KR101843522B1 - 비절연 iepe 가속도 센서를 위한 절연 마운팅 어댑터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절연 마운팅 어댑터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 결합력과 절연성을 극대화 시켜 진동체의 진동 상태 측정 시 획득한 데이터의 신뢰성을 극대화 시킬 수 있는, 절연 마운팅 어댑터에 관한 것이다.

Description

비절연 IEPE 가속도 센서를 위한 절연 마운팅 어댑터 {Insulation mounting adapter of non insulated IEPE acceleration sensor}

본 발명은, IEPE(Integrated Electronic Piezoelectric) 가속도 센서에서 방출되는 전기 신호가 mV 단위의 미세 전압으로 발생하는데, 진동체 주변의 전기 노이즈가 가속도 센서에서 측정되는 것을 방지하는 것과 단열재와 탄성체로 구성된 결합보조체를 이용하여 진동체에 견고히 결합 및 저ㅇ고온 환경에서 사용하는 마운팅 어댑터에 관한 것으로, 가속도 센서를 이용하여 진동체의 진동값을 측정 시 신뢰성을 향상시킬 수 있는 절연 마운팅 어댑터에 관한 것이다.

일반적으로, 전기는 전압 220V를 60Hz로 공급한다. 건축물의 접지 공사가 이상적으로 구축될 경우에는 전원 노이즈가 발생하지 않지만, 공장 또는 시험 설비와 같이 접지를 저항별로 여러 장소에 걸쳐 곳곳에 공사하는 경우, 접지 공사를 완벽하게 할 수 없는 경우가 많다.

IEPE 가속도 센서는 압전소자(Piezoelectric)에 발생하는 미세 신호를 증폭하는 증폭기가 센서 내부에 위치하고 있다. 진동을 측정하기 위한 측정 장치 구성이 간결하며 증폭기가 센서 내에 위치하여 전선에 의한 신호 노이즈가 적다는 장점 때문에 세계적으로 널리 사용되고 있다. 그러나 증폭기의 위치는 단점이 되기도 하는데, 진동체에서 발생하는 온도 및 전원 노이즈는 증폭기에 직접적으로 영향을 주어 진동값에 신뢰성을 의심하게 되는 단점이 있다.

IEPE 가속도 센서는 미세 전압에 의해 진동체의 진동값을 측정하는데, 60Hz 이상의 전원 노이즈가 발생하면 진동체의 진동값을 정확하게 측정할 수 없다. 전원 노이즈를 방지하는 방법으로 가속도 센서 자체를 절연 물질로 제작하거나 비절연 가속도 센서를 진동체와 결합하는 마운팅 어댑터를 절연 물질로 제작하여야 한다.

그러나 종래의 경우 가속도 센서가 절연 재질로 제작하게 되면 가격이 3배 이상 상승하게 되며, 제조사에서 제공하는 Anodized aluminum으로 코팅된 마운팅 베이스를 사용하면 가속도 센서와 마운팅 베이스가 체결되는 지점에서 강도가 더 높은 센서 볼트 재질로 인해 마운팅 베이스의 코팅을 깎아 절연이 깨지게 되는 문제점이 있다.

또한 액체로켓엔진과 같이, 추진제로 극저온(-183℃) 물질인 액체 산소, 엔진 초기 시동 충격(1,000g 이상), 추진제 연소 온도 (2000℃ 이상) 환경에서 마운팅 어댑터가 진동체가 견고히 부착되어 있어야 하며, 저온 및 고온의 환경에도 단열하여 가속도 센서에 온도를 전달하지 않아야 한다.

따라서 진동체에 가속도 센서로 전달되는 전기 노이즈 신호를 차단하여 가속도 센서에서 발생하는 측정 노이즈를 최소화하는 것과 충격, 저온, 고온 환경에서도 진동체에 견고히 장착되어, 진동체의 진동 상태 측정 신뢰성을 향상시킬 수 있는 마운팅 어댑터의 필요성이 대두되고 있다.

등록특허 제10-0860444호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 절연 마운팅 어댑터를 사용함으로 인해 비절연 IEPE 가속도 센서로 전달되는 전기 노이즈를 차단하여 진동체의 진동값에 대한 신뢰성을 향상시키는 것이다.

또한, 절연 마운팅 어댑터를 사용함으로 인해 가속도 센서와 진동체의 연결을 견고하게 하여, 가속도 센서와 진동체가 서로 개별적인 변위를 가지는 것을 제한하는 것이다.

상세히 설명하면, 비절연 IEPE 가속도 센서와 절연 마운팅 어댑터와 진동체를 체결 시 결합이 견고하게 하여, 비절연 IEPE 가속도 센서의 진동값에 대한 신뢰성을 더욱 향상시키는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 절연 마운팅 어댑터는, 일측에 비절연 IEPE　가속도 센서(1)와 결합되는 제1 결합부(110)가 형성되고, 타측에 진동체와 결합되는 제2 결합부(120)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 결합부(110)와 상기 제2 결합부(120)는 결합 돌기(10)과 삽입 홈(20) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 절연 마운팅 어댑터(100)는 결합 대상과 마주보는 일측과 타측면 중 어느 하나 이상의 면에 결합보조체(30)가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 결합보조체(30)는 탄성층(31)과 단열층(32)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 단열층(32)은 상변화물질인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 절연 마운팅 어댑터(100)는 에폭시글라스(glass fiber epoxy laminates)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명인 절연 마운팅 어댑터는, 진동체에서 전기를 사용할 때 발생하는 전원 노이즈를 이상적으로 절연할 수 있어, 가속도 센서의 진동값에 대한 신뢰성을 극대화 시키는 장점이 있다.

또한, 내충격 및 내열성, 내연성 및 치수안정성이 뛰어난 에폭시글라스(glass fiber epoxy laminates) 재질로 이루어져, 액체로켓엔진과 같이 극저온 추진제인 액체 산소 배관에 장착, 엔진 초기 시동 충격, 고온 연소 환경의 특수한 조건을 요하는 분야에 사용 가능한 장점이 있다.

아울러, 마운팅 어댑터를 이용하여 진동체와 가속도 센서를 체결할 경우 결합이 완벽하게 이루어지지 않는 문제점을 해소하여, 진동체의 진동 상태를 한층 더 정밀하게 측정할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 절연 마운팅 어댑터와 가속도 센서를 나타낸 사시도. (제1 실시예)
도 2는 절연 마운팅 어댑터의 가속도 센서를 나타낸 사시도. (제2 실시예)
도 3은 절연 마운팅 어댑터의 가속도 센서를 나타낸 사시도. (제3 실시예)
도 4는 절연 마운팅 어댑터에 결합보조체가 형성된 것을 나타낸 단면도. (제1 실시예)
도 5는 절연 마운팅 어댑터에 결합보조체가 형성된 것을 나타낸 단면도. (제2 실시예)
도 6은 절연 마운팅 어댑터에 결합보조체가 형성된 것을 나타낸 단면도. (제3 실시예)
도 7은 결합보조체의 구조를 나타낸 개념도.

이하, 본 고안의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 고안의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 고안의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1을 참조하여 설명하면 본 발명인 절연 마운팅 어댑터(100)는 일측에 비절연 IEPE 1축 가속도 센서(1)와 결합되는 제1 결합부(110)가 형성되고, 타측에 진동체와 결합되는 제2 결합부(120)가 형성된다.

상세히 설명하면, 가속도 센서(1)는 도 1에 도시된 비절연 IEPE 1축 가속도 센서(1)와 같이 타측에 진동 상태를 측정하고자 하는 진동체와 결합되는 장착돌기(2)가 형성되거나, 도 2 및 도 3의 비절연 IEPE 3축 가속도 센서(1)와 같이 결합되는 진동체가 끼워지기 위한 장착홈(3)이 형성되므로, 본 발명인 절연 마운팅 어댑터(100)의 일측에 비절연 IEPE 가속도 센서(1)의 장착돌기(2) 또는 장착홈(3)과 결합될 수 있는 제1 결합부(110)를 형성하는 것이다.

이때, 비절연 IEPE 가속도 센서(1)의 장착돌기(2)와 장착홈(3)은 다양한 방법으로 제1 결합부(110)와 결합될 수 있으나, 공고한 결합을 위하여 도 1에 도시된 바와 같이 장착돌기(2)의 외주면에 나사산이 형성될 경우, 상기 제1 결합부(110)가 장착돌기(2)가 끼워지는 나사산이 형성된 결합홈(10)으로 이루어져 서로 회전 결합 되고, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 장착홈(3)의 내주면에 나사산이 형성될 경우 제1 결합부(110)가 장착홈(3)에 형성된 나사산에 대응하는 나사산이 외주면에 형성된 결합돌기(20)로 이루어져, 서로 공고히 회전 결합 가능하게 되는 것이다.

그리고, 본 발명인 절연 마운팅 어댑터(100)의 타측에 형성된 제2 결합부(120) 또한 제1 결합부(110)와 같이 삽입 홈(20) 또는 결합돌기(10)일 수 있으며, 제2 결합부(110)의 크기와 형상은 진동체에 형성된 돌기 또는 탭 홀에 대응되는 형상으로 이루어져야 함은 물론이다.

즉, 본 발명인 절연 마운팅 어댑터(100)는 반경방향 일측에 결합돌기(10) 또는 삽입 홈(20)이 형성되는 구조, 반경방향 타측에 결합돌기(10) 또는 삽입 홈(20)이 형성되는 구조가 서로 조합되어 4가지 타입으로 이루어질 수 있는 것이다.

또한, 본 발명인 절연 마운팅 어댑터는 도 4내지 도 6에 도시된 바와 같이 일측과 타측면 중 어느 하나 이상의 면에 결합보조체(30)가 형성될 수 있다.

상세히 설명하면, 가속도 센서(1)는 검출 방식에 따라 압전소자에 힘이 가해졌을 때 발생하는 전하를 검출하여 가속도를 구하는 압전형과, 도체가 자계 속을 이동하면 그 속도에 비례하여 기전력이 발생하는 것을 이용하여 가속도를 구하는 동전형, 진자의 변화를 전류로 검출하여 가속도를 구하는 서모형, 저항선 변형 게이지 및 다이어프램 등에 저항선 변형 게이지를 붙여 가해진 힘과 저항의 변화에서 가속도를 구하는 변형 게이지형 등이 있다.

이때, 가속도 센서는 결국 진동체에 일체 결합될 경우 가속도 센서가 진동체가 진동함에 대응하여 함께 진동하는 성질을 이용하고 있으므로, 가속도 센서와 진동체의 상대적 변위가 발생할 경우 가속도 센서가 측정한 진동체 진동상태 결과값의 신뢰성이 떨어진다.

따라서, 본 발명에서는 절연 마운팅 어댑터가 가속도 센서(1)와 결합되는 일측면과, 진동체와 결합되는 타측면에 결합을 공고히 가능케 하는 결합보조체(30)를 형성하여, 결합문제로 가속도 센서가 진동체의 가속도를 제대로 측정하지 못하는 것을 방지한 것이다.

도면을 참조하여 설명하면, 상기 결합보조체(30)는 도 4에 도시된 바와 같이결합돌기(10)의 가장자리를 감싸는 링 형상의 구조로 형성되어, 가속도 센서 및 진동체의 돌기 또는 홈의 가장자리에 위치되는 접촉면과, 절연 마운팅 어댑터(100)의 가장자리 접촉면(130)의 결합력을 향상시키는 것이다.

그리고, 상기 결합보조체(30)는 도 5에 도시된 바와 같이 결합 돌기(20)의 단부에 결합보조체(30)가 형성될 수 있으며, 도면에는 도시되지 않았지만 삽입홈(10)의 경우 가속도 센서(1)의 장착돌기(2) 또는 진동체의 돌기 단부와 마주보는 내측 단부에 결합보조체(30)가 형성되어, 진동체와 절연 마운팅 어댑터 그리고 절연 마운팅 어댑터와 가속도 센서의 결합력을 향상시킬 수 있다.

아울러, 상기 결합보조체(30)는 도 6에 도시된 바와 같이 가장자리 접촉면(130)과 제1 결합부(110) 및 제2 결합부(120)가 진동체 또는 가속도 센서(1)와 마주보는 대향면에 모두 형성될 수 있음은 물론이다.

또한, 본 발명인 절연 마운팅 어댑터(100)는 기계적 및 전기적 특성이 우수한 에폭시글라스(glass fiber epoxy laminates)로 이루어지는 것을 권장한다.

상세히 설명하면, 절연 마운팅 어댑터(100)는 액체로켓엔진과 같은 고온의 진동체에 부착되어야 하므로 내열성이 우수하여야 하고, 액체로켓엔지에서 발생하는 진동을 가속도 센서로 전달하여야 하므로 일정 이상의 내충격 및 내마모성을 가져야 하며, 진동체에서 발생하는 전기 노이즈 신호가 가속도 센서(1)로 전달되는 것을 방지하기 위하여 내연성이 있어야 함과 더불어, 진동체 및 가속도 센서와의 결합이 공고히 이루어지게 하기 위하여 치수안정성 또한 가져야 하므로, 얇은 판들을 적층하여 제작하므로 굽힘, 충격, 쪼갬 강도가 우수하며 상기와 같은 특성을 모두 포함하는 에폭시글라스를 권장하는 것이다.

또한, 상기 결합보조체(30)는 단순히 외력에 대응하여 형상이 가변되는 탄성체로 이루어질 수도 있지만, 도 7에 도시된 바와 같이 탄성층(31)과 단열층(32)의 결합으로 이루어지는 것을 권장한다.

상세히 설명하면, 액체로켓엔진과 같은 고온의 진동체에 절연 마운팅 어댑터(100)를 결합시킬 경우, 절연 마운팅 어댑터(100)의 타면에 부착되어 있는 결합보조체(30)가 열에너지를 전달받아 녹거나 타버릴 수 있으므로, 절연 마운팅 어댑터(100)가 진동체와 마주보는 외측에 단열층(32)이 위치되게 하고, 절연 마운팅 어댑터(100)와 마주보는 내측에 외력에 대응하여 형상이 가변되는 탄성층(31)이 위치되게 하여 결합보조체(30)의 파손을 방지한 것이다.

이때, 상기 단열층(32)은 열을 차단하는 단열재 또는 흡수 후 방출하는 축열재 등 다양한 재질로 이루어질 수 있으며, 일 실시예로는 상변화물질로 이루어질 수도 있다.

그리고, 가속도 센서(1)와 마주보는 절연 마운팅 어댑터(100)의 일측에 형성되는 결합보조체(30) 또한 탄성층(31) 과 단열층(32)으로 구분될 수 있으며, 단열층(32)이 상변화물질로 이루어질 경우, 절연 마운팅 어댑터(100)와 가속도 센서(1)의 결합이 공고하지 못하여, 가속도 센서(1)와 절연 마운팅 어댑터(100)가 마찰하며 발생하는 열을 흡수하여 가속도 센서(1)가 파손되는 사고를 방지할 수 있음은 물론이다.

아울러, 본 발명인 절연 마운팅 어댑터(100)는 가장자리가 다각 또는 원형 형상을 가질 수 있으나, 도 1내지 3에 도시된 바와 같이 가장자리가 6각 구조로 이루어져 공구를 이용하여 가속도 센서(1) 및 진동체와 용이하게 결합 가능한 것을 권장한다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

1 : 가속도 센서
10 : 결합 돌기
20 : 삽입 홈
30 : 결합 보조체
31 : 탄성층
32 : 단열층
100 : 절연 마운팅 어댑터
110 : 제1 결합부
120 : 제2 결합부
130 : 가장자리 접촉면

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 일측에 가속도 센서(1)와 결합되는 제1 결합부(110)가 형성되고 타측에 진동체와 결합되는 제2 결합부(120)가 형성되되,
   상기 제1 결합부(110)와 상기 제2 결합부(120)는 결합돌기(10)와 삽입 홈(20) 중 어느 하나 이상이며, 결합 대상과 대향하는 면에 결합보조체(30)가 형성되고, 상기 결합보조체(30)는 탄성층(31)과 상변화물질인 단열층(32)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 절연 마운팅 어댑터(100).
   
4. 일측에 가속도 센서(1)와 결합되는 제1 결합부(110)가 형성되고 타측에 진동체와 결합되는 제2 결합부(120)가 형성되되,
   상기 제1 결합부(110)와 상기 제2 결합부(120)는 결합돌기(10)와 삽입 홈(20) 중 어느 하나 이상이며, 결합 대상과 마주보는 일측과 타측면 중 어느 하나 이상의 면에 결합보조체(30)가 형성되고, 상기 결합보조체(30)는 탄성층(31)과 상변화물질인 단열층(32)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 절연 마운팅 어댑터(100).
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
   상기 절연 마운팅 어댑터(100)는 에폭시글라스(glass fiber epoxy laminates)로 이루어진 것을 특징으로 하는, 절연 마운팅 어댑터(100).
   
   
   
   

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