KR20130013936A - 어레이형 반도체 압력센서형 ｗｉｍ 센서 - Google Patents

어레이형 반도체 압력센서형 ｗｉｍ 센서 Download PDF

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KR20130013936A
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최영규
최시영
박제우
조영길
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이씨엠아시아아이티에스(주)
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Abstract

본 발명에 따른 압력 센서를 이용한 어레이형 WIM 센서는, 주행 중인 차량의 하중을 측정하기 위한 WIM 센서로서, 길이 방향으로 연장되며 상기 주행중인 차량의 하중에 기인하는 외력에 의해 변위되는 플레이트(10); 적어도 상기 플레이트(10)의 하방에서 상기 플레이트(10)를 탄성적으로 떠받치는 탄성층(12); 상기 탄성층(12)을 수용하여 홀딩하는 홀딩베이스(14); 상기 홀딩베이스(14)와 결합하여 어레이로 배열되며 상기 탄성층(12)에 의해 전달되는 압력을 센싱하는 복수의 압력 센서(20);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 WIM 센서(1)는 외부로부터의 노이즈에 의해 센싱 신호가 영향받을 가능성이 매우 낮고, 탄성층을 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

어레이형 반도체 압력센서형 ＷＩＭ 센서{Array 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 어레이형 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 어레이형 WIM 센서는, 주행 중인 차량의 하중을 측정하기 위한 WIM 센서로서,
길이 방향으로 연장되며 상기 주행중인 차량의 하중에 기인하는 외력에 의해 변위되는 플레이트(10); 적어도 상기 플레이트(10)의 하방에서 상기 플레이트(10)를 탄성적으로 떠받치는 탄성층(12); 상기 탄성층(12)을 수용하여 홀딩하는 홀딩베이스(14); 상기 홀딩베이스(14)와 결합하여 어레이로 배열되며 상기 탄성층(12)에 의해 전달되는 압력을 센싱하는 복수의 압력 센서(20);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따른 압력 센서를 이용한 어레이형 WIM 센서는, 주행 중인 차량의 하중을 측정하기 위한 WIM 센서로서,
길이 방향으로 연장되며 상기 주행중인 차량의 하중에 기인하는 외력에 의해 변위되는 플레이트(10); 적어도 상기 플레이트(10)의 하방에서 상기 플레이트(10)를 탄성적으로 떠받치는 탄성층(12); 상기 탄성층(12)을 수용하여 홀딩하는 홀딩베이스(14); 상기 홀딩베이스(14)와 결합하여 어레이로 배열되며 상기 탄성층(12)에 의해 전달되는 압력을 센싱하는 복수의 압력 센서(20); 상기 복수의 압력 센서(20)로부터의 센싱 신호들에 대하여 적어도 신호처리 하여 멀티 채널의 센싱 데이터를 얻는 멀티 채널 인터페이스(50);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따른 압력 센서를 이용한 WIM 센서는, 주행 중인 차량의 하중을 측정하기 위한 WIM 센서로서,
길이 방향으로 연장되며 상기 주행중인 차량의 하중에 기인하는 외력에 의해 변위되는 플레이트(10); 적어도 상기 플레이트(10)의 하방에서 상기 플레이트(10)를 탄성적으로 떠받치는 탄성층(12); 상기 탄성층(12)을 수용하여 홀딩하는 홀딩베이스(14); 상기 홀딩베이스(14)와 결합되고 상기 탄성층(12)에 의해 전달되는 압력을 센싱하는 압력 센서(20);를 포함하는 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 탄성층을 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 플레이트의 길이를 길게 하여도 계측의 정밀도를 유지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 WIM 센서는 압력 센서의 출력을 이용하므로 집적화가 용이한 후단의 회로만 있으며 되므로, 소형의 센서 신호처리부(30) 또는 멀티 채널 인터페이스(50)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 신호처리를 위한 회로가 압력 센서(20)와 함께 배치되거나 근접하여 WIM 센서에 내부에 탑재될 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 탄성층에 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 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 WIM 센서를 도시한 도면으로서 도 3(A)는 평면도이고 도 3(B)는 우측 방향에서 바라본 측단면도이며, 도 3(C)는 정면에서 바라본 측단면도이다.
도 4는 도 3(C)에서 압력 센서(20)가 위치하는 부분의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 압력 센서(20)를 확대 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 센서 신호 처리부(30)의 세부 구성을 도시한 블럭도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 멀티 채널 인터페이스(50)의 세부 구성을 도시한 블럭도이다.
도 8은 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 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 WIM 센서를 도시한 도면으로서 도 3(A)는 평면도이고 도 3(B)는 우측 방향에서 바라본 측단면도이며, 도 3(C)는 정면에서 바라본 측단면도이다. 그리고 도 4는 도 3(C)에서 압력 센서(20)가 위치하는 부분의 확대도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 WIM 센서는, 주행 중인 차량의 하중을 측정하기 위한 센서로서, 플레이트(10), 탄성층(12), 홀딩베이스(14), 압력센서(20), 센서서포터(15), 오링(28), 센서 신호처리부(30) 및 케이블(40)을 포함한다.
플레이트(10)는 길이 방향으로 연장되며, 예를 들면 1 ~ 2 미터 정도의 길이와 0.1 ~ 0. 2 미터 정도의 폭를 가질 수 있고, 강체로 구성된다. 플레이트(10)는 주행중인 차량의 하중에 기인하는 외력에 의해 미세하게 변위되어 하부의 탄성층(12)을 통하여 압력을 전달할 수 있도록 한다.
탄성층(12)은 플레이트(10)의 하방에서 플레이트(10)를 탄성적으로 떠받치는 기능을 수행하고, 그 재료로서 예를 들어 실리콘 에폭시가 사용될 수 있다. 플레이트(10)에 의해 탄성층(12)으로 가해진 압력은 탄성층(12)을 통하여 압력 센서(20)로 전달된다.
홀딩베이스(14)는 탄성층(12)을 수용하여 홀딩하는 기능을 수행하며, 탄성층(12)을 통하여 결과적으로 플레이트(10)도 수용하여 홀딩하게 된다. 홀딩베이스(14)는 WIM 센서의 몸체 및 골격을 구성하며, 기타의 구성요소들을 수용하는 역할을 수행한다.
압력 센서(20)는 홀딩베이스(14)와 결합하여 탄성층(12)에 의해 전달되는 압력을 센싱하는 기능을 수행한다. 압력 센서(20)는 홀딩베이스(14)의 내부에 형성된 공간에 내장될 수 있으며, 압력 센서(20)는 탄성층(12)과 직접 접하여 탄성층(12)으로부터의 압력 전달을 수용한다. 압력 센서(20)의 세부 구성에 대해서는 후술한다.
도 3에서는 한 개의 압력 센서(20)만을 도시하고 있으나, 압력 센서(20)는 길이 방향으로 연장하는 홀딩베이스(14)에 복수 개가 어레이로 배열될 수 있다. 그리고, 주행중인 차량의 하중을 연산하는 데 이용하기 위하여, 어레이로 배열되는 복수의 압력 센서(20)에 의해 동시에 복수의 센싱 신호가 획득되도록 한다.
플레이트(10)의 상방으로 주행중인 차량의 바퀴가 지나감에 있어서, 지나가는 위치는 조금씩 다를 수 있으며, 이때 지나가는 위치에 따라서 압력 센서(20)에 미치는 영향은 조금씩 달라질 가능성도 있다. 복수의 압력 센서(20)를 어레이로 배치하고 동시에 복수의 센싱 신호를 획득하여 이용한다면, 통과 위치에 따른 영향을 보정하거나 보완하는 방법을 구사할 수 있다. 보정 또는 보완 방법은 다양하게 구사될 수 있으며, 예를 들면, 단순한 산술적 합산 또는 평균에 의해 구하는 방법, 각 센싱 신호의 크기 비교에 의해 또는 각 센싱 신호의 양상에 의해 통과 위치를 추정하고 추정된 위치에 따라 각 센싱 신호를 가중 평균하거나 미리 실험적으로 구한 산술식에 의해 연산하는 방법 등이 사용될 수 있다. 상기한 가중 평균을 위한 가중치와 산술식은 반복 실험을 통하여 데이터베이스를 확보하고 이를 이용하여 도출할 수 있다.
센서 서포터(15)는 홀딩 베이스(14)에 나사 결합하여 압력 센서(20)를 지지하는 기능을 수행한다. 센서 서포터(15)는 압력 센서(20)의 바디를 밀어서 압력 센서(20)가 홀딩베이스(14)의 외부로 후퇴하거나 이탈하는 것을 방지한다. 오링(28)은 압력 센서(20)와 홀딩 베이스(14)의 경계면에 위치하여 외부의 습기, 가스 또는 이물질이 탄성층(12)과 압력 센서(20) 사이의 계면으로 침투하는 것을 방지한다.
센서 신호처리부(30)는 압력 센서(20)와 함께 홀딩 베이스(14)의 내부에 위치하여 적어도 압력 센서(20)로부터의 센싱 신호에 대하여 신호 처리를 수행하며, 센서 신호처리부(30)의 세부 구성에 대해서는 후술한다. 본 발명의 일 실시예에서 센서 신호처리부(30)는 압력 센서(20)마다 하나씩 설치될 수 있다.
케이블(40)은 센서신호처리부(30)에 대하여 전원을 공급하고 신호 전달 및 통신 선로 기능을 담당한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 압력 센서(20)를 확대 도시한 도면이다.
압력 센서(20)는 탄성층(12)에 의해 전달되는 압력을 센싱하며, 압력 센서(20)는 MEMS형 반도체 압력 센서이다. 압력 센서(20)는 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)이 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, 탄성층(12)(도 3 참조)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 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 센서 신호 처리부(30)의 세부 구성을 도시한 블럭도이다.
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 센서를 구성하는 홀딩베이스(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 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 멀티 채널 인터페이스(50)의 세부 구성을 도시한 블럭도이다.
도 6에 도시된 센서 신호처리부(30)는 각 압력센서(20)가 형성되는 공간에 형성되어 개별 압력센서(20)로부터의 센싱 신호를 처리한다.
그러나, 전술한 바와 같이 어레이로 배열된 복수의 압력 센서(30)들로부터 얻어지는 센싱 신호를 처리하여 바퀴의 통과 위치에 따른 보정 또는 보완을 수행할 필요가 있다. 또한, 상기한 바와 같이 센서 신호처리부(30)는 각 압력 센서(30)마다 하나씩 형성될 수도 있으나, 센서 신호처리부(30)의 기능 중 일부 또는 전부는 이전되어 통합된 보드에서 처리될 수도 있다.
멀티 채널 인터페이스(50)는 이러한 기능을 수행할 수 있도록 구성될 수 있으며, 멀티 채널 인터페이스(50)는 홀딩베이스(14)의 일측에 내장하여 설치되며, 일 실시예에 있어서 홀딩베이스(14)에 어레이로 배열되어 형성된 복수의 압력 센서(20)로부터의 센싱 신호들에 대하여 신호처리를 수행한다.
아울러, 멀티 채널 인터페이스(50)는 멀티 채널의 센싱 데이터를 연산하여 보정 또는 보완된 센싱 데이터 또는 주행중인 차량의 하중을 얻고 이를 전송하는 기능을 구비할 수 있다.
멀티 채널 인터페이스(50)는 멀티채널 프리앰프(52), 멀티채널 ADC(53), 연산제어부(54), 시리얼통신부(55) 및 메모리(56)를 포함하여 구성된다.
멀티채널 프리앰프(52)는 각 압력 센서(20)로부터의 센싱 신호를 증폭하는 기능을 수행하며, 멀티채널 ADC(53)는 증폭된 센싱 신호를 아날로그-디지털 변환하여 센싱 데이터를 출력하는 기능을 수행한다. 프리앰프 및 ADC의 기능이 센서 신호처리부(30)에서 처리되는 경우 상기한 멀티채널 프리앰프(52) 및 멀티채널 ADC(53)는 생략될 수도 있다.
연산제어부(54)는 멀티 채널 인터페이스(50)를 구성하는 각 블럭을 제어하며, 각 채널의 센싱 데이터에 대하여 신호 처리를 수행하며, 각 채널의 센싱 데이터를 통합 연산하여 통과 위치에 따른 영향을 보정하거나 보완할 수 있다. 이 과정에서 산술적 합산 또는 평균, 위치 추정에 따른 가중 평균 또는 함수 연산 과정 등이 포함될 수 있다.
메모리(56)는 멀티 채널 인터페이스(53)의 동작에 필요한 프로그램과 교정, 보정 및 보완 등에 필요한 데이터를 저장하며, 시리얼 통신부(55)는 멀티 채널 인터페이스(50)가 생성하는 데이터를 RS485와 같은 시리얼 통신으로 전송한다.
도 8은 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 WIM 센서(1)를 복수 개 배열하되, 도 8에서는 좌·우 바퀴의 각각에 대하여 3개씩의 WIM 센서(1)를 배열하고 있다.
WIM 센서(1)의 각각은 압력 센서(20)로부터의 센싱 신호에 대하여 신호 처리를 수행한 센싱 데이터를 시리얼 통신으로 전송하는 센서 신호처리부(30) 또는 멀티 채널 인터페이스(50)을 포함하고 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라 센서 신호처리부(30)가 바로 메인 시스템(2)으로 전송할 수도 있으나, 멀티 채널 인터페이스(50)가 메인 시스템(2)으로 전송할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 WIM 계측 시스템은, 배열된 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 WIM 센서(1)는 결합되는 소형의 센서 신호처리부(30) 또는 멀티 채널 인터페이스(50)만으로 디지털 센싱 데이터를 그 자리에서 획득할 수 있게 되며, 아울러 디지털화된 센싱 데이터는 통신으로 전송될 수 있는 효과가 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 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. 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 수밖에 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) 또는 멀티 채널 인터페이스(50)가 WIM 센서(1)의 내부에 함께 배치될 수 있으므로, 압력 센서(20)로부터 센서 신호처리부(30) 또는 멀티 채널 인터페이스(50) 사이의 아날로그 신호선의 길이가 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 WIM 센서(1)에서는 탄성층(12)에 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 WIM 센서(1)에서는 고가의 차지 앰프를 사용할 필요없이 고집적화된 저가의 회로를 사용해도 되므로 전체 시스템의 구성 비용이 저렴한 장점이 있다.
10 : 플레이트 12 : 탄성층
14 : 홀딩 베이스 15 : 센서 서포터
20 : 압력 센서 28 : 오링
30 : 센서 신호처리부 40 : 케이블
50 : 멀티 채널 인터페이스

Claims (12)

  1. 주행 중인 차량의 하중을 측정하기 위한 WIM 센서에 있어서,
    길이 방향으로 연장되며 상기 주행중인 차량의 하중에 기인하는 외력에 의해 변위되는 플레이트(10);
    적어도 상기 플레이트(10)의 하방에서 상기 플레이트(10)를 탄성적으로 떠받치는 탄성층(12);
    상기 탄성층(12)을 수용하여 홀딩하는 홀딩베이스(14);
    상기 홀딩베이스(14)와 결합하여 어레이로 배열되며 상기 탄성층(12)에 의해 전달되는 압력을 센싱하는 복수의 압력 센서(20);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서를 이용한 어레이형 WIM 센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄성층(12)은 실리콘 에폭시로 구성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서를 이용한 어레이형 WIM 센서.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력 센서(20)는 MEMS형 반도체 압력 센서인 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 어레이형 WIM 센서.
  4. 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 어레이형 WIM 센서.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력 센서(20)와 함께 상기 홀딩 베이스(14)의 내부에 위치하여 적어도 상기 압력 센서(20)로부터의 센싱 신호에 대하여 신호 처리를 수행하는 센서 신호처리부(30);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 어레이형 WIM 센서.
  6. 청구항 5에 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 어레이형 WIM 센서.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 홀딩 베이스(14)에 나사 결합하여 상기 압력 센서(20)를 지지하는 센서 서포터(15);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 어레이형 WIM 센서.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 주행중인 차량의 하중을 연산하는 데 이용하기 위하여, 상기 어레이로 배열되는 복수의 압력 센서(20)에 의해 동시에 복수의 센싱 신호가 획득되는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 어레이형 WIM 센서.
  9. 주행 중인 차량의 하중을 측정하기 위한 WIM 센서에 있어서,
    길이 방향으로 연장되며 상기 주행중인 차량의 하중에 기인하는 외력에 의해 변위되는 플레이트(10);
    적어도 상기 플레이트(10)의 하방에서 상기 플레이트(10)를 탄성적으로 떠받치는 탄성층(12);
    상기 탄성층(12)을 수용하여 홀딩하는 홀딩베이스(14);
    상기 홀딩베이스(14)와 결합하여 어레이로 배열되며 상기 탄성층(12)에 의해 전달되는 압력을 센싱하는 복수의 압력 센서(20);
    적어도 상기 복수의 압력 센서(20)로부터 센싱 신호를 신호처리하여 멀티 채널의 센싱 데이터를 얻는 멀티 채널 인터페이스(50);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서를 이용한 어레이형 WIM 센서.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 멀티 채널 인터페이스(50)는 상기 멀티 채널의 센싱 데이터를 연산하여 상기 주행중인 차량의 하중을 얻고 이를 전송하는 기능을 더 가진 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 어레이형 WIM 센서.
  11. 주행 중인 차량의 하중을 측정하기 위한 WIM 센서에 있어서,
    길이 방향으로 연장되며 상기 주행중인 차량의 하중에 기인하는 외력에 의해 변위되는 플레이트(10);
    적어도 상기 플레이트(10)의 하방에서 상기 플레이트(10)를 탄성적으로 떠받치는 탄성층(12);
    상기 탄성층(12)을 수용하여 홀딩하는 홀딩베이스(14);
    상기 홀딩베이스(14)와 결합되고 상기 탄성층(12)에 의해 전달되는 압력을 센싱하는 압력 센서(20);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서를 이용한 WIM 센서.
  12. 주행 중인 차량의 하중을 측정하기 위한 WIM 센서 시스템에 있어서,
    길이 방향으로 연장되며 상기 주행중인 차량의 하중에 기인하는 외력에 의해 변위되는 플레이트(10); 적어도 상기 플레이트(10)의 하방에서 상기 플레이트(10)를 탄성적으로 떠받치는 탄성층(12); 상기 탄성층(12)을 수용하여 홀딩하는 홀딩베이스(14); 상기 홀딩베이스(14)와 결합하여 어레이로 배열되며 상기 탄성층(12)에 의해 전달되는 압력을 센싱하는 복수의 압력 센서(20)를 포함하는 어레이형 WIM 센서(1)를 상기 주행 중인 차량의 주행 경로 상에 복수 개 배열하되,
    상기 어레이형 WIM 센서(1)의 각각은 직렬 통신 기능을 수행하는 시리얼 통신부(55)를 포함하여, 상기 복수 개 배열된 어레이형 WIM 센서(1)들과 메인 시스템(2)은 데이터 통신 네트워크를 구성하는 것을 특징으로 하는 WIM 센서 시스템.
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