(예: 온도, 습도, 가속도, 변위, 자이로 등)의 변화를 자가 발전식으로 측정해 낼 수 있다. 그리고 측정해 낸 신호를 무선으로 송수신할 수 있다.
In particular, the changes in environmental conditions (eg temperature, humidity, acceleration, displacement, gyro, etc.) related to internal bearings or crank gears of ships or other engines, internal coils or cores of motors, Can be measured. The measured signal can be transmitted and received wirelessly.
도 1은 진동 구조물의 일 예로서 선박의 엔진 룸을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서의 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서의 평면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서의 사용도.1 schematically shows an engine room of a ship as an example of a vibrating structure;
2 is a perspective view of a self-powered sensor for mounting a vibrating structure according to an embodiment of the present invention;
3 is a cross-sectional view of a self-powered sensor for mounting a vibrating structure in accordance with an embodiment of the present invention.
4 is a plan view of a self-powered sensor for mounting a vibrating structure according to an embodiment of the present invention;
5 is a diagram illustrating the use of a self-powered sensor for mounting a vibrating structure in accordance with an embodiment of the present invention.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or preliminary meaning and the inventor shall appropriately define the concept of the term in order to best explain its invention It should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. It should be noted that the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention, It should be understood that various equivalents and modifications are possible.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a self-generating sensor for mounting a vibrating structure according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 진동 구조물의 일 예로서 선박의 엔진 룸을 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a view schematically showing an engine room of a ship as an example of a vibrating structure.
도 1에 도시된 선박(1)의 엔진 룸(10)과 같은 구조물은 자체적으로 어느 정도의 고유 진동이 항상 발생되는 것으로, 본 발명에서는 이러한 구조물을 진동 구조물이라 지칭한다. A structure such as the
만일 온도(T)의 측정이 요구될 경우, 별도의 외부 전원을 이용하는 온도 센서를 다수 이용하여야 한다. 이 외에도, 다양한 환경조건(예: 온도, 습도, 가속도, 변위, 자이로 등)의 변화를 측정하는 용도로서, 다수의 센서가 이용될 수 있다.
If measurement of the temperature (T) is required, a plurality of temperature sensors using a separate external power source should be used. In addition, a number of sensors may be used to measure changes in various environmental conditions (e.g., temperature, humidity, acceleration, displacement, gyro, etc.).
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서의 사시도 이다. 2 is a perspective view of a self-generating sensor for mounting a vibrating structure according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 도시된 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서(100)는 진동 구조물의 벽면에 설치 가능한 몸체부(110), 몸체부에 구비되어 진동 구조물의 다양한 조건(예: 온도, 습도, 가속도, 변위, 자이로 등)을 검출하는 센싱유닛(130), 몸체부의 머리 부위에 연결되는 헤드부(120), 진동 구조물로부터 발생된 진동을 이용하여 전원을 발생하는 압전부재(140), 압전부재에서 발생된 전원을 충전하여 센싱유닛으로 공급하는 전원저장부(미도시)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the self-
여기서, 진동 구조물은, 진동이 발생되는 구조물로서, 선박 또는 기타 엔진의 내부 베어링이나 크랭크 기어 등과 모터의 내부 코일이나 코어, 변압기 등의 내부 오일과 관련된 환경조건(예: 온도, 습도, 가속도, 변위, 자이로 등)의 변화를 자가 발전식으로 측정해 낼 수 있는 자가 발전식 센서(100)가 제공된다.
Here, the vibrating structure is a structure in which vibration is generated, and is a structure in which environmental conditions (e.g., temperature, humidity, acceleration, displacement) related to internal bearings or crank gears of a ship or other engine, internal coils or cores of a motor, , Gyro, etc.) can be measured by a self-generating type sensor.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서의 단면도미여, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서의 평면도이다. FIG. 3 is a cross-sectional view of a self-generating sensor for mounting a vibrating structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a plan view of a self-generating sensor for mounting a vibrating structure according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 몸체부(110)는 볼트 형상 부재이다. As shown, the
특히, 용도 및 목적에 따라 다양한 형태로 제공되는 진동 구조물의 내부 벽면에 쉽게 체결이 가능한 형태로 제공된다. In particular, it is provided in a form that can be easily fastened to an inner wall surface of a vibration structure provided in various forms according to purposes and purposes.
하나의 예로서, 몸체부(110)의 외주에는 나사산이 구비될 수 있다. As an example, threads may be provided on the outer circumference of the
진동 구조물의 내부 벽면에 미리 마련된 나사 홈을 통해 상기 나사산이 손쉽게 체결될 수 있다.The thread can be easily fastened through a screw groove provided in advance on the inner wall surface of the vibrating structure.
그리고, 몸체부(110)의 내부 중심을 통해 중공(도 3의 110a)이 형성되어 있다. 이 중공(도 3의 110a)은 센싱유닛(120)가 삽입되는 공간이 된다.
A hollow (110a in FIG. 3) is formed through an inner center of the
센싱유닛(130)는 몸체부(110)의 중공(도 3의 110a)을 통해 삽입되어 상기 몸체부(110)가 체결되는 진동 구조물의 다양한 조건(예: 온도, 습도, 가속도, 변위, 자이로 등)을 검출한다. The
센싱유닛(130)는 몸체부의 중공 단면의 크기와 동일하게나 혹은 이보다 작은 직경을 갖는 핀(Pin)형 몸체를 가질 수 있다. 그리고 몸체부의 중공 내에 구비된 탄성부재(도 3의 S)에 의해 지지될 수 있다.
The
헤드부(120)는 몸체부의 머리 부위에 연결된다. The
압전부재(140)는 헤드부(12)에 내장되며, 진동 구조물로부터 발생된 진동을 이용하여 센싱유닛(130)에 필요한 전원을 발생시킨다.The
그리고 압전부재(140)에서 발생된 전원은 전원저장부(미도시)에 충전된 후, 상기 센싱유닛(130)에 공급될 수 있다.The power generated from the
별도로 도시하진 않았으나 전원저장부의 경우, 관용적으로 알려진 캐패시터(Capacitor) 또는 소형 배터리가 이용될 수 있다. Although not shown separately, in the case of the power source storage unit, a capacitor or a small battery, which are conventionally known, may be used.
도 3을 참조하면, 복수 개의 압전부재(140)가 헤드부(120)의 내부에서 수평 배치된 모습을 확인할 수 있다. 특히 상부 층의 제1압전부재(140a)와 하부 층의 제2압전부재(140b)를 포함한다.Referring to FIG. 3, it can be seen that a plurality of
그리고 도 4를 참조하면, 각 층에 배치된 압전부재(140)는 설정된 중심각(a)을 두고 상호 이격하여 방사상으로 배치된다. 구체적인 예로서, 45도의 중심각을 사이에 두고 8개의 압전부재(140)가 수평 배치될 수 있다.Referring to FIG. 4, the
상기 복수 개의 압전부재(140)는 일단부가 상기 헤드부(120)의 내측 벽면에 고정되고, 타단부가 상기 헤드부(120)의 중심을 향해 자유단을 형성할 수 있는데, 여기서, 타단부는 진동이 되는 끝단을 의미한다. 각각의 타단부 끝단에는 무게 추(141)가 연결되는 형태로 제공될 수 있다.One end of the plurality of
이에 따라, 몸체부(110) 및/또는 헤드부(120)로 전달된 구조물 자체의 진동은 상기의 압전부재(140)에 인가되어 전원이 발생된다.Accordingly, the vibration of the structure itself transmitted to the
이러한 압전부재(140)는 외부의 물리적인 힘(즉, 외력)을 받을 경우 전기적 에너지(즉, 전력)을 발생시키는 부재로서, 압전 세라믹 소자 등으로 알려져 있다.Such a
압전부재(140)는 별도로 도시하진 않았으나, 압전판과 그 상, 하면 중 적어도 일면에 구비되는 전극을 포함할 수 있다. Although not shown separately, the
압전판의 재질은 Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Zn,Nb)O3, (Ba,Bi,Na)TiO3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Ni,Nb)O3, (Na,K)NbO3-(Li,Na,K)TaO3, Pb(Zr,Ti)O3＋PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3＋실리콘 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머 중 선택된 하나로 형성될 수 있다. The material of the piezoelectric plate is Pb (Zr, Ti) O3 + Pb (Zn, Nb) O3, (Ba, Bi, Na) TiO3, (Zr, Ti) O 3 + silicone polymer, and Pb (Zr, Ti) O 3 + epoxy polymer, for example, Li, Na, K) TaO 3, Pb (Zr, Ti) O 3 + PVDF polymer.
그리고 전극은 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 탄탈륨 질화물(TaN) 및 티타늄 질화물(TiN) 중 선택된 1종 이상으로 형성될 수 있다. The electrode may be formed of a metal such as platinum (Pt), gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), tantalum (Ta), titanium (Ti), palladium (Pd), ruthenium (Ru), tantalum nitride And a nitride (TiN).
한편, 미 설명된 도 3의 도면부호 150은 무선송수신부로서, 이는 헤드부(120)에 내장되어, 센싱유닛(130)에서 검출된 신호를 외부, 예를 들어, 구조물 관리서버 등으로 전송한다. 3, a wireless transmission /
특히, 무선송수신부(150)가 저전력형일 경우, 상기 압전부재(140)로부터 발생되고, 전원저장부(미도시)에 충전된 전원을 공급받아 전기적으로 구동될 수 있다.
Particularly, when the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서의 사용도 이다. 5 is a view illustrating the use of a self-generating sensor for mounting a vibrating structure according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 별도의 외부 전원을 이용하지 않으면서 자체 발전을 통해 진동 구조물(10)의 내부 조건, 예를 들어 온도(T) 등을 측정해 낼 수 있다. 그리고 측정된 신호를 무선으로 송수신 할 수 있다. Referring to FIG. 5, it is possible to measure the internal conditions of the
특히, 이러한 자가 발전식 센서(100)에는 복수의 압전부재(140)가 구비되어, 진동 구조물(10)로부터 전달된 진동을 이용하여 전원이 생성된다. 그리고 압전부재(140)에서 발생된 전원은 캐패시터 또는 소형 배터리 등을 이용한 전원저장부에 충전된다. Particularly, the self-generating
전원저장부에 충전된 전원은 상기 센싱유닛(130)의 측정 용도에 사용됨은 물론, 저전력형의 무선송수신부(150)에도 공급될 수 있다. 그 결과 센싱유닛으로부터 자체적으로 신호가 검출되는 한편, 검출된 신호는 무선송수신부(150)에 의해 외부, 예를 들면 구조물 관리서버(160) 등으로 무선 전송될 수 있다.
The power source stored in the power source storage unit may be used for the measurement of the
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예 의하면 진동 구조물에 설치되는 센서 내부에 압전소자를 탑재하여 구조물 자체로부터 발생되는 진동을 이용하여 센서 구동에 필요한 전원을 스스로 발전할 수 있다. As described above, according to an embodiment of the present invention, a piezoelectric element is mounted in a sensor installed in a vibrating structure, and power required for driving the sensor can be developed by using the vibration generated from the structure itself.
특히, 선박 또는 기타 엔진의 내부 베어링이나 크랭크 기어 등과 모터의 내부 코일이나 코어, 변압기 등의 내부 오일과 관련된 환경조건(예: 온도, 습도, 가속도, 변위, 자이로 등)의 변화를 자가 발전식으로 측정해 낼 수 있다. 그리고 측정해 낸 신호를 무선으로 송수신할 수 있다.
In particular, the changes in environmental conditions (eg temperature, humidity, acceleration, displacement, gyro, etc.) related to internal bearings or crank gears of ships or other engines, internal coils or cores of motors, Can be measured. The measured signal can be transmitted and received wirelessly.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서에 관하여 살펴보았다. The self-generating sensor for mounting the vibrating structure according to the preferred embodiment of the present invention has been described above.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
It is to be understood that the above-described embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, and the scope of the present invention will be indicated by the appended claims rather than by the foregoing detailed description. It is intended that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims, as well as any equivalents thereof, be within the scope of the present invention.
10: 진동 구조물
100: 자가 발전식 센서
110: 몸체부
110a: 중공
120: 헤드부
130: 센싱유닛
140: 압전부재
140a: 제1압전부재
140b: 제2압전부재
141: 무게 추
150: 무선송수신부
160: 구조물 관리서버10: Vibration structure
100: Self-powered sensor
110:
110a: hollow
120:
130: sensing unit
140:
140a: a first piezoelectric member
140b: a second piezoelectric member
141: Weights
150: Wireless transmission /
160: Structure management server
Claims (20)
상기 몸체부의 중공을 통해 삽입되어 상기 몸체부가 체결된 진동 구조물의 내부 조건을 검출하는 센싱유닛;
상기 몸체부의 머리 부위에 연결되는 헤드부;
상기 헤드부에 내장되며, 상기 진동 구조물로부터 발생된 진동을 이용하여 상기 센싱유닛에서 필요한 전원을 발생시키는 압전부재; 및
상기 압전부재에서 발생된 전원을 충전하여 상기 센싱유닛으로 공급하는 전원저장부;를 포함하며,
상기 센싱유닛은 상기 몸체부의 중공 단면의 크기와 동일하게나 혹은 이보다 작은 직경을 갖는 핀(Pin)형 몸체를 가지며, 상기 몸체부의 중공 내에 구비된 탄성부재에 의해 지지되는 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서.
A body portion which is fastened to a wall surface of the vibrating structure and has a thread along an outer periphery thereof and has a hollow through an inner center thereof;
A sensing unit inserted into the hollow of the body to detect an internal condition of the vibrating structure fastened to the body;
A head portion connected to a head portion of the body portion;
A piezoelectric member embedded in the head unit and generating power required by the sensing unit using the vibration generated from the vibration structure; And
And a power storage unit which charges the power generated by the piezoelectric member and supplies the charged power to the sensing unit,
Wherein the sensing unit has a pin-shaped body having a diameter equal to or smaller than a size of a hollow cross-section of the body portion, and is supported by an elastic member provided in the hollow portion of the body portion, .
상기 센싱유닛은 진동 구조물의 온도, 습도, 가속도, 변위, 자이로(gyro) 중 적어도 하나 이상을 측정하는 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the sensing unit measures at least one of temperature, humidity, acceleration, displacement, and gyro of the vibrating structure.
상기 압전부재는, 상기 헤드부 내부에서 복수 개가 수평 배치되는 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the piezoelectric member is horizontally arranged in the head portion.
상기 복수 개의 압전부재는 설정된 중심각을 두고 상호 이격하여 방사상으로 배치되는 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서.
The method of claim 3,
Wherein the plurality of piezoelectric members are arranged radially with a predetermined center angle being spaced apart from each other.
상기 복수 개의 압전부재는,
일단부가 상기 헤드부의 내측 벽면에 고정되고, 타단부가 상기 헤드부의 중심을 향해 구비되는 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서.
5. The method of claim 4,
Wherein the plurality of piezoelectric members
Wherein one end portion is fixed to the inner wall surface of the head portion and the other end portion is provided toward the center of the head portion.
상기 복수 개의 압전부재의 타단부 끝단에는 무게 추가 연결되어 있는 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서.
6. The method of claim 5,
And a weight is further connected to the other end of the plurality of piezoelectric members.
상기 압전부재는,
압전판과,
상기 압전판의 상, 하면 중 적어도 일면에 구비되는 전극을 포함하는 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서.
The method according to claim 1,
The piezoelectric element includes:
A piezoelectric plate,
And an electrode provided on at least one of the upper and lower surfaces of the piezoelectric plate.
상기 압전판은,
Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Zn,Nb)O3, (Ba,Bi,Na)TiO3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Ni,Nb)O3, (Na,K)NbO3-(Li,Na,K)TaO3, Pb(Zr,Ti)O3＋PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3＋실리콘 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머 중 선택된 하나로 형성되는 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서.
9. The method of claim 8,
The piezoelectric plate may include:
Pb (Zr, Ti) O3 + Pb (Zn, Nb) O3, (Ba, Bi, Na) TiO3, Pb ) Self-powered sensor for mounting a vibrating structure formed of one selected from TaO3, Pb (Zr, Ti) O3 + PVDF polymer, Pb (Zr, Ti) O3 + silicone polymer and Pb (Zr, Ti) O3 + epoxy polymer.
상기 전극은,
백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 탄탈륨 질화물(TaN) 및 티타늄 질화물(TiN) 중 선택된 1종 이상으로 형성되는 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서.
9. The method of claim 8,
The electrode
(TiN), titanium (Ti), palladium (Pd), ruthenium (Ru), tantalum nitride (TaN), and titanium nitride (TiN), for example, platinum (Pt), gold (Au), silver (Ag) ), Which is formed of at least one selected from the group consisting of a plurality of vibrating structures.
상기 몸체부의 중공을 통해 삽입되어 상기 몸체부가 체결된 진동 구조물의 내부 조건을 검출하는 센싱유닛;
상기 몸체부의 머리 부위에 연결되는 헤드부;
상기 헤드부에 내장되며, 상기 진동 구조물로부터 발생된 진동을 이용하여 상기 센싱유닛에 필요한 전원을 발생시키는 압전부재;
상기 압전부재에서 발생된 전원을 충전하여 상기 센싱유닛으로 공급하는 전원저장부; 및
상기 헤드부에 내장되며, 상기 전원저장부로부터 전원을 공급받아 상기 센싱유닛에서 검출된 신호를 외부로 무선 전송하는 무선송수신부;을 포함하며,
상기 센싱유닛은 상기 몸체부의 중공 단면의 크기와 동일하게나 혹은 이보다 작은 직경을 갖는 핀(Pin)형 몸체를 가지며, 상기 몸체부의 중공 내에 구비된 탄성부재에 의해 지지되는 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서.
A body portion which is fastened to a wall surface of the vibrating structure and has a thread along an outer periphery thereof and has a hollow through an inner center thereof;
A sensing unit inserted into the hollow of the body to detect an internal condition of the vibrating structure fastened to the body;
A head portion connected to a head portion of the body portion;
A piezoelectric member built in the head unit and generating a power required for the sensing unit using the vibration generated from the vibration structure;
A power storage unit for charging the power generated by the piezoelectric member and supplying the power to the sensing unit; And
And a wireless transmission / reception unit built in the head unit and receiving power from the power storage unit and wirelessly transmitting a signal detected by the sensing unit to the outside,
Wherein the sensing unit has a pin-shaped body having a diameter equal to or smaller than a size of a hollow cross-section of the body portion, and is supported by an elastic member provided in the hollow portion of the body portion, .
상기 센싱유닛은 진동 구조물의 온도, 습도, 가속도, 변위, 자이로(gyro) 중 적어도 하나 이상을 측정하는 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서.
12. The method of claim 11,
Wherein the sensing unit measures at least one of temperature, humidity, acceleration, displacement, and gyro of the vibrating structure.
상기 압전부재는, 상기 헤드부 내부에서 복수 개가 수평 배치되는 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서.
12. The method of claim 11,
Wherein the piezoelectric member is horizontally arranged in the head portion.
상기 복수 개의 압전부재는 설정된 중심각을 두고 상호 이격하여 방사상으로 배치되는 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서.
14. The method of claim 13,
Wherein the plurality of piezoelectric members are arranged radially with a predetermined center angle being spaced apart from each other.
상기 복수 개의 압전부재는,
일단부가 상기 헤드부의 내측 벽면에 고정되고, 타단부가 상기 헤드부의 중심을 향해 구비되는 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서.
15. The method of claim 14,
Wherein the plurality of piezoelectric members
Wherein one end portion is fixed to the inner wall surface of the head portion and the other end portion is provided toward the center of the head portion.
상기 복수 개의 압전부재의 타단부 끝단에는 무게 추가 연결되어 있는 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서.
16. The method of claim 15,
And a weight is further connected to the other end of the plurality of piezoelectric members.
상기 압전부재는,
압전판과, 상기 압전판의 상, 하면 중 적어도 일면에 구비되는 전극을 포함하는 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서.
12. The method of claim 11,
The piezoelectric element includes:
A self-powered sensor for mounting a vibrating structure, comprising: a piezoelectric plate; and an electrode provided on at least one surface of the piezoelectric plate.
상기 압전판은,
Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Zn,Nb)O3, (Ba,Bi,Na)TiO3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Ni,Nb)O3, (Na,K)NbO3-(Li,Na,K)TaO3, Pb(Zr,Ti)O3＋PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3＋실리콘 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머 중 선택된 하나로 형성되는 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서.
19. The method of claim 18,
The piezoelectric plate may include:
Pb (Zr, Ti) O3 + Pb (Zn, Nb) O3, (Ba, Bi, Na) TiO3, Pb ) Self-powered sensor for mounting a vibrating structure formed of one selected from TaO3, Pb (Zr, Ti) O3 + PVDF polymer, Pb (Zr, Ti) O3 + silicone polymer and Pb (Zr, Ti) O3 + epoxy polymer.
상기 전극은,
백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 탄탈륨 질화물(TaN) 및 티타늄 질화물(TiN) 중 선택된 1종 이상으로 형성되는 진동 구조물 설치용 자가 발전식 센서.19. The method of claim 18,
The electrode
(TiN), titanium (Ti), palladium (Pd), ruthenium (Ru), tantalum nitride (TaN), and titanium nitride (TiN), for example, platinum (Pt), gold (Au), silver (Ag) ), Which is formed of at least one selected from the group consisting of a plurality of vibrating structures.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130105320A KR101473339B1 (en) | 2013-09-03 | 2013-09-03 | Self generating sensor of installable at vibrating structure |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130105320A KR101473339B1 (en) | 2013-09-03 | 2013-09-03 | Self generating sensor of installable at vibrating structure |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2005086859A (en) * | 2003-09-05 | 2005-03-31 | Hitachi Ltd | Piezoelectric generator and sensor system |
| KR100918188B1 (en) * | 2009-07-30 | 2009-09-22 | (주)동방데이타테크놀러지 | Vibration sensor of independent electric power type and vibration sensor module using the same |
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2013
- 2013-09-03 KR KR1020130105320A patent/KR101473339B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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| JP2005086859A (en) * | 2003-09-05 | 2005-03-31 | Hitachi Ltd | Piezoelectric generator and sensor system |
| KR100918188B1 (en) * | 2009-07-30 | 2009-09-22 | (주)동방데이타테크놀러지 | Vibration sensor of independent electric power type and vibration sensor module using the same |
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