KR20130012630A

KR20130012630A - 파이프형 반도체 압력 센서형 ｗｉｍ 센서

Info

Publication number: KR20130012630A
Application number: KR1020110073884A
Authority: KR
Inventors: 최영규; 최시영; 박제우; 조영길
Original assignee: 이씨엠아시아아이티에스(주)
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2013-02-05

Abstract

본 발명의 압력 센서를 이용한 파이프형 WIM 센서(1)는, 주행 중인 차량의 하중을 측정하기 위한 센서로서, 길이 방향으로 연장하는 파이프 형상을 하고 내부 공간에 비압축성 오일(12)이 충전되며, 상기 주행중인 차량의 하중에 기인하는 외력에 의해 적어도 일 부분이 변형되어 상기 내부 공간에 충전된 상기 비압축성 오일(12)의 압력 변화가 유발되는 센서 바디(10);상기 센서 바디(10)에 충전된 상기 비압축성 오일(12)의 압력을 센싱하는 압력 센서(20);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 WIM 센서(1)는 외부로부터의 노이즈에 의해 센싱 신호가 영향받을 가능성이 매우 낮고, 비압축성 오일을 통해서 전달되는 압력을 반도체 압력 센서(20)에서 직접 센싱하므로 센서 시스템의 정밀도가 높고 선형성도 좋은 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 WIM 센서(1)는 필요한 주변 회로부의 사이즈를 매우 작게 할 수 있는 효과가 있다.

Description

파이프형 반도체 압력 센서형 ＷＩＭ 센서{Pipe Type WIM Sensor Using Semiconductor Pressure Sensor}

본 발명은 WIM(Weigh In Motion) 센서 모듈에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 주행중인 차량의 중량을 측정하는 WIM 계측 시스템에 사용되는 WIM 센서에 관한 것이다. 또한 본 발명은 반도체 압력 센서를 이용한 파이프형 WIM 센서에 관한 것이다.

교량 및 도로 등을 운행하는 과적 차량은 교량 및 도로를 파손하고 수명을 단축하는 주된 원인이 되므로, 국가 및 지방자치단체는 과적 차량을 단속하기 위하여 도로변에 검문소 및 중량 측정 시스템을 설치하고 과적이 의심되는 차량 또는 모든 화물 차량을 우회 도로로 유도하여 화물 차량의 중량을 측정하기도 한다.

그러나 별도의 우회도로 및 검문소의 설치에는 많은 비용이 들며, 도심과 같은 곳에는 별도의 검문소를 설치하기에 공간이 없는 경우도 많다. 또한 차량의 중량을 측정하기 위해서는 차량을 정차시킨 후 계측해야 하므로 일정 시간이 소요되는 등 운용에도 많은 불편함이 존재한다.

이와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 최근 WIM(Weigh In Motion) 계측 시스템에 관한 관심이 날로 증가하고 있다. WIM 계측 시스템에서는 차량을 정차시키지 않고 저속 또는 고속의 상태에서 직접 차량의 중량을 측정하게 되며, 이러한 WIM 계측 시스템에 이용되는 것이 WIM 센서이다.

도 1은 종래의 대표적인 WIM 센서를 도시한 도면이다.

WIM 센서(200)는 차량이 통과하는 도로(210)에 직사각형 기둥 형태의 도랑을 만들고 이에 매설하는 방식으로 설치된다. WIM 센서(200)는 도로(210)의 노면과 그 높이를 맞추어 하중 수용부(201)가 형성되며, 하중 수용부(201)가 받은 하중은 WIM 센서(200)의 중앙 부분에 있는 쿼츠 디스크(202)로 전달된다. 쿼츠 디스크(202)는 압전 소자로서 화살표 방향의 힘을 받아 미량의 전하를 발생시키며, 쿼츠 디스크(202)에서 발생된 전하의 전하량은 별도의 차지 앰프(도 2 참조)에서 증폭되어 계측된다.

도 2는 1채널 차지 앰프의 예를 도시한 도면이다.

차지 앰프(220)는 미량의 전하를 증폭하여 측정하기 위한 장치로서 미량의 전하를 증폭하고 그 량을 정밀하게 측정하기 위하여 복잡한 아날로그 및 디지털 회로를 구비하여야 하므로, 일정한 크기를 가진 박스 형태의 케이스에 설치되고 필요한 전원도 공급받아야 한다. 예를 들면, 차지 앰프(220)의 케이스는 공구 박스 정도의 크기를 가진다.

그런데, 차지 앰프(220)는 WIM 센서(200)에서 발생된 미량의 전하를 전달받는 과정에서 외부의 노이즈에 의해 영향을 받기 쉬운 문제점이 있다. 또한 WIM 센서(200)에서 발생되는 전하의 양이 미세하므로 높은 증폭도가 필요하다. 이에 따라 종래의 WIM 센서를 이용한 WIM 계측 시스템에서는 측정의 정확성이 떨어지는 문제가 있다. 그리고 차지 앰프(220)는 공구 박스 정도의 사이즈를 필요로 하므로, 일정한 공간에 설치되어야 하며 고집적화가 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 WIM 센서가 가진 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것이다.

본 발명의 목적은 외부의 노이즈에 강한 WIM 센서를 제공하기 위한 것이다. 또한 본 발명의 다른 목적은 정밀도가 높은 WIM 센서를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 차지 앰프와 같이 공간을 많이 차지하는 주변 회로가 필요 없는 WIM 센서를 제공하기 위한 것이다. 또한 본 발명의 다른 목적은 선형성이 좋은 WIM 센서를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 양상에 따른 압력 센서를 이용한 파이프형 WIM 센서는, 주행 중인 차량의 하중을 측정하기 위한 WIM 센서에 있어서,

길이 방향으로 연장하는 파이프 형상을 하고 내부 공간에 비압축성 오일(12)이 충전되며, 상기 주행중인 차량의 하중에 기인하는 외력에 의해 적어도 일 부분이 변형되어 상기 내부 공간에 충전된 상기 비압축성 오일(12)의 압력 변화가 유발되는 센서 바디(10);상기 센서 바디(10)에 충전된 상기 비압축성 오일(12)의 압력을 센싱하는 압력 센서(20);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

길이 방향으로 연장하는 파이프 형상을 하고 내부 공간에 비압축성 오일(12)이 충전되며, 외력에 의해 탄성적으로 변형되는 탄성 변형부(D)를 포함하는 센서 바디(10); 상기 센서 바디(10)에 충전된 상기 비압축성 오일(12)의 압력을 센싱하는 압력 센서(20);를 포함하며,

상기 주행중인 차량의 하중에 기인하는 외력에 의해 상기 탄성 변형부(D)가 변형되어 상기 내부 공간에 충전된 상기 비압축성 오일(12)의 압력 변화가 유발되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 양상에 따른 WIM 센서는 외부로부터의 노이즈에 의해 센싱 신호가 영향받을 가능성이 매우 낮은 효과가 있다.

본 발명의 일 양상에 따른 WIM 센서는 비압축성 오일을 통해서 전달되는 압력을 반도체 압력 센서(20)에서 직접 센싱하므로 센서 시스템의 정밀도가 높고 선형성도 좋은 효과가 있다.

본 발명의 일 양상에 따른 WIM 센서는 필요한 주변 회로부의 사이즈를 매우 작게 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 일 양상에 따른 WIM 센서는 유효한 탄성 변형부(D)의 길이를 길게 할 수도 있으며, 단일의 압력 센서(20)를 사용하더라도 정밀한 측정이 가능하게 되는 효과가 있다.

본 발명의 일 양상에 따른 WIM 센서는 탄성 변형부(D)의 여하한 위치에 변형이 있더라도 비압축성 오일(12)의 압력 변화가 유발되고 압력 센서(20)가 이를 전달받는 구조이므로, 압력 센서(20)의 설치 위치에 제약이 없는 효과가 있다.

본 발명의 일 양상에 따른 WIM 센서는 압력 센서의 출력을 이용하므로 집적화가 용이한 후단의 회로만 있으며 되므로, 소형의 센서 신호처리부(30)만으로 센싱 데이터를 그 자리에서 획득할 수 있게 되며, 아울러 디지털화된 센싱 데이터를 통신으로 전송할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 일 양상에 따른 WIM 센서는 내부에 신호처리를 위한 회로가 압력 센서(20)와 함께 배치될 수 있으므로, 압력 센서(20)로부터의 아날로그 신호선 길이가 극히 짧아지고 이에 따라 외부 노이즈의 영향이 극히 미미하게 되는 효과가 있다.

본 발명의 일 양상에 따른 WIM 센서는 비압축성 오일에 의해 전달되는 물리 양인 압력을 압력 센서(20)에서 직접 센싱하므로 센서 시스템의 정밀도가 높고 선형성도 좋은 효과가 있다.

도 1은 종래의 대표적인 WIM 센서를 도시한 도면이다.
도 2는 1채널 차지 앰프의 예를 도시한 도면이다.
도 3A는 본 발명의 일 실시예에 따른 WIM 센서를 도시한 단면도이며, 도 3B는 도 3A에 도시된 WIM 센서의 B-B 라인을 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 압력 센서(20)를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 센서 신호 처리부(30)를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 주행 중인 차량의 하중을 측정하기 위한 WIM 센서 계측 시스템의 구성 예를 도시한 도면이다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 명칭 및 도면 부호를 사용한다.

도 3A는 본 발명의 일 실시예에 따른 WIM 센서를 도시한 단면도이며, 도 3B는 도 3A에 도시된 WIM 센서의 B-B 라인을 따른 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 WIM 센서는 주행 중인 차량의 하중을 측정하기 위한 센서이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 WIM 센서(1)는, 센서 바디(10), 비압축성 오일(12), 제 1 바디캡(14), 센서 서포터(15), 제 2 바디캡(16), 오일 압축 볼(17), 오일캡(18), 압력 센서(20) 및 센서신호처리부(30)를 포함한다.

센서 바디(10)는 길이 방향으로 연장하는 파이프 형상을 하고 있으며, 예를 들어 센서 바디(10)는 1~2 미터 정도의 길이와 0.1~0.2 미터 정도의 직경을 가질 수 있다.

센서 바디(10)의 파이프 형상의 단면은 원, 타원, 사각형 또는 다각형이거나 이들과 유사한 임의의 모양일 수 있다. 센서 바디(10)는 외력에 의해 탄성적으로 변형되는 탄성 변형부(D)를 포함하며, 탄성 변형부(D)는 센서 바디(10)의 길이 방향을 따라 일정한 폭을 가지고 연장될 수 있다.

탄성적으로 변형되는 특성을 강화하기 위하여 파이프 형상의 일부를 절삭하는 등의 방법으로 두께가 다른 부분에 비하여 얇게 형성된 것일 수 있다. 센서 바디(10)의 재료는, 예를 들어 침탄열처리된 STC-3일 수 있다.

센서 바디(10)은 그 내부 공간에 비압축성 오일(12)이 충전된다. '비압축성 오일'이란 외부 압력에 의해 압축되지 않거나 압축이 최소화된 오일을 말한다. 예를 들면, 비압축성 오일(12)은 실리콘 오일이다.

실리콘 오일은 온도 특성, 압력의 가압 및 감압에 따른 응답성, 에너지 전달력이 좋고 손실율이 적다.

센서 바디(10)는 주행중인 차량의 하중에 기인하는 외력에 의해 적어도 일 부분이 미세하게 변형되어 내부 공간에 충전된 상기 비압축성 오일(12)의 압력 변화가 유발되도록 한다. 주행중인 차량의 하중에 기인하는 외력에 의해 탄성 변형부(D)는 변형되어 내부 공간에 충전된 상기 비압축성 오일(12)의 압력 변화가 유발되도록 한다.

제 1 바디캡(14)은 센서 바디(10)의 일 단에 나사 결합되어 센서 바디(10)의 일 단을 폐색한다. 여기서의 폐색은 제 1 바디캡(14)의 단독으로 완전한 폐색을 말하는 것일 수도 있으나, 기타의 구성요소와 결합하여 폐색하는 것을 말할 수도 있으며, 이하 동일하다. 그리고 제 2 바디캡(16)은 센서 바디(10)의 타 단에 나사 결합되어 센서 바디(10)의 타 단을 폐색한다. 센서 바디(10)와 제 1 바디캡(14) 또는 제 2 바디캡(16) 사이에는 실링재를 더 포함할 수 있다.

제 1 바디캡(14)의 내부에는 압력 센서(20), 오링(28), 센서 서포터(15) 및 센서신호처리부(30)를 내장된다.

압력 센서(20)는 센서 바디(10)에 충전된 비압축성 오일(12)의 압력을 센싱하는 기능을 수행하며, 압력 센서(20)는 MEMS형 반도체 압력 센서로서 구체적인 구성에 대해서는 후술한다. MEMS형 반도체 압력 센서는 높은 정확성으로 인해 시스템에서의 신호 처리가 용이해지고 오차 발생율이 작다.

오링(28)은 압력센서(20)와 제 1 바디캡(14)의 사이로 비압축성 오일(12)이 새는 것을 방지하기 위하여 압력센서(20)의 테두리에 위치한다.

본 발명의 일 양상에 따르면, 주행중인 차량의 하중에 기인하는 외력에 의해 탄성 변형부(D)의 여하한 위치에 변형이 있더라도 비압축성 오일(12)의 압력 변화가 유발되므로, 유효한 탄성 변형부(D)의 길이를 길게 할 수도 있으며, 단일의 압력 센서(20)를 사용하더라도 정밀한 측정이 가능하게 되는 효과가 있다.

또한, 탄성 변형부(D)의 여하한 위치에 변형이 있더라도 비압축성 오일(12)의 압력 변화가 유발되고 압력 센서(20)가 이를 전달받는 구조이므로, 압력 센서(20)의 설치 위치에 제약이 없는 효과가 있다.

상기 실시예에서는 제 1 바디캡(14)의 내부에 압력 센서(20)를 설치했으나, 비압축성 오일(12)을 통해 압력을 전달받는 구조라면 다른 위치에 설치될 수도 있다.

그리고 센서 서포터(15)는 제 1 바디캡(14)에 나사 결합하여 압력 센서(20)를 기계적으로 지지하여 압력 센서(20)가 제 1 바디캡(14)의 외부로 이탈하는 것을 방지한다.

센서신호 처리부(30)는 압력 센서(20)와 함께 제 1 바디캡(14)의 내부에 내장되고, 압력 센서(20)로부터의 센싱 신호에 대하여 신호 처리와 외부와의 데이터 통신 기능을 담당하며, 상세한 구성에 대해서는 후술한다. 센서신호 처리부(30)는 케이블(40)을 통하여 전력을 공급받고 데이터 통신을 수행한다.

한편, 제 2 바디캡(16)의 내부에는 오일 압축 볼(17) 및 오일캡(18)이 설치되며, 오일 압축 볼(17)은 상기한 제 2 바디캡(16)에 결합되며, 비압축성 오일(12)을 센서 바디(10)의 내부 공간에 주입한 후 오일 압축 볼(17)을 밀어서 고정하면 비압축성 오일(12)을 압축한 상태를 유지하게 된다. 오일캡(18)은 제 2 바디캡(16)의 노출된 부분을 커버하며, 오일 압축 볼(17)을 이탈을 방지하는 기능을 가지도록 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 압력 센서(20)를 확대 도시한 도면이다.

압력 센서(20)는 비압축성 오일(14)에 의해 전달되는 압력을 센싱하며, 바디(21), 반도체 압력 센서칩(22), 센서 박판(23), 센서 오일(24), 핀(25), 글래스 기판(26) 등을 포함한다.

글래스 기판(16)은 바디(21)의 일측을 폐색하며, 그 상면에 반도체 압력 센서칩(22)가 탑재되고 관통홀을 통하여 핀(25)이 형성된다. 핀(25)은 본딩 와이어를 통하여 반도체 압력 센서칩(22)과 전기적으로 연결되며 반도체 압력 센서(20)의 외부로 센싱 신호를 전달한다.

센서 박판(23)은 바디(21)에 용접으로 결합되어 상기 바디(21)의 타측을 폐색하며, 비압축성 오일(14)(도 4에는 비도시)을 통해서 압력을 전달받으며, 동시에 내부에 충전된 센서 오일(24)로 압력을 전달한다.

반도체 압력 센서칩(22)은 글래스 기판(16)의 상면에 탑재되며 반도체 다이아프램에 형성된 압저항체를 포함한다. 압저항체는 반도체 다이아프램의 변형으로 함께 변형되며 이에 따라 자체 저항값이 변화한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서(20)는 반도체 다이아프램에 형성된 압저항체의 압저항 효과를 이용한다.

센서 오일(24)은 센서 박판(23) 및 상기 글래스 기판(16)의 사이에 충전되어 반도체 압력 센서칩(22)을 함침하고 센서 박판(23)에 가해지는 압력을 반도체 다이아프램으로 전달한다.

도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 센서 신호 처리부(30)를 도시한 도면이다.

센서 신호 처리부(30)는 압력 센서(20)로부터 입력되는 신호를 처리하여 시리얼 통신으로 전송하며, MUX(31), 프리앰프(32), ADC(33), 연산 제어부(34), 메모리(36), 시리얼 통신부(35) 및 TEMP 레퍼런스(37)를 포함한다.

MUX(31)는 TEMP 레퍼런스(37) 또는 압력 센서(20)로부터의 출력을 선택하여 프리앰프(32)로 제공하는 기능을 수행하며, TEMP 레퍼런스(37)는 온도에 비례하는 기준 신호를 출력함으로써 센서 신호 처리부(30)가 온도 보정을 수행할 수 있도록 한다.

프리앰프(32)는 압력 센서(20)로부터의 센서 신호 또는 TEMP 레퍼런스(37)로부터의 기준 신호를 증폭하고 증폭된 센서 신호를 ADC(33)로 제공한다. ADC(33)는 프리앰프(32)에서 정밀 증폭된 센서 신호를 아날로그-디지털 변환하여 디지털 센싱 데이터를 출력한다.

연산 제어부(34)는 센서 신호 처리부(30)를 구성하는 기타의 블록을 제어하며, 동시에 ADC(33)로부터 디지털 센싱 데이터를 입력받으며 교정(calibration)하여 교정 센서 데이터를 출력한다. 메모리(36)는 센서 신호 처리부(30)의 동작에 필요한 프로그램과 교정에 필요한 데이터를 저장한다. 시리얼 통신부(35)는 연산 제어부(33)가 생성하는 교정 센서 데이터를 RS485와 같은 시리얼 통신으로 전송한다.

센서 신호 처리부(30)를 구성하는 프리앰프(32), ADC(33), 연산 제어부(34), 메모리(36) 및 시리얼 통신부(35)는 모두 소형의 집적회로로 구성될 수 있는 구성요소들이다. 예를 들면, 이들 모두의 기능이 포함된 원칩 IC도 출시되고 있는 실정이다. 본 발명의 실시예에 따르면 WIM 센서(1)를 구성하는 제 1 바디캡(14)에 센서 신호 처리부(30)를 내장하고 있다.

본 발명의 실시예에서 센서 신호 처리부(30)는 WIM 센서(1) 자체에 내장되어 설치될 수 있게 되는 효과가 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 주행 중인 차량의 하중을 측정하기 위한 WIM 계측 시스템의 구성 예를 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 WIM 계측 시스템은 파이프형 WIM 센서(1)를 복수 개 배열하되, 도 6에서는 좌·우 바퀴의 각각에 대하여 3개의 파이프형 WIM 센서(1)를 배열하고 있다.

파이프형 WIM 센서(1)의 각각은, 압력 센서(20)와 함께 센서 바디(10)의 일측에 결합되어 적어도 압력 센서(20)로부터의 센싱 신호에 대하여 신호 처리를 수행하고 센싱 데이터를 시리얼 통신으로 전송하는 센서 신호처리부(30)를 포함하고 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 WIM 계측 시스템은, 배열된 파이프형 WIM 센서(1)들과 메인 시스템(2)은 서로 케이블(40)을 통하여 연결되어 시리얼 통신 네트워크를 구성하고 있다.

종래 기술에 따른 WIM 센서(200)에서는 미세한 전하를 증폭하기 위하여 공간을 많이 차지하는 차지 앰프(220)를 WIM 센서(200) 자체에 내장할 수 없었다. 따라서 종래 기술에 따른 WIM 센서(200)를 사용할 때는 WIM 센서(200)의 주변에 별도의 차지 앰프(220)를 매설하거나 배치해야 한다. 종래의 WIM 센서(200)는 미세한 전하가 발생되므로, 차지 앰프(220)를 WIM 센서(200)로부터 멀리 배치할수록 노이즈의 영향으로 센싱 신호에 왜곡이 가중되는 문제가 있었으며, 가까이 배치하고자 할 때는 공간상 또는 위치상의 제약이 수반되는 문제가 있었다.

그러나, 본 발명에 따른 파이프형 WIM 센서(1)에서는 압력 센서의 출력을 이용하므로 집적화가 용이한 회로만 있으며 된다. 따라서, 본 발명에 따른 파이프형 WIM 센서(1)는 결합되는 소형의 센서 신호처리부(30)만으로 디지털 센싱 데이터를 그 자리에서 획득할 수 있게 되며, 아울러 디지털화된 센싱 데이터는 통신으로 전송될 수 있는 효과가 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 파이프형 WIM 센서(1)는 디지털 통신 회선으로 메인 시스템(2)과 연결될 수 있으며, 아울러 디지털화된 센싱 데이터를 전송하는 것이므로 외부 노이즈의 영향이 없는 효과가 있다. 그리고 본 발명에 따르면 WIM 센서(1)와 메인 시스템(2) 사이의 케이블 연결이 매우 간단해 지는 효과가 있다.

종래의 WIM 센서(200)를 사용할 때에는 WIM 센서(200)와 차지 앰프(220)를 별개로 배치할 수 밖에 없으므로, WIM 센서(200)로부터 차지 앰프(220) 사이의 아날로그 신호선의 길이가 있게 되어 외부 노이즈의 영향이 강한 문제가 있었다.

본 발명에 따른 파이프형 WIM 센서(1)에서는 센서 신호처리부(30)가 WIM 센서(1)의 내부에 압력 센서(20)와 함께 배치될 수 있으므로, 압력 센서(20)로부터 센서 신호처리부(30) 사이의 아날로그 신호선의 길이가 극히 짧아지고 이에 따라 외부 노이즈의 영향이 극히 미미하게 되는 효과가 있다.

한편, 종래 기술의 WIM 센서(200)에 따르면 미세한 양의 전하를 증폭해야 하므로 센서 시스템의 정밀도가 떨어지는 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명에 따르른 파이프형 WIM 센서(1)에서는 비압축성 오일에 의해 전달되는 물리 양인 압력을 압력 센서(20)에서 직접 센싱하므로 센서 시스템의 정밀도가 높고 선형성도 좋은 효과가 있다.

한편, 종래 기술의 WIM 센서(200)에 따르면 WIM 센서(200)마다 1채널의 차지 앰프(220)를 배치해야 하므로, 여러 개의 WIM 센서(200)를 배치해야 하는 상황에서 전체 시스템의 구성 비용이 고가이지만, 본 발명에 따른 파이프형 WIM 센서(1)에서는 고가의 차지 앰프를 사용할 필요없이 고집적화된 저가의 회로를 사용해도 되므로 전체 시스템의 구성 비용이 저렴한 장점이 있다.

10 : 센서 바디 12 : 비압축성 오일
14 : 제 1 바디캡 15 : 센서 서포터
16 : 제 2 바디캡 17 : 오일 압축볼
18 : 오일캡 20 : 압력 센서
28 : 오링 30 : 센서 신호처리부
40 : 케이블

Claims

주행 중인 차량의 하중을 측정하기 위한 WIM 센서에 있어서,
길이 방향으로 연장하는 파이프 형상을 하고 내부 공간에 비압축성 오일(12)이 충전되며, 상기 주행중인 차량의 하중에 기인하는 외력에 의해 적어도 일 부분이 변형되어 상기 내부 공간에 충전된 상기 비압축성 오일(12)의 압력 변화가 유발되는 센서 바디(10);
상기 센서 바디(10)에 충전된 상기 비압축성 오일(12)의 압력을 센싱하는 압력 센서(20);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서를 이용한 파이프형 WIM 센서.
주행 중인 차량의 하중을 측정하기 위한 WIM 센서에 있어서,
길이 방향으로 연장하는 파이프 형상을 하고 내부 공간에 비압축성 오일(12)이 충전되며, 외력에 의해 탄성적으로 변형되는 탄성 변형부(D)를 포함하는 센서 바디(10);
상기 센서 바디(10)에 충전된 상기 비압축성 오일(12)의 압력을 센싱하는 압력 센서(20);를 포함하며,
상기 주행중인 차량의 하중에 기인하는 외력에 의해 상기 탄성 변형부(D)가 변형되어 상기 내부 공간에 충전된 상기 비압축성 오일(12)의 압력 변화가 유발되는 것을 특징으로 하는 압력 센서를 이용한 파이프형 WIM 센서.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 압력 센서(20)는 MEMS형 반도체 압력 센서인 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 파이프형 WIM 센서.
청구항 3에 있어서,
상기 압력 센서(20)는,
바디(21)의 일측을 폐색하는 글래스 기판(16);
상기 바디(21)에 용접으로 결합되어 상기 바디(21)의 타측을 폐색하는 센서 박판(23);
상기 글래스 기판(16)의 상면에 탑재되며 반도체 다이아프램에 형성된 압저항체를 포함하는 반도체 압력 센서칩(22);
상기 센서 박판(23) 및 상기 글래스 기판(16)의 사이에 충전되어 상기 반도체 압력 센서칩(22)을 함침하고 상기 센서 박판(23)에 가해지는 압력을 상기 반도체 다이아프램으로 전달하는 센서 오일(24);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 파이프형 WIM 센서.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 비압축성 오일(12)은 실리콘 오일인 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 파이프형 WIM 센서.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 센서 바디(10)의 일 단에 나사 결합되어 상기 센서 바디(10)의 일 단을 폐색하는 제 1 바디캡(14);
상기 센서 바디(10)의 타 단에 나사 결합되어 상기 센서 바디(10)의 타 단을 폐색하는 제 2 바디캡(16);
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 파이프형 WIM 센서.
청구항 6에 있어서,
상기 압력 센서(20)는 상기 제 1 바디캡(14)의 내부에 내장되는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 파이프형 WIM 센서.
청구항 7에 있어서,
상기 압력 센서(20)와 함께 상기 제 1 바디캡(14)의 내부에 내장되며, 적어도 상기 압력 센서(20)로부터의 센싱 신호에 대하여 신호 처리를 수행하는 센서 신호처리부(30);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 파이프형 WIM 센서.
청구항 8에 있어서,
상기 센서 신호 처리부(30)는,
상기 압력 센서(20)로부터의 센싱 신호를 증폭하는 프리앰프(32);
상기 프리앰프(32)에서 증폭된 센싱 신호를 아날로그-디지털 변환하여 디지털 센싱 데이터를 출력하는 ADC(33);
상기 디지털 센싱 데이터를 교정(calibration)하여 교정 센서 데이터를 출력하는 연산 제어부(34);
상기 교정 센서 데이터를 시리얼 통신으로 전송하는 시리얼 통신부(35);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 파이프형 WIM 센서.
청구항 6에 있어서,
상기 제 1 바디캡(14)에 나사 결합하여 상기 압력 센서(20)를 지지하는 센서 서포터(15);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 파이프형 WIM 센서.
청구항 6에 있어서,
상기 제 2 바디캡(16)에 결합하여 상기 비압축성 오일(12)을 상기 센서 바디(10)의 내부 공간에 주입한 후 상기 비압축성 오일(12)을 압축한 상태에서 고정되는 오일 압축 볼(17);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 파이프형 WIM 센서.
주행 중인 차량의 하중을 측정하기 위한 WIM 센서 계측 시스템에 있어서,
길이 방향으로 연장하는 파이프 형상을 하고 내부 공간에 비압축성 오일(12)이 충전되며, 상기 주행중인 차량의 하중에 기인하는 외력에 의해 적어도 일 부분이 변형되어 상기 내부 공간에 충전된 상기 비압축성 오일(12)의 압력 변화가 유발되는 센서 바디(10)와; 상기 센서 바디(10)의 일측에 결합되어 상기 센서 바디(10)에 충전된 상기 비압축성 오일(12)의 압력을 센싱하는 압력 센서(20)를 포함하는 파이프형 WIM 센서(1)를 복수 개 배열하되,
상기 복수 개로 배열된 파이프형 WIM 센서(1)의 각각은, 상기 압력 센서(20)와 함께 상기 센서 바디(10)의 일측에 결합되며 적어도 상기 압력 센서(20)로부터의 센싱 신호에 대하여 신호 처리를 수행하고 센싱 데이터를 시리얼 통신으로 전송하는 센서 신호처리부(30)를 더 포함하며,
상기 복수 개로 배열된 파이프형 WIM 센서(1)와 메인 시스템(2)은 시리얼 통신 네트워크를 형성하는 것을 특징으로 하는 WIM 센서 계측 시스템.