KR101837324B1 - 변형 센서 패키지 및 방법 - Google Patents

변형 센서 패키지 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101837324B1
KR101837324B1 KR1020167011874A KR20167011874A KR101837324B1 KR 101837324 B1 KR101837324 B1 KR 101837324B1 KR 1020167011874 A KR1020167011874 A KR 1020167011874A KR 20167011874 A KR20167011874 A KR 20167011874A KR 101837324 B1 KR101837324 B1 KR 101837324B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
deformation
housing
potentiometers
sensor package
reference point
Prior art date
Application number
KR1020167011874A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160067933A (ko
Inventor
한 수
안토니 에스. 추
베리 에이. 싱어
Original Assignee
메저먼트 스페셜티스, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 메저먼트 스페셜티스, 인크. filed Critical 메저먼트 스페셜티스, 인크.
Publication of KR20160067933A publication Critical patent/KR20160067933A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101837324B1 publication Critical patent/KR101837324B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/30—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. mechanical strain gauge
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/005—Measuring force or stress, in general by electrical means and not provided for in G01L1/06 - G01L1/22
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0052—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes measuring forces due to impact
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/28—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine
    • G09B23/30—Anatomical models
    • G09B23/32—Anatomical models with moving parts

Abstract

변형 센서 패키지는, 베이스, 및 베이스로부터 연장되는 주변 벽을 갖는 하우징을 포함한다. 베이스 및 주변 벽은, 스트링 전위차계와 같은 전위차계를 수용하도록 각각 구성되는 2개의 캐비티들을 정의한다. 주변 벽은, 하우징의 외부와 각각의 캐비티 사이에 형성되는 2개의 애퍼처들을 정의한다. 각각의 애퍼처는, 그를 통해 연관된 전위차계의 이동가능한 감지단의 관통을 허용하도록 구성된다.

Description

변형 센서 패키지 및 방법{DEFORMATION SENSOR PACKAGE AND METHOD}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은, 2014년 11월 4일에 출원되고 발명의 명칭이 DEFORMATION SENSOR PACKAGE AND METHOD인 미국 특허 출원 제14/071,131호의 이익을 주장하고, 상기 미국 출원의 전체 개시내용은 모든 목적들을 위해 본원에 참조로 포함된다.
발명의 분야
본 개시내용은 일반적으로 변형을 측정하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이고, 더 구체적으로는, 자동차 충돌 실험 동안 컴포넌트 변형과 같은 물체들의 2차원 변형을 측정하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
많은 애플리케이션들은, 물체의 변형을 측정하는 것을 포함하여 이동을 측정하기 위한 정확하고 효율적이고 비용-효과적인 시스템들을 요구한다. 예를 들어, 자동차 안전 실험은 통상적으로, 자동차 사고 동안 인간 승객들에 대한 잠재적인 피해를 평가하기 위해 사람의 형태를 한 더미들(anthropomorphic dummies)(즉, "충돌 테스트 더미들")을 활용한다. 이러한 테스트들은, 예를 들어, 전방, 후방 및 측면 충격 테스트들을 포함한다. 하나의 특정한 애플리케이션에서, 국제 표준화 기구(ISO)는, 측면 충격 이벤트들에서 인간의 모션들 및 응답들을 더 정확하게 복제하기 위한 표준 충돌 테스트 더미 WorldSID(World Side Impact Dummy)를 개발하였다. 이러한 더미는 표준화된 6개의 늑골(rib) 구조를 포함하고, 구체적으로는, 측면 충격 실험 동안 힘, 가속도 및 변위(예를 들어, 가슴/늑골 이동)의 정확한 측정들을 제공하도록 설계된다.
이러한 이동 또는 변형을 측정하도록 설계된 기존의 시스템들은, 충돌 실험의 결과로 생성되는 매우 높은 가속도 레이트들에서의 변형들을 추적할 능력이 부족하다. 선형 및 각도 변형을 별개로 계산함으로써 2차원 변형을 측정하는 솔루션들을 포함하는 다른 솔루션들은 개선된 정확도를 갖지만, 복잡하고 매우 고가이다. 이러한 비용은, 각각의 더미가 다수의 센서들(예를 들어, 각각의 늑골에 대해 하나의 센서)을 요구할 때 확대된다.
따라서, 정확하고, 신뢰가능하고 비용 효과적인 변형 측정들을 제공하기 위한 개선된 시스템들 및 방법들이 요구된다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 변형 센서 패키지가 제공된다. 패키지는, 베이스, 및 베이스로부터 연장되는 주변 벽을 갖는 하우징을 포함한다. 베이스 및 주변 벽은, 스트링 전위차계와 같은 전위차계를 수용하도록 각각 구성되는 2개의 인접 캐비티들을 정의한다. 주변 벽은, 하우징의 외부와 각각의 캐비티 사이에 형성되는 2개의 애퍼처들을 정의한다. 각각의 애퍼처는, 연관된 전위차계의 이동가능한 감지단의 관통을 허용하도록 구성된다.
본 개시내용의 다른 실시예에서, 충돌 테스트 더미의 늑골의 변형을 측정하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은, 제1 스트링 전위차계 및 제2 스트링 전위차계를 갖는 센서 패키지를 포함하고, 각각의 전위차계는 이동가능한 감지 케이블을 포함한다. 시스템은, 제1 및 제2 전위차계들을 기준 포인트로부터 주어진 거리에 포지셔닝하기 위한 센서 지지 구조를 더 포함한다. 제1 및 제2 스트링 전위차계들의 각각의 감지 케이블은, 이들의 자유단 상에서, 충돌 테스트 더미의 주어진 컴포넌트(예를 들어, 인공 늑골(artificial rib)) 상의 공통 변형 측정 위치에 부착된다.
본 개시내용의 다른 실시예에서, 적어도 2차원에서 기준 포인트에 대한 물체의 변형을 측정하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 제1 및 제2 전위차계들을 기준 포인트에 대해 주어진 거리에 배열하는 단계, 제1 및 제2 전위차계들의 이동가능한 감지단들을 물체의 공통 변형 측정 위치에 부착하는 단계, 및 물체에 인가된 힘에 응답하여, 제1 및 제2 전위차계들의 출력에 따라, 기준 포인트에 대한 변형 측정 위치의 변형을 결정하는 단계를 포함한다.
도 1은, 본 개시내용의 실시예에 따른 변형 센서 패키지의 사시도이다.
도 2a는, 본 개시내용의 실시예에 따른 센서 패키지 하우징의 예시적인 제1 하우징 부분의 상면도이다.
도 2b는, 도 2a의 예시적인 센서 패키지 하우징 부분의 단면도이다.
도 2c는, 도 2a의 예시적인 센서 패키지 하우징 부분의 제1 사시도이다.
도 2d는, 도 2a의 예시적인 센서 패키지 하우징 부분의 제2 사시도이다.
도 3a는, 본 개시내용의 실시예에 따른 센서 패키지 하우징의 예시적인 제2 하우징 부분의 제1 사시도이다.
도 3b는, 도 3a의 예시적인 센서 패키지 하우징 부분의 제2 사시도이다.
도 4는, 충돌 테스트 더미의 컴포넌트 늑골 내에 설치되는, 도 1의 센서 패키지의 사시도이다.
도 5는, 충돌 테스트 더미의 컴포넌트에 대해 구성되는 센서 패키지를 이용하여 2차원 변형을 계산하기 위한 예시적인 방법을 예시하는 도면이다.
도 6은, 본 개시내용의 실시예들에 따른 센서 패키지를 이용하여 변형을 계산하는 예시적인 방법의 프로세스 흐름도이다.
본 발명의 도면들 및 설명들은, 본 발명의 명확한 이해와 관련된 엘리먼트들을 예시하도록 단순화되는 한편, 명확화를 위해, 스트링 전위차계들과 같은 트랜스듀서-기반 센서들에서 발견되는 많은 다른 엘리먼트들을 제거했음을 이해해야 한다. 그러나, 이러한 엘리먼트들은 본 기술분야에 널리 공지되었기 때문에, 그리고 이러한 엘리먼트들은 본 발명의 더 양호한 이해를 용이하게 하지 않기 때문에, 이러한 엘리먼트들의 논의는 본원에 제공되지 않는다. 본원의 개시내용은, 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 공지된 모든 이러한 변화들 및 수정들에 관한 것이다.
하기 상세한 설명에서, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예들을 예시의 방식으로 도시하는 첨부된 도면들이 참조된다. 본 발명의 다양한 실시예들은 상이하더라도 반드시 상호 배타적인 것은 아님을 이해해야 한다. 또한, 일 실시예와 관련하여 본원에서 설명되는 특정 특징, 구조 또는 특성은, 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다른 실시예들 내에서 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별적인 엘리먼트들의 위치 또는 배열은, 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 수정될 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 하기 상세한 설명은 제한적인 관점에서 취해지지 않아야 하고, 본 발명의 범주는, 첨부된 청구항들이 부여하는 균등물들의 전체 범위와 함께, 적절히 해석되는 오직 이러한 청구항들에 의해서만 정의된다. 도면들에서, 유사한 부호들은 몇몇 도면들 전반에 걸쳐 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
충돌 테스트 더미의 인공 늑골의 변형을 측정하기 위한 기존의 솔루션들은 일반적으로, 단일 축을 따른 선형 병진운동 또는 변형을 측정하도록 구성되는 선형 센서 엘리먼트(예를 들어, 광학 센서)를 포함한다. 더 진보되지만 값비싼 시스템들은, 선형 센서 엘리먼트를 제2 센서 엘리먼트, 예를 들어, 변형의 임의의 각도 성분을 측정하기 위한 회전식 전위차계에 피봇가능하게 장착함으로써 2차원에서의 변형을 측정하기 위한 프로비전들을 제공한다. 이러한 시스템들은, 복잡하고 비쌀 뿐만 아니라, 본 개시내용의 실시예들에 비해, 비교적 높은 임피던스, 낮은 선형성, 높은 전력 소모 및 부적절한 감지 해상도를 갖는다. 이러한 시스템들의 낮은 선형성 및 부적절한 감지 해상도는 선형 센서 엘리먼트들(예를 들어, 광학 방출기들 및 수신기들)의 물리적 및 전기적 제한들로부터 기인한다. 이러한 시스템들의 높은 임피던스 및 높은 전력 소모는 시스템들의 복잡한 내부 광-전기 변환 컴포넌트들에 기인한다. 본 개시내용의 실시예들은, 간단한 저항-전기 변환 컴포넌트들 및 변형을 측정하는 개선된 특성들을 특징으로 하는 2개의 전위차계들을 감지 엘리먼트로 이용한다.
본 개시내용의 실시예들은, 적어도 2차원에서 변형을 계산하는 개선된 변형 센서들, 센서 패키지들 및 연관된 방법들을 포함한다. 일 실시예에서, 검출 센서 패키지는, 2개의 스트링 전위차계들 또는 케이블-확장 트랜스듀서들과 같은 2개의 전위차계들을 유지하도록 구성되는 센서 지지 구조를 포함한다. 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 바와 같이, 스트링 전위차계는, 플렉시블 스트링 또는 케이블 및 스프링-로딩된 스풀(spring-loaded spool)을 이용하여 선형 포지션 및 속도를 검출 및 측정하기 위해 이용되는 트랜스듀서이다. 더 구체적으로, 스트링 전위차계들은 일반적으로 측정 케이블(예를 들어, 스테인레스 강 케이블 또는 와이어), 스풀, 스프링 및 회전 센서를 포함한다. 전위차계들 각각의 하우징들 내부에서, 케이블을 감거나 풀 때 회전하는 스풀 상에 케이블이 감긴다. 케이블 장력을 유지하기 위해, 스프링이 각각의 스풀에 커플링된다. 스풀은 회전 센서(예를 들어, 전위차계 또는 회전식 인코더)의 샤프트에 커플링될 수 있다. 트랜스듀서의 케이블이 팽팽해지고 케이블이 부착된 물체의 이동을 따라 연장될 때, 스풀 및 센서 샤프트가 회전된다. 회전 샤프트는 케이블의 선형 연장 및/또는 속도에 비례하는 전압을 갖는 출력 전기 신호를 생성한다.
센서 지지 구조는, 전위차계들 각각을 서로에 대해 그리고 기준 포인트에 대해 고정된 위치에 고정하도록 구성된다. 일 실시예에서, 센서 지지 구조는 하우징을 포함하고, 여기서 전위차계들은, 예를 들어, 하나 이상의 패스너(fastener)들(예를 들어, 고정 나사(set screw)들)에 의해 하우징 내에 고정된다. 하우징은 2개의 캐비티들을 정의하는 내부 부분을 포함하고, 각각의 캐비티는 대응하는 크기의 전위차계를 수용하도록 구성된다. 일 실시예에서, 하우징은, 하우징의 외부 벽을 통해 형성되는 2개의 애퍼처들 또는 개구부들을 포함할 수 있고, 각각의 개구부는 전위차계의 감지단의 위치에 대응한다(예를 들어, 스트링 전위차계로부터 연장되는 케이블의 위치에 대응한다). 본원에 상세히 기술될 바와 같이, 애퍼처들은, 전위차계의 감지단이 전위차계의 하우징 및/또는 본체에 대해 넓은 범위의 각도들에 걸쳐 이들과 간섭함이 없이 연계될 수 있도록 크기결정(size)될 수 있다. 일 실시예에서, 하우징은 2개의 부분들 또는 서브컴포넌트들로 이루어지고, 이 부분들은 하우징을 형성하도록 착탈가능하게 함께 결합될 수 있다. 이러한 방식으로, 전위차계들은 설치되거나, 액세스되거나, 또는 하우징 부분들을 분리함으로써 해체될 수 있다.
일반적으로 도 1을 참조하면, 본 개시내용의 실시예에 따른 센서 패키지(10)가 도시된다. 센서 패키지(10)는, 2개의 전위차계들이 고정식으로 장착되는 센서 지지 구조를 포함한다. 예시된 실시예에서, 센서 지지 구조는, 2개의 스트링 전위차계들(14, 14')을 유지하도록 구성되는 하우징(12)으로 구현된다. 앞서 설명된 바와 같이, 전위차계들(14, 14')은, 연관된 각각의 감지 케이블들(15, 15')의 연장(또는 수축) 및/또는 속도를 표시하는 전압을 출력하도록 동작한다. 일 실시예에서, 오직 비제한적인 예로, 하우징(12)은 알루미늄 하우징과 같은 금속 하우징을 포함한다. 전위차계들(14, 14')은 하우징(12) 내에 고정식으로 포함된다. 이것은, 예를 들어, 애퍼처들(16)을 통해 하우징(12)에 끼워 맞춰진(threaded) 패스너들(예를 들어, 고정 나사들)을 통해 전위차계들(14, 14')을 하우징(12) 내에 고정시킴으로써 달성될 수 있다. 예시된 바와 같이, 하우징(12)은, 하우징(12)의 벽을 통한 감지 케이블들(15, 15')의 통과를 허용하기 위해, 하우징의 외부 벽을 통해 형성되는 슬롯형 애퍼처들(13, 13')을 특징으로 한다. 하우징(12)은, 하우징(12)을 관통하는 하나 이상의 패스너들(18)을 통해, 예를 들어, 실험 장비에 부착되도록 구성될 수 있다. 아래에서 상세히 기술될 바와 같이, 감지 케이블들(15, 15')의 자유단들은 공통 변형 측정 포인트 또는 위치에 피봇가능하게 부착될 수 있다. 이것은, 케이블들(15, 15')의 연관된 케이블 단부들(17, 17')을 단일 패스너, 예를 들어, 나사산이 있는 볼트(threaded bolt)(19)에 부착함으로써 달성될 수 있다.
도 2a 내지 도 3b는, 도 1의 하우징(12)의 예시적인 실시예를 예시한다. 예시된 실시예에서, 하우징(12)은, 제1 및 제2 스트링 전위차계를 수용하도록 구성되는 제1 또는 1차 하우징 부분(20)(도 2a 내지 도 2d)을 포함한다. 제2 또는 2차 하우징 부분(22)(도 3a 및 도 3b)은, 하우징 부분(20)에 착탈가능하게 고정되도록 구성되고, 실질적으로 하우징 부분(20)을 둘러싸기 위한 커버로서 기능할 수 있다.
일반적으로 도 2a를 참조하면, 1차 하우징 부분(20)의 상면도가 제공된다. 하우징 부분(20)은 일반적으로, 전위차계들이 배치될 수 있는 베이스(21)를 포함한다. 주변 또는 둘레 벽(23)은 베이스(21)의 표면으로부터 연장될 수 있고 내부 캐비티들(25)을 정의한다. 각각의 캐비티(25)는, 전위차계를 고정식으로 수용하기 위해 대응적으로 크기결정된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 각각의 전위차계는 일반적으로 원통형 프로파일을 포함하고, 여기서 주변 벽(23)의 곡선형 벽 부분들(24)은, 전위차계들 각각에 상보적 프로파일을 제공하도록 치수화된다. 주변 벽(23)은, 예를 들어, 제2 하우징 부분(22)을 제1 하우징 부분(20)에 고정시키기 위한 패스너들과 맞물리기 위한 애퍼처들(29)(예를 들어, 나사산이 있는 애퍼처들(threaded apertures))을 수용하기 위한 가변 벽 두께를 가질 수 있다. 도 2b는 하우징 부분(20)의 단면도를 제공하고, 여기서 애퍼처들(16)(예를 들어, 나사산이 있는 애퍼처들)은 주변 벽(23)의 일부를 통해 형성된다. 애퍼처들(16)은, 고정 나사들과 같은 패스너들이 애퍼처들(16)을 통해 주변 벽(23)을 관통하여 삽입 또는 끼워 맞춰질 수 있고, 캐비티들(25) 내에 배열되는 전위차계들의 외부와 관련되어 전위차계들을 하우징 내에 고정시킬 수 있도록 배향될 수 있다.
도 2c 및 도 2d를 참조하면, 하우징 부분(20)은, 예를 들어, 센서 패키지(10)를 원하는 위치에, 예를 들어, 테스트 장비에 또는 충돌 테스트 더미에 장착하기 위한 패스너들을 수용하도록 구성되는 애퍼처들(28)(예를 들어, 나사산이 없는 스루-홀들(unthreaded through-holes))을 더 포함할 수 있다. 하우징 부분(20)은 (예를 들어, 곡선형 벽 부분들(24)의 영역에서) 주변 벽(23)을 통해 형성되는 슬롯형 개구부들 또는 애퍼처들(13, 13')을 더 포함한다. 앞서 기술된 바와 같이, 이러한 애퍼처들은, 전위차계들의 감지 스트링들 또는 케이블들의 위치에 대응하도록 배향되어, 케이블들이 하우징의 내부를 벗어나도록 허용한다. 애퍼처들(13, 13')의 폭은, 감지 케이블들(예를 들어, 케이블들(15, 15'))이 하우징의 어떠한 부분과도 간섭함이 없이 전위차계들에 대해 넓은 각도 범위에 걸쳐 연계될 수 있도록 선택될 수 있다. 이러한 방식으로, 센서의 기능과 간섭함이 없이, 센서 패키지 하우징에 대한 광범위한 각도의 변형이 수용될 수 있다.
일반적으로 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제2 하우징 또는 커버 부분(22)이 예시된다. 제2 하우징 부분(22)은 일반적으로, 각각의 곡선형 섹션들(32, 33)을 포함하는, 하우징 부분(20)의 주변 벽(23)에 대응하는 프로파일을 갖는 평탄한 본체(30)를 포함한다. 복수의 애퍼처들(31)(예를 들어, 나사산이 없는 스루-홀들)이 본체(30)를 통해 형성될 수 있다. 애퍼처들(31)은, 제2 하우징 부분(22)이, 예를 들어, 복수의 패스너들(예를 들어, 나사산이 있는 패스너들(threaded fasteners))을 통해 제1 하우징 부분(20)에 착탈가능하게 고정될 수 있도록, 위치에서 제1 하우징 부분(20)의 애퍼처들(29)에 대응할 수 있다. 제2 하우징 부분은 또한, 원하는 대로 센서 패키지를 장착하기 위해 제1 하우징 부분(20)의 애퍼처들(28)에 대응하는 애퍼처들(28)을 포함할 수 있다.
도 4는, 앞서 설명된 WorldSID에서 이용되는 것과 같은 인공 늑골(50) 내에 설치되는 센서 패키지(10)를 포함하는 예시적인 센서 패키지 애플리케이션(40)을 예시한다. 도시된 바와 같이, 인공 늑골(50)은 일반적으로, 베이스(42)에 고정되는 링-형상의 엘리먼트를 포함한다. 센서 패키지(10)는, 예를 들어, 측면 및 오프셋 충격 자동차 충돌 실험 동안 적어도 2차원에서 인공 늑골(50)의 변형을 측정하도록 구성된다. 예시된 바와 같이, 센서 패키지(10)는 인공 늑골(50) 내에 고정되고, 센서 패키지(10) 내에 설치된 2개의 전위차계들의 감지 케이블들(15, 15')은, 공통 장착 포인트 또는 변형 측정 위치(52)에서 인공 늑골(50)의 밑면 또는 내부에 접속된다. 예시적인 실시예에서, 센서 패키지(10)는, 감지 케이블들(15, 15') 및 변형 측정 위치(52)가 인공 늑골(50)의 두께를 실질적으로 이등분하는 평면을 따라 놓이도록 인공 늑골(50) 내에서 배향된다. 센서 패키지(10)는, 예를 들어, 패키지(10)의 하우징을 통해 연장되는 패스너들(18)을 통해 베이스(42)에 부착된다. 센서 패키지(10)의 각각의 전위차계는, 예를 들어, 5V-10V DC 전원(미도시)에 의해 전력공급될 수 있고, 감지 케이블들(15, 15')의 길이들을 표시하는 각각의 전압 신호들을 실시간으로 출력하도록 구성된다.
일반적으로 도 5를 참조하면, 센서 패키지(10)의 기능의 도식적 표현(60)이 도시된다. 도시된 바와 같이, 센서 패키지(10)는, 도 4에 예시된 바와 같이, 인공 늑골(50) 내에 장착된다. 전위차계들(14, 14')은 공통 변형 측정 위치 D(즉, 도 4의 위치(52))에 부착되는 각각의 감지 케이블들(15, 15')(실선으로 도시됨)을 포함한다. 위치 D는, (예를 들어, 충돌 테스트 전에 설치된 상태와 같은) 초기의 로딩되지 않은 인공 늑골 상태에 대응한다. 위치들 A 및 B는, 전위차계들(14, 14') 및 미리 결정된 기준 포인트 또는 위치 E에 대한 케이블들(15, 15')의 배향을 표현하는 미리 결정된 기준 포인트들에 대응하고, 센서 패키지(10)의 하우징 뿐만 아니라 전위차계들의 설계에 기초한다. 위치들 A, B 및 E의 포지션들은 주어진 하우징 설계에 대해 공지(즉, 미리 결정)됨을 이해해야 한다. 측정 위치 D의 포지션은, 인공 늑골(50) 내에서 센서 패키지(10)의 설치 시에 교정 프로세스 동안 결정될 수 있다. 따라서, 변형 이벤트(예를 들어, 충돌 테스트) 전에, 위치들 A, B, D 및 E의 포지션들은 공지된다.
위치 C는, 예를 들어, 측방향 또는 비스듬한 충격 테스트 동안 생성되는 힘 하에서 더미 늑골이 변형 이벤트를 경험하고 있는 동안 변형 측정 위치 D의 포지션을 표현한다. 위치 D로부터 위치 C로의 이동은 일반적으로 예시된 XY 평면을 따라 발생함을 이해해야 한다. 센서 패키지(10)는, 예를 들어, 연관된 컴퓨터 로직(예를 들어, 컴퓨터 소프트웨어)와 함께, 기준 위치 E에 대해 상대적인 XY 평면에서의 이러한 새로운 위치 C의 좌표를 측정 및 계산하도록 구성된다. 일 실시예에서, 이러한 계산은, 새로운 위치 C의 좌표의, 기준 위치 E에 대한 거리 및 변형 각도 세타를 계산하기 위해 삼각측량 이론들을 활용하는 소프트웨어를 통해 달성된다.
도 5를 계속 참조하면, 측정 위치의 변형 거리 및 각도 세타의 실시간 계산들을 행하기 위해 이용되는 예시적인 방법이 아래에 제공된다.
라인들 R 및 S를, 각각 감지 케이블들(15, 15')의 변형 후 길이라 한다(파선들로 도시됨). 이러한 길이들은, 단지, 각각의 전위차계에 대해 특정된 교정 데이터와 함께 전위차계들(14, 14') 각각의 출력 전압을 측정함으로써 결정될 수 있다.
앞서 기술된 바와 같이, A(Xa,Ya), B(Xb,Yb) 및 E(Xe,Ye)의 좌표(위치들 A, B 및 E)은 디바이스의 설계(예를 들어, 전위차계들의 배향 및 하우징의 설계)에 기초하여 주어진다. D(Xd,Yd)의 좌표(위치 D)는 더미 늑골의 셋업 동안 획득될 수 있다. 이러한 정보를 하기 관계식들에 적용하는 것은 C(Xc,Yc)의 좌표(변형 후 측정 위치 C)를 도출한다.
L은 포인트들 A와 B 사이의 거리를 표현한다.
Figure 112016043005610-pct00001
K1은 라인 AB의 기울기를 표현한다.
Figure 112016043005610-pct00002
하기 중간 변수들은 다음과 같이 정의된다.
Figure 112016043005610-pct00003
Figure 112016043005610-pct00004
Figure 112016043005610-pct00005
Figure 112016043005610-pct00006
포인트 C의 좌표는 아래 식에 의해 유도된다.
Figure 112016043005610-pct00007
Figure 112016043005610-pct00008
포인트들 C와 E 사이의 거리 Lce가 아래 식에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112016043005610-pct00009
라인들 CE 및 DE의 기울기들은 아래 식에 의해 유도된다.
Figure 112016043005610-pct00010
Figure 112016043005610-pct00011
마지막으로, 라인들 CE와 DE 사이의 각도 "세타"는 아래 식에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112016043005610-pct00012
따라서, 본 개시내용의 실시예들은, 실시간 변형중인 물체의 측정 위치의 포지션을 계산하기 위해, 삼각측량 이론들과 함께 제1 및 제2 전위차계들의 선형 측정들을 활용한다. 상기 계산들은, 예를 들어, 컴퓨터의 프로세서에 의해 수행되는 명령어들의 세트로 구현될 수 있다. 컴퓨터는, 전위차계들의 출력들에 동작가능하게 접속될 뿐만 아니라 A, B 및 E의 공지된 위치들과 관련된 데이터에 대한 액세스를 가질 수 있다. 센서 패키지가 인공 늑골 내에 설치된 후 포인트 D의 위치를 결정하기 위한 교정 데이터는 또한, 상기 계산들에 이용되는 컴퓨터에 입력될 수 있다.
도 6은, 본 개시내용의 실시예에 따라 변형을 측정하기 위한 예시적인 방법(80)을 예시하는 프로세스 도면이다. 이 방법은, 예를 들어, 도 4에 예시된 바와 같은 센서 패키지 애플리케이션(40)에서 변형 측정들을 수행하기 위해 이용될 수 있다. 제1 단계(62)에서, 공통 기준 포인트로부터 공지된 거리에 제1 및 제2 전위차계들이 배열된다. 이것은, 예를 들어, 제1 및 제2 전위차계들을 하우징 내에 배열함으로써 달성될 수 있고, 여기서 기준 포인트의 위치 및 제1 및 제2 전위차계들의 위치는 공지되고, 예를 들어, 단계(63)에서 컴퓨터(70)에 입력(예를 들어, 컴퓨터의 메모리에 저장)될 수 있다. 단계(64)에서, 제1 및 제2 전위차계들의 감지 케이블들 또는 감지단들 각각은, 변형이 측정될 물체(예를 들어, 더미 늑골) 상의 공통 변형 측정 위치에 부착된다. 부착되면, 교정 단계(65)가 수행될 수 있고, 여기서, 전위차계들의 출력에 기초하여, 공통 변형 측정 위치(즉, 위치 D)의 포지션이 컴퓨터(70)에 의해 결정될 수 있다. 물체 상의 힘의 인가에 의해 초래되는 변형 이벤트 동안, 전위차계들 각각의 출력들은 컴퓨터(70)에 연속적으로 입력되고, 여기서, 기준 포인트에 대한 변형의 측정(예를 들어, 선형 성분 및 각도 성분)은 단계(66)에서 전위차계들의 출력들에 기초하여 앞서 설명된 방법들에 따라 계산될 수 있다.
본 개시내용에 따른 변형 센서들의 실시예들은 늑골 변형 애플리케이션에서의 이용에 대해 설명되었지만, 실시예들은, 한정된 공간에서 2차원 포지션 측정들을 요구하는 임의의 애플리케이션에서 이용될 수 있음을 이해해야 한다. 다른 예시적인 애플리케이션들은, 로봇 모션 제어, 공장 머신 자동화 및 교통 사고 재구성을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
본원에서 설명되는 컴퓨터들, 예를 들어, 컴퓨터(70)는, 하나 이상의 프로세서들, 및 명령어들을 포함할 수 있는 데이터를 포함하는 메모리를 포함할 수 있고, 명령어들은, 프로세서 또는 다수의 프로세서들에 의해 실행되는 경우, 본원에서 설명되는 바와 같이 변형을 계산하기 위한 방법의 단계들을 도출한다. 소프트웨어는, 소프트웨어 명령어들이 저장될 수 있는 비일시적 머신 판독가능 매체에서 구현될 수 있고, 저장된 명령어들은, 프로세서에 의해 실행되는 경우, 프로세서로 하여금, 본원에 설명된 방법들의 단계들을 수행하게 한다. 예를 들어, 자기 또는 광학 디스크들, 예를 들어, CD-ROM, DVD-ROM 플로피 디스크들 등을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아닌 임의의 적절한 머신 판독가능 매체가 이용될 수 있다. 다른 매체들이 또한 본 개시내용의 의도된 범주 내에 속하여, 예를 들어, 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM) 또는 플래쉬 메모리가 또한 이용될 수 있다.
전술한 발명은 앞서 설명된 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 사상을 벗어남이 없이 다양한 수정들 및 변화들이 행해질 수 있다. 따라서, 이러한 수정들 및 변화들은 첨부된 청구항들의 범주에 속하는 것으로 간주된다. 따라서, 상세한 설명 및 도면들은 제한적이기 보다는 예시적인 관점에서 간주되어야 한다. 본원의 일부를 형성하는 첨부된 도면들은, 제한이 아닌 예시의 방식으로, 본 요지가 실시될 수 있는 특정 실시예들을 도시한다. 예시된 실시예들은, 본 기술분야의 통상의 기술자들이 본원에 개시된 교시들을 실시할 수 있도록 충분히 상세히 설명된다. 본 개시내용의 범주를 벗어남이 없이 구조적 및 논리적 대체들 및 변화들이 행해질 수 있도록, 실시예들로부터 다른 실시예들이 활용 및 유도될 수 있다. 따라서, 본 상세한 설명은 제한적인 관점에서 취해지지 않아야 하고, 다양한 실시예들의 범주는, 첨부된 청구항들이 부여하는 균등물들의 전체 범위와 함께 오직 이러한 청구항들에 의해서만 정의된다.
창작적 요지의 이러한 실시예들은, 실제로 둘 이상이 개시된다면, 본원에서 개별적으로 및/또는 집합적으로, 본 출원의 범주를 의도적으로 임의의 단일 발명 또는 창작적 개념으로 제한하려는 의도 없이, 단지 편의를 위해 용어 "발명"으로 지칭될 수 있다. 따라서, 본원에서 특정 실시예들이 예시되고 설명될지라도, 그와 동일한 목적을 달성하기 위해 계산되는 임의의 배열이 그 도시된 특정 실시예들에 대해 대체될 수 있음을 인식해야 한다. 본 개시내용은, 다양한 실시예들의 변화들의 임의의 그리고 모든 적응들을 커버하도록 의도된다. 상기 실시예들, 및 본원에 구체적으로 설명되지 않은 다른 실시예들의 결합들은, 상기 설명의 검토 시에 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 자명할 것이다.

Claims (11)

  1. 변형 센서 패키지(deformation sensor package)로서,
    하우징을 포함하고,
    상기 하우징은, 베이스 및 상기 베이스로부터 연장되는 주변 벽을 포함하고, 상기 베이스 및 주변 벽은, 연관된 스트링 전위차계를 수용하도록 각각 구성되는 2개의 캐비티들을 정의하고,
    상기 주변 벽은, 상기 하우징의 외부와 각각의 캐비티 사이에 형성되는 2개의 애퍼처들을 정의하고, 각각의 애퍼처는, 상기 애퍼처를 통해, 연관된 스트링 전위차계의 감지 케이블의 이동가능한 감지단의 관통을 허용하도록 구성되는, 변형 센서 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하우징은, 상기 베이스와 상기 주변 벽을 포함하는 제1 하우징 부분, 및 상기 캐비티들을 상기 하우징 내에 선택적으로 둘러싸기 위한 착탈가능한 커버를 포함하는 제2 하우징 부분을 포함하는, 변형 센서 패키지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하우징에 정의된 캐비티들 중 각각의 캐비티에 배열되는 제1 및 제2 스트링 전위차계들을 더 포함하는, 변형 센서 패키지.
  4. 변형 센서 패키지로서,
    하우징을 포함하고,
    상기 하우징은, 베이스 및 상기 베이스로부터 연장되는 주변 벽 -상기 베이스와 상기 주변 벽은 제1 캐비티와 제2 캐비티를 정의함-;
    상기 제1 캐비티 내에 배치된 제1 감지 케이블을 갖는 제1 스트링 전위차계; 및
    상기 제2 캐비티 내에 배치된 제2 감지 케이블을 갖는 제2 스트링 전위차계
    를 포함하고,
    상기 주변 벽은, 상기 하우징의 외부와 각각의 캐비티 사이에 형성되는 2개의 애퍼처들을 정의하고, 상기 제1 및 제2 감지 케이블 각각의 이동가능한 감지단은 상기 2개의 애퍼처들 각각을 관통하여 배열되는, 변형 센서 패키지.
  5. 제4항에 있어서, 상기 애퍼처들은, 상기 제1 및 제2 스트링 전위차계들의 상기 감지 케이블들이, 변형이 측정될 물체 상의 공통 장착 포인트(common mounting point)에 부착될 수 있도록 크기결정되고 배향되는, 변형 센서 패키지.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 스트링 전위차계들의 출력부들에 동작가능하게 접속되고, 상기 물체에 인가되는 힘에 응답하여, 그리고 상기 제1 및 제2 스트링 전위차계들로부터의 출력에 기초하여, 기준 포인트에 대한 상기 공통 장착 포인트의 변형을 결정하기 위한 프로세서를 더 포함하고, 상기 결정은, 상기 기준 포인트에 대한 선형 변형 성분 및 각도 변형 성분을 결정하는 것을 포함하는, 변형 센서 패키지.
  7. 제5항에 있어서, 상기 변형이 측정될 물체는, 충돌 테스트 더미(crash test dummy)의 인공 늑골(artificial rib)인, 변형 센서 패키지.
  8. 적어도 2차원에서 기준 포인트에 대한 물체의 변형을 측정하기 위한 방법으로서,
    제1 및 제2 전위차계들을 기준 포인트에 대해 주어진 거리에 배열하는 단계;
    상기 제1 및 제2 전위차계들의 이동가능한 감지단들을 상기 물체의 공통 변형 측정 위치에 부착하는 단계; 및
    상기 물체에 인가된 힘에 응답하여, 상기 제1 및 제2 전위차계들의 출력에 따라, 상기 기준 포인트에 대한 상기 변형 측정 위치의 변형을 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 변형 측정 위치의 변형을 결정하는 단계는, 상기 변형을 초래하는 힘의 인가 전에 상기 기준 포인트에 대한 상기 변형 측정 위치의 포지션(position)을 결정하는 단계, 및 상기 변형을 초래하는 힘의 인가 후에 상기 기준 포인트에 대한 상기 변형 측정 위치의 포지션을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전위차계들은 제1 및 제2 스트링 전위차계들을 포함하고, 상기 제1 및 제2 스트링 전위차계들의 이동가능한 감지 케이블들의 단부들은 상기 변형 측정 위치에 부착되는, 방법.
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서, 상기 기준 포인트에 대한 상기 변형 측정 위치의 변형을 결정하는 단계는, 상기 기준 포인트에 대한 선형 변형 성분 및 각도 변형 성분을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
KR1020167011874A 2013-11-04 2014-11-04 변형 센서 패키지 및 방법 KR101837324B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/071,131 2013-11-04
US14/071,131 US9335225B2 (en) 2013-11-04 2013-11-04 Deformation sensor package and method
PCT/US2014/063933 WO2015066713A1 (en) 2013-11-04 2014-11-04 Deformation sensor package and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160067933A KR20160067933A (ko) 2016-06-14
KR101837324B1 true KR101837324B1 (ko) 2018-03-09

Family

ID=53005307

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167011874A KR101837324B1 (ko) 2013-11-04 2014-11-04 변형 센서 패키지 및 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9335225B2 (ko)
EP (1) EP3066414A4 (ko)
JP (1) JP6524078B2 (ko)
KR (1) KR101837324B1 (ko)
CN (1) CN106062504B (ko)
WO (1) WO2015066713A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3118570B1 (de) * 2015-07-15 2020-09-02 Kistler Holding AG Körperverformungsaufnehmer und anwendung eines solchen körperverformungsaufnehmers
DE102015009393B4 (de) * 2015-07-15 2019-07-04 Gerhard Pfeifer Wegaufnehmeranordnung sowie Crashtest-Dummy
US9970835B2 (en) 2015-11-02 2018-05-15 Humanetics Innovative Solutions, Inc. String pot system for crash test dummy
RU2617888C1 (ru) * 2015-11-05 2017-04-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) Устройство для измерения линейной деформации объектов
US10769967B2 (en) * 2017-01-25 2020-09-08 University Of Virginia Patent Foundation System, method and computer readable medium for quantifying anatomical device deformation under load
EP3650803B1 (en) * 2018-11-12 2021-04-14 Hexagon Technology Center GmbH Distance measuring system and associated measuring methods
US11431231B2 (en) 2019-02-15 2022-08-30 Shaun William FETHERSTON Cable-actuated position sensors and gear motors

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013104862A (ja) 2011-11-17 2013-05-30 Honda Motor Co Ltd 三次元変位測定装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT998126B (it) * 1973-06-04 1976-01-20 Snam Progetti Dispositivo per il rilievo in con tinuo della ovalizzazione e delle proiezioni su due piani ortogonali della deformata di tubazioni som merse
US4409835A (en) 1981-07-31 1983-10-18 Ford Motor Company Dummy chest load distribution transducer
JPS5912003U (ja) * 1982-07-16 1984-01-25 内田油圧機器工業株式会社 油圧シリンダのストロ−ク測定装置
JPS5933566U (ja) * 1982-08-25 1984-03-01 許斐　正明 座標読取装置
IL76517A (en) * 1985-09-27 1989-02-28 Nessim Igal Levy Distance measuring device
US5236144A (en) * 1992-04-13 1993-08-17 Johnson Service Company Cable extension linear position transducer
US5317931A (en) * 1992-05-15 1994-06-07 First Technology Safety Systems, Inc. Apparatus for sensing deflection in a crash test dummy thorax
KR100227145B1 (ko) * 1997-05-08 1999-10-15 이창남 구조물의 변형 측정용 자동 변위계
US7395609B2 (en) 2006-09-26 2008-07-08 Spaceage Control, Inc. 3-dimensional cable guide and cable based position transducer
US8677536B2 (en) * 2009-11-18 2014-03-25 Hill-Rom Services, Inc. Method and apparatus for sensing foot retraction in a mattress replacement system
IT1402187B1 (it) * 2010-09-21 2013-08-28 Torino Politecnico Dispositivo di misura e relativo procedimento di misura.

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013104862A (ja) 2011-11-17 2013-05-30 Honda Motor Co Ltd 三次元変位測定装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN106062504B (zh) 2019-05-14
KR20160067933A (ko) 2016-06-14
US9335225B2 (en) 2016-05-10
JP2017500543A (ja) 2017-01-05
WO2015066713A1 (en) 2015-05-07
CN106062504A (zh) 2016-10-26
EP3066414A1 (en) 2016-09-14
EP3066414A4 (en) 2017-06-28
US20150122043A1 (en) 2015-05-07
JP6524078B2 (ja) 2019-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101837324B1 (ko) 변형 센서 패키지 및 방법
US9707950B2 (en) System and method for measurement and evaluation of brake pedal performance
JP7346462B2 (ja) ターゲット物体との関係において複数のトランスデューサの空間的構成を決定する方法
KR20130029101A (ko) 강체특성 식별장치 및 강체특성 식별방법
JP2008086751A5 (ko)
RU2371691C1 (ru) Способ мониторинга машин и сооружений
JP2014235038A (ja) 自動車車体剛性試験方法および自動車車体剛性試験装置
KR101382143B1 (ko) 자동식 스프링 강성 계측기
JP2017519230A (ja) 移動中の車両の計量システムのためのローディングプレート、および、関連する拘束システム
JPS59174710A (ja) 測定装置の探触子
JP4333055B2 (ja) 変形計測システム及び方法
KR101264292B1 (ko) 공시체 영상 판독식 공진주 시험기
JP2021096197A (ja) コンクリート構造物内部状況点検方法及びその方法に使用するシステム
JP6976490B1 (ja) 検査システム、検査方法、および検査プログラム
CN103712794B (zh) 齿轮传动系统冲击振动能量传递损耗率检测系统及方法
Onuorah et al. Development of a Vibration Measurement Device based on a MEMS Accelerometer
RU2770255C2 (ru) Способ и устройство определения направления и амплитуды усилия, действующего на движительный отсек судна
KR20170139283A (ko) 액체저장탱크 수위계측 장치 및 방법
JP5228731B2 (ja) 画像処理による車両のホイル位置計測装置
CN110823104A (zh) 基于应变监测的工装构件关键区域位移场预测方法
CN112041649A (zh) 用于测量杆的弯曲度的传感器
KR20200069101A (ko) 비젼기반 하이브리드 건전성 예측 진단 시스템
JP3499132B2 (ja) 変位量計測装置
Moron et al. Automatic System for Detection and Positioning of Impacts in Metals Based on Arduino
US20230251220A1 (en) Apparatus and Method for Crack Measurement

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant