KR20050082687A - 압전검지기 및 이를 이용한 교통정보 수집시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도로에 매설되어 온도측정이 가능하도록 압전검지기를 구성하고, 이를 이용하여 차량의 통과대수, 속도, 중량 등과 같은 교통정보를 수집할 수 있는 압전검지기 및 이를 이용한 교통정보 수집시스템에 관한 것으로서, 압전세라믹 센서와, 온도센서와, 상기 압전세라믹 센서 및 온도센서와 연결되어 측정온도에 따른 압전세라믹 센서의 출력을 보상하는 출력보상부를 포함하는 압전검지기와, 상기 출력보상부의 커넥터와 연결되어 압전검지기를 통과하는 차량의 하중정보를 입력받는 입력부와, 이로부터 입력된 실시간 하중정보 입력받아 압전검지기를 통과하는 차량의 대수, 속도, 종류 또는 중량을 연산하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전검지기 및 이를 이용한 교통정보 수집시스템을 제공한다.

이와 같이, 본 발명은 기존의 압전검지기에서 이루어질 수 없었던 도로온도에 따른 출력보상이 이루어짐으로써 온도변화에 따른 압전검지기의 출력신호의 에러를 감소시킬 수 있어 신뢰도 높은 차량속도 및 차량중량 등과 같은 교통정보를 수집할 수 있는 효과가 있다.

Description

압전검지기 및 이를 이용한 교통정보 수집시스템{PIEZOELECTRIC DETECTOR AND SYSTEM FOR COLLECTING TRAFFIC INFORMATIONS USING THE SAME}

본 발명은 압전검지기 및 이를 이용한 교통정보 수집시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도로에 매설되어 하중을 측정하는 압전세라믹 센서의 온도보상이 가능한 압전검지기를 구성하고, 이를 이용하여 차량의 통과대수, 속도, 중량 등과 같은 교통정보를 수집할 수 있는 압전검지기 및 이를 이용한 교통정보 수집시스템에 관한 것이다.

현재 우리나라의 교통상황은 날로 급증하는 교통수요와 이를 수용하지 못하는 도로상황으로 인해 매우 열악한 현실이다. 이를 개선하기 위해서는 기존 도로의 효율적인 운영 및 관리, 신설 도로의 계획 및 설계 등에 있어 매우 중요한 기초자료인 교통정보(차량 통과대수, 중량, 속도 등)를 정확하고 안정적으로 수집하는 것이 필요하다.

상기와 같은 도로의 교통정보를 수집하기 위한 방법으로는 이동식 조사장비에 의한 전역조사와 고정식 장비에 의한 상시조사가 병행되어 이루어지고 있다. 전역조사의 경우 방대한 인력소요, 비전문 인력에 의한 조사결과의 신뢰성저하, 조사/집계/분석과정의 복잡성 등으로 인하여 최종결과를 도출하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

상기한 문제의 대안으로 제시되고 있는 고정식 검지기에 의한 상시조사는 설치된 검지기에서 속도, 교통량, 차종, 점유율 등 중요 교통정보를 연속적으로 수집할 수 있기 때문에 검지기가 위치한 구간에 대하여 일관성 있는 정보를 연속적으로 수집할 수 있다. 따라서 지능형 교통정보 수집시스템의 바탕을 이루는 핵심기반시설로서 교통 시스템의 주요구성요소로 주목받고 있다.

상기한 고정식 검지기에 의한 상시조사 방법으로는 화상으로 실시간 교통량을 측정하거나 이밖에 많은 방법이 대두되고 있지만, 아직까지 비용과 효율면에서 월등한 성능을 보이고 있는 루프검지기와 압전검지기를 이용한 교통정보 시스템이 많이 사용되고 있다.

상기의 루프검지기와 압전검지기를 이용하면 차량속도, 차량 대수, 차량길이, 차축수, 축간거리, 교통사고 인식 등을 실시간으로 측정가능하며, 이러한 자료를 분석하여 도로를 통과하는 차량에 대한 정보 및 점유율, 단위 시간별 평균속도, 평균 차량 대수 등의 교통 정보를 알 수 있다.

일반적인 루프검지기를 이용한 교통정보 수집시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 고속도로의 아스팔트 노면에 차선당 2개의 루프 코일센서(Loop Coil Sensor)를 내장한 루프검지기(21)를 매설하여 루프검지 제어부(22)와 케이블(23)로 연결하게 된다. 상기와 설치된 루프검지기(21) 위를 차량이 통과하게 되면 미세한 루프코일 인덕턴스(Loop Coil Inductance)의 변화량을 상기 루프검지 제어부(22)가 측정하게 되고, 측정된 데이터를 증폭하여 통과차량의 존재와 속도를 측정하게 되는 것이다. 또한 루프검지기(21)를 이용한 교통정보 수집시스템은 상기 루프검지 제어부(22)에서 검지된 차량정보를 저장 및 분석하며 교통관제센터와 같은 정보를 요구하는 요소에 필요한 교통정보를 전송하도록 구성된다.

그러나, 상기와 같은 구성으로 이루어지는 루프검지기(21)를 이용한 교통정보 수집시스템은 차량 통과시 도로 노면에 매설된 루프 코일센서(Loop Coil Sensor)의 미세한 루프코일 인덕턴스(Loop Coil Inductance)의 변화량을 상기 루프검지 제어부(22)가 측정하는 방식이기 때문에 단순한 차량통과 대수 및 축간 거리측정에 따른 차종선별, 차량속도만를 수집하는 기능을 할뿐, 차량의 중량측정을 통한 과적차량의 단속기능은 전혀 없다.

특히 과적차량의 운행은 도로 및 교량 구조물 등에 손상 요인으로 작용하므로 도로의 내구연한을 단축시켜 이에 따른 유지보수 비용을 증가시키고 과중한 무게로 인하여 조종 및 제동 능력이 떨어지므로 대형 교통사고의 원인이 되기도 한다. 또한 과적차량은 주행 성능이 상대적으로 떨어지므로 해당 도로의 용량을 저하시키며, 운행시 소음과 진동의 유발, 배기가스 배출 등으로 도로변 환경 악화의 요인으로도 작용한다. 이와 같이 과적차량으로 인한 피해는 결국 국민 생활의 안녕과 직결되는 문제이기 때문에 정부에서는 도로법, 도로교통법 등 관련법을 통해 과적차량의 운행을 근절하기 위한 단속 정책을 수립하여 추진해오고 있으나, 과적차량 운행은 좀처럼 근절되지 않고 있는 실정이다.

상기한 과적차량의 운행을 근절하도록 차량 중량을 측정할 수 있음과 동시에, 상기한 루프검지기를 이용한 차량의 통과대수 및 차량속도, 차량종류와 같은 교통정보를 수집할 수 있도록 압전검지기를 이용한 교통정보 수집시스템 또는 상기한 루프검지기와 압전검지기를 병용하는 교통정보 수집시스템이 이용되고 있다.

압전검지기를 이용한 교통정보 수집시스템은 상기한 루프검지기를 이용한 교통정보 수집시스템과 유사한 방식으로 도로에 매설되지만, 검지기에 도입되는 센서소자가 상위하다. 즉, 루프검지기의 경우에는 코일형의 루프 코일센서를 이용하지만, 압전검지기는 압전세라믹 소자를 이용하게 된다.

상기 압전세라믹(Piezoelectric Ceramic)은 압력이 가해졌을 때 그에 비례하는 전압이 발생하고, 전계가 가해졌을 때 그에 비례하는 기계적인 변형이 일어나는 소자로서 기계적인 진동에너지를 전기에너지로, 전기에너지를 기계적인 진동에너지로 상호 변환이 가능하며 변환효율이 매우 높은 재료이다. 이러한 압전세라믹의 대표적인 소재로 PZT[Pb(Ti,Zr)O₃]가 있다.

따라서, 상기한 압전세라믹을 센서소자로 이용한 압전검지기를 교통정보 수집시스템에 적용하게 되면, 차량의 통과대수 및 차량의 속도, 차량의 종류와 더불어 차량의 중량까지 측정할 수 있는 것이다.

현재 상시 운영되는 루프+압전검지기를 병행한 교통정보 수집시스템의 고정식 조사장비는 정확도 및 수집되는 데이터의 종류 등에서 다른 형태의 조사장비에 비해 우수하나, 거의 전량 외국에서 수입되어 사용되고 있기 때문에 국내여건에 적합한 교통특성을 조사하고 측정하는데 많은 어려움이 있다.

또한 여러 종류의 상이한 제품들이 국내에 공급됨으로써 각 기기간의 호환성 및 통합 유지관리에 어려움을 격고 있으며, 기능 개선 및 첨단 알고리즘의 적용 등에도 많은 어려움이 있는 실정이다.

또한 우리나라와 같이 4계절이 뚜렷하고, 1년의 연교차가 큰 경우 계절에 따라 차량하중에 따른 출력의 차이가 나타날 수 있으나, 현재 사용되는 차량분류검지 센서의 경우 온도의 영향을 보정할 수 있는 기능을 가지고 있지 않기 때문에 우리나라와 같이 기온차가 큰 지역에서 사용하기에는 어려운 단점이 있다.

또한, 압전검지기는 사용되는 압전세라믹 센서의 형상에 따라서도 출력특성에 큰 영향을 받는다. 즉 수평응력을 많이 받는 케이블 형상은 강한 자기력을 형성시켜 인접하는 차선의 센서에 자장을 미치게 되어 상호 간섭현상이 일어나게 되어 센서의 감지능이 저하되는 문제점을 초래하고 있다.

상기와 같은 점을 고려하여 보다 신뢰성 있는 교통량 수집, 용이한 유지 보수 등 국내 실정에 적합한 성능과 기능을 갖는 센서를 개발하는 것이 매우 필요하다.

상기한 종래 압전검지기를 이용한 교통정보 수집시스템의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 도로에 매설되는 압전검지기의 압전세라믹 센서의 형상을 설치의 용이성 및 계측의 정확성을 고려하여 평판형태로 제작하고, 검지기 내부에 온도센서를 내장시켜 도로내부의 온도측정이 가능하도록 하여 압전세라믹의 출력값에 대한 온도의 영향을 보상함으로써 기온차가 큰 지역에서도 사용 가능한 압전검지기를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 온도측정이 가능한 압전검지기를 교통정보 수집시스템에 적용함으로써 도로의 차량의 통과대수, 속도, 종류, 중량 등과 같은 교통정보를 계절에 구애됨 없이 수집할 수 있는 압전검지기를 이용한 교통정보 수집시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 차량의 하중을 측정하기 위한 압전검지기에 있어서, 압전세라믹 센서와, 온도센서와, 상기 압전세라믹 센서 및 온도센서와 연결되어 측정온도에 따른 압전세라믹 센서의 출력을 보상하는 출력보상부를 포함하는 압전검지기를 제공한다.

또한, 상기 출력보상부는 상기 온도센서로부터 입력된 온도정보에 따라 유전율을 보상하여 압전세라믹 센서의 출력을 보상하도록 한다.

본 발명은 상기 압전세라믹 센서, 온도센서 및 출력보상부가 몰딩재에 의하여 둘러싸여 지거나, 상기 압전세라믹 센서 및 온도센서는 몰딩재에 둘러싸여지고 상기 출력보상부는 상기 몰딩재 외부에서 상기 압전세라믹 센서 및 온도센서와 연결되는 압전검지기를 제공하며, 상기 몰딩재는 상부를 제외한 하부가 금속재질의 보호케이스로 커버되도록 한다.

또한, 본 발명은 상기 몰딩재로 에폭시 수지를 포함하며, 상기 압전세라믹 센서의 평판형태로 제작하여 하중에 대한 수평응력을 제거하도록 한다.

한편, 본 발명은 도로 노면에 매설된 압전검지기와, 상기 압전검지기의 출력보상부의 커넥터와 연결되어 압전검지기를 통과하는 차량의 하중정보를 입력받는 입력부와, 상기 입력부로 입력된 실시간 하중정보 입력받아 압전검지기를 통과하는 차량의 대수, 속도, 종류 또는 중량을 연산하는 연산부를 포함하는 교통정보 수집시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 연산부가 연산정보를 외부 시스템으로 전송하기 위한 통신부를 더 포함하도록 한다.

이하, 본 발명에 따른 온도측정이 가능한 압전검지기에 대한 이론적 배경을 설명한다.

본 발명이 적용되는 압전검지기는 상기 설명한 바와 같이, 압전세라믹 센서소자가 기계적인 응력에 따라 전기적인 전하가 발생하는 것을 응용한 검지기이다. 차량감지에 사용되는 압전검지기는 차량이 도로에 매설된 검지기를 통과할 때 차량무게에 의하여 압전세라믹 소자에 응력이 인가되면 비례하는 전기적 신호가 발생하는 것을 이용하는 것이다. 이러한 방식은 차축의 개수를 정확하게 측정할 수 있으며, 두개의 센서를 일정거리를 유지한 상태로 매설하면 차량의 속도를 정확하게 측정할 수 있다.

또한 온도에 대한 영향을 적절히 보상하면 WIM (Weighing-In-Motion)으로도 활용될 가능성이 높다. 따라서 차의 축수와 축의 하중을 측정하는 방식들 중에서는 경제적이며 내구성이 우수하고, 설치가 용이하기 때문에 교통 조사장비에 많이 활용되고 있다.

또한, 센서소자의 형상에 따라서도 센서의 출력 특성이 매우 큰 영향을 받는다. 즉 수평응력을 많이 받는 형상(케이블 형)은 강한 자기력을 형성시켜 옆 차선의 센서에 자장을 미치게 되어 상호 간섭현상이 일어나게 된다. 이러한 형상의 센서의 수평응력을 제거하기 위하여 케이블의 주위에 수평 응력의 전달을 차단하기 위하여 충격 흡수제 같은 것을 넣는 등의 방법이 이용된다. 따라서 설치의 용이성, 계측의 정확성 등을 고려하면 얇은 평판 형태의 센서가 더 우수하다고 할 수 있다.

그러므로 센서에 작용되는 수평응력을 최소화할 수 있는 평판형태로 센서소자를 제작하고, 검지기 자체가 도로내부의 온도를 검지하고 이를 제어부에 피드백시켜줄 수 있다면, 출력값에 대한 온도의 영향을 보상할 수 있게 된다. 이와 같이 온도에 대한 보상이 적절하게 이루어지는 경우 WIM으로도 사용이 가능하게 된다.

압전세라믹에서 기계적 변형과 이에 따른 발생 전압의 관계를 표현하기 위해서 압전정수를 사용한다. 압전정수는 d(압전변형상수)와 g(전압출력상수)의 두가지가 있으며, 이중 외부 충경에 의한 발생전압을 나타내는 상수로는 g(전압출력상수)를 주로 사용한다. d는 수학식 1과 같이 정의되며, d와 g 사이의 관계는 수학식 2와 같다.

이때, 수직 방향으로 외부 충격이 발생시 출력되는 전압(V)은 수학식 3과 같다.

상기한 수학식 1 내지 수학식 3을 정리하면 수학식 4와 같다.

일반적으로 100℃ 이하의 낮은 온도에서 탄성계수의 변화를 무시하는 것이 가능하다. 따라서 출력전압은 전기기계결합계수와 유전율의 변화에 따라 달라지며, 이러한 전기기계결합계수는 공진주파수와 반공진주파수에 따라 변화된다. 또한 수학식 2와 수학식 4에 의하여 유전율이 작을수록, 전기기계결합계수가 클수록 출력전압은 커지는 것을 알 수 있다.

그러므로 사용되는 재료의 온도에 따른 전기기계결합계수와 유전율의 변화를 알 수 있다면, 출력전압의 온도에 따른 변화를 예측하는 것이 가능하다.

강유전체의 유전율은 퀴리-바이스(Curie-Weiss) 법칙(수학식 5)에 따라 거동한다.

여기서, C는 퀴리상수이며, θ는 Curie-Weiss 온도로 일반적으로 강유전체의 상전이 온도로 생각할 수 있으며, A와 B는 상수이다.

도 2는 압전세라믹의 유전율의 온도의존성의 변화를 도시한 그래프로서, 재료의 종류에 따라 매우 다른 경향을 보일 수 있으나, 일반적인 압전세라믹의 온도의존성을 나타내었다. 우리나라의 겨울의 최저 온도를 -20℃로 가정하고, 여름의 최고온도는 60℃ 정도로 가정하였을 때, 20℃를 기준으로 선형 피팅(Linear Fitting)에 따른 유전율 변화를 표 1에 나타내었다.

상기 표 1에서의 변화율은 20℃를 기준으로 하여, -20℃와 60℃일 때의 변화율이다. 따라서 전압출력은 상기 수학식 4에 따라 유전율의 제곱근에 반비례하므로, 다른 변수를 일정하다고 가정하면 각 온도에서의 출력변화는 표 2와 같이 예상할 수 있다.

따라서 온도에 의한 출력의 변화는 ±10% 정도의 오차를 예상할 수 있다. 일반적으로 WIM용도로 사용이 되기 위해서는 출력의 선형성이 10% 이하를 유지하여야 한다. 따라서 상온에서 10% 이하의 선형성을 갖는 WIM용 센서라 할지라도, 온도에 의한 오차와 센서 자체의 오차를 합친 경우 계절에 따라 20% 이상의 오차를 나타낼 수 있으므로, 실사용에 있어서 문제점을 발생시킬 가능성이 매우 높다.

그러므로 본 발명에서는 압전검지기의 압전세라믹소자를 수평응력의 전달을 차단하도록 평판형태로 제작하여 적용함으로써 정확한 계측에 의한 도로의 교통정보를 수집함과 동시에, 도로의 온도측정이 가능한 온도센서가 내장된 압전검지기를 구성함으로써 실측된 도로 온도데이터에 근거하여 온도와 유전율의 상술한 관계에 따라 압전세라믹의 출력값에 대한 온도의 영향을 보상하도록 하였다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 압전검지기의 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 압전검지기의 내부구조를 도시한 단면도이다.

도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 압전검지기는 통상의 압전세라믹 센서가 중앙부에 위치하게 된다. 상기 압전세라믹 센서(1)는 종래기술에서 언급한 바와 같이, 압력이 가해졌을 때 전압을 발생시키는 대표적인 PZT[Pb(Ti,Zr)O₃]소자를 이용할 수 있다. 이러한 압전세라막 센서(1)의 형태는 차량하중이 적용될 경우 수평응력을 제거하여 센서의 정확한 계측이 가능하도록 평판형태로 제작하였다.

또한, 본 발명에서는 상기 압전세라믹 센서(1)가 사용되는 환경의 온도, 즉 도로의 온도를 측정하기 위하여 압전검지기(11)에 온도센서(2)를 설치하였다.

상기 온도센서(2)는 온도를 감지하여 그 온도에 대한 수치를 출력할 수 있는 소재이면 어느 것이나 가능하며, 본 발명에서는 통상적으로 이용하는 열전대(Thermocouple)형을 이용하였다.

또한, 본 발명의 온도센서(2)는 상기 압전세라믹 센서(1)의 하부 또는 양측부에 센서에 근접하도록 설치되어 압전세라믹 센서(1)가 사용되는 환경의 온도를 정확하게 측정하도록 하였다.

상기와 같이 설치되는 압전세라믹 센서(1)와 온도센서(2)는 본 발명의 출력보상부(10)와 연결된다. 즉, 출력보상부(10)는 압전세라믹 센서(1)로부터 발생된 출력전압을 입력받고, 온도센서(2)로부터 감지된 도로온도를 입력받아 상기 상세하게 언급한 이론적 배경에 근거하여 도로온도에 따른 압전세라믹 센서(1)의 출력전압을 보상하게 된다.

상기 출력보상부(10)는 압전세라믹 센서(1) 및 온도센서(2)와 일체형 또는 그 외부에 별도로 설치 구성될 수 있다. 즉 도 3의 (a) 및 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 압전세라믹 센서(1) 및 온도센서(2)를 둘러싸는 몰딩재(4) 내부에 본 발명의 출력보상부(10)가 함께 몰딩될 수 있으며, 도 3의 (b) 및 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 압전세라믹 센서(1) 및 온도센서(2)를 둘러싸는 몰딩재(4) 외부에 본 발명의 출력보상부(10)가 설치 구성될 수 있는 것이다.

상기 출력보상부(10)의 기능은 본 발명의 이론적 배경에서 언급한 바와 같이, 온도센서(2)로부터 측정되어 입력된 도로온도에 따라 압전세라믹 센서(1)의 유전율을 보상하여 출력전압을 보상하게 되는 것이다.

또한, 상기와 같이 몰딩재(4)로 몰딩되는 본 발명의 압전검지기(11)는 그 하부가 보호케이스(3)로 덮여 검지기 자체를 차량하중 적용에 따라 발생하는 굴곡응력(Bending Stress)을 완화시키도록 하는 것이 바람직하다. 특히 상기 보호케이스(3)는 굴곡강도가 좋은 플라스틱 또는 금속, 복합재료가 모두 적용 가능하지만 그 중에서도 경제적인 면에서 우수한 금속재질의 것을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 압전세라믹 센서(1)와 온도센서(2) 또는 출력보상부(10)를 둘러싸서 보호기능을 하는 몰딩재(4)는 에폭시 수지를 선택 적용하였다. 몰딩재(4) 소재로는 모든 폴리머재질이 가능하나, 보호케이스(3)의 접합력이 높으면서도 차량하중에 의한 응력을 압전세라믹 센서(1)에 인가할 수 있는 어느 정도의 탄성력을 지닌 에폭시 수지를 이용하여 외부로부터 보호되도록 하였다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 압전검지기(11)를 구성하는 압전세라믹 센서(1)와 온도센서(2) 및 출력보상부(10)가 몰딩재(4)에 일체형으로 몰딩된 경우에는 출력보상부(10)로부터 출력값이 외부로 전송될 수 있는 단자인 커넥터(5)가 검지기 일측 외부에 형성되어 있으며, 이에 외부 케이블(6)의 케이블 커넥터(7)가 연결되어 출력값을 전송하게 된다.

또한, 본 발명의 압전검지기(11)를 구성하는 압전세라믹 센서(1)와 온도센서(2)가 몰딩재(4)에 몰딩되고, 출력보상부(10)가 몰딩재(4) 외부에 설치되는 경우에는 상기 압전세라믹 센서(1)와 온도센서(2)의 측정데이터를 외부로 전송할 수 있는 커넥터(5)가 검지기 일측부에 형성되어 있으며, 이에 외부의 출력보상부(10)와 연결된 중간 케이블(8)이 연결되어 측정데이터를 출력보상부(10)로 전송하게 된다. 상기 출력보상부(10)는 입력받은 측정데이터에 근거하여 압전세라믹 센서(1)의 출력전압을 온도에 따라 보상한 다음 이의 커넥터(9)에 연결된 외부케이블(6)을 통하여 출력값을 필요로 하는 곳으로 전송하게 되는 것이다.

이하에서는 본 발명의 압전검지기(11)를 이용하는 교통정보 수집시스템에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 압전검지기(11)를 이용한 교통정보 수집시스템의 블록도이다. 본 발명의 교통정보 수집시스템은 상기 설명한 본 발명에 따른 온도보상이 가능한 압전검지기(11)를 이용하여 구성된다. 즉 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 압전검지기(11)를 하나 이상, 바람직하게는 2개를 한 쌍으로 하여 소정 간격으로 이격시켜 각 차선의 노면에 매설하게 된다.

상기 매설된 압전검지기(11)는 압전세라믹 센서(1) 및 온도센서(2)와 연결된 출력보상부(10)와 외부케이블(6)을 이용하여 입력부(20)와 연결되어 압전검지기(11)를 통과하는 차량의 통과여부 및 하중정보가 입력된다. 상기 입력부(20)는 이로부터 입력된 실시간 하중정보를 입력받아 주어진 시간동안 압전검지기(11)를 통과하는 차량의 대수, 차량속도, 차축간 거리에 따른 차량종류 또는 차량중량을 연산하는 연산부(30)와 케이블로 연결되어진다. 또한, 상기 연산부(30)는 연산정보를 외부 시스템으로 전송하기 위한 통신부(40)를 부가적으로 더 포함하고 있으며, 교통정보를 필요로 하는 곳으로부터 확장된 전송케이블이 상기 통신부(40)와 연결될 수 있다.

이하, 본 발명의 작동에 관하여 설명한다.

도로의 차선 노면에 매설된 본 발명의 압전검지기(11)를 차량이 통과하게 되면, 차량의 중량에 의하여 압전검지기(11)에 내장된 압전세라믹 센서(1)로부터 인가응력에 따른 전압이 출력되고, 이 출력된 전압은 압전검지기(11)에 내장되거나 외부에 설치된 출력보상부(10)로 입력되며, 이와 동시에 압전검지기(11)에 내장된 온도센서(2)로부터 실시간 도로온도가 상기 출력보상부(10)로 입력된다.

상기 출력보상부(10)로 입력된 출력전압과 온도정보는 출력보상부(10)에서 처리된다. 즉 온도센서(2)로부터 측정된 실시간 도로온도가 압전세라믹 센서(1)의 출력전압에 영향을 미치지 않는 범위(예를 들어, 유전율의 변화율이 기준값의 ±10% 이내)라면 압전세라믹 센서(1)로부터 입력된 출력전압이 출력보상부(10)로부터 그대로 출력되는 것이고, 실시간 도로온도가 압전세라믹 센서(1)의 출력전압에 영향을 미치는 범위(예를 들어, 유전율의 변화율이 기준값의 ±10% 이상)라면 압전세라믹 센서(1)의 출력전압을 출력보상부(10)에서 그 값만큼 보상하여 출력하게 되는 것이다.

상기와 같이 출력보상부(10)에서 보상된 출력전압은 입력부(20)로 입력되어 출력전압에 따른 차량의 하중정보를 연산부(30)로 전송하게 된다.

상기 연산부(30)로 입력된 압전검지기(11)로부터의 실시간 보상출력전압은 압전검지기(11)를 통과하는 차량의 대수, 차량속도, 축각거리 측정에 따른 차량종류 또는 차량중량을 연산하는데 이용되며, 상기 연산부(30)로부터 출력되는 연산정보는 연산부(30)의 통신부(40)와 연결된 외부 시스템으로 실시간 전송되는 것이다.

본 발명의 교통정보 수집시스템에 따라 전송된 실시간 교통정보는 차량의 정체시간 또는 정체정도를 파악하는 도심교통관제센터나, 고속도로의 통행량 또는 이동속도, 통과차량의 중량을 검사하는 고속도로관제센터에서 이용할 수 있으며, 특히 교통체증이 빈번한 도로의 적소에 본 발명의 압전검지기(11)를 설치하고 이와 소정거리 후방에 이격된 위치에 압전검지기(11)의 정보에 따른 교통량 및 통과속도를 표시할 수 있는 디스플레이 장치가 설치된다면 후속차량의 운전자에게 실시간 교통정보를 제공하여 교통체증을 해결할 수 있다. 또한, 도로를 통과중인 과적차량의 중량을 측정하여 단속할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 도로에 매설되는 압전검지기의 압전세라믹 센서를 평판형태로 제작하여 설치의 용이성 및 계측의 정확성을 향상시켰으며, 기존의 압전검지기에서 이루어질 수 없었던 도로온도에 따른 출력보상이 이루어짐으로써 사계절이 뚜렷한 우리나라의 경우 이러한 검지기를 이용한다면 도로온도에 관계없이 온도변화에 따른 출력신호의 에러를 감소시킬 수 있어 신뢰도 높은 차량속도 및 차량중량 등과 같은 교통정보를 수집할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 압전검지기를 이용한 교통정보 수집시스템을 이용한다면 실시간 교통정보를 운전자가 공유하여 도로의 교통체증을 감소시킴은 물론, 도로를 통과하는 과적차량의 중량을 실시간으로 측정 단속함으로써 도로의 노면수명을 연장시키는 부수적인 효과가 있다.

도 1은 일반적인 루프검지기를 이용한 교통정보 수집시스템의 블록도,

도 2는 압전세라믹의 유전율의 온도의존성의 변화를 도시한 그래프도,

도 3은 본 발명에 따른 압전검지기의 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 압전검지기의 내부구조를 도시한 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 압전검지기를 이용한 교통정보 수집시스템의 블록도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 압전센서 2: 온도센서 3: 보호케이스

4: 몰딩재 5: 커넥터 6: 외부케이블

7: 케이블커넥터 8: 중간케이블 10: 출력보상부

11: 본 발명의 압전검지기 20: 입력부

30: 연산부 40: 통신부

Claims (11)

1. 차량의 하중을 측정하기 위한 압전검지기에 있어서,

   압전세라믹 센서와,

   온도센서와,

   상기 압전세라믹 센서 및 온도센서와 연결되어 측정온도에 따른 압전세라믹 센서의 출력을 보상하는 출력보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전검지기.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 출력보상부는 상기 온도센서로부터 입력된 온도정보에 따라 유전율을 보상하여 출력을 보상하는 것을 특징으로 하는 압전검지기.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 압전세라믹 센서, 온도센서 및 출력보상부를 둘러싸는 몰딩재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전검지기.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 압전세라믹 센서 및 온도센서는 몰딩재에 둘러싸여지고, 상기 출력보상부는 상기 몰딩재 외부에서 상기 압전세라믹 센서 및 온도센서와 연결되는 것을 특징으로 하는 압전검지기.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도센서는 압전세라믹 센서의 하부 또는 양측부에 위치하는 것을 특징으로 하는 압전검지기.
6. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서, 상기 몰딩재는 상부를 제외한 하부가 보호케이스로 커버되는 것을 특징으로 하는 압전검지기.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 보호케이스는 금속재질인 것을 특징으로 하는 압전검지기.
8. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 몰딩재는 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전검지기.
9. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전세라믹 센서는 평판형태인 것을 특징으로 하는 압전검지기.
10. 압전검지기를 이용한 교통정보 수집시스템에 있어서,

    도로 노면에 매설된 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항의 압전검지기와,

    상기 압전검지기의 출력보상부의 커넥터와 연결되어 압전검지기를 통과하는 차량의 하중정보를 입력받는 입력부와,

    상기 입력부로 입력된 실시간 하중정보를 입력받아 압전검지기를 통과하는 차량의 대수, 속도, 종류 또는 중량을 연산하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 교통정보 수집시스템.
11. 청구항 11에 있어서, 상기 연산부는 연산정보를 외부 시스템으로 전송하기 위한 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교통정보 수집시스템.