KR102151882B1 - 센서 패키지를 가진 wim 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센서를 통과하는 도로(3)상의 차량(2)의 휠 포스(wheel force)를 측정하기 위한 WIM 센서(1)에 관한 것으로, WIM 센서는 내부 공간(6)을 갖는 길이 방향 축(4)을 따라 연장된 중공 프로파일(5)을 포함하고, 내부 공간(6)은 제1 및 제2 가압면(7,8)을 포함하며, 가압면(7,8)은 서로 반대 방향으로 배치되고, 만곡되고 미리 인장된 프로파일 에지(9)에 의해 양측에서 서로 연결되어 있으며, 내부 공간(6)에는 길이 방향 축(4)을 따라 배치된 제1 및 제2 포스 흡수 표면(16, 17)을 각각 갖는 복수의 압전 측정 요소(15)가 배치되고, 포스 흡수 표면(16, 17)은 각각 제1 및 제2 가압면(7,8)과 마주하며, 측정 요소(15)의 각각은 2개의 흡수 요소(18) 사이에 배치되고, 2개의 흡수 요소(18)는 가압면(7,8)을 통해 측정 요소(15) 상에 예비 장력을 가하며, 측정 요소(15)의 모든 제1 포스 흡수 표면(16)은 전극(19)에 의해 서로 전기적으로 연결되고, 제1 가압면(7)으로부터 전기적으로 절연되며, 전극(19)은 일 측면 상에 전기 도전 층(22)이 제공된 절연막(21)의 긴 스트립으로서 형성되고, 절연막(21)은 전기 도전 층(22)의 반대측에 전기 도전 카운터 층(25)이 형성되며; 전극(19)은 측정 요소(15)와 제1 가압면(7) 사이의 상기 내부 공간(6)에 배치되고, 전기 도전층(22)은 측정 요소(15)와 마주한다.

Description

센서 패키지를 가진 WIM 센서{WIM SENSOR WITH SENSOR PACKAGE}
본 발명은 차량이 센서를 통과할 때 도로상의 차량의 휠 포스(wheel force)를 측정하기 위한 WIM 센서에 관한 것이며; 상기 WIM 센서는 제1 및 제2 내부 가압면을 가진 내부 공간을 포함하는 길이 방향 축(longitudinal axis)을 따라 연장된 중공 프로파일을 포함하고; 상기 내부 공간은 제1 및 제2 내부 가압면을 포함하고, 상기 가압면은 서로 반대 방향으로 배치되고(arranged opposite of each other), 만곡되고 프리로딩된(pre-loaded) 프로파일 에지에 의해 양측에서 서로 연결되어 있으며; 상기 내부 공간에는 길이 방향 축을 따라 배치된 제1 및 제2 포스 흡수 표면을 각각 갖는 복수의 압전 측정 요소가 배치되고, 상기 포스 흡수 표면은 각각 상기 제1 및 상기 제2 가압면과 마주하며; 상기 측정 요소의 각각은 2개의 흡수 요소 사이에 배치되며, 상기 2개의 흡수 요소는 상기 가압면을 통해 측정 요소 상에 예비 장력(pretension)을 가하며; 측정 요소의 모든 제1 포스 흡수 표면은 전극에 의해 서로 전기적으로 연결되고, 제1 가압면으로부터 전기적으로 절연된다.
이러한 종류의 WIM 센서는 적어도 하나의 휠 트랙을 횡단하지만 바람직하게는 도로 차량을 위해 지정된 전체 차선을 커버하기 위해 도로에 매립(embed)된다. 또한, 길이가 최대 4m인 긴 WIM 센서가 알려져 있다. WIM 센서는 센서를 통과하는 휠의 동적 휠 하중을 결정하여, 선택적으로 트레일러와 함께 센서(들)를 통과할 때 최종적으로 WIM 센서 또는 WIM 센서들에 작용하는 차량의 전체 동적 하중을 도출할 수 있다.
상이한 측정 원리에 기초한 다양한 설계의 WIM 센서가 이용 가능하다. 본 발명에 대해 중요한 것은 상술한 바와 같은 타입의 WIM 센서이다.
상술한 타입의 WIM 센서의 제1 예는 US5265481A에 설명되어 있다. 두 개의 압전 측정 요소는 중공 프로파일의 내부 공간에서 겹쳐서(one above the other) 배치된다. 이러한 요소 사이에는 이러한 모든 측정 요소 쌍을 연결하고, 자체가 중공 프로파일의 끝에 있는 플러그 또는 출력 와이어에 전기적으로 연결되는 전극이 있다. 지지 요소는 측정 요소가 내부 공간 내의 가압면 사이에 위치되도록 보장하기 위해 양측에, 즉, 측정 요소의 위와 아래에 배치된다.
가압면은 프로파일 에지를 통해 양측에서 서로 연결되고, 프로파일 에지를 장력 하에 유지함으로써 측정 요소의 균일한 프리텐셔닝(pretensioning)을 보장한다.
정확한 측정을 위해, 예비 장력의 양이 WIM 센서의 전체 길이에 걸쳐 동일한 것이 중요하다. 이를 위해, 무엇보다도, 중공 프로파일이 프로파일 에지의 벽 두께, 서로에서의 가압면의 거리 및 가압면의 평탄성(evenness)에 관하여 전체 길이에 걸쳐 균일하게 제조될 필요가 있다. 더욱이, 또한, 중공 프로파일에 삽입되는 전체 센서 패키지는 모든 측정 요소에 대해 동일한 두께를 나타내어야 한다. 이것은 측정 요소 자체뿐만 아니라 특히 지지 요소 및 전극에 중요하다. US5265481A에서, 각각의 측정 요소 쌍은 자체 쌍의 지지 요소를 갖는다. 센서 패키지의 모든 구성 요소가 정확히 정렬되어야 하고, 센서 패키지가 클램핑된 중공 프로파일에 완전히 삽입될 때까지 서로에 대해 움직이지 않아야 하기 때문에 이러한 타입의 배치를 조립하는 것은 비교적 어렵다.
허용된 두께에 따르도록 롤링(rolling)된 강철 전극의 사용으로부터 부가적인 어려움이 발생한다. 롤링의 결과로서, 스트립은 일시적으로 스트립의 전체 길이를 따라 감는 구부러진 형태를 취한다. 두께와 폭에 대한 공차가 충족되더라도, 측 방향 오프셋은 미터 당 2mm 이상으로 크게 변할 수 있다. 이것은 그렇지 않으면 횡 방향 단락(short circuit)이 발생할 것이기 때문에 직선인 이러한 스트립의 섹션만이 사용되므로 너무 많은 거부를 초래한다.
WIM 센서는 동일한 측정 원리를 따르는 WO2013104080A1에 설명되어 있다. 이러한 문서의 목적은 필요한 공차에 따르면서 더욱 비용 효율적인 방식으로 센서 패키지를 생산하는 것이다. 이것은 끝 단면에 폼 로킹 연결부(form-locking connection)에 의해 연결된 긴 흡수 요소에 의해 달성된다. 따라서, 한편으로는 WIM 센서의 전체 길이보다 상당히 짧은 흡수 요소가 사용될 수 있고, 다른 한편으로는 전체 센서 패키지는 폼 로킹 연결부로 인해 중공 프로파일에 쉽게 통합된다. 매우 긴 흡수 요소보다 짧은 흡수 요소에 대한 치수 정확도(dimensional accuracy)를 달성하는 것이 훨씬 쉽다. 측정 요소의 쌍을 포함하는 US5265481A로부터 알려진 것과는 대조적으로, 이러한 센서 패키지는 각각의 측정 지점에서 하나의 측정 요소만을 가지며, 따라서 모든 측정 요소를 연결하는 전극은 절연체로 덮여있다.
마지막으로, 본 명세서에서 상술한 타입의 WIM 센서는 EP0654654A1로부터 알려져 있다. 그것은 두 개의 상이한 타입의 측정 요소가 나란히 또는 겹쳐서 놓여 지지되는 절연 플레이트를 포함한다. 절연 플레이트에는 부분적으로 도체 경로가 제공된다.
유리하게는, 전극의 절연 및 도전 층은 이 경우에 더 이상 서로에 대해 움직일 수 없기 때문에 하나의 구성 요소에 통합된다.
본 발명의 목적은 더욱 높은 측정 정확도를 갖는 상술한 타입의 WIM 센서를 설명하는 것이다. 더욱이, WIM 센서는 생산 비용이 저렴하고 조립이 용이해야 한다.
이러한 목적은 청구항 제1항의 특징에 의해 달성된다. 본 발명에 따르면, 전극은 일 측면 상에 전기 도전 층이 제공되는 절연막의 긴 스트립의 형태를 가지며; 상기 전극은 측정 요소와 제1 가압면 사이의 내부 공간에 배치되며; 상기 전기 도전 층은 측정 요소와 마주한다.
본 발명의 기초가 되는 개념에 따르면, 절연체를 전극과 함께 단일 부재로, 특히 도전 층이 제공된 절연막의 형태로 통합함으로써 구성 요소의 전체 두께 공차가 감소된다. 플라스틱의 두께 공차는 일반적으로 전체 두께의 약 10%를 차지하며, 따라서 이러한 공차는 절연체가 플레이트보다는 막의 형태인 경우에 상당히 감소될 수 있다. 게다가, 본 발명의 디바이스의 경우에서와 같이, 전극이 전기 도전 층의 형태로 절연막 상에 도포되면, 2개의 구성 요소, 즉 절연체 및 전극과 대조적으로 하나의 부재만이 설치되어야 하기 때문에 공차가 더 감소될 수 있다. 각각의 부재는 하중 경로의 방향으로 두 측면에서 소정량의 불평탄성(unevenness)을 나타내고, 함께 취해진 이러한 모든 불평탄성은 필요한 두께가 구성 요소의 수를 줄임으로써 더 잘 달성될 수 있도록 전체 조립체의 두께의 치수 정확도를 감소시킨다.
따라서, 한편으로는 구성 요소의 전체 두께, 특히 플라스틱 절연체를 감소시킴으로써, 다른 한편으로는 구성 요소의 수를 감소시킴으로써 개선이 달성된다. 전기 도전 층은 절연막에 재료-접합되고(material-bonded), 그것은 전극의 기술적 기능을 수행한다. 다음에는, 용어 절연막 및 전극은 본 발명에 따라 전극이 층의 형태로 후자 상에 도포되기 때문에 상호 교환하여 사용될 것이다.
바람직하게는, 특히 석영으로 만들어진 단결정은 정확한 측정 결과치를 획득하기 위해 압전 측정 요소로서 사용된다.
다음에서, 본 발명이 도면에 대하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 차량이 통과하는 WIM 센서가 매립된 도로의 개략도이다.
도 2는 도로에 매립된 종래 기술의 WIM 센서의 개략적 단면도이다.
도 3은 각각 (a) 종래 기술에 따른 센서 패키지 및 (b) 본 발명의 실시예에 따른 센서 패키지를 갖는 WIM 센서의 개략적 단면도이다.
도 4는 인접한 가압면과 함께 본 발명에 따른 센서 패키지의 개략적 단면도이다.
도 5는 본 발명의 WIM 센서의 에지 부분의 상세의 개략적 종단면도이다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 절연막의 개략적 단면도이다.
도 6b는 도 6a에 따른 절연막의 대안적 실시예를 도시한다.
도 7a는 센서 패키지를 함께 유지하는 케이지(cage)의 도 5의 라인 A-A를 따른 개략도이다.
도 7b는 라인 B-B를 따라 절단된 도 7a의 케이지의 개략도이다.
도 1은 차량(2)이 화살표 방향으로 WIM 센서(1)를 통과하는 도로(3)를 도시하며; WIM 센서(1)는 도로(3)에 매립되고, 길이 방향 축(4)을 갖는다. 약 5cm의 폭을 갖는 경우, WIM 센서(1)는 차량(2)의 휠의 접촉면보다 좁지만, 길이는 통상적으로 도 1에 나타내어진 바와 같이 차량(2)이 점유하는 전체 차선, 이 경우에는 전체 도로(3)를 스팬(span)한다. 그것은 차량(2)이 센서를 통과하는 동안 도로(3) 상에 작용하는 동적 하중을 측정한다.
도 2는 도로(3)에 매립된 종래 기술에 따른 WIM 센서(1)의 단면을 개략적으로 도시한다. 그것은 길이 방향 축(4)이 종이의 평면에 수직인 형태로 연장된다. WIM 센서(1)는 중간에 센서 패키지(14)가 배치되는 내부 공간(6)을 갖는 중공 프로파일(5)을 포함한다. 센서 패키지(14)를 갖는 중공 프로파일(5)은 또한 도 3a에 도시되고 라벨링(labeling)된다. 이러한 실시예에서, 중공부(5)는 인가된 휠 포스를 번들링(bundling)하여 센서 패키지(14)를 통해 안내하기 위한 2개의 포스(force) 입력 플랜지(10)를 포함한다. 포스 입력 플랜지(10)는 또한 포스 출력 플랜지(10)로서 지칭된다. 상위(upper) 포스 입력 플랜지(10)의 표면상에는 소프트 보상 벽(12)에 의해 양측 상에 둘러싸인 매스, 일반적으로 포팅 컴파운드(potting compound)(11)가 배치된다. 유사한 포팅 컴파운드(11)는 또한 WIM 센서(1)가 삽입되는 도로(3)에 채널을 채우기 위해 사용된다. 게다가, 중공 프로파일(5)을 직접 둘러싸는 영역은 또한 측 방향 포스가 중공 프로파일(5)에 작용하는 것을 방지하는 소프트 필러 재료(soft filler material)(13)에 의해 둘러싸여 있다.
수직 화살표는 도로(3) 상의 WIM 센서(1) 위를 통과하는 휠로부터의 포스 플럭스를 나타낸다. 포스는 번들링되어 센서 패키지(14)를 통해 안내되고, 센서를 하위(lower) 포스 출력 플랜지(10)의 지지 표면에 남긴다. 측면 상의 화살표는 WIM 센서(1)에 작용하는 측 방향 포스를 나타낸다. 이것은 소프트 보상 벽(12)뿐만 아니라 필러(13)에 의해 흡수된다.
도 3a는 동일한 중공 프로파일(5)을 갖는 단면에서 센서 패키지(14)를 가진 WIM 센서(1)의 개략도를 도시한다. 이러한 중공 프로파일(5)은 서로 반대 방향으로 배치된 제1 및 제2 내부 가압면(7, 8)을 가진 내부 공간(6)을 포함한다. 양측에서 이러한 가압면이 만곡되고 미리 인장된(pre-tensioned) 프로파일 에지(9)에 의해 연결된다.
센서 패키지(14)는 이러한 2개의 가압면(7, 8) 사이의 내부 공간(6) 내에 배치된다. 그것은 길이 방향 축을 따라 배치된 복수의 압전 측정 요소(15)를 포함한다. 이러한 압전 측정 요소의 각각은 각각 제1 또는 제2 가압면(7, 8)과 마주하는 제1 및 제2 포스 흡수 표면(16, 17)을 가지며, 측정 요소(15)의 각각은 가압면(7, 8)을 통해 측정 요소(15) 상에 예비 장력을 가하는 2개의 흡수 요소(18) 사이에 배치된다. 한편으로는 측정 요소의 모든 제1 포스 흡수 표면(16)은 전극(19)에 의해 서로 전기적으로 연결되도록 배치되고, 다른 한편으로는 제1 가압면(7)으로부터 전기적으로 절연되도록 배치된다. 압전 측정 요소(15)로서는 단결정, 특히 석영이 바람직하다.
도 3b 및 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예와 유사한 기본 구조를 갖는다. 본 발명의 WIM 센서(1)는 바람직하게는 0.5m 내지 4m의 전체 길이를 갖는다.
도 3a는 종래 기술에 따른 실시예를 도시한다. 이것은 절연 플레이트(20)뿐만 아니라 종래 기술에 따라 2개의 별개의 구성 요소로서 형성되고, 측정 요소(15)에 인접하여 배치되는 전극(19)을 포함한다. 또한, 센서 패키지가 도 3a에 도시된 변형과 약간 상이한 WIM 센서의 특정 변형이 공지되어 있다. 돌출부에 부착된 도면에 도시된 것에 대한 대안으로서, 중공 프로파일(5) 내의 가압면(7, 8)은 예를 들어 미국 특허 제5265481호에 기재된 바와 같이 프로파일 에지(9)로부터 직접 분기될 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같은 종래 기술에 따른 실시예와 본질적으로 상이한 본 발명에 따른 센서 패키지(14)는 도 3b에 도시되어 있고, 이의 확대도는 도 4에 도시되어 있다.
본 발명에 따른 WIM 센서(1)는 차량(2)이 센서를 통과할 때 도로(3)상의 차량(2)의 휠 포스를 측정하기에 적합하다. 이것은 서로 반대 방향으로 배치되고, 만곡되고 미리 인장된 프로파일 에지(9)에 의해 양측에서 서로 연결되는 제1 및 제2 내부 가압면(7, 8)을 가진 내부 공간(6)을 갖는 길이 방향 축(4)을 따라 형성된 중공 프로파일(5)을 포함한다.
도 4는 중공 프로파일(5)의 제1 및 제2 내부 가압면(7, 8)의 영역만이 나타내어지는 이러한 내부 공간(6)에 삽입된 본 발명의 센서 패키지(14)의 단면을 도시한다.
도 5는 제1의 두 측정 요소(15)의 영역에서 길이 방향 축(4)을 따른 제1 및 제2 내부 가압면(7, 8) 사이의 이러한 내부 공간(6)을 도시한다. 다음에는, 본 발명이 도 3b, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명될 것이다.
제1 또는 제2 가압면(7, 8)과 각각 마주보는 제1 및 제2 포스 흡수 표면(16, 17)을 각각 갖는 복수의 압전 측정 요소(15)가 길이 방향 축(4)을 따라 내부 공간(6) 내에 배치되며, 각각의 측정 요소(15)는 가압면(7, 8)을 통해 측정 요소(15) 상에 예비 장력을 가하는 두 개의 흡수 요소(18) 사이에 배치된다. 측정 요소(15)의 모든 제1 포스 흡수 표면(16)은 전극(19)에 의해 서로 전기적으로 연결되고, 제1 가압면(7)으로부터 전기적으로 절연된다. 제1 압전 측정 요소(15)는 바람직하게는 예를 들어 석영과 같은 단결정으로부터 제조된다.
본 발명에 따르면, 전극(19)은 한 측면에 전기 도전 층(22)이 제공되고, 전기 도전 층(22)이 측정 요소(15)와 마주하도록 측정 요소(15)와 제1 가압면(16) 사이의 내부 공간(6)에 배치된 절연막(21)의 긴 스트립으로서 형성된다. 전기 도전 층(22)에 적합한 전기 도전 재료는 특히 크롬 및/또는 구리 및/또는 지르코늄 및/또는 금 및 이러한 금속을 함유한 합금이다. 이의 두께는 전체 길이에 걸쳐 0.005mm 내지 0.05mm, 바람직하게는 0.009mm 내지 0.036mm의 범위이어야 하고, 10% 이하, 바람직하게는 0.002mm 이하의 두께 공차를 가져야 한다.
이러한 타입의 전극은 도 6a에 도시되어 있다. 절연막(21)은 바람직하게는 플라스틱 막, 특히 폴리이미드 막이며, 두께가 0.02mm 내지 0.2mm, 바람직하게는 0.05mm이며, 절연막의 두께 공차는 전체 길이에 걸쳐 10% 이하이고, 0.01mm 이하이다.
플라스틱은 일반적으로 특히 10% 이상의 높은 두께 공차를 갖기 때문에, 절연 플레이트(20) 대신에 절연막(21)을 사용함으로써 센서 패키지(14)의 치수 정확도를 제한할 수 있다. 더욱이, 전기 도전 층(22) 및 절연막(21)을 이의 기능 때문에 본 명세서에서 전극(19)이라 불리는 하나의 구성 요소(19)에 통합함으로써 두께 공차가 더 감소될 수 있다는 것이 발견되었다.
몇몇 알려진 코팅 방법은 전기 도전 층(22)과 절연막(21) 사이에 기계적으로 안정한 연결을 달성하는데 유용하다. 따라서, 전기 도전 층(22)은 절연막(21) 상에 적층될 수 있다. 적층은 접착제를 개재시키거나 개재시키지 않고 수행될 수 있는 단단한 본드(firm bond)를 생성하는 열 접합 프로세스를 지칭한다. 전기 도전 층(22)은 그 사이에 개재된 접착 재료를 이용하여 절연막(21)과 단단하게 접합될 수있다. 그러나, 전기 도전 층(22)은 또한, 예를 들어 절연막(21)이 상승된 온도 및/또는 압력에서 점성이 될 플라스틱으로 제조되고, 이러한 점성 상태에서 이들 사이에 접착제를 사용하지 않고 전기 도전 층(22)에 단단히 본딩될 수 있을 경우에 그 사이에 접착 재료를 사용하지 않고 절연막(21)과 단단히 접합될 수 있다.
다른 알려진 코팅 방법은 열 증착(thermal evaporation) 또는 스퍼터링에 의한 코팅(coating by sputtering), 또는 갈바니 코팅(galvanic coating)이다. 열 증착은 원자 또는 분자가 방출되어, 도전 층(22)을 형성하기 위해 절연막(21) 상에 응축되는 전기 도전 재료의 가열을 포함한다. 스퍼터링은 원자 또는 분자가 전기 도전 재료로부터 방출되어, 도전 층(22)을 형성하기 위해 절연막(21) 상에 증착되는 에너지 이온(energetic ion)과 전기 도전 재료를 충돌시키는 프로세스이다. 갈바니 코팅은 비정질 전기 도전 재료의 견고하게 부착된 전기 도전 층(22)을 절연막(21) 상에 도포하는 것을 포함한다. 열 증착 또는 스퍼터링에 의한 코팅 또는 갈바니 코팅에 의해, 절연막(21)의 표면은 높은 균일성과 순도로 도전 층(22)을 형성하는 전기 도전 재료로 코팅된다. 따라서, 이러한 프로세스가 매우 정밀한 층 두께를 달성할 수 있기 때문에 이러한 코팅 프로세스를 사용함으로써 두께 공차의 추가의 감소가 획득될 수 있다. 게다가, 절연막(21)의 표면상의 작은 불평탄성은 또한 도전 층(22)에 의해 평탄화될 수 있다. 본 발명을 숙지하면, 통상의 기술자는 상술한 코팅 프로세스의 조합을 사용하는 방법, 예를 들어, 라미네이션(lamination) 또는 갈바니 코팅과 함께 금속 접착제를 사용하는 방법을 안다. 크롬 또는 지르코늄 또는 다른 적절한 금속으로 만들어진 이러한 금속 접착제는 열 증착 또는 스퍼터링에 의한 라미네이션 또는 갈바니 코팅 이전에 절연막(21)에 도포되고, 그 후에 실제 라미네이션 또는 갈바니 코팅 프로세스가 수행된다.
전기 도전 층(22)의 부식을 방지하기 위해, 그것은 예를 들어 은을 포함할 수 있는 방식 처리(corrosion protection)(23)로 코팅될 수 있다. 방식 처리(23)의 두께는 바람직하게는 0.0001mm 내지 0.0005mm의 범위이다. 대안으로, 전기 도전 층(22)은 또한 구리 대신에 귀금속, 특히 금을 포함할 수 있다. 이것은 부식을 방지할 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 절연막(21)은 전기 도전 층(22)에 인접한 양측 상의 절연 에지부(24)를 포함한다. 이것은 얇은 절연막(21)이 사용되고, 전기 도전 층이 에지까지 연장되는 경우에 발생할 수 있는 단락을 방지하는 데 도움을 준다. 바람직하게는, 이러한 전기 절연 에지부(24)는 적어도 0.5mm의 폭을 갖는다. 전기 도전 층(22)은 균일한 폭을 가져야 하고, 인접한 흡수 요소(18)의 폭과 적어도 동일한 폭 또는 각각의 측정 요소(15)의 폭과 적어도 동일한 폭을 가져야 하므로, 도 4에 도시된 바와 같이, 절연막(21)은 절연막(21)에 접하는 측정 요소(15) 및 흡수 요소(18)보다 폭이 넓을 것임이 명백하다. 이것은 중공 프로파일(5)과 측정 요소(15) 사이의 양호한 절연을 보장한다.
바람직하게는, 절연막(21)은 제1 가압면(7)에 인접하게 배치된다. 이것은 흡수 요소(18)와 함께 측정 요소(15)가 궁극적으로 코팅된 절연막(21)이 배치되는 패키지로 조립될 수 있는 이점을 갖는다. 이것은 흡수 요소(18) 및 측정 요소(15)를 필(pill)의 형상으로 형성함으로써 특히 측정 요소(15)의 센터링(centering)과 관련하여 단순화된 조립체를 제공한다. 이러한 배치의 다른 이점은 측정 요소(15), 특히 단결정이 흡수 요소(18)와 같은 금속 플레이트 사이에 배치되고, 플라스틱이 예를 들어 석영 또는 임의의 다른 압전 단결정보다 훨씬 부드럽기 때문에 절연막(21) 또는 절연 플레이트(20)와 같은 플라스틱 구성 요소 옆에 배치되지 않기 때문에 더 나은 결과를 제공한다는 것이다. 따라서, 측정 요소의 진동은 단단한 지지 표면을 제공함으로써 방지된다.
측정 정확도를 더 향상시키기 위해, 절연막(21)에는 도 6b에 도시된 바와 같이 전기 도전 층(22)에 대향하는 전기 도전 카운터 층(counter layer; 25)이 제공될 수 있다. 이것은 절연막(21)이 특정 영역에서 이격되어 있는 경우 도전 층(22)과 제1 내부 가압면(7) 사이에 커패시턴스가 생성하는 것을 방지할 것이다. 또한, 이 경우에, 절연 에지부(24)는 가능한 단락을 방지하도록 유지되어야 한다.
더욱이, 본 발명에 따른 WIM 센서(1)의 바람직한 실시예에서, 전기 도전 층(22)을 갖는 부가적인 절연막(26)은 측정 요소(15)와 제2 가압면(8) 사이에 배치되고, 상기 부가적인 절연막(26)은 측정 요소(15)와 마주하여 배치된다. 이것은 예를 들어 WIM 센서(1)의 불완전한 접지의 경우에 접지와 연관된 측정 간섭을 방지할 수 있다. 특히, 이러한 부가적인 절연막(26)은 절연막(21)과 설계가 동일할 수 있고, 또한 길이 방향 축(4)에 대해 서로 대칭으로 배치될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 하나 이상의 케이지(27)는 측정 요소(15) 및 흡수 요소(18)가 장착을 돕기 위해 고정되는 본 발명에 따른 WIM 센서(1)의 내부 공간(6)에 배치된다. 예로서, 도 7a 및 도 7b는 각각 이러한 케이지(27)의 평면도 및 다른 방향의 도면을 도시한다. 케이지(27)는 도 5에 도시된 측정 요소(15) 및 흡수 요소(18)를 적소에 유지하기 위한 브래킷(29)을 가진 리세스(28)를 포함한다. 게다가, 케이지(27)는 코팅된 절연막(21)이 삽입될 수 있는 삽입 레일(30)을 포함한다. 제1 삽입 레일과 대향하여 배치된 다른 삽입 레일(30')은 제2 내부 가압면(8) 위에 센서 패키지(14)를 안내하는 장착 보조물(mounting aid)로서 사용될 수 있다. 그 사이에, 부가적인 절연막(26)이 도 7a 및 7b에 또한 나타내어진 바와 같이 삽입될 수 있다.
장착은 프로파일 에지(9)를 함께 가압함으로써 달성되며, 이에 따라 내부 가압면(7, 8)은 센서 패키지(14)가 삽입될 수 있는 공간을 남겨두고 서로 이격된다. 프로파일 에지(9)에 대한 가압력이 해제된 후에, 가압면(7, 8)은 이를 위해 적절한 전체 높이를 나타내는 센서 패키지(14) 상에 예비 장력을 생성한다. 이러한 전체 높이는 비어 있고 이완된 상태(empty and relaxed state)에서 서로에서의 두 개의 내부 가압면(7, 8) 사이의 거리보다 크다.
본 발명에 따르면, 제1 가압면(7)의 폭은 삽입 레일(30)의 폭 및 이러한 삽입 레일(30)에 삽입된 전극(19)의 폭보다 작다. 이 경우에, 절연막(21)은 전체 표면에 걸쳐 전기 도전 층(22)으로 코팅될 수 있다. 이러한 방식으로, 절연막(21)의 절삭 에지(cutting edge)를 따라 전기 도전 층(22)이 이의 뒷면의 에지를 또한 커버하더라도, 제1 가압면(7)으로부터의 전기 도전 층(22)의 특정 간격은 여전히 보장될 것이다. 따라서, 단락이 방지될 수 있다. 절연 에지부(24)에 대한 필요성을 회피함으로써, 훨씬 더 비용 효율적으로 전극(19)을 제조하는 것이 가능하다.
WIM 센서(1)의 품질, 특히 이의 측정 정확도 및/또는 프로세스 안정도는 요구되는 두께 공차의 치수 정확도에 크게 의존한다. 본 명세서에서 상술한 바와 같이, 모든 측정 요소에 균등하게 작용하는 균일한 예비 장력이 달성된다.
1 WIM 센서
2 차량
3 도로
4 길이 방향 축
5 중공 프로파일
6 내부 공간
7 제1 내부 가압면
8 제2 내부 가압면
9 프로파일 에지
10 각각 포스 입력 플랜지 또는 포스 출력 플랜지
11 포팅 컴파운드
12 보상 벽
13 필러
14 센서 패키지
15 압전 측정 요소
16 제1 포스 흡수 표면
17 제2 포스 흡수 표면
18 흡수 요소
19 전극
20 절연 플레이트
21 절연막
22 전기 도전 층
23 방식 처리
24 절연 에지부
25 전기 도전 카운터 층
26 부가적인 절연막
27 케이지
28 리세스
29 브래킷
30, 30' 삽입 레일

Claims (15)

  1. 센서를 통과하는 도로(3)상의 차량(2)의 휠 포스를 측정하기 위한 WIM 센서(1)로서; 상기 WIM 센서는 내부 공간(6)을 갖는 길이 방향 축(4)을 따라 연장된 중공 프로파일(5)을 포함하고; 상기 내부 공간(6)은 제1 및 제2 가압면(7, 8)을 포함하고, 상기 가압면(7, 8)은 서로 반대 방향으로 배치되고, 만곡되고 미리 인장된 프로파일 에지(9)에 의해 양측에서 서로 연결되어 있으며; 상기 내부 공간(6)에는 상기 길이 방향 축(4)을 따라 배치된 제1 및 제2 포스 흡수 표면(16, 17)을 각각 갖는 복수의 압전 측정 요소(15)가 배치되고, 상기 포스 흡수 표면(16, 17)은 각각 상기 제1 및 상기 제2 가압면(7, 8)과 마주하며; 상기 측정 요소(15)의 각각은 2개의 흡수 요소(18) 사이에 배치되며, 상기 2개의 흡수 요소(18)는 상기 가압면(7, 8)을 통해 상기 측정 요소(15) 상에 예비 장력을 가하며; 상기 측정 요소(15)의 모든 제1 포스 흡수 표면(16)은 전극(19)에 의해 서로 전기적으로 연결되고, 상기 제1 가압면(7)으로부터 전기적으로 절연되는 WIM 센서(1)에 있어서,
    상기 전극(19)은 일측 상에 전기 도전 층(22)이 제공된 절연막(21)의 긴 스트립으로서 형성되고; 상기 절연막(21)이 상기 제1 가압면(7)으로부터 특정 영역에서 이격되는 경우에 상기 전기 도전 층(22)과 상기 제1 가압면(7) 사이에서 커패시턴스가 발생되는 것을 방지하기 위하여, 상기 절연막(21)은 상기 전기 도전 층(22)이 형성된 일측의 반대측 상에 전기 도전 카운터 층(25)이 제공되며; 상기 전극(19)은 상기 측정 요소(15)와 상기 제1 가압면(7) 사이의 상기 내부 공간(6)에 배치되고; 상기 전기 도전 층(22)은 상기 측정 요소(15)와 마주하는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연막(21)은 플라스틱 막 또는 폴리이미드 막이며, 상기 절연막(21)은 두께가 0.02mm 내지 0.2mm이거나, 또는 0.05mm인 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    전체 길이에 걸친 상기 절연막(21)의 두께 공차는 10% 이하이고, 0.01mm 이하인 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전기 도전 층(22) 및 상기 전기 도전 카운터 층(25)은 상기 절연막(21) 상에 적층되거나, 열 증착되거나, 스퍼터링에 의해 코팅되거나, 또는 갈바닉 코팅되는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전기 도전 층(22) 및 상기 전기 도전 카운터 층(25)은 0.005mm 내지 0.05mm, 또는 0.009mm 내지 0.036mm의 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 전기 도전 층(22)은 전체 길이에 걸쳐 10% 이하, 또는 0.002mm 이하의 두께 공차를 가지고,
    상기 전기 도전 카운터 층(25)은 전체 길이에 걸쳐 10% 이하, 또는 0.002mm 이하의 두께 공차를 갖는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전기 도전 층(22)은 방식 처리(23)로 코팅되고,
    상기 전기 도전 카운터 층(25)은 방식 처리(23)로 코팅되는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 방식 처리(23)는 0.0001mm 내지 0.0005mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 절연막(21)은,
    상기 전기 도전 층(22) 옆의 양측 상의, 그리고 상기 전기 도전 카운터 층(25) 옆의 양측 상의 절연 에지부(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 절연 에지부는 적어도 0.5mm의 폭을 가지며; 상기 절연막(21)은 인접한 상기 흡수 요소(18)의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전기 도전 층(22)은 상기 측정 요소(15)의 폭만큼 적어도 넓은 균일한 폭을 갖는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 절연막(21)은 상기 제1 가압면(7)에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 측정 요소(15)와 상기 제2 가압면(8) 사이에는 상기 측정 요소(15)와 마주하는 전기 도전 층(22)을 포함하는 부가적인 절연막(26)이 있고, 상기 부가적인 절연막(26)은 상기 절연막(21)과 설계가 동일한 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 부가적인 절연막(26)은 상기 길이 방향 축(4)에 대한 상기 절연막(21)에 대해 대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 하나의 케이지(27)는 상기 내부 공간(6)에 배치되고, 상기 케이지(27)는 상기 측정 요소(15) 및 상기 흡수 요소(18)가 고정되는 장착 보조물로서 역할을 하고, 상기 케이지(27)는 상기 절연막(21)이 삽입되는 적어도 하나의 삽입 레일(30)을 갖는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
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