KR101991891B1 - 격자 구조 센서를 이용한 복합재 구조물의 손상 진단 기술 - Google Patents

격자 구조 센서를 이용한 복합재 구조물의 손상 진단 기술 Download PDF

Info

Publication number
KR101991891B1
KR101991891B1 KR1020170086104A KR20170086104A KR101991891B1 KR 101991891 B1 KR101991891 B1 KR 101991891B1 KR 1020170086104 A KR1020170086104 A KR 1020170086104A KR 20170086104 A KR20170086104 A KR 20170086104A KR 101991891 B1 KR101991891 B1 KR 101991891B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrodes
composite structure
damage
electrode
point
Prior art date
Application number
KR1020170086104A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190005448A (ko
Inventor
이창열
허종수
김건영
조성은
조성빈
안주훈
이용찬
최원표
강민성
Original Assignee
조선대학교 산학협력단
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 조선대학교 산학협력단 filed Critical 조선대학교 산학협력단
Priority to KR1020170086104A priority Critical patent/KR101991891B1/ko
Publication of KR20190005448A publication Critical patent/KR20190005448A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101991891B1 publication Critical patent/KR101991891B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • G01M99/008—Subject matter not provided for in other groups of this subclass by doing functionality tests
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • 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
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

손상 진단 센서가 내장된 복합재 구조물에 관한 것으로서, 복합재 구조물의 하나의 표면 상에서 제1 방향을 따라 형성되는 복수의 제1 전극; 복합재 구조물의 하나의 표면의 반대편 표면 상에서 제2 방향을 따라 형성되는 복수의 제2 전극; 복수의 제1 전극의 일단부를 연결하는 제1 입력부, 및 복수의 제1 전극의 타단부를 연결하는 제1 출력부; 및 복수의 제2 전극의 일단부를 연결하는 제2 입력부, 및 복수의 제2 전극의 타단부를 연결하는 제2 출력부를 포함한다. 제1 전극과 제2 전극은 하나의 표면 또는 반대편 표면 상에 투영되면 서로 교차하여 격자를 형성한다. 제1 및 제2 전극은 전기수력학적(electrohydrodynamic; EHD) 잉크젯 프린팅을 이용하여 도전성 잉크를 복합재 구조물의 표면 상에 인쇄함으로써 형성된다.

Description

격자 구조 센서를 이용한 복합재 구조물의 손상 진단 기술{DAMAGE DETECTION TECHNOLOGY FOR COMPOSITE STRUCTURES USING GRID SENSING APPROACH}
본 발명은 복합재 구조물의 손상 진단 기술에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 전기수력학적(electrohydrodynamic; EHD) 잉크젯 프린팅 기술을 이용하여 표면에 격자 구조의 센서를 패터닝한 복합재 구조물에 관한 것이다.
복합재 구조물은 높은 비강성, 비강도 및 우수한 피로 특성 등을 가지고 있어 구조물의 경량화에 유리하기 때문에 무게 절감이 필수적인 항공우주 구조물에 대해 주로 적용되고 있으며, 그 외에도 자동차, 로봇 등 다양한 분야에 널리 사용되고 있다. 이러한 복합재 구조물은 재료의 특성상 기계적, 열적, 물리적인 이방성을 가지고 있어서 원하는 물성을 가지도록 구조물을 설계할 수는 있으나, 설계에 따라 재료의 역학적 특성이 달라지고 파손 특성이 복잡해진다는 단점이 있다. 또한, 제조 공정에 따른 물성치 편차도 발생할 수 있기 때문에 재료의 특성에 대한 완벽한 이해가 매우 어렵다.
이러한 복합재 구조물은 손상을 모니터링하여 재료의 구조 건전성을 유지하는 것이 중요하다. 그러나, 현재 이러한 복합재 구조물의 정비 및 유지 보수와 관련하여 비효율적인 방법들이 사용되고 있다. 현재 주로 사용되는 비파괴 검사 방법들은 시간과 비용이 많이 소요되고 운용을 정지한 상태에서 수행해야 하기 때문에 구조물을 효율적으로 운용할 수 없게 되는 문제점이 존재한다. 특히, 복합재의 경우는 손상을 발견하는 것이 어려워 의심이 가는 지역을 모두 검사해야 한다는 치명적인 단점을 가지고 있다. 따라서, 복합재 구조물에 내장되어 실시간 구조 건전성을 감시할 수 있는 대안적 해결책이 요구된다.
한편, EHD 잉크젯 프린팅 기술은 전자인쇄 산업에서 사용되는 초미세 나노 패터닝 방식으로 정밀도가 피코리터인 기존의 잉크젯 패터닝 기술의 한계를 극복하여 1/1000인 펨토리터 이하를 패터닝할 수 있는 최첨단 신기술로서, 전 세계적으로 활발히 연구가 진행 중인 분야이다.
본 발명의 목적은 복합재 구조물에 발생하는 하중, 충격, 피로 등에 대한 구조물의 기계적/물리적 특성 변화를 통해 손상 여부, 손상 위치 등의 정보를 나노 스케일까지 미세하게 진단 가능한 손상 진단 센서를 내장한 복합재 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 손상 진단 센서는 EHD 잉크젯 프린팅 기술을 이용하여 나노 스케일의 선폭으로 복합재 구조물의 표면에 패터닝되어 나노 스케일의 미세 크랙 손상까지 진단하는 것이 가능하다. 또한, 손상 진단 센서가 격자 구조로 패터닝됨으로써 손상 위치를 정확히 판단하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 손상 진단 센서가 내장된 복합재 구조물은, 상기 복합재 구조물의 하나의 표면 상에서 제1 방향을 따라 형성되는 복수의 제1 전극; 상기 복합재 구조물의 상기 하나의 표면의 반대편 표면 상에서 제2 방향을 따라 형성되는 복수의 제2 전극; 상기 복수의 제1 전극의 일단부를 연결하는 제1 입력부, 및 상기 복수의 제1 전극의 타단부를 연결하는 제1 출력부; 및 상기 복수의 제2 전극의 일단부를 연결하는 제2 입력부, 및 상기 복수의 제2 전극의 타단부를 연결하는 제2 출력부를 포함한다. 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상기 하나의 표면 또는 상기 반대편 표면 상에 투영되면 서로 교차하여 격자를 형성하고, 상기 제1 및 제2 전극은 EHD 잉크젯 프린팅을 이용하여 도전성 잉크를 복합재 구조물의 표면 상에 인쇄함으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 제2 전극은 제1 전극이 형성된 동일한 표면 상에 형성될 수 있다. 이러한 실시예에서는 제1 전극과 제2 전극이 교차하는 지점에 절연층이 형성되어야 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 도전성 잉크는 금속물질, 유기의 도전성 물질, 및 무기의 도전성 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 금(Au), 은(Ag), 은나노와이어, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene), 도전성 고분자(PEDOT) 또는 이들의 조합에서 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 복합재 구조물은 도전성 재료, 예컨대 탄소섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 입력부에 신호를 입력하고, 상기 제1 및 제2 출력부에서 출력된 신호를 수신하여, 상기 복합재 구조물의 손상 지점의 위치를 판단하는 분석장치를 더 포함할 수 있다. 이러한 분석장치는 전기저항변화법(electrical resistance change method; ERCM)을 이용하여 복합재 구조물과 전극 사이의 접촉저항의 변화를 측정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 직조된 스트레인 센서층을 더 포함할 수 있다. 따라서, 직조된 스트레인 센서층을 이용하여 마이크로 스케일의 손상을 진단할 수 있는 반면, EHD 잉크젯 프린팅을 이용하여 패터닝된 제1 및 제2 전극을 이용하여서는 나노 스케일의 손상을 진단할 수 있어, 멀티 스케일의 손상 진단이 가능하다.
본 발명에 따른 손상 진단 센서가 내장된 복합재 구조물의 제조방법은, 상기 복합재 구조물의 하나의 표면 상에서 제1 방향을 따라 복수의 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 복합재 구조물의 상기 하나의 표면의 반대편 표면 상에서 제2 방향을 따라 복수의 제2 전극을 형성하는 단계; 상기 복수의 제1 전극의 일단부를 연결하는 제1 입력부, 및 상기 복수의 제1 전극의 타단부를 연결하는 제1 출력부를 형성하는 단계; 및 상기 복수의 제2 전극의 일단부를 연결하는 제2 입력부, 및 상기 복수의 제2 전극의 타단부를 연결하는 제2 출력부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상기 하나의 표면 또는 상기 반대편 표면 상에 투영되면 서로 교차하여 격자를 형성하고, 상기 제1 및 제2 전극은 전기수력학적 잉크젯 프린팅을 이용하여 인쇄될 수 있다.
본 발명에 따른 복합재 구조물의 손상 여부를 진단하는 방법은, 제1 및 제2 입력부에 신호를 입력하는 단계; 제1 및 제2 출력부에서 출력되는 신호를 수신하는 단계; 및 복합재 구조물과 제1 및 제2 전극 사이의 접촉저항의 변화를 분석하여 상기 복합재 구조물의 손상 지점을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 복합재 구조물의 손상 위치를 판단하는 방법을 개략적으로 도시하고 있다.
도 2는 종래의 잉크젯 프린팅 기술과 EHD 잉크젯 프린팅 기술을 비교하기 위하여 각각의 노즐을 확대하여 도시한 것이다.
도 3은 EHD 잉크젯 프린팅 기술의 원리를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따라 나노 센서 전극 및 절연층을 패터닝하는 방법을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따라 직조된 스트레인 센서층을 더 포함하는 복합재 구조물을 개략적으로 도시하고 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 구체적으로 설명한다. 이하 설명되는 실시예들은 단지 예시일 뿐이고, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 의해 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 복합재 구조물의 손상 진단 위치를 판단하는 원리를 개략적으로 도시하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 교차하는 격자 구조로 패터닝된 나노 센서를 이용하여 손상 지점을 정확히 진단할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 복합재 구조물의 하나의 표면 상에서 제1 방향을 따라 얇은 선폭을 가진 복수의 제1 전극이 패터닝될 수 있다. 또한, 복합재 구조물의 반대편 표면 상에서 제2 방향을 따라 얇은 선폭을 가진 복수의 제2 전극이 패터닝될 수 있다. 제1 전극과 제2 전극을 동일한 평면 상에 투영시키면 양 전극은 서로 교차하여 격자를 형성한다. 제1 전극과 제2 전극이 서로 교차하는 각도는 반드시 90도일 필요가 없으며, 복합재 구조물의 형상에 따라 0도보다 크고 180도보다 작을 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 제1 전극이 형성된 동일한 표면 상에 제2 전극이 패터닝될 수 있다. 이러한 경우, 제1 전극과 제2 전극이 교차하는 지점에 절연층이 형성되어야 한다. 절연층은 원형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 절연층의 직경은 전극의 선폭보다 더 큰 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 제1 및 제2 전극은 복합재 구조물의 손상 여부를 감지하는 센서로서 사용된다. 구체적으로, 도전성 복합재 구조물, 예컨대 탄소섬유를 포함하는 복합재 구조물의 표면 상에 전극을 형성하고, 복합재 구조물과 전극 사이의 접촉저항의 변화를 측정하면 구조물의 손상 여부를 감지할 수 있다. 이러한 전기저항변화법(electrical resistance change method; ERCM)은 광섬유센서나 압전센서와 같은 삽입식 모니터링 시스템에 비해 비싼 장비를 사용하지 않아도 되기 때문에 유리하다.
본 발명에 따르면, 제1 및 제2 전극은 EHD 잉크젯 프린팅 기술을 이용하여 도전성 잉크를 복합재 구조물의 표면 상에 토출시킴으로써 나노 스케일의 선폭을 가지도록 패터닝될 수 있다. 마찬가지로 절연층도 EHD 잉크젯 프린팅 기술을 이용하여 비전도성 물질을 제1 전극 위에 토출시킴으로써 제1 전극과 제2 전극을 절연할 수 있다.
기존 잉크젯 프린팅 기술에서는 유체 특성 및 노즐 직경의 한계 등으로 인하여 수백마이크로 스케일의 제한된 범위에서만 사용이 가능한 문제점이 존재하였다. 도 2a는 전통적인 압전 방식의 잉크젯 원리를 도시하고 있는데, 챔버 내부에 있는 멤브레인을 압전 액츄에이터가 가진하면 압력파가 노즐로 전파가 되고 이로 인하여 액체가 토출된다. 노즐의 크기가 작을수록 점성에 의한 압력손실이 커서 액체를 토출할 수 없으며, 따라서 액적의 크기에 한계가 있다.
그러나, 도 2b 및 도 3에 도시된 바와 같이, EHD 잉크젯 프린팅 방식에서는 노즐과 기판 사이에 강한 전기장을 형성시켜 액면(meniscus)에 정전기력을 작용하게 하고 이 힘이 액체를 당겨서 토출하는 방식이다. 외부에서 당기는 힘으로 액체를 프린팅하기 때문에 노즐의 크기에 따른 한계가 없으며, 나노 스케일의 노즐에서도 제팅이 가능하다. 또한 액체의 점성도가 10000cP 이상이어도 제팅이 가능하다. 토출되는 액적의 크기가 노즐 크기의 1/10 정도이기 때문에 같은 크기의 패턴을 위해서 상대적으로 큰 노즐을 적용할 수 있어 노즐 막힘의 문제도 일정 부분 해결할 수 있다는 장점이 있다.
EHD 잉크젯 프린팅 기술에는, 저점도의 분사용액을 액적 상태로 분사하여 패터닝하는 드랍 온 디맨드(drop-on-demand) 방식 및 분사용액을 전기방사(electrospinning)함으로써, 연속젯을 형성하여 패터닝하는 연속젯 방식이 존재한다. 드랍 온 디맨드 방식에서는, 저점도의 분사용액를 사용하여 필요한 경우에만 분사용액 입자를 날려보내는 방식의 프린팅으로써, 노즐의 크기보다 더 작은 액적을 생성할 수 있으며, 1 ㎛ 수준의 액적도 토출할 수 있게 된다. 연속젯 방식에서는, 전기수력학적 잉크젯 프린팅을 이용하여 분사용액를 전기방사하게 되면, 분사용액이 토출되는 토출부로부터 일정 범위 내에서 분사용액은 노즐에 수직인 직선방향을 따라 토출되는 직선 제트(straight jet) 경로를 따라 운동하며, 이 범위를 벗어나면 나선 또는 콘 형상으로 이동하는 스피닝 제트(spinning jet) 경로를 따라 운동하게 된다. 따라서, 복합재 구조물이 분사용액의 직선 제트에 해당하는 구간 내에 배치된다면 원하는 패턴을 패터닝할 수 있게 된다. 절연층은 드랍 온 디맨드 방식을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 복합재 구조물의 나노 스케일의 손상을 감지하기 위하여 제1 및 제2 전극의 선폭은 나노 스케일인 것이 바람직하다. 복수의 전극 사이의 간극은 복합재 구조물의 형상에 따라 전극 사이의 간극은 일정하지 않을 수 있다.
제1 및 제2 전극을 형성하기 위해 사용되는 도전성 잉크는 금속물질, 유기의 도전성 물질, 및 무기의 도전성 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 금(Au), 은(Ag), 은나노와이어, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene), 도전성 고분자(PEDOT) 또는 이들의 조합에서 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
도전성 잉크는 점도를 조절하기 위하여 천연 폴리머 또는 합성 폴리머를 포함하는 것이 바람직하다. 천연 폴리머는 치토산(chitosan), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen), 엘라스틴(elastin), 히알루론산(hyaluronic acid), 셀룰로오스(cellulose), 실크 피브로인(silk fibroin), 인지질(phospholipids), 피브리노겐(fibrinogen)을 포함할 수 있다. 합성 폴리머는 PLGA(Poly(lactic-co-glycolic acid)), PLA(Poly(lactic acid)), PHBV(Poly(3-hydroxybutyrate-hydroxyvalerate), PDO(Polydioxanone), PGA(Polyglycolic acid), PLCL(Poly(e-caprolactone-co-lactide)), PCL(Poly(e-caprolactone)), PLLA(Poly-L-lactic acid), PEUU(Poly(ether Urethane Urea), 아세트산 셀룰로오스(Cellulose acetate), PEG(Polyethylene glycol), EVOH(Poly(Ethylene Vinyl Alcohol), PVA(Polyvinyl alcohol), PEO(Polyethylene glycol), PVP(Polyvinylpyrrolidone)을 포함할 수 있다.
절연층을 패터닝시 사용되는 분사용액은 폴리이미드(polyimide), 폴리메타크릴산메칠(polymethyl methacrylate: PMMA), 폴리우레탄(polyurethane:PU), SiO2 가 사용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 폴리머 물질 또는 유무기 물질 등의 절연성질을 갖는 물질이라면 모두 가능하다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 복수의 제1 전극의 일단부를 연결하는 제1 입력부, 및 복수의 제1 전극의 타단부를 연결하는 제1 출력부가 복합재 구조물의 가장자리에 패터닝될 수 있다. 마찬가지로, 복수의 제2 전극의 일단부를 연결하는 제2 입력부, 및 복수의 제2 전극의 타단부를 연결하는 제2 출력부가 복합재 구조물의 가장자리에 패터닝될 수 있다. 입력부와 출력부도 EHD 잉크젯 프린팅 기술을 이용하여 얇은 선폭으로 패터닝되는 것이 바람직하지만, 복합재 구조물 및 신호 입출력 시스템에 따라 다양한 크기의 선폭을 가질 수 있다.
입력부 및 출력부를 형성하기 위해 사용되는 도전성 잉크는 금속물질, 유기의 도전성 물질, 및 무기의 도전성 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 금(Au), 은(Ag), 은나노와이어, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene), 도전성 고분자(PEDOT) 또는 이들의 조합에서 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
이하 다시 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 복합재 구조물의 손상 위치를 판단하는 방법을 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 각각의 전극의 일단부에서 신호를 입력하고 전극의 타단부에서 출력되는 신호를 분석하는 데이터 분석장치를 포함할 수 있다. 입력되는 신호는 전압일 수 있고, 출력되는 신호는 저항일 수 있다. 예컨대, 각각의 전극의 양단에 전압을 가하여 측정된 접촉저항을 측정하고, 측정된 저항값과, 미리 정의된 저항값을 비교함으로써 구조물의 손상 위치를 판단할 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서는 7개의 제1 전극 및 7개의 제2 전극이 구조물의 표면에 형성되어 있다. 예컨대, 제1 전극 양단의 저항변화를 측정함으로써 X축의 X6 지점에 손상이 발생하였음을 감지하고, 제2 전극 양단의 저항변화를 측정함으로써 Y축의 Y5 지점에 손상이 발생하였음을 감지한 경우, 구조물의 좌표 (X, Y) = (6, 5) 지점에서 손상이 발생하였음을 알 수 있다. 도 1에서는 직교하는 좌표계가 도시되어 있지만, 구조물의 형태에 따라 다양한 좌표계가 구조물 상에 맵핑될 수 있으며, 손상 지점을 구분하기 위하여 제1 전극과 제2 전극이 서로 교차하기만 하면 충분하다.
도 5는 본 발명에 따른 제2 실시예를 도시하고 있다. 제2 실시예에서는 복합재 구조물이 직조된 스트레인 센서층을 더 포함할 수 있다. 이러한 추가적인 스트레인 센서는 복합재 구조물 내부 또는 표면에 일체화되도록 제작되어, 마이크로 스케일의 손상을 진단하는데 사용될 수 있다.
예컨대, 직조된 스트레인 센서층은 날실과 씨실이 서로 아래위로 교차하여 짜여진 직물형 압력 감지 센서일 수 있다. 날실과 씨실은 각각 금속 코어 및 금속 코어의 표면 상에 피복된 섬유층을 포함할 수 있다. 날실의 금속 코어와 씨실의 금속 코어는 각각 전극의 역할을 수행하며, 이들의 접점 상에 압력이 가해진 경우 섬유층의 두께는 줄어들게 된다. 섬유층의 두께가 줄어들면, 날실의 금속 코어와 씨실의 금속 코어 간의 저항 또는 유전율이 변화하게 되고, 이에 따라 직물형 압력 감지 센서는 압력저항 또는 정전용량을 감지할 수 있다. 따라서, 직조된 스트레인 센서층은 복합재 구조물에서 마이크로 스케일의 손상을 추가적으로 진단할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 다음의 특허청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 범위도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (18)

  1. 손상 진단 센서가 내장된 복합재 구조물로서,
    상기 복합재 구조물의 하나의 표면 상에서 제1 방향을 따라 형성되는 복수의 제1 전극;
    상기 복합재 구조물의 상기 하나의 표면의 반대편 표면 상에서 제2 방향을 따라 형성되는 복수의 제2 전극;
    상기 복수의 제1 전극의 일단부를 연결하는 제1 입력부, 및 상기 복수의 제1 전극의 타단부를 연결하는 제1 출력부;
    상기 복수의 제2 전극의 일단부를 연결하는 제2 입력부, 및 상기 복수의 제2 전극의 타단부를 연결하는 제2 출력부; 및
    상기 복합재 구조물의 손상 위치를 판단하는 데이터 분석장치를 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상기 하나의 표면 또는 상기 반대편 표면 상에 투영되면 서로 교차하여 격자를 형성하고,
    상기 제1 및 제2 전극은 전기수력학적(electrohydrodynamic; EHD) 잉크젯 프린팅을 이용하여 도전성 잉크를 복합재 구조물의 표면 상에 인쇄함으로써 형성되고,
    상기 데이터 분석장치는 상기 복수의 제1 전극의 양단에 전압을 가하여 상기 복수의 제1 전극의 접촉저항을 측정함으로써 상기 복수의 제1 전극 중에서 손상이 발생한 제1 지점을 결정하고, 상기 복수의 제2 전극의 양단에 전압을 가하여 상기 복수의 제2 전극의 접촉저항을 측정함으로써 상기 복수의 제2 전극 중에서 손상이 발생한 제2 지점을 결정하고, 상기 제1 지점과 상기 제2 지점을 이용하여 상기 복합재 구조물에서 손상이 발생한 좌표 지점을 결정하는 복합재 구조물.
  2. 손상 진단 센서가 내장된 복합재 구조물로서,
    상기 복합재 구조물의 하나의 표면 상에서 제1 방향을 따라 형성되는 복수의 제1 전극;
    상기 복합재 구조물의 상기 하나의 표면과 동일한 표면 상에서 제2 방향을 따라 형성되는 복수의 제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 교차하는 지점에 형성되는 절연층;
    상기 복수의 제1 전극의 일단부를 연결하는 제1 입력부, 및 상기 복수의 제1 전극의 타단부를 연결하는 제1 출력부;
    상기 복수의 제2 전극의 일단부를 연결하는 제2 입력부, 및 상기 복수의 제2 전극의 타단부를 연결하는 제2 출력부; 및
    상기 복합재 구조물의 손상 위치를 판단하는 데이터 분석장치를 포함하고,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 0도보다 크고 180보다 작은 각도로 서로 교차하고,
    상기 제1 및 제2 전극은 전기수력학적(electrohydrodynamic; EHD) 잉크젯 프린팅을 이용하여 도전성 잉크를 복합재 구조물의 표면 상에 인쇄함으로써 형성되고,
    상기 데이터 분석장치는 상기 복수의 제1 전극의 양단에 전압을 가하여 상기 복수의 제1 전극의 저항변화를 측정함으로써 상기 복수의 제1 전극 중에서 손상이 발생한 제1 지점을 결정하고, 상기 복수의 제2 전극의 양단에 전압을 가하여 상기 복수의 제2 전극의 저항변화를 측정함으로써 상기 복수의 제2 전극 중에서 손상이 발생한 제2 지점을 결정하고, 상기 제1 지점과 상기 제2 지점을 이용하여 상기 복합재 구조물에서 손상이 발생한 좌표 지점을 결정하는 복합재 구조물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도전성 잉크는 금속물질, 유기 도전성 물질, 및 무기 도전성 물질 중 적어도 하나를 포함하는, 복합재 구조물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복합재 구조물은 탄소섬유를 포함하는, 복합재 구조물.
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 데이터 분석장치는 상기 복수의 제1 전극의 접촉저항 및 상기 복수의 제2 전극의 접촉저항을 미리 정의된 접촉저항과 각각 비교하여 상기 제1 지점 및 상기 제2 지점을 결정하는 복합재 구조물.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    직조된 스트레인 센서층을 더 포함하는, 복합재 구조물.
  8. 손상 진단 센서가 내장된 복합재 구조물의 제조방법으로서,
    상기 복합재 구조물의 하나의 표면 상에서 제1 방향을 따라 복수의 제1 전극을 형성하는 단계;
    상기 복합재 구조물의 상기 하나의 표면의 반대편 표면 상에서 제2 방향을 따라 복수의 제2 전극을 형성하는 단계;
    상기 복수의 제1 전극의 일단부를 연결하는 제1 입력부, 및 상기 복수의 제1 전극의 타단부를 연결하는 제1 출력부를 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 제2 전극의 일단부를 연결하는 제2 입력부, 및 상기 복수의 제2 전극의 타단부를 연결하는 제2 출력부를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 동일한 평면 상에 투영되면 서로 교차하여 격자를 형성하고,
    상기 제1 및 제2 전극은 전기수력학적 잉크젯 프린팅을 이용하여 인쇄되고,
    상기 복합재 구조물은 상기 복합재 구조물의 손상 위치를 판단하는 데이터 분석장치를 포함하고,
    상기 데이터 분석 장치는 상기 복수의 제1 전극의 양단에 전압을 가하여 상기 복수의 제1 전극의 접촉저항을 측정함으로써 상기 복수의 제1 전극 중에서 손상이 발생한 제1 지점을 결정하고, 상기 복수의 제2 전극의 양단에 전압을 가하여 상기 복수의 제2 전극의 접촉저항을 측정함으로써 상기 복수의 제2 전극 중에서 손상이 발생한 제2 지점을 결정하고, 상기 제1 지점과 상기 제2 지점을 이용하여 상기 복합재 구조물에서 손상이 발생한 좌표 지점을 결정하는 복합재 구조물의 제조방법.
  9. 손상 진단 센서가 내장된 복합재 구조물의 제조방법으로서,
    상기 복합재 구조물의 하나의 표면 상에서 제1 방향을 따라 복수의 제1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 전극 상에 불연속적으로 절연층을 형성하는 단계;
    상기 복합재 구조물의 상기 하나의 표면과 동일한 표면 상에서 제2 방향을 따라 복수의 제2 전극을 형성하는 단계로서, 상기 제2 전극은 상기 절연층이 형성된 지점에서 상기 제1 전극과 교차하는, 복수의 제2 전극을 형성하는 단계;
    상기 복수의 제1 전극의 일단부를 연결하는 제1 입력부, 및 상기 복수의 제1 전극의 타단부를 연결하는 제1 출력부를 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 제2 전극의 일단부를 연결하는 제2 입력부, 및 상기 복수의 제2 전극의 타단부를 연결하는 제2 출력부를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 전극은 전기수력학적 잉크젯 프린팅을 이용하여 인쇄되고,
    상기 복합재 구조물은 상기 복합재 구조물의 손상 위치를 판단하는 데이터 분석장치를 포함하고,
    상기 데이터 분석 장치는 상기 복수의 제1 전극의 양단에 전압을 가하여 상기 복수의 제1 전극의 접촉저항을 측정함으로써 상기 복수의 제1 전극 중에서 손상이 발생한 제1 지점을 결정하고, 상기 복수의 제2 전극의 양단에 전압을 가하여 상기 복수의 제2 전극의 접촉저항을 측정함으로써 상기 복수의 제2 전극 중에서 손상이 발생한 제2 지점을 결정하고, 상기 제1 지점과 상기 제2 지점을 이용하여 상기 복합재 구조물에서 손상이 발생한 좌표 지점을 결정하는 복합재 구조물의 제조방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 전기수력학적 잉크젯 프린팅에 사용되는 도전성 잉크는 금속물질, 유기 도전성 물질, 및 무기 도전성 물질 중 적어도 하나를 포함하는, 복합재 구조물의 제조방법.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 복합재 구조물은 탄소섬유를 포함하는, 복합재 구조물의 제조방법.
  12. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 복합재 구조물은 직조된 스트레인 센서층을 더 포함하는, 복합재 구조물의 제조방법.
  13. 복합재 구조물의 손상 여부를 진단하는 방법으로서,
    상기 복합재 구조물은,
    상기 복합재 구조물의 하나의 표면 상에서 제1 방향을 따라 형성되는 복수의 제1 전극;
    상기 복합재 구조물의 상기 하나의 표면의 반대편 표면 상에서 제1 방향을 따라 형성되는 복수의 제2 전극;
    상기 복수의 제1 전극의 일단부를 연결하는 제1 입력부, 및 상기 복수의 제1 전극의 타단부를 연결하는 제1 출력부;
    상기 복수의 제2 전극의 일단부를 연결하는 제2 입력부, 및 상기 복수의 제2 전극의 타단부를 연결하는 제2 출력부; 및
    상기 복합재 구조물의 손상 위치를 판단하는 데이터 분석장치를 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상기 하나의 표면 또는 상기 반대편 표면 상에 투영되면 서로 교차하여 격자를 형성하고,
    상기 제1 및 제2 전극은 전기수력학적 잉크젯 프린팅을 이용하여 도전성 잉크를 복합재 구조물의 표면 상에 인쇄함으로써 형성되고,
    상기 방법은,
    상기 복수의 제1 전극의 양단에 전압을 가하여 상기 복수의 제1 전극의 저항변화를 측정함으로써 상기 복수의 제1 전극 중에서 손상이 발생한 제1 지점을 결정하는 단계;
    상기 복수의 제2 전극의 양단에 전압을 가하여 상기 복수의 제2 전극의 저항변화를 측정함으로써 상기 복수의 제2 전극 중에서 손상이 발생한 제2 지점을 결정하는 단계; 및
    상기 제1 지점과 상기 제2 지점을 이용하여 상기 복합재 구조물에서 손상이 발생한 좌표 지점을 결정하는 단계를 포함하는, 복합재 구조물의 손상 여부를 진단하는 방법.
  14. 복합재 구조물의 손상 여부를 진단하는 방법으로서,
    상기 복합재 구조물은,
    상기 복합재 구조물의 하나의 표면 상에서 제1 방향을 따라 형성되는 복수의 제1 전극;
    상기 복합재 구조물의 상기 하나의 표면과 동일한 표면 상에서 제2 방향을 따라 형성되는 복수의 제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 교차하는 지점에 형성되는 절연층;
    상기 복수의 제1 전극의 일단부를 연결하는 제1 입력부, 및 상기 복수의 제1 전극의 타단부를 연결하는 제1 출력부;
    상기 복수의 제2 전극의 일단부를 연결하는 제2 입력부, 및 상기 복수의 제2 전극의 타단부를 연결하는 제2 출력부; 및
    상기 복합재 구조물의 손상 위치를 판단하는 데이터 분석장치를 포함하고,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 0도보다 크고 180보다 작은 각도로 서로 교차하고,
    상기 제1 및 제2 전극은 전기수력학적 잉크젯 프린팅을 이용하여 도전성 잉크를 복합재 구조물의 표면 상에 인쇄함으로써 형성되고,
    상기 방법은,
    상기 복수의 제1 전극의 양단에 전압을 가하여 상기 복수의 제1 전극의 저항변화를 측정함으로써 상기 복수의 제1 전극 중에서 손상이 발생한 제1 지점을 결정하는 단계;
    상기 복수의 제2 전극의 양단에 전압을 가하여 상기 복수의 제2 전극의 저항변화를 측정함으로써 상기 복수의 제2 전극 중에서 손상이 발생한 제2 지점을 결정하는 단계; 및
    상기 제1 지점과 상기 제2 지점을 이용하여 상기 복합재 구조물에서 손상이 발생한 좌표 지점을 결정하는 단계를 포함하는, 복합재 구조물의 손상 여부를 진단하는 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극의 선폭은 나노 스케일인, 복합재 구조물의 손상 여부를 진단하는 방법.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 전기수력학적 잉크젯 프린팅에 사용되는 도전성 잉크는 금속물질, 유기 도전성 물질, 및 무기 도전성 물질 중 적어도 하나를 포함하는, 복합재 구조물의 손상 여부를 진단하는 방법.
  17. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 복합재 구조물은 탄소섬유를 포함하는, 복합재 구조물의 손상 여부를 진단하는 방법.
  18. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 복합재 구조물은 직조된 스트레인 센서층을 더 포함하고,
    상기 방법은 상기 스트레인 센서층으로부터 수신된 신호를 분석하는 단계를 더 포함하여, 상기 스트레인 센서층을 이용하여 마이크로 스케일의 손상을 진단할 수 있는 반면, 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극을 이용하여서는 나노 스케일의 손상을 진단할 수 있는, 복합재 구조물의 손상 여부를 진단하는 방법.
KR1020170086104A 2017-07-06 2017-07-06 격자 구조 센서를 이용한 복합재 구조물의 손상 진단 기술 KR101991891B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170086104A KR101991891B1 (ko) 2017-07-06 2017-07-06 격자 구조 센서를 이용한 복합재 구조물의 손상 진단 기술

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170086104A KR101991891B1 (ko) 2017-07-06 2017-07-06 격자 구조 센서를 이용한 복합재 구조물의 손상 진단 기술

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190005448A KR20190005448A (ko) 2019-01-16
KR101991891B1 true KR101991891B1 (ko) 2019-06-21

Family

ID=65280879

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170086104A KR101991891B1 (ko) 2017-07-06 2017-07-06 격자 구조 센서를 이용한 복합재 구조물의 손상 진단 기술

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101991891B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102190451B1 (ko) * 2019-03-26 2020-12-11 울산과학기술원 탄소섬유강화플라스틱 시트의 파손 위치 감지 방법
KR102608356B1 (ko) * 2019-10-02 2023-11-29 (주)엘엑스하우시스 센서 일체형 바닥재 및 그 제조방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009006497A (ja) 2007-06-26 2009-01-15 Yokohama Rubber Co Ltd:The 繊維強化プラスチックパネル及びその異常検出方法並びに繊維補強基材
KR101328483B1 (ko) * 2012-05-10 2013-11-13 전자부품연구원 금속 메쉬 구조를 갖는 투명 전극 박막 및 그 제조방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101396202B1 (ko) * 2012-09-20 2014-05-19 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 전도성 나노물질이 포함된 섬유강화복합체의 구조 건전성 감시장치, 그의 감시 방법 및 제조 방법, 그리고 전도성 나노물질이 포함된 풍력 발전용 블레이드의 구조 건전성 감시장치 및 그의 제조방법
KR101781687B1 (ko) * 2015-07-23 2017-09-25 한양대학교 산학협력단 전도성 복합재료 구조물의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치 및 그 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009006497A (ja) 2007-06-26 2009-01-15 Yokohama Rubber Co Ltd:The 繊維強化プラスチックパネル及びその異常検出方法並びに繊維補強基材
KR101328483B1 (ko) * 2012-05-10 2013-11-13 전자부품연구원 금속 메쉬 구조를 갖는 투명 전극 박막 및 그 제조방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
배지훈 등, 복합재료 구조물의 건전성 모니터링을 위한 P(VDF-TrFE) 직물센서의 가능성 평가, Composites Research, Vol.30, No.2, pp 126-131(2017.4.30.)*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190005448A (ko) 2019-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101991891B1 (ko) 격자 구조 센서를 이용한 복합재 구조물의 손상 진단 기술
US10041855B2 (en) Fuse-like sensor, detection and measurement systems
KR102167495B1 (ko) 금속나노입자와 탄소나노튜브 혼합물의 직접 인쇄에 기반한 고감도 유연성 스트레인 센서 및 이를 제조하는 방법
US20070138010A1 (en) Embedded nanotube array sensor and method of making a nanotube polymer composite
KR20170028171A (ko) 압력 센서
KR20080066067A (ko) 전기수력학적 인쇄 및 제조
JP2019518633A (ja) ３次元印刷によりメカトロニックシステムを製造する方法および装置
US10870927B2 (en) Digital electrospinning array
Sun et al. Electrohydrodynamic printing process monitoring by microscopic image identification
WO2017188130A1 (ja) 感圧検出方法、感圧センサー、感圧検出装置および感圧検出システム
CN112798156B (zh) 一种纳米线压力传感器及传感器阵列
Hofmann et al. Utilization of the textile reinforcements of fiber reinforced plastics as sensor for condition monitoring
Smocot et al. Printed flexible mechanical sensors
KR102361821B1 (ko) 머신 러닝을 이용하여 복합재의 손상 위치를 검출하는 방법
Huang et al. Near-field electrospinning for 2D and 3D structuring: Fundamentals, methods, and applications
US10401239B2 (en) Integrated hyper-redundant tactile sensor network based on structural fibers
Heikkilä Nanostructured fibre composites, and materials for air filtration
JP6806874B2 (ja) ナノファイバシートの製造方法、ナノファイバシートの製造装置、及び極薄シートの製造方法
KR102080411B1 (ko) 직물형 스마트 그리드 센서
CN113853693A (zh) 压电设备
US7901611B2 (en) Method for predicting and optimizing system parameters for electrospinning system
Heinrich et al. On the mechanical behavior of a composite stiffener with inkjet-printed electronics
Kim et al. Biomimetic Crack Sensors Using Electrohydrodynamic Technology
Kim et al. Real-time detection of damage evolution using electrohydrodynamic printing
KR101701675B1 (ko) 나노/마이크로 구조체 제조 장치 및 그 제조 방법

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