KR101795062B1 - 힘보상형 프로브 - Google Patents

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필립 프랭크 버넷
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리사 앤 홍
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Abstract

전기적 측정을 위한 힘보상형 프로브(10)가 제공되는데, 이 힘보상형 프로브는 뒷판(21) 및 측벽(22)을 갖는 지지 구조물과, 물품의 전기적 측정을 위한 프로브(30)와, 탄성 베이스(40)를 포함하며, 이 탄성 베이스(40)는 프로브(30)를 뒷판(21)에 지지 방식으로 연결하도록 배치됨으로써, 프로브(30)가 정상 상태에서는 뒷판(21)으로부터 이격되어 측벽(22)의 말단 에지를 지나서 돌출하게 하며, 프로브(30)가 전기적 측정을 위해 물품에 적용되어 지지 구조물의 부품이 물품과 접촉하게 되었을 때는 소정의 부하가 일관되게 탄성 베이스(40)에 가해지도록 한다.

Description

힘보상형 프로브{FORCE COMPENSATED PROBE}
본 명세서에 개시된 발명은 물품의 전기적 특성을 측정하기 위한 힘보상형 프로브에 관한 것이다.
발전기에 있어서, 발전기 전기자에는 전기적 고장으로부터 발전기 부품들을 보호하기 위해 전기 절연체가 구비되어 있다. 이 절연체는 양호한 상태에서는 가장 효율적으로 기능하지만 축축하거나 수분에 노출되어 있을 때는 열화하기 쉽다. 따라서 수리를 실시하거나 계획할 수 있도록 언제 이런 수분이 존재하는지를 판단하는 것이 도움이 된다.
수분이 존재하는 것을 판단하는 것에는 절연체의 전기 임피던스를 측정하는 것을 수반할 수 있다. 전형적으로 절연체는 건조한 상태에 있을 때는 특유한 전기 임피던스를 갖지만, 축축할 때는 임피던스가 감소한다. 이와 같은 것으로서 절연체의 전기 임피던스를 결정하고 이 임피던스를 건조한 절연체에서의 특유한 임피던스와 비교함으로써 언제 수분이 존재하는지를 결정할 수 있다. 그러나 불행하게도 전기 임피던스를 측정하는 공구들은 공구에 의해 시험중의 절연체에 가해지는 기계적인 힘의 양에 민감하기도 하여 측정치가 종종 일관되지 않는다.
전기 임피던스를 측정하는 공구의 민감도와 관련된 문제점들을 줄이기 위한 노력에는 일관된 측정치를 제공하기 위하여 "접촉 인자" 기구라고 부르는 청각 및/또는 시각적 피이드백 기구의 사용을 수반하였다. 그러나 이들 접촉 인자 기구들은 조작자가 가할 수 있는 힘의 양을 제한하지 않으며, 따라서 조작자의 실수를 받게 된다.
본 발명의 목적은 조작자가 가하는 가압력에 관계없이 일관된 힘으로 물품에 대하여 가압됨으로써, 프로브에 의해 실시된 측정으로 생성된 데이터가 일정하지 않은 가압력과 연관된 인간의 실수에 의해 영향을 받지 않는 힘보상형 프로브를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 전기적 측정을 위한 힘보상형 프로브가 제공되는데, 이 힘보상형 프로브는 뒷판 및 측벽을 갖는 지지 구조물과, 물품의 전기적 측정을 위한 프로브와, 탄성 베이스를 포함하며, 이 탄성 베이스는 프로브를 뒷판에 지지 방식으로 연결하도록 배치됨으로써, 프로브가 정상 상태에서는 뒷판으로부터 이격되어 측벽의 말단 에지(distal edges)를 지나서 돌출하게 하며, 프로브가 전기적 측정을 위해 물품에 적용되어 지지 구조물의 부품이 물품과 접촉하게 되었을 때는 소정의 부하가 일관되게 탄성 베이스에 가해지도록 한다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 전기적 측정을 위한 힘보상형 프로브가 제공되는데, 이 힘보상형 프로브는, 뒷판 및 측벽을 갖는 포위체로서, 측벽이 뒷판의 주위로 연장되어 뒷판으로부터 측벽의 말단 에지까지 구획된 포위체를 형성하는, 포위체와, 물품의 전기적 측정을 위한 프로브와, 탄성 베이스를 포함하며, 이 탄성 베이스는 프로브를 뒷판에 지지 방식으로 연결하도록 포위체 내에 배치됨으로써, 프로브가 정상 상태에서는 뒷판으로부터 이격되어 측벽의 말단 에지를 지나서 돌출하게 하며, 포위체 및 프로브가 전기적 측정을 위해 물품에 적용되었을 때는 소정의 부하가 일관되게 탄성 베이스에 가해지도록 한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 전기적 측정을 위한 힘보상형 프로브가 제공되는데, 이 힘보상형 프로브는, 뒷판 및 측벽을 갖는 포위체로서, 측벽이 뒷판의 주위로 연장되어 뒷판의 면으로부터 측벽의 말단 에지에 의해 협동 구획된 면까지 규정되는 깊이를 갖는 포위체를 형성하는, 포위체와, 물품의 전기 임피던스를 측정하기 위한 보호 커버형 프로브와, 탄성 베이스를 포함하며, 이 탄성 베이스는 프로브를 뒷판에 지지 방식으로 연결하도록 포위체 내에 배치됨으로써, 프로브가 정상 상태에서는 뒷판으로부터 이격되어 측벽의 말단 에지를 지나서 돌출하게 하며, 포위체 및 프로브가 전기적 측정을 위해 물품에 적용되었을 때는 뒷판의 면으로부터의 프로브와 탄성 베이스의 결합 높이가 포위체 깊이와 실질적으로 유사하게 되고 그에 따라 가압력의 증가에 관계없이 소정의 부하가 일관되게 탄성 베이스에 가해지도록 한다.
상기 및 다른 이점 및 특징들은 도면을 참조하는 다음의 설명으로 보다 명백하게 될 것이다.
본 발명에 의하면, 조작자가 가하는 가압력에 관계없이 일관된 힘으로 물품에 대하여 가압됨으로써, 프로브에 의해 실시된 측정으로 생성된 데이터가 일정하지 않은 가압력과 연관된 인간의 실수에 의해 영향을 받지 않는 힘보상형 프로브를 제공할 수 있다.
도 1은 힘보상형 프로브의 분해 사시도,
도 2는 대안적 실시형태에 따른 예시적인 프로브의 도면,
도 3은 대안적 실시형태에 따른 예시적인 프로브의 도면,
도 4는 도 1의 힘보상형 프로브의 측단면도,
도 5는 조립된 상태의 힘보상형 프로브의 사시도,
도 6은 다른 실시형태에 따른 힘보상형 프로브의 측면도,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 대안적 실시형태에 따른 가이드 플레이트의 반대측 사시도,
도 8은 도 7a 및 도 7b의 가이드 플레이트를 포함하는 프로브의 구성부품의 분해 사시도.
본 발명으로 간주되는 대상을 본 명세서의 결론부의 특허청구범위에서 구체적으로 지적하고 분명하게 청구한다. 본 발명의 상기 및 그 외의 특징 및 이점들은 첨부 도면을 참조하는 이후의 상세한 설명으로 명백하다.
상세한 설명은 본 발명의 실시형태들을 도면을 참조하여 예로서 이점 및 특징들과 함께 설명한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 예를 들어 건조하거나 축축하거나 젖은 물품의 전기 임피던스의 전기적 측정을 위한 힘보상형 프로브(10)가 제공된다. 힘보상형 프로브(10)는 포위체(20), 프로브(30) 및 탄성 베이스(40)를 포함한다. 포위체(20)는 실질적인 평면상의 뒷판(21)과 뒷판(21)의 림 주위로 연장되어 포위체(23)를 형성하며 직사각형 및/또는 둥근 코너를 갖는 직사각형이 될 수 있는 측벽(22)을 포함한다. 이 포위체(23)는 뒷판(21)의 면에서부터 측벽(22)의 말단 에지(24)에 의해 상호 협동적으로 정해지는 면까지로 정해지는 깊이(D)를 갖는다.
나사 헤드(250)를 갖는 나사들이 추가적으로 측벽(22)에 설치되어 나사 헤드(250)의 정점들이 함께 말단 에지(24)를 형성하고 깊이(D)뿐만 아니라 실질적으로 일정한 측벽(22)의 높이(H)를 규정한다. 나사는 측벽(22)의 주위로 다양한 형상으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 나사는 측벽(22)중에서 제 1 측벽의 양단부에 배치되고 제 3 나사는 측벽(22)중에서 제 1 측벽의 반대측에 있는 제 2 측벽의 중간지점에 배치되어 직사각형의 배치를 형성한다. 명료하고 간결함을 위해, 나사들이 측벽(22)에 설치된 포위체(20)의 구조들을 이하에 설명의 목적으로 이용할 것이다.
힘보상형 프로브(10)는 손잡이(50) 및 전기 접속부(60)를 더 포함한다. 손잡이(50)는 포위체(20)에 보다 구체적으로는 뒷판(21)에 부착 또는 조여질 수 있으며, 조작자에게 파지면을 제공하여 힘보상형 프로브(10)를 물품에 적용하는 것을 용이하게 한다. 전기 접속부(60)는 측벽(22)중의 하나 이상의 측벽에 형성된 관통 구멍을 통해 프로브(30)에 전기적으로 연결된다. 전기 접속부(60)는 두 개 이상의 독특한 도체소자를 갖는 어떤 유형의 전기 접속부라도 될 수 있다.
프로브(30)는 물품의 전기적 특성을 측정할 수 있도록 구성되어 있다. 실시형태에 따르면, 프로브(30)는 시간의 경과에 따라서 축축해지기 쉽고/쉽거나 축축하게 하는 발전기 전기자 막대의 절연체를 포함하는 물품의 전기 임피던스를 측정한다. 이 수분은 절연체의 실행능력이 저하하게 하고 임피던스 레벨에 따라서 식별 가능하다. 따라서, 절연체의 전기 임피던스를 측정함으로써 절연체의 수분함량이 규정된 한계 내에 있는지 또는 과다한지를 결정할 수 있다.
프로브(30)는 구리, 구리합금 또는 그 외의 유사 금속 또는 금속합금으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 서로 전기적으로 격리되어 있는 평행한 금속 스트립(31, 32), 서로 전기적으로 격리되어 있는 미로형 인접 에지를 갖는 실질적으로 평행한 금속 스트립(도 2 참조) 및/또는 다른 금속 부재를 둘러싸고 있지만 전기적으로는 격리되어 있는 금속 부재(도 3 참조)를 포함할 수 있다. 프로브(30) 구조 또는 설계의 선택은 측정될 물품의 비용 및 유형, 형상 및/또는 사이즈 및 소망/요구의 측정감도 정도를 포함한 다양한 요인에 근거할 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 비교적 작거나 굴곡진 물품 표면은 비교적 정확히 위치를 결정하여 적용될 수 있는 작은 프로브(30) 구조(즉, 하나의 도체가 다른 도체를 둘러싸는 형태)를 필요로 할 것이겠지만, 비교적 큰 물품 표면은 큰 프로브(30) 구조(즉, 평행 스트립 형태)를 필요로 할 수 있다. 마찬가지로, 매우 민감한 측정에 대한 요구조건은 공간의 제약이 허용된다면 비교적 큰 사이즈의 프로브(30)를 필요로 할 것이다.
탄성 베이스(40)는 프로브(30)를 뒷판(21)에 지지 방식으로 연결하도록 포위체(20) 내에 배치됨으로써, 프로브(30)가 정상 상태에서는 뒷판(21)으로부터 이격되어 측벽(22)의 말단 에지(24)를 넘어서 돌출하게 하며, 포위체(20)가 후술하는 방식으로 전기 측정을 위해 물품에 적용되었을 때는 뒷판(21)의 면으로부터 측정된 프로브(30) 및 탄성 베이스(40)의 결합 높이가 포위체(20)의 깊이(D)와 실질적으로 유사하게 되도록 한다. 따라서, 소정의 부하가 일관되게 탄성 베이스(40)에 가해진다. 즉, 조작자가 힘보상형 프로브(10)를 물품에 적용할 때, 조작자는 물품 위로 프로브(30)에 가해지는 가압력이 증가함에 따라서 초기에는 탄성 베이스(40)의 부하를 느낀다. 그러나 계속하여 가하게 되면 측벽(22)의 말단 에지(24)의 면을 규정하는 나사 헤드(250)의 정점들이 물품과 접촉하게 되며, 힘이 나사를 통해 물품에 직접 전달되지 않을 것이기 때문에 조작자는 추가의 가압력을 물품(30)에 전혀 가할 수가 없다. 이때, 실시형태에 따라서, 탄성 베이스(40)의 예비 부하는 탄성 베이스(40)가 약 1/8인치(0.3㎝) 변형되는 것이 해당할 수 있다. 이런 점에서 조작자가 물품에 대하여 힘보상형 프로브(10)의 가압력을 계속하여 증대시키더라도 조작자는 물품상으로의 프로브(30)의 가압력을 증가시킬 수 없다.
이로써, 프로브(30)는 조작자가 가하는 가압력에 관계없이 일관된 힘으로 물품에 대하여 가압되며, 프로브(30)에 의해 실시된 측정으로 생성된 데이터는 일정하지 않은 가압력과 연관된 인간의 실수에 의해 영향을 받지 않는다. 따라서, 절연체의 측정치, 예를 들어 전기 임피던스의 정확성이 향상될 수 있으며, 절연체의 수분함량이 한계 내에 있는지 또는 과다한지의 결정의 정확성도 향상될 수 있다.
도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 탄성 베이스(40)는 가이드 플레이트(41), 탄성 요소(42) 및 절연 요소(43)를 포함할 수 있다. 가이드 플레이트(41)는 일반적인 평면상 몸체와 전면(411) 및 후면(412)을 가지며, 돌출부(413) 및 보스(414)를 더 포함한다. 돌출부(413)는 뒷판(21)에 형성된 가이드 슬롯(4131)을 통해 후면(412)으로부터 연장되어 탄성 베이스(40)의 부하 적용 및 부하 해제와 관련된 가이드 플레이트(41)의 움직임을 억제할 수 있다. 보스(414)도 역시 후면(412)으로부터 연장되며 돌출부(413)의 주위에 배치될 수 있다. 탄성 요소(42)들은 가이드 플레이트(41)와 뒷판(21) 사이에 지지 상태로 개재되며, 예를 들어 각각 보스(414)에 고착되어 뒷판(21)에 형성된 오목부(4141) 속으로 연장될 수 있으며, 가이드 플레이트(41)가 가압되어 뒷판(21)과 실질적으로 평행한 상태를 유지하도록 각각 배치된 압축스프링을 포함할 수 있다. 이런 방식으로, 서로 실질적으로 평행한 전면(411)과 후면(412)에 의해 프로브(30)는 항상 적어도 뒷판(21)에 대하여 일관된 배향으로 물품에 제공될 수 있다. 대안적 실시형태에 따르면, 탄성 요소(42)는 일관된 스프링 상수를 갖는 발포층으로 형성될 수 있다. 절연 요소(43)는 가이드 플레이트(41)와 프로브(30) 사이에 지지 방식으로 그리고 전기적으로 개재되며, 예를 들어 발포고무로 된 제 1 층(43) 및 예를 들어 유전재료로 된 제 2 층(431)을 포함할 수 있다. 제 1 층(430)은 프로브(30)가 물품의 형상과 더 잘 일치하도록 하는 작용을 하며, 일부 실시형태에 따라서 유전재료는 제 1 층(430)을 비교적 건조한 상태로 유지할 수 있는 폴리에틸렌박을 포함할 수 있다.
또 다른 실시형태에 따라서, 도 6을 참조하면, 프로브(30)가 전술한 바와 같은 힘보상으로 일관되게 물품에 제공될 수 있다면 측벽(22), 말단 에지(24) 및 프로브(30)가 편평할 필요는 없다는 것을 이해할 것이다. 실제로 굴곡진 표면(100) 또는 그 외의 평탄하지 않은 면을 갖는 물품에 대해서, 말단 에지(24)와 프로브(30)는 각각 마찬가지로 굴곡진 표면(101, 102) 또는 평탄하지 않은 면을 구비하여 굴곡진 표면(100)의 굴곡부와 맞는 형태가 될 수 있다.
도 7a, 도 7b 및 도 8을 참조하면, 가이드 플레이트(41)의 다른 실시형태들이 예시되어 있다. 이들 다른 실시형태들에 따르면, 가이드 플레이트(41)는 전술한 바와 같이 돌출부(413) 및 보스(414)를 포함한다. 게다가 제 1 층(430) 및 제 2 층(431)은 불필요할 수 있으며, 가이드 플레이트(41)는 캐비티(421)를 형성하도록 형성되며, 가이드 플레이트(41)는 단차형성부(441)를 갖는 제 2 플레이트(440)를 포함한다. 도 8에 도시한 바와 같이, 다른 프로브(300)는 구리 스트립(301)을 포함하는데, 이들 구리 스트립은 전술한 것과 유사하게 형성되며 추가적으로 후크부(3010)를 포함하도록 형성되어 있다. 구리 스트립(301)은 후크부(3010)가 제 2 플레이트(440)의 에지 주위로 연장된 상태에서 제 2 플레이트(440)에 지지된다. 후크부(3010)의 단부들은 예를 들어 전기 접속부(60)와 접촉하거나 다른 유형의 전기적 접속을 이루도록 캐비티(421)를 통하여 노출된 각각의 노출부를 갖는다.
동작시에, 대안적 프로브(300)가 물품에 적용됨에 따라서 탄성 요소(42)가 압축되고 가이드 플레이트(41)가 뒷판(21) 쪽으로 움직인다. 동시에, 후크부(3010)의 각 노출부들은 캐비티(421)를 통하여 전기 접속부(60) 쪽으로 움직인다. 일단 포위체(20)가 전술한 바와 같이 물품에 적용되어 조작자가 추가의 가압력을 전혀 적용하지 못하게 되면, 후크부(3010)의 각 노출부들은 전기 접속부(60)와 접촉하거나 또는 전기 접속부(60)와 다른 유형으로 전기 접속할 수 있도록 충분하게 근접 배치된다.
도 1, 도 5 및 도 8을 참조하면, 구리 스트립(31, 32, 301)은 단부(3020)를 갖는 커버(302)로 덮일 수 있다. 커버(302)는 예를 들어 커버 스트립(31, 32, 301)용 보호 커버로서 작용하는 실리콘계 접착제를 갖는 절연재료를 포함할 수 있다. 프로브(30)와 대안적 프로브(300)는 교류(AC) 신호를 구리 스트립(31, 32, 301)을 통해 전송하는 전자 장치와 함께 이용될 수 있다. 커버는 송수신중의 교류 신호와 간섭하지 않는데, 이는 교류 신호가 커버(302)의 재료를 통해 전송될 수 있고 프로브(30) 또는 대안적 프로브(300)에 의해 취해진 측정이 발전기 전기자 막대의 두꺼운 절연체상에서의 정전용량측정 같은 간접 접촉측정이기 때문이다.
도 1 및 도 5의 실시형태에 커버(302)가 이용되는 경우, 제 1 층(430) 및 제 2 층(431)은 불필요할 수 있다.
이상 본 발명을 제한된 수의 실시형태만을 참조하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이런 개시된 실시형태에 한정되지 않음이 쉽게 이해될 것이다. 차라리 본 발명은 전술하지 않은 어떤 개수의 변형, 변경, 치환 또는 동등한 배치구조를 이용하도록 수정될 수 있지만, 이들은 본 발명의 정신 및 범위에 속하는 것이다. 추가적으로, 본 발명의 다양한 실시형태들을 설명하였지만, 본 발명의 태양들은 전술한 실시형태들 중의 일부만을 포함할 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 전술한 설명에 의해 한정되는 것으로 보아서는 안 되며 첨부하는 특허청구범위에 의해서만 한정된다.
10 : 힘보상형 프로브 21 : 뒷판
22 : 측벽 30 : 프로브
302 : 커버 40 : 탄성 베이스
41 : 가이드 플레이트 42 : 탄성 요소
413 : 돌출부 4131 : 가이드 슬롯
421 : 캐비티 50 : 손잡이
60 : 전기 접속부

Claims (10)

  1. 전기적 측정을 위한 힘보상형 프로브(10)에 있어서,
    뒷판(21) 및 측벽(22)을 갖는 지지 구조물과,
    물품의 전기적 측정을 위한 프로브(30)와,
    탄성 베이스(40)를 포함하며,
    상기 탄성 베이스(40)는 상기 프로브(30)를 상기 뒷판(21)에 지지 방식으로(supportively) 연결하도록 배치됨으로써, 상기 프로브(30)가 정상 상태에서는 상기 뒷판(21)으로부터 이격되어 상기 측벽(22)의 말단 에지를 지나서 돌출하게 하며, 상기 프로브(30)가 전기적 측정을 위해 상기 물품에 적용되어 상기 지지 구조물의 부품이 상기 물품과 접촉하게 되었을 때는 소정의 부하가 일관되게 상기 탄성 베이스(40)에 가해지도록 하는
    힘보상형 프로브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 뒷판(21) 및 상기 측벽(22)은 직사각형의 형상을 갖는
    힘보상형 프로브.
  3. 전기적 측정을 위한 힘보상형 프로브(10)에 있어서,
    뒷판(21) 및 측벽(22)을 갖는 포위체(20)로서, 상기 측벽(22)은 상기 뒷판(21)의 주위로 연장되어 상기 뒷판(21)으로부터 상기 측벽(22)의 말단 에지(24)까지 구획된 포위체를 형성하는, 상기 포위체(20)와,
    물품의 전기적 측정을 위한 프로브(30)와,
    탄성 베이스(40)를 포함하며,
    상기 탄성 베이스(40)는 상기 프로브(30)를 상기 뒷판(21)에 지지 방식으로 연결하도록 상기 포위체(20) 내에 배치됨으로써, 상기 프로브(30)가 정상 상태에서는 상기 뒷판(21)으로부터 이격되어 상기 측벽(22)의 말단 에지(24)를 지나서 돌출하게 하며, 상기 포위체(20) 및 상기 프로브(30)가 전기적 측정을 위해 상기 물품에 적용되었을 때는 소정의 부하가 일관되게 상기 탄성 베이스(40)에 가해지도록 하는
    힘보상형 프로브.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 포위체에 연결된 손잡이(50)를 더 포함하는
    힘보상형 프로브.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 측벽(22) 중 하나의 측벽에 형성된 관통 구멍을 통해 상기 프로브(30)에 전기적으로 연결된 전기 접속부(60)를 더 포함하는
    힘보상형 프로브.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 프로브(30)는 상기 물품의 전기 임피던스를 측정하는
    힘보상형 프로브.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 탄성 베이스(40)는,
    가이드 플레이트(41), 및
    상기 가이드 플레이트(41)와 상기 뒷판(21) 사이에 지지 방식으로 개재된 탄성 요소(42)를 포함하는
    힘보상형 프로브.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가이드 플레이트(41)는, 탄성 베이스(40)의 부하 적용(loading) 및 부하 해제(unloading)와 관련된 가이드 플레이트(41)의 움직임을 억제하기 위해 상기 뒷판(21)에 형성된 가이드 슬롯(4131)을 통해 연장될 수 있는 돌출부(413)를 포함하는
    힘보상형 프로브.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 가이드 플레이트(41)는 캐비티(421)를 형성하도록 형성되고, 제 2 플레이트(440)를 포함하며, 상기 제 2 플레이트(440) 상에는 상기 프로브(30)의 부분이 상기 캐비티(421)를 통해 노출되도록 지지되는
    힘보상형 프로브.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 프로브(30)를 보호하도록 덮는 커버(302)를 더 포함하는
    힘보상형 프로브.
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