KR102590404B1 - Large-area sensor for detecting vibration and shock for monitoring weak points of structures and manufacturing method for large-area sensor for detecting vibration and shock - Google Patents
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- G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
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- G01M5/0033—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining damage, crack or wear
Abstract
실시 예에 따른 진동 및 충격 감지용 대면적 센서는 플렉서블(flexible)하고, 센싱 대상에 부착 가능한 패드(pad) 및 상기 패드에 부착되어 고정되고, 각각 플렉서블하며, 제1 방향으로 배열된 복수의 제1 센서들을 포함하는 제1 센서 어레이를 포함할 수 있다.A large-area sensor for detecting vibration and shock according to an embodiment includes a pad that is flexible and attachable to a sensing object, and a plurality of pads that are attached and fixed to the pad, each of which is flexible, and arranged in a first direction. It may include a first sensor array including 1 sensors.
Description
실시 예는 구조물의 위크 포인트 모니터링을 위한 진동 및 충격 감지용 대면적 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The embodiment relates to a large-area sensor for detecting vibration and shock for monitoring weak points of a structure and a method of manufacturing the same.
종래에 구조물에 대한 진동이나 충격 등의 센싱은 PZT 센서(압전 세라믹 센서)가 주로 이용된다.Conventionally, PZT sensors (piezoelectric ceramic sensors) are mainly used to sense vibration or impact on structures.
PZT 센서는 강성이 크고 깨지기 쉽기 때문에 복잡한 형상의 구조물에 적용하는데 한계가 있었으며, 또한 측정 포인트 별로 개별 부착해 측정하는 방식, 즉, 일명 점 센서 방식으로 이용되고 있었기 때문에, 측정 포인트에 따라 측정 결과가 변동되는 등 그 결과의 신뢰도에 한계가 있다.Because the PZT sensor has high rigidity and is easily broken, there are limitations in applying it to structures of complex shapes. Additionally, because it is used in a method of individually attaching and measuring each measurement point, that is, the so-called point sensor method, measurement results vary depending on the measurement point. There are limits to the reliability of the results, as they fluctuate.
만약, 점 센서를 여러 센싱 포인트에 설치한다고 하더라도, 개별 센서들을 부착하게 되므로 여전히 그 한계가 있으며, 또한, 설치비용 및 관리비용 측면에서 어려움이 있다.Even if point sensors are installed at multiple sensing points, there are still limitations because individual sensors are attached, and there are also difficulties in terms of installation and management costs.
실시 예는 구조물 유지관리를 위해 균열 등을 확인할 수 있도록 복수의 센서를 면에 부착하여 보다 큰 면적에 대한 센싱 데이터를 획득하는 데에 목적이 있다.The purpose of the embodiment is to acquire sensing data for a larger area by attaching a plurality of sensors to the surface so that cracks, etc. can be checked for structure maintenance.
실시 예는 복수의 센서를 포함하는 면센서를 사용하여 보다 큰 구조물 및 곡률을 가지는 구조물의 상태를 상시 모니터링 하는 데에 목적이 있다. The purpose of the embodiment is to constantly monitor the status of larger structures and structures with curvature using a surface sensor including a plurality of sensors.
또한, 실시 예는 센서 자체도 휘어질 수 있는 연성을 갖도록 제작하여 곡률을 가지는 센싱 포인트에도 면센서를 용이하게 부착하고자 하는 데에 목적이 있다.In addition, the purpose of the embodiment is to manufacture the sensor itself to be flexible enough to be bent, so that the surface sensor can be easily attached to a sensing point having a curvature.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 과제들은 발명의 설명의 기재로부터 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the invention.
실시 예에 따른 진동 및 충격 감지용 대면적 센서는 플렉서블(flexible)하고, 센싱 대상에 부착 가능한 패드(pad) 및 상기 패드에 부착되어 고정되고, 각각 플렉서블하며, 제1 방향으로 배열된 복수의 제1 센서들을 포함하는 제1 센서 어레이를 포함할 수 있다.A large-area sensor for detecting vibration and shock according to an embodiment includes a pad that is flexible and attachable to a sensing object, and a plurality of pads that are attached and fixed to the pad, each of which is flexible, and arranged in a first direction. It may include a first sensor array including 1 sensors.
또한, 진동 및 충격 감지용 대면적 센서는 상기 패드에 부착되어 고정되며, 상기 제1 센서 어레이와 교차하는 제2 방향으로 이격되고, 상기 제1 방향으로 배열된 복수의 제2 센서들을 포함하는 제2 센서 어레이 를 추가로 포함할 수 있다.In addition, a large-area sensor for detecting vibration and shock is attached and fixed to the pad, is spaced apart in a second direction intersecting the first sensor array, and includes a plurality of second sensors arranged in the first direction. It may additionally include 2 sensor arrays.
또한, 상기 복수의 제1 센서 및 상기 복수의 제2 센서는, PVDF(polyvinylidene fluoride) 센서일 수 있다.Additionally, the plurality of first sensors and the plurality of second sensors may be polyvinylidene fluoride (PVDF) sensors.
또한, 상기 PVDF 센서는 미리 지정된 두께의 PVDF 필름 및 상기 PVDF 필름의 일면에 형성된 Ag 나노와이어 전극막을 포함할 수 있다.Additionally, the PVDF sensor may include a PVDF film of a predetermined thickness and an Ag nanowire electrode film formed on one side of the PVDF film.
다른 실시예에 따른 진동 및 충격 감지용 대면적 센서 제조방법은 플렉서블(flexible)한 복수의 제1 센서를 마련하는 단계 및 플렉서블하고, 센싱 대상에 부착 가능한 패드(pad)에 제1 방향으로 상기 복수의 제1 센서들을 배열해 부착 고정시키는 단계를 포함하고, 상기 제1 센서를 마련하는 단계는, 접착테이프를 사용하여 미리 지정된 두께의 PVDF(polyvinylidene fluoride) 필름을 고정하는 단계, Ag 나노와이어 및 IPA(isopropyl alcohol)를 혼합한 용매를 상기 PVDF 필름 위에 도포하는 단계, 스프레드 바(spread bar)를 사용하여 상기 PVDF 필름의 전체 영역에 균일한 Ag 나노와이어 박막을 전사시키는 단계 및 데시케이터 진공 상태 및 상온 상태에서 미리 지정된 시간 동안 건조시키는 단계를 포함할 수 있다. A method of manufacturing a large-area sensor for detecting vibration and shock according to another embodiment includes providing a plurality of flexible first sensors and attaching the plurality of first sensors to a pad that is flexible and attachable to a sensing object in a first direction. A step of arranging and fixing first sensors, wherein the step of preparing the first sensor includes fixing a PVDF (polyvinylidene fluoride) film of a predetermined thickness using an adhesive tape, Ag nanowires, and IPA. Applying a solvent mixed with (isopropyl alcohol) on the PVDF film, transferring a uniform Ag nanowire thin film to the entire area of the PVDF film using a spread bar, desiccator vacuum, and It may include drying at room temperature for a predetermined period of time.
실시 예의 면센서는 센싱 데이터를 획득하고자 하는 대상 구조물의 특정 포인트 및 특정 시점이 아닌 대상 구조물 전체 및 상시 모니터링이 가능하다. 또한, 실시 예의 PVDF 센서는 원래료의 가격이 비교적 낮고, 기계적 강도와 충격 저항이 높으며, 자외선, 화학물 및 습도, 산화제 등에 저항력이 강하다. 따라서 실시 예의 PVDF 센서는 때문에 안정성이 높고 제작비용을 낮출 수 있다.The surface sensor of the embodiment is capable of monitoring the entire target structure and at all times, rather than at a specific point or time of the target structure for which sensing data is to be acquired. In addition, the PVDF sensor of the embodiment has a relatively low raw material price, high mechanical strength and impact resistance, and is highly resistant to ultraviolet rays, chemicals, humidity, oxidizing agents, etc. Therefore, the PVDF sensor of the embodiment has high stability and can reduce manufacturing costs.
또한, 실시 예를 활용하면 즉각 인지가 가능한 구조물 모니터링 기술 및 시스템을 기반으로 소규모 공공시설, 급경사지, 옹벽, 소교량 및 최근 많은 지자체에서 관광명소로 건설되고 있는 출렁다리 등 국민생활과 밀접하지만, 체계적으로 관리되지 못하고 있는 구조물의 안전성을 효과적으로 확인하고 관리할 수 있는 솔루션을 제공할 수 있다.In addition, based on structure monitoring technology and systems that can be immediately recognized by using an example, small-scale public facilities, steep slopes, retaining walls, small bridges, and suspension bridges that are recently being built as tourist attractions in many local governments are closely related to people's lives, but are systematic. It is possible to provide a solution that can effectively check and manage the safety of structures that are not being managed.
또한, 실시 예를 활용하면 기존의 점측정 기반 구조물 변형 검출 및 안전성 모니터링 기술에서 필름 형태의 면측정 기술로의 기술 발전을 통하여 구조물의 전반적인 모니터링과 안전성 평가가 가능한 기술을 확보할 수 있다.In addition, by using the example, it is possible to secure a technology capable of overall monitoring and safety evaluation of the structure through technological advancement from the existing point measurement-based structural deformation detection and safety monitoring technology to film-type surface measurement technology.
도 1은 실시 예에 따른 단위 격자 구조에 수용되는 PVDF(polyvinylidene fluoride) 센서의 단면도이다.
도 2는 실시 예에 따른 플렉서블한 패드, 플렉서블한 복수의 제1 센서 및 플렉서블한 제1 센서 어레이를 포함하는 대면적 센서를 나타내는 개념도이다.
도 3은 실시 예에 따라 제2 센서 어레이를 더 포함하여 일정한 면적으로 형성되는 대면적 센서를 나타내는 개념도이다.
도 4는 다른 실시 예에 따라 대면적 센서 및 대면적 센서에 포함되는 PVDF 센서를 제조하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5는 다른 실시 예에 따른 대면적 센서 및 대면적 센서에 포함되는 PVDF 센서를 제조하는 방법을 을 설명하는 개념도이다.1 is a cross-sectional view of a polyvinylidene fluoride (PVDF) sensor accommodated in a unit cell structure according to an embodiment.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a large-area sensor including a flexible pad, a plurality of flexible first sensors, and a flexible first sensor array according to an embodiment.
Figure 3 is a conceptual diagram showing a large-area sensor formed with a constant area and further including a second sensor array according to an embodiment.
Figure 4 is a flowchart explaining a method of manufacturing a large-area sensor and a PVDF sensor included in the large-area sensor according to another embodiment.
Figure 5 is a conceptual diagram illustrating a large-area sensor and a method of manufacturing a PVDF sensor included in the large-area sensor according to another embodiment.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적으로 해석되어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification. The terms used in the detailed description are merely for describing embodiments of the present invention and should in no way be construed as limiting. Unless explicitly stated otherwise, singular forms include plural meanings. In this description, expressions such as “comprising” or “comprising” are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, and one or more than those described. It should not be construed to exclude the existence or possibility of any other characteristic, number, step, operation, element, or part or combination thereof.
도면에서 도시된 각 시스템에서, 몇몇 경우에서의 요소는 각각 동일한 참조 번호 또는 상이한 참조 번호를 가져서 표현된 요소가 상이하거나 유사할 수 있음을 시사할 수 있다. 그러나, 요소는 상이한 구현을 가지고 본 명세서에서 보여지거나 기술된 시스템 중 몇몇 또는 전부와 작동할 수 있다. 도면에서 도시된 다양한 요소는 동일하거나 상이할 수 있다. 어느 것이 제1 요소로 지칭되는지 및 어느 것이 제2 요소로 불리는지는 임의적이다.In each system shown in the drawings, elements in some cases may each have the same reference number or different reference numbers, suggesting that the elements represented may be different or similar. However, elements may operate with any or all of the systems shown or described herein with different implementations. Various elements shown in the drawings may be the same or different. Which is called the first element and which is called the second element is arbitrary.
본 명세서에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송' 또는 '제공'한다 함은 어느 한 구성요소가 다른 구성요소로 직접 데이터 또는 신호를 전송하는 것은 물론, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송하는 것을 포함한다.In this specification, when one component 'transmits' or 'provides' data or signals to another component, it means that one component transmits data or signals directly to another component, as well as at least one other component. It involves transmitting data or signals to another component through another component.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The detailed description below is provided to provide a comprehensive understanding of the methods, devices and/or systems described herein. However, this is only an example and the present invention is not limited thereto.
도 1은 실시 예에 따른 단위 격자 구조에 수용되는 PVDF(polyvinylidene fluoride) 센서의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a polyvinylidene fluoride (PVDF) sensor accommodated in a unit cell structure according to an embodiment.
도 1을 참조하면 PVDF 센서(100)는 PVDF 필름(10) 및 Ag 나노 와이어층(20)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the PVDF sensor 100 may include a PVDF film 10 and an Ag nanowire layer 20.
PVDF 필름(10)은 기계적 강도와 충격 저항이 높고, 자외선, 화학물 및 습도, 산화제 등에 저항력이 강하다. 따라서 안정성이 높고, 원재료 가격이 낮아 센서로 사용하면 센서 제작비용을 낮울 수 있다.The PVDF film 10 has high mechanical strength and impact resistance, and is highly resistant to ultraviolet rays, chemicals, humidity, oxidizing agents, etc. Therefore, it has high stability and low raw material costs, so using it as a sensor can lower the sensor production cost.
PVDF 필름(10)을 센서로 활용하기 위하여 센싱 대상 구조물의 동적 변형률 모니터링 시스템에 필름 형태로 가공된 PVDF의 적용성을 검토하고, PVDF 필름의 변형률-전압 관계를 이론적으로 유도하였다. 유도된 응답 전압과 구조물 변형률의 정량적 관계를 실제 실험을 통하여 구한 응답 전압과 변형률의 관계와 비교함으로써 PVDF 필름의 변형률 측정 정확성을 평가하였고, PVDF 필름의 변형률을 이용하면 센서로서 활용할 수 있음을 확인하였다.In order to use the PVDF film (10) as a sensor, the applicability of PVDF processed in the form of a film to a dynamic strain monitoring system of the sensing target structure was examined, and the strain-voltage relationship of the PVDF film was theoretically derived. By comparing the quantitative relationship between the induced response voltage and structural strain with the relationship between response voltage and strain obtained through actual experiments, the accuracy of strain measurement of the PVDF film was evaluated, and it was confirmed that the strain of the PVDF film can be used as a sensor. .
일 실시예에 따르면 PVDF 필름(10)은 40μm의 두께로 제작될 수 있다.According to one embodiment, the PVDF film 10 may be manufactured with a thickness of 40 μm.
PVDF 필름(10)에 압전 효과를 구현하기 위해서는 필름의 양면에 전극 증착이 요구되며 이러한 전극 물질로서는 기존에는 ITO(indiumtin oxide), 금, 은, 등의 고전도성 금속 물질이 사용되고 있다. 투명성을 구현하기 위한 재료로서는 높은 투과도를 가지는 ITO가 가장 많이 사용되고 있지만, 현재 상용화 되거나 개발 중인 투명전극은 하기와 같은 장벽에 가로 막혀 상용화의 걸림돌이 되고 있다. In order to implement the piezoelectric effect in the PVDF film 10, electrode deposition is required on both sides of the film, and highly conductive metal materials such as ITO (indiumtin oxide), gold, silver, etc. have been used as electrode materials. ITO, which has high transmittance, is most widely used as a material for realizing transparency, but transparent electrodes currently commercialized or under development are blocked by the following barriers, which are an obstacle to commercialization.
ITO는 투과도가 높긴 하지만, 향후 희토류 인듐의 고갈성에 대한 문제를 품고 있으며, 금속의 고유 특성상 두께가 두꺼워질수록 투과율이 0에 가깝다는 한계를 극복하기 어려운 문제가 있다.Although ITO has high transmittance, it has the problem of depletion of the rare earth indium in the future, and due to the inherent characteristics of the metal, it is difficult to overcome the limitation that the transmittance approaches 0 as the thickness increases.
또한, ITO는 비정질 물질의 특성상 휘거나 굽혀질 경우 깨지는 단점이 있고, 높은 표면 저항으로 대면적 센서 구현을 할 수 없으므로 플렉서블 스피커나 대면적 센서를 구현하는 데 한계를 가진다. In addition, due to the nature of ITO as an amorphous material, it has the disadvantage of breaking when bent or bent, and its high surface resistance makes it impossible to implement large-area sensors, which limits the ability to implement flexible speakers or large-area sensors.
이러한 ITO 투명전극의 대체 물질로서 Ag 나노와이어, 메탈 메시(metal mesh), 그래핀(graphene), 탄소 나노튜브(carbon nanotube, CNT) 등이 연구되고 있으며, 전기적 특성이 우수한 Ag 나노와이어와 메탈 메시는 유력한 ITO 대체 투명전극으로써 평가받고 있다. As alternative materials for these ITO transparent electrodes, Ag nanowires, metal mesh, graphene, and carbon nanotubes (CNTs) are being studied. Ag nanowires and metal meshes with excellent electrical properties are being researched. is evaluated as a powerful ITO replacement transparent electrode.
특히 Ag 나노와이어는 굴곡성이 매우 우수하고, 낮은 저항값으로 인해 에너지 소비가 적어 친환경적이다. 또한, 고온 및 고 진공 환경이 필요한 ITO와 달리, Ag 나노와이어는 습식 코팅을 이용하기 때문에 상대적으로 제조 공정이 저렴하여 주목받고 있는 차세대 소재이다.In particular, Ag nanowires have excellent flexibility and are eco-friendly due to low energy consumption due to their low resistance value. In addition, unlike ITO, which requires a high temperature and high vacuum environment, Ag nanowires are a next-generation material that is attracting attention because the manufacturing process is relatively inexpensive because it uses wet coating.
하지만, 이러한 Ag 나노와이어 투명전극 기술은 대부분 디스플레이용 소자에 응용이 되고 있으며, 압전 효과를 기반으로 하는 PVDF 필름에는 응용된 사례가 없다.However, this Ag nanowire transparent electrode technology is mostly applied to display devices, and has not been applied to PVDF films based on the piezoelectric effect.
상술한 필요성에 의하여 압전 PVDF 필름(10)을 기반으로 Ag 나노 와이어층(20)을 사용하여 투명 전극을 제작하고, 이에 대한 다양한 구조적, 전기적 특성을 분석을 수행하였다. 다양한 습식 코팅 조건에서 PVDF 필름(10)의 양쪽면에 제작된 Ag 나노 와이어층(20) 투명전극은 고투과도와 함께 낮은 표면 저항을 나타냈다.In response to the above-mentioned needs, a transparent electrode was manufactured using an Ag nanowire layer (20) based on the piezoelectric PVDF film (10), and various structural and electrical characteristics thereof were analyzed. Under various wet coating conditions, the Ag nanowire layer (20) transparent electrode fabricated on both sides of the PVDF film (10) showed high transmittance and low surface resistance.
또한, Ag 나노 와이어층(20) 황변 현상을 최소화하기 위하여, 기존에 시도되지 않은 새로운 방법에 의해 고 투과성의 절연막을 성공적으로 제작하였고, 다양한 습도 조건에 따른 구조적, 전기적 특성을 자세하게 분석하였다. 이렇게 PVDF 필름(10) 위에 제작된 고투과도의 Ag 나노 와이어층(20) 투명전극은 차세대 투명 압전 소자의 구현에 크게 이바지할 수 있다.In addition, in order to minimize the yellowing phenomenon of the Ag nanowire layer (20), a highly permeable insulating film was successfully manufactured using a new method that had not been attempted before, and the structural and electrical properties according to various humidity conditions were analyzed in detail. In this way, the highly transparent Ag nanowire layer (20) transparent electrode manufactured on the PVDF film (10) can greatly contribute to the implementation of next-generation transparent piezoelectric devices.
PVDF 필름(10) 및 Ag 나노 와이어층(20)을 포함하는 PVDF 센서(100)는 사용 주파수 영역(10-4 ~ 109Hz)이 넓어 미세한 동적 변형에서 큰 동적 변형까지 폭넓은 범위의 동적 변형을 측정할 수 있다. The PVDF sensor 100, which includes a PVDF film 10 and an Ag nanowire layer 20, has a wide usage frequency range (10 -4 to 10 9 Hz), allowing a wide range of dynamic deformation from small to large dynamic deformation. can be measured.
또한, PVDF 센서(100)는 가공성이 뛰어나기 때문에 복잡한 형상의 구조물에도 부착이 쉬우며, 금속에 비하여 큰 항복 변형률을 가지고 있을 뿐만 아니라 가볍기 때문에 센서 부착에 의한 모재의 구조적 특성 변화를 최소한으로 줄일 수 있다. 또한, PVDF 센서(100)는 기계적 강도와 충격 저항이 높고, 자외선, 화학물 및 습도, 산화제 등에 저항력이 강하기 때문에 안정성이 높고, 제작비용과 원재료 가격이 비교적 낮은 장점이 있다.In addition, the PVDF sensor (100) has excellent processability, so it is easy to attach to structures of complex shapes. In addition to having a large yield strain compared to metal, the PVDF sensor (100) is lightweight, so changes in the structural characteristics of the base material due to sensor attachment can be minimized. there is. In addition, the PVDF sensor 100 has the advantage of high mechanical strength and impact resistance, high stability due to its strong resistance to ultraviolet rays, chemicals, humidity, and oxidizing agents, and relatively low manufacturing costs and raw material prices.
도 2는 실시 예에 따른 플렉서블한 패드, 플렉서블한 복수의 제1 센서 및 플렉서블한 센서 어레이를 포함하는 대면적 센서를 나타내는 개념도이다. 도 3은 실시 예에 따라 제2 센서 어레이를 더 포함하여 일정한 면적으로 형성되는 대면적 센서를 나타내는 개념도이다.FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a large-area sensor including a flexible pad, a plurality of flexible first sensors, and a flexible sensor array according to an embodiment. Figure 3 is a conceptual diagram showing a large-area sensor formed with a constant area and further including a second sensor array according to an embodiment.
도 2에 나타난 대면적 센서(200)는 제1 방향으로 연장되어 특정 길이로 형성되는 대면적 센서를 나타낸다.The large-area sensor 200 shown in FIG. 2 represents a large-area sensor that extends in a first direction and is formed to a specific length.
도 2를 참조하면 실시 예에 따른 진동 및 충격 감지용 대면적 센서(200)는 플렉서블(flexible)하고, 센싱 대상에 부착 가능한 패드(150), 상기 패드에 부착되어 고정되고 각각 플렉서블하며 제1 방향으로 배열된 복수의 제1 센서(100), 상기 복수의 제1 센서(100)들을 포함하는 단일의 제1 센서 어레이(120)를 포함할 수 있다. 여기서, 도시되는 바와 같이, 센서 각각은 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장되어 패드 외부로 노출된 한 쌍의 센서 라인을 포함하며, 각 쌍의 센서 라인은 다른 쌍의 센서 라인과 독립적으로 분리되어 있다.Referring to FIG. 2, a large-area sensor 200 for detecting vibration and shock according to an embodiment includes a pad 150 that is flexible and attachable to a sensing target, is attached to the pad and is fixed, and is each flexible and oriented in a first direction. It may include a plurality of first sensors 100 arranged, and a single first sensor array 120 including the plurality of first sensors 100. Here, as shown, each sensor includes a pair of sensor lines extending in a second direction perpendicular to the first direction and exposed to the outside of the pad, and each pair of sensor lines is independent of the other pair of sensor lines. They are separated.
패드(150)는 센싱 데이터를 획득하고자 하는 측정 대상, 곡률을 가지는 측정 대상에 부착될 수 있도록 플렉서블한 성질을 가지는 재료로 제작될 수 있다. The pad 150 may be made of a material with flexible properties so that it can be attached to a measurement object for which sensing data is to be acquired or a measurement object having a curvature.
제1 센서 어레이(120) 또한 플렉서블한 재료로 제작될 수 있다. 예를 들면 플렉서블한 재료는 FPCB(flexible printed circuit board)를 포함할 수 있도록 박형 유리, 금속 호일 또는 폴리이미드(polyimide)로 형성될 수 있다.The first sensor array 120 may also be manufactured from a flexible material. For example, flexible materials can be formed from thin glass, metal foil, or polyimide to include flexible printed circuit boards (FPCBs).
제1 센서 어레이(120)에는 PZT 센서, 온도 센서, 압력 센서, PVDF 센서 등 센싱 데이터 획득을 위한 다양한 센서가 설치될 수 있다. 이하에서는 PVDF 센서(100)를 예로 들어 설명한다.Various sensors for acquiring sensing data, such as a PZT sensor, a temperature sensor, a pressure sensor, and a PVDF sensor, may be installed in the first sensor array 120. Hereinafter, the PVDF sensor 100 will be described as an example.
도 2 에 도시된 바와 같이 PVDF 센서(100)는 PVDF 필름(10)의 양면에 양극과 음극이 구비되어 물리적 자극 등의, 즉 진동에 의한 전류값의 변화 그리고 진동의 원인으로 변화하는 전하량에 의해 야기되는 전압의 변화를 측정하는 필름형 센서이다.As shown in FIG. 2, the PVDF sensor 100 is provided with an anode and a cathode on both sides of the PVDF film 10, and is sensitive to physical stimulation, that is, a change in current value due to vibration, and a change in electric charge due to the cause of vibration. It is a film-type sensor that measures the change in voltage caused.
기존에 센싱 데이터를 획득하기 위한 센서는 특정 포인트의 센싱값을 획득하기 위한 점 센서인 경우가 대부분 이었다.Previously, sensors for acquiring sensing data were mostly point sensors for acquiring the sensing value of a specific point.
점 센서는 특정 포인트의 센싱값을 정확히 획득할 수 있으나 특정 포인트에 센서를 설치하기 어렵거나 설치가 불가능한 경우 또는 점 센서가 고장난 경우에는 대상 모니터링이 불가능 하였다.A point sensor can accurately obtain the sensing value of a specific point, but if it is difficult or impossible to install the sensor at a specific point, or if the point sensor is broken, target monitoring is not possible.
점 센서를 전체 센싱 대상의 여러 센싱 포인트에 설치하면 전체 센싱 대상 모니터링을 적절히 수행할 수 있으나 설치비용, 관리비용 측면에서 어려움이 있다.If point sensors are installed at multiple sensing points of the entire sensing target, monitoring of the entire sensing target can be properly performed, but there are difficulties in terms of installation and management costs.
이러한 문제점 해결을 위해 중요 센싱 포인트에 점 센서를 배치하고 획득된 신호를 신호 처리(signal processing)하여 전체 센싱 대상을 모니터링 하는 방법이 있다. 또는 중요 센싱 포인트와 전체 센싱 대상의 수학식 관계를 수립하고, 중요 센싱 포인트에서 획득된 센싱 데이터를 기반으로 수학식에 대입하여 전체 센싱 대상을 모니터링 하는 방법 등이 활용되어 왔다.To solve this problem, there is a method of placing point sensors at important sensing points and performing signal processing on the acquired signals to monitor the entire sensing target. Alternatively, methods such as establishing a mathematical relationship between important sensing points and the entire sensing target and monitoring the entire sensing target by substituting the mathematical equation based on the sensing data obtained from the important sensing points have been used.
그러나 중요 센싱 포인트에 점 센서를 배치하고 획득된 신호를 신호 처리(signal processing)하는 방법은 프로세서에 과부하를 일으키는 문제가 있다. 또한 중요 센싱 포인트와 전체 센싱 대상의 수학식 관계를 수립하고, 중요 센싱 포인트에서 획득된 센싱 데이터를 기반으로 수학식에 대입하여 전체 센싱 대상을 모니터링 하는 방법은 구조 모델링 또는 수학식 모델링에 상당한 연구기간과 연구비용이 필요한 문제가 있다.However, the method of placing point sensors at important sensing points and signal processing the acquired signals has the problem of causing an overload on the processor. In addition, the method of establishing a mathematical relationship between important sensing points and the entire sensing object and monitoring the entire sensing object by substituting the sensing data obtained from the important sensing point into the mathematical equation requires a considerable research period for structural modeling or mathematical modeling. There is a problem that requires research costs.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 특정한 면적으로 제작되며 연성의 재질로 제작되어 플렉서블한 성질을 가지고 휘어질 수 있는 패드(150) 및 제1 센서 어레이(120)에 복수의 센서를 배치하면 전체 센싱 대상 모니터링 수행시 일부 센서가 고장난 경우에도 전체 센싱 대상 모니터링을 적절히 수행할 수 있다.In order to solve the above-mentioned problem, by placing a plurality of sensors on the pad 150 and the first sensor array 120, which are manufactured with a specific area and made of a flexible material and can be bent with flexible properties, the entire sensing target can be monitored. Even if some sensors fail during execution, monitoring of the entire sensing target can be properly performed.
또한, 특정한 면적으로 제작되며 연성의 성질을 가져 휘어질 수 있는 패드(150) 및 제1 센서 어레이(120)에 복수의 센서를 배치하면 곡률을 가지는 센싱 대상 물체에서도 센싱 데이터를 획득할 수 있어, 곡률을 가지는 센싱 대상 물체 모니터링을 적절히 수행할 수 있다. 제1 센서 어레이(120)에 플렉서블 성질을 가지는 PVDF 센서(100)를 설치하면 곡률을 가진 구조물도 상시 모니터링이 가능하고, 계속되는 구조물 유지관리 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.In addition, by placing a plurality of sensors on the pad 150 and the first sensor array 120, which are manufactured with a specific area and have flexible properties and can be bent, sensing data can be obtained even from a sensing target object with a curvature. Monitoring of a sensing object with curvature can be appropriately performed. Installing the PVDF sensor 100, which has flexible properties, in the first sensor array 120 allows constant monitoring of structures with curvatures and has the effect of reducing ongoing structure maintenance costs.
PVDF 필름(10)은 ( )분자 구조를 반복하는 고분자 재료로 압전 세라믹에 비해서 가볍고 유연성이 높으며, 넓은 주파수대역과 빠른 주파수 응답을 갖는 압전센서 특성을 보유하여 도 2 같은 대면적 PVDF 압전 및 진동 측정 센서 구성이 가능하다.PVDF film (10) is ( ) It is a polymer material with a repeating molecular structure, which is lighter and more flexible than piezoelectric ceramics, and has piezoelectric sensor characteristics with a wide frequency band and fast frequency response, making it possible to construct a large-area PVDF piezoelectric and vibration measurement sensor as shown in Figure 2.
도 3을 참조하면 대면적 센서(200)는 제1 센서 어레이(120) 외에 제1 센서 어레이(120)의 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이격되고, 제1 방향으로 연장되는 제2 센서 어레이(130)를 더 포함하고, 제2 센서 어레이(130)에 복수의 제2 센서(100-1)들을 추가로 포함하여 일정한 면적으로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 3, the large-area sensor 200 includes, in addition to the first sensor array 120, a second sensor that is spaced apart in a second direction intersecting the first direction of the first sensor array 120 and extends in the first direction. It may further include an array 130, and may be formed to have a constant area by further including a plurality of second sensors 100-1 in the second sensor array 130.
일 실시예에 따르면 패드(150)는 제2 센서 어레이(130)와 같은 제1 방향으로 형성된 제n 센서 어레이(N)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 패드(150)는 제1 센서 어레이(120), 제2 센서 어레이(130) 및 제n 센서 어레이(N)를 포함할 수 있는 면적으로 제작될 수 있다.According to one embodiment, the pad 150 may further include an n-th sensor array N formed in the same first direction as the second sensor array 130. At this time, the pad 150 may be manufactured with an area that can include the first sensor array 120, the second sensor array 130, and the n-th sensor array (N).
이하에서는 복수의 제1 센서(100) 및 복수의 제2 센서(100-1)는 PVDF 센서(100)인 것을 예로 들어 설명한다.Hereinafter, the plurality of first sensors 100 and the plurality of second sensors 100-1 will be described by taking the PVDF sensor 100 as an example.
도 3을 참조하면 제1 센서 어레이(120) 및 제2 센서 어레이(130)에 포함된 복수의 PVDF 센서(100)는 제1 센서 어레이(120), 제2 센서 어레이(130) 및 제n 센서 어레이(N)의 FPCB 라인(L)과 전기적으로 연결되어 센싱 데이터를 전송할 수 있다.Referring to FIG. 3, the plurality of PVDF sensors 100 included in the first sensor array 120 and the second sensor array 130 are the first sensor array 120, the second sensor array 130, and the nth sensor. Sensing data can be transmitted by being electrically connected to the FPCB line (L) of the array (N).
도 3을 참조하면 PVDF 센서(100)로 구성되는 복수의 센서 각각은 음극선(sensor line, SI)과 양극선(senser line, Sl')을 1쌍을 포함할 수 있다. 음극선(Sl)과 양극선(Sl') 각각은 제1 센서 어레이(120), 제2 센서 어레이(130) 및 제n 센서 어레이(N)에 포함된 FPCB 라인(L)과 전기적으로 연결될 수 있다.Referring to FIG. 3, each of the plurality of sensors comprised of the PVDF sensor 100 may include a pair of a cathode line (sensor line, SI) and an anode line (sensor line, Sl'). Each of the cathode line (Sl) and the anode line (Sl') may be electrically connected to the FPCB line (L) included in the first sensor array 120, the second sensor array 130, and the n-th sensor array (N).
도 3에는 FPCB 라인(L)의 개수가 모두 도시되지 않았으나, FPCB 라인(L)은 각각의 센서 어레이에 배치된 복수의 센서들의 수에 기반하여 FPCB 라인(L)의 개수가 결정될 수 있다.Although the number of FPCB lines (L) is not shown in FIG. 3, the number of FPCB lines (L) may be determined based on the number of a plurality of sensors disposed in each sensor array.
일 실시예에 따르면 제1 센서 어레이(120)에 포함된 복수의 제1 센서(100)가 10개인 경우, 제1 센서 어레이(120)의 제1 FPCB 라인(L)은 20개의 라인으로서 복수 쌍의 제1 신호선으로 구성되어 각각의 PVDF 센서(100; 제1 센서)의 센서 라인인 음극선(Sl) 및 양극선(Sl')과 전기적으로 연결될 수 있다.According to one embodiment, when the number of first sensors 100 included in the first sensor array 120 is 10, the first FPCB line (L) of the first sensor array 120 is 20 lines and consists of a plurality of pairs. It is composed of a first signal line and can be electrically connected to the cathode line (Sl) and the anode line (Sl'), which are sensor lines of each PVDF sensor (100 (first sensor)).
일 실시예에 따르면 제2 센서 어레이(130)에 포함된 복수의 제2 센서(100-1)가 10개인 경우, 제2 센서 어레이(130)의 제2 FPCB 라인(L)은 20개의 라인으로서 복수 쌍의 제2 신호선으로 구성되어 각각의 PVDF 센서(100; 제2 센서)의 센서 라인인 음극선(Sl) 및 양극선(Sl')과 전기적으로 연결될 수 있다.According to one embodiment, when the plurality of second sensors 100-1 included in the second sensor array 130 is 10, the second FPCB line L of the second sensor array 130 is 20 lines. It is composed of a plurality of pairs of second signal lines and can be electrically connected to the cathode line (Sl) and the anode line (Sl'), which are sensor lines of each PVDF sensor 100 (second sensor).
일 실시예에 따르면 제n 센서 어레이(N)에 포함된 복수의 PVDF 센서(100)가 10 개인 경우 제n 센서 어레이(N)의 FPCB 라인(L)은 20개의 라인으로 구성되어 PVDF 센서(100)의 음극선(Sl) 및 양극선(Sl')과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 도 3에 도시되는 바와 같이, 제1 센서 각각은 제2 방향으로 연장 형성되고, 복수 쌍의 제1 신호선 중 한 쌍과 전기적으로 연결된 한 쌍의 센서 라인을 포함한다. 그리고, 제2 센서 각각은 제2 방향으로 연장 형성되고, 복수 쌍의 제2 신호선 중 한 쌍과 전기적으로 연결된 한 쌍의 센서 라인을 포함한다. 또한, 제1 센서 각각의 한 쌍의 센서 라인은 다른 쌍의 센서 라인과는 독립적으로 분리되어 복수 쌍의 제1 신호선 중 한 쌍과 연결되고, 제2 센서 각각의 한 쌍의 센서 라인은 다른 쌍의 센서 라인과는 독립적으로 분리되어 복수 쌍의 제2 신호선 중 한 쌍과 연결된다.According to one embodiment, when the number of PVDF sensors 100 included in the n-th sensor array (N) is 10, the FPCB line (L) of the n-th sensor array (N) is composed of 20 lines and the PVDF sensor (100) ) can be electrically connected to the cathode line (Sl) and the anode line (Sl').
Additionally, as shown in FIG. 3, each of the first sensors extends in the second direction and includes a pair of sensor lines electrically connected to one of the plurality of pairs of first signal lines. Additionally, each of the second sensors extends in the second direction and includes a pair of sensor lines electrically connected to one of the plurality of pairs of second signal lines. In addition, a pair of sensor lines for each of the first sensors is independently separated from other pairs of sensor lines and connected to one of the plurality of pairs of first signal lines, and a pair of sensor lines for each of the second sensors is connected to the other pair of sensor lines. It is separated independently from the sensor line and is connected to one of a plurality of pairs of second signal lines.
도 3과 같은 복수의 센서 어레이를 포함하는 대면적 센서(200)에 의하면 대면적 센서(200)는 직사각형 또는 정사각형의 형태로 제작 또는 형성되어 센싱 대상 물체에 부착될 수 있다.According to the large-area sensor 200 including a plurality of sensor arrays as shown in FIG. 3, the large-area sensor 200 may be manufactured or formed in a rectangular or square shape and attached to a sensing target object.
도 3에 따른 진동 및 충격 감지용 대면적 센서(200)에 의하면 대면적 센서(200)에서 획득된 센싱 데이터는 MCU(micro controller unit)로 전송되어 데이터 처리되거나 데이터 획득/관리 센터로 전송되어 기록될 수 있다.According to the large-area sensor 200 for vibration and shock detection according to FIG. 3, the sensing data acquired from the large-area sensor 200 is transmitted to an MCU (micro controller unit) for data processing or transmitted to a data acquisition/management center for recording. It can be.
실시 예에 따른 제1 및 제2 센서 어레이(120, 130), 패드(150), PVDF 센서(100) 및 FPCB 라인(L)에 의하면 구조물 유지보수에 전문 인력 필요 없이 프로그램으로 구조물 상태를 분석할 수 있고, IoT플랫폼 등과 연계가 가능할 수 있다. 실시 예에 의하면 구조물의 상태를 특정한 관리기관에서 실시간으로 대응할 수 있고, 실시간 알림/경보 가능하다. 또한, 실시 예에 의하면 기존 구조물 관리 시스템(HBMS, TMS, CMS)과의 인터페이스 용이하여 구조물 유지보수에 고가장비가 불필요하다. 또한, 실시 예에 의하면 구조물 상태 해석, 분석이 가능하며, 구조물 상태에 대한 데이터 베이스화가 가능할 수 있다.According to the first and second sensor arrays 120 and 130, pad 150, PVDF sensor 100, and FPCB line (L) according to the embodiment, the state of the structure can be analyzed through a program without the need for specialized personnel for structure maintenance. It can be connected to IoT platforms, etc. According to the embodiment, the status of the structure can be responded to in real time by a specific management agency, and real-time notifications/alerts are possible. In addition, according to the embodiment, interface with existing structure management systems (HBMS, TMS, CMS) is easy, so expensive equipment is not required for structure maintenance. In addition, according to the embodiment, it is possible to analyze and analyze the state of the structure, and it may be possible to create a database for the state of the structure.
도 4는 다른 실시 예에 따라 대면적 센서 및 대면적 센서에 포함되는 PVDF 센서를 제조하는 방법을 설명하는 순서도이다. 도 5는 다른 실시 예에 따른 대면적 센서 및 대면적 센서에 포함되는 PVDF 센서를 제조하는 방법을 을 설명하는 개념도이다.Figure 4 is a flowchart explaining a method of manufacturing a large-area sensor and a PVDF sensor included in the large-area sensor according to another embodiment. Figure 5 is a conceptual diagram illustrating a large-area sensor and a method of manufacturing a PVDF sensor included in the large-area sensor according to another embodiment.
도 4 및 도 5를 참조하면 진동 및 충격 감지용 PVDF 센서 제조방법은 접착테이프를 사용하여 미리 지정된 두께의 PVDF(polyvinylidene fluoride) 필름을 고정하는 단계(S410), Ag 나노와이어 및 IPA(isopropyl alcohol)를 혼합한 용매를 상기 PVDF 필름 위에 도포하는 단계(S420), 스프레드 바(spread bar)를 사용하여 상기 PVDF 필름의 전체 영역에 균일한 Ag 나노와이어 박막을 전사시키는 단계(S430) 및 데시케이터 진공 상태 및 상온 상태에서 미리 지정된 시간 동안 건조시키는 단계(S440)를 포함할 수 있다.Referring to Figures 4 and 5, the method of manufacturing a PVDF sensor for vibration and shock detection includes the step of fixing a PVDF (polyvinylidene fluoride) film of a predetermined thickness using an adhesive tape (S410), Ag nanowires, and IPA (isopropyl alcohol) Applying a mixed solvent onto the PVDF film (S420), transferring a uniform Ag nanowire thin film to the entire area of the PVDF film using a spread bar (S430), and vacuum desiccator. It may include a step of drying for a predetermined time (S440) at normal temperature and normal temperature.
이후에 상술한 단계에 따라 제조된 PVDF 센서(100)를 플렉서블(flexible)한 복수의 제1 센서(100)로서 마련하는 단계 및 플렉서블하고, 센싱 대상에 부착 가능한 패드(pad)의 제1 방향으로 상기 복수의 제1 센서(100)들을 배열해 부착 고정시키는 단계를 포함하여 실시 예의 대면적 센서(200)를 제조할 수 있다.Thereafter, the PVDF sensor 100 manufactured according to the above-described steps is prepared as a plurality of flexible first sensors 100, and the pad is flexible and attachable to the sensing object in the first direction. The large-area sensor 200 of the embodiment can be manufactured by including the step of arranging and attaching and fixing the plurality of first sensors 100.
접착테이프를 사용하여 미리 지정된 두께의 PVDF(polyvinylidene fluoride) 필름을 고정하는 단계(S410)는 예를 들면 접착테이프 1겹 또는 그 이상을 사용하여 약 40 μm두께의 PVDF 필름(10)을 고정하는 단계이다.The step (S410) of fixing a PVDF (polyvinylidene fluoride) film of a predetermined thickness using an adhesive tape is, for example, a step of fixing a PVDF film (10) with a thickness of about 40 μm using one or more layers of adhesive tape. am.
Ag 나노와이어 및 IPA(isopropyl alcohol)를 혼합한 용매를 상기 PVDF 필름(10) 위에 도포하는 단계(S420)는 예를 들면 농도 0.3w/%인 Ag 나노와이어에 IPA(isopropyl alcohol)혼합 용매를 스포이드를 사용하여 PVDF 필름(10) 위에 일정한 양을 도포하는 단계이다.The step (S420) of applying a mixed solvent of Ag nanowires and IPA (isopropyl alcohol) onto the PVDF film 10 is, for example, applying an IPA (isopropyl alcohol) mixed solvent to Ag nanowires with a concentration of 0.3 w/% using a dropper. This is the step of applying a certain amount on the PVDF film 10 using .
스프레드 바(spread bar)를 사용하여 상기 PVDF 필름(10)의 전체 영역에 균일한 Ag 나노와이어 박막을 전사시키는 단계(S430)는 예를 들면 도 5의 (b)와 같은, Bar 3, Bar 5, Bar 10 등의 스프레드 바를 사용하여 PVDF 필름(10)의 전체 영역에 균일한 Ag 나노와이어 박막을 전사시키는 단계이다. 또한 PVDF 필름(10)의 한쪽 면에 Ag 나노와이어 박막을 전사하고, PVDF 필름(10)의 반대 쪽 면에 다시 Ag 나노와이어 박막을 전사하여 Ag 나노 와이어층(20)을 형성할 수 있다.The step (S430) of transferring a uniform Ag nanowire thin film to the entire area of the PVDF film 10 using a spread bar is, for example, Bar 3 and Bar 5, as shown in (b) of FIG. 5. This is the step of transferring a uniform Ag nanowire thin film to the entire area of the PVDF film 10 using a spread bar such as Bar 10. Additionally, the Ag nanowire layer 20 can be formed by transferring the Ag nanowire thin film to one side of the PVDF film 10 and then transferring the Ag nanowire thin film to the other side of the PVDF film 10.
데시케이터 진공 상태 및 상온 상태에서 미리 지정된 시간 동안 건조시키는 단계(S440)는 예를 들면 상술한 PVDF 필름(10) 및 Ag 나노 와이어층(20)을 데시케이터 진공 상태에서 10시간 동안 건조시켜 도 1과 같은 PVDF 기반 투명전극 필름 구조를 형성하는 단계이다.In the step (S440) of drying for a predetermined time under a desiccator vacuum and at room temperature, for example, the PVDF film 10 and the Ag nanowire layer 20 described above are dried for 10 hours under a desiccator vacuum. This is the step of forming a PVDF-based transparent electrode film structure as shown in Figure 1.
상술한 다양한 실시예에 따른 PVDF 센서(100), 제1 및 제2 센서 어레이(120, 130), 및 패드(150)를 포함하는 진동 및 충격 감지용 대면적 센서(200)에 의하면 고가의 장비 및 전문 인력 없이도 사용자 및 관리자에 의한 사회의 주요 인프라시설 및 건축물의 상시 모니터링이 가능한 기술을 확보할 수 있다. According to the large-area sensor 200 for detecting vibration and shock including the PVDF sensor 100, the first and second sensor arrays 120 and 130, and the pad 150 according to the various embodiments described above, expensive equipment It is possible to secure technology that enables constant monitoring of society's major infrastructure facilities and buildings by users and managers without the need for specialized personnel.
또한, 실시 예에 의하면 기존의 점측정 기반 구조물 변형검출 및 안전성 모니터링 기술에서 필름 형태의 면측정 기술로의 기술 발전을 통하여 구조물의 전반적인 모니터링과 안전성 평가가 가능한 기술을 확보할 수 있다.In addition, according to the embodiment, technology capable of overall monitoring and safety evaluation of structures can be secured through technological advancement from existing point measurement-based structure deformation detection and safety monitoring technology to film-type surface measurement technology.
또한, 실시 예에 의하면 IoT기반의 PVDF 대면적 센서시스템을 개발함으로써 구조물진단의 보수유지를 예지정비로 전환하게 할 수 있다.In addition, according to the embodiment, by developing an IoT-based PVDF large-area sensor system, it is possible to convert structural diagnosis maintenance into predictive maintenance.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
Claims (5)
상기 패드에 부착되어 고정되고, 상기 제1 방향으로 각각 이격되어 배열된 복수의 플렉서블한 센서들을 포함하는 센서 어레이;
를 포함하고,
상기 복수의 플렉서블한 센서 각각은 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장되어 상기 패드 외부로 노출된 한 쌍의 센서 라인을 포함하고,
상기 센서 어레이는 상기 패드에 부착된 단일 어레이이고,
상기 복수의 플렉서블한 센서 각각의 상기 한 쌍의 센서 라인은 다른 쌍의 센서 라인과 독립적으로 분리되어 있는,
진동 및 충격 감지용 대면적 센서.A pad that is flexible, attachable to a sensing object, and extends long in a first direction; and
a sensor array that is attached and fixed to the pad and includes a plurality of flexible sensors arranged to be spaced apart from each other in the first direction;
Including,
Each of the plurality of flexible sensors includes a pair of sensor lines extending in a second direction perpendicular to the first direction and exposed to the outside of the pad,
The sensor array is a single array attached to the pad,
The pair of sensor lines of each of the plurality of flexible sensors is independently separated from the other pair of sensor lines,
Large-area sensor for vibration and shock detection.
상기 패드에 부착되어 고정되고, 제1 방향으로 각각 이격되어 배열된 복수의 플렉서블한 제1 센서들을 포함하는 제1 센서 어레이;
상기 제1 센서 어레이와 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 이격되어 상기 패드에 고정되고, 상기 제1 방향으로 연장 형성되며 상기 패드 외부로 노출된 복수 쌍의 제1 신호선을 포함하는 제1 FPCB 라인;
상기 패드에 부착되어 고정되고, 상기 제2 방향으로 상기 제1 FPCB 라인과 이격되고, 상기 제1 방향으로 각각 이격되어 배열된 복수의 플렉서블한 제2 센서들을 포함하는 제2 센서 어레이; 및
상기 제2 센서 어레이와 상기 제2 방향으로 이격되어 상기 패드에 고정되고, 상기 제1 방향으로 연장 형성되며 상기 패드 외부로 노출된 복수 쌍의 제2 신호선을 포함하는 제2 FPCB 라인을 포함하고,
상기 복수의 제1 센서 각각은,
상기 제2 방향으로 연장 형성되고, 상기 복수 쌍의 제1 신호선 중 한 쌍과 전기적으로 연결된 한 쌍의 센서 라인을 포함하고,
상기 복수의 제2 센서 각각은,
상기 제2 방향으로 연장 형성되고, 상기 복수 쌍의 제2 신호선 중 한 쌍과 전기적으로 연결된 한 쌍의 센서 라인을 포함하고,
상기 복수의 제1 센서 각각의 상기 한 쌍의 센서 라인은 다른 쌍의 센서 라인과는 독립적으로 분리되어 상기 복수 쌍의 제1 신호선의 상기 한 쌍과 연결되고,
상기 복수의 제2 센서 각각의 상기 한 쌍의 센서 라인은 다른 쌍의 센서 라인과는 독립적으로 분리되어 상기 복수 쌍의 제2 신호선의 상기 한 쌍과 연결된,
진동 및 충격 감지용 대면적 센서.A pad that is flexible, attachable to a sensing object, and extends long in a first direction;
a first sensor array that is attached and fixed to the pad and includes a plurality of flexible first sensors arranged to be spaced apart from each other in a first direction;
A first sensor array is spaced apart from the first sensor array in a second direction perpendicular to the first direction, is fixed to the pad, extends in the first direction, and includes a plurality of pairs of first signal lines exposed to the outside of the pad. FPCB line;
a second sensor array that is attached and fixed to the pad, is spaced apart from the first FPCB line in the second direction, and includes a plurality of flexible second sensors arranged to be spaced apart from each other in the first direction; and
a second FPCB line spaced apart from the second sensor array in the second direction, fixed to the pad, extending in the first direction, and including a plurality of pairs of second signal lines exposed to the outside of the pad;
Each of the plurality of first sensors,
a pair of sensor lines extending in the second direction and electrically connected to one of the plurality of pairs of first signal lines;
Each of the plurality of second sensors,
a pair of sensor lines extending in the second direction and electrically connected to one of the plurality of pairs of second signal lines;
The pair of sensor lines of each of the plurality of first sensors is independently separated from other pairs of sensor lines and connected to the pair of the plurality of first signal lines,
The pair of sensor lines of each of the plurality of second sensors is independently separated from other pairs of sensor lines and connected to the pair of the plurality of second signal lines,
Large-area sensor for vibration and shock detection.
상기 복수의 플렉서블한 센서들은,
PVDF(polyvinylidene fluoride) 센서인,
진동 및 충격 감지용 대면적 센서.According to paragraph 1,
The plurality of flexible sensors,
PVDF (polyvinylidene fluoride) sensor,
Large-area sensor for vibration and shock detection.
상기 PVDF 센서는 미리 지정된 두께의 PVDF 필름 및
상기 PVDF 필름의 일면에 형성된 Ag 나노와이어 전극막을 포함하는,
진동 및 충격 감지용 대면적 센서.According to paragraph 3,
The PVDF sensor uses a PVDF film of a predetermined thickness and
Comprising an Ag nanowire electrode film formed on one side of the PVDF film,
Large-area sensor for vibration and shock detection.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220174961A KR102590404B1 (en) | 2022-12-14 | 2022-12-14 | Large-area sensor for detecting vibration and shock for monitoring weak points of structures and manufacturing method for large-area sensor for detecting vibration and shock |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020220174961A KR102590404B1 (en) | 2022-12-14 | 2022-12-14 | Large-area sensor for detecting vibration and shock for monitoring weak points of structures and manufacturing method for large-area sensor for detecting vibration and shock |
Publications (1)
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| KR102590404B1 true KR102590404B1 (en) | 2023-10-19 |
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ID=88507627
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102590404B1 (en) |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113720501A (en) * | 2021-08-18 | 2021-11-30 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | Large-area-array flexible thin film sensor and full-printing preparation method thereof |
-
2022
- 2022-12-14 KR KR1020220174961A patent/KR102590404B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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| CN113720501A (en) * | 2021-08-18 | 2021-11-30 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | Large-area-array flexible thin film sensor and full-printing preparation method thereof |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 논문(PVDF 필름 위에 제작된 고전도도 Ag 나노와이어 투명전극 특성 연구, 라용호 외 9명, Journal of Sensor Science and Technology, 2019.11.30)* * |
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