KR20130035602A - 반도체형 압력 센서를 이용한 변형 측정 장치 - Google Patents

반도체형 압력 센서를 이용한 변형 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 반도체형 변형 측정 장치는, 적어도 제 1 결합 부위 및 제 2 결합 부위에서 피검 구조물과 기계적으로 결합되어 상기 피검 구조물의 변형을 측정하는 변형 측정 장치에 있어서, 상기 제 1 결합 부위와 제 2 결합 부위의 사이를 연장하여 형성되며, 상기 피검 구조물의 변형이 있는 경우 양단에 걸리는 텐션이 변동되는 텐션 스트랩(10); 상기 텐션 스트랩(10)의 중앙부에 위치하고 상기 텐션 스트랩(10)에 의해서 눌리는 압력을 측정하는 반도체형 압력 센서(30);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 반도체형 변형 측정 장치는, 종래 기술에 따른 플러킹(plucking) 및 센싱을 위한 코일을 사용할 필요가 없으므로 보다 간단하고 저비용으로 변형 측정 장치를 구현할 수 있으며, 전력 소모가 작은 변형 측정 장치를 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체형 압력 센서를 이용한 변형 측정 장치{STRAIN MEASUREMENT APPARATUS USING PRESSURE SENSOR OF SEMICONDUCTOR TYPE}
본 발명은 스트레인 게이지 또는 변형 측정 장치에 관한 것으로서, 특히 건축, 도로, 빌딩, 교량, 터널 등을 구성하는 구조물의 변형을 감지 또는 측정하는 스트레인 게이지 또는 변형 측정 장치에 관한 것이다.
구조물의 변형을 측정하는 종래 기술로서 바이브레이팅 와이어 스트레인 게이지(Vibrating Wire Strain Gauge)가 잘 알려져 있다.
바이브레이팅 와이어 스트레인 게이지(Vibrating Wire Strain Gauge)는 측정하고자 하는 구조물(이하 '피검 구조물'이라 한다)과 병렬로 설치되되, 피검구조물의 두 지점과 물리적으로 결합하는 스트레인 게이지 와이어를 내장한다.
이러한 종래기술에서는 측정이 필요할 때 스트레인 게이지 와이어를 플러킹(plucking)하고 이때 진동하는 스트레인 게이지 와이어의 진동 공진 주파수를 코일을 이용하여 센싱함으로써 와이어의 텐션을 측정하는 방식이다. 따라서 종래 기술에서는 스트레인 게이지 와이어의 중앙부에 플러크 및 센싱 코일을 구성할 필요가 있으며, 플러크 및 센싱 코일의 기능상 그 사이즈가 일정 크기 이상되어야 한다.
종래 기술의 변형 측정 장치에서는 플러크 및 센싱 코일로 인해 센싱 부분의 사이즈가 크게 될 수밖에 없으므로, 변형 측정 장치의 구조가 크고 복잡하게 될 수밖에 없고 변형 측정 장치를 제작하는 비용이 증가되는 문제점이 있다.
또한 종래 기술의 변형 측정 장치에서는 플러킹(plucking)을 위해 일정 규모 이상의 전력이 필요하므로 종래의 변형 측정 장치를 미세 전력으로 구동하는 것이 불가능해 지는 문제점이 있다.
상기한 종래 기술의 문제점 및 과제에 대한 인식은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이 아니므로 이러한 인식을 기반으로 선행기술들과 대비한 본 발명의 진보성을 판단하여서는 아니됨을 밝혀둔다.
본 발명의 목적은 구조가 간단하고 제작 비용이 적게 드는 변형 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 전력 소모가 작은 변형 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 양상에 따른 변형 측정 장치는, 적어도 제 1 결합 부위 및 제 2 결합 부위에서 피검 구조물과 기계적으로 결합되어 상기 피검 구조물의 변형을 측정하는 변형 측정 장치에 있어서,
상기 제 1 결합 부위와 제 2 결합 부위의 사이를 연장하여 형성되며, 상기 피검 구조물의 변형이 있는 경우 양단에 걸리는 텐션이 변동되는 텐션 스트랩(10); 상기 텐션 스트랩(10)의 중앙부에 위치하고 상기 텐션 스트랩(10)에 의해서 눌리는 압력을 측정하는 반도체형 압력 센서(30);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따른 변형 측정 장치는, 적어도 제 1 결합 부위 및 제 2 결합 부위에서 피검 구조물과 기계적으로 결합되어 상기 피검 구조물의 변형을 측정하는 변형 측정 장치에 있어서,
상기 제 1 결합 부위와 제 2 결합 부위의 사이를 연장하여 형성되며, 상기 피검 구조물의 변형이 있는 경우 양단에 걸리는 텐션이 변동되는 제 1 텐션 스트랩(11); 상기 제 1 텐션 스트랩(11)과 동일하게 상기 제 1 결합 부위와 제 2 결합 부위의 사이를 연장하여 형성되며, 상기 피검 구조물의 변형이 있는 경우 양단에 걸리는 텐션이 변동되는 제 2 텐션 스트랩(12); 상기 제 1 텐션 스트랩(11)과 상기 제 2 텐션 스트랩(12)의 사이의 벌어진 공간에 위치하여 상기 제 1 텐션 스트랩(11) 및 상기 제 2 텐션 스트랩(12)에 의해 눌리는 압력을 측정하는 반도체형 압력 센서(30);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따른 반도체형 변형 측정 장치는, 종래 기술에 따른 플러크(pluck) 및 센싱을 위한 코일을 사용할 필요가 없으므로 보다 간단하고 저비용으로 변형 측정 장치를 구현할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 반도체형 변형 측정 장치는, 종래 기술에 따른 플러크(pluck) 및 센싱을 위한 코일을 사용할 필요가 없으므로 전력 소모가 작은 변형 측정 장치를 구현할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 반도체형 변형 측정 장치는, 초소형인 반도체형 압력 센서를 이용할 수 있으므로 변형 측정 장치의 크기를 작게 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 반도체형 변형 측정 장치는, 환경변화에 대한 보상, 증폭, 디지털화 또는 전송 등을 위한 주변회로를 함께 구성할 수 있으므로 이러한 기능을 수행하는 별도의 장치를 부가하지 않아도 되며, 따라서 전체 시스템의 구성이 매우 간단해 지는 효과가 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 반도체형 변형 측정 장치는, 환경변화에 대한 보상, 증폭, 디지털화 또는 전송 등을 위한 주변회로를 함께 구성할 수 있으므로 변형 측정 장치와 컨트롤러 사이에서 노이즈에 의한 영향을 저감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 반도체형 변형 측정 장치는, 반도체형 압력 센서를 이용하므로 구동을 위한 회로가 간단한 효과가 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 반도체형 변형 측정 장치는, 반도체형 압력 센서를 이용하므로 소형화가 가능한 효과가 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 반도체형 변형 측정 장치는, 반도체형 압력 센서를 이용하므로 감도 및 히스테리 특성이 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체형 변형 측정 장치의 단면도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체형 변형 측정 장치의 상면도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체형 변형 측정 장치의 단면도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주변회로(100)의 블럭도를 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체형 변형 측정 장치의 단면도를 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체형 변형 측정 장치의 상면도를 도시한 도면이다. 특히 도 2는 도 1에 도시된 구성요소들 중 주요 부분만을 선별하여 도시하고 있는 점에 유의하여야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변형 측정 장치는, 적어도 제 1 결합 부위(A1) 및 제 2 결합 부위(A2)에서 피검 구조물(1)과 기계적으로 결합되어 피검 구조물(1)의 변형을 측정하는 장치이다. 피검 구조물(1)은 변형 측정의 대상이 되는 구조물로서, 파이프, 빔, 교량, 철근, 터널 라이닝, 서스펜션바, 콘크리트 등일 수 있다. 도 1에서는 피검 구조물(1)로서 콘크리트를 예시하고 있으며, 도 3에서는 피검 구조물(1)로서 철제 빔을 예시하고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체형 변형 측정 장치는 텐션 스트랩(10), 제 1 하우징(20A), 제 2 하우징(20B), 반도체형 압력 센서(30), 수지 봉지재(40), 회로기판(50), 본딩 와이어(60), 앵커(70) 및 스트랩 그립(80)을 포함하여 구성된다.
앵커(70)는 반도체형 변형 측정 장치를 피검 구조물(1)과 직접 결합하기 위한 구성요소로서, 피검 구조물(1)의 형성 과정에서 앵커(70)를 삽입한 상태에서 피검 구조물(1)이 경화되도록 하거나, 피검 구조물(1)의 형성 전·후에 피검 구조물(1)에 안착홀을 형성한 후 그라우트 및/또는 에폭시 등을 사용하여 앵커(70)를 고착시킬 수 있다.
그리고 피검 구조물(1)의 종류에 따라서 상기한 앵커(70)는 생략될 수도 있으며, 도 3에 도시된 바와 같은 마운팅 블록(72) 또는 다른 다양한 형태의 구성요소가 피검 구조물(1)과 반도체형 변형 측정 장치의 결합을 위한 수단으로 이용될 수 있을 것이다.
텐션 스트랩(10)은 제 1 결합 부위(A1)와 제 2 결합 부위(A2)의 사이를 연장하여 형성되며, 도면상 좌우의 길이 방향으로 연장한다. 텐션 스트랩(10)은 피검 구조물(1)에 변형이 있는 경우 피검구조물(1)의 변형에 따른 힘을 전달받아 양단에 걸리는 텐션이 변동된다. 텐션 스트랩(10)은 앵커(70), 제 2 하우징(20B) 및 스트랩 그립(80)을 개재하여 피검구조물(1)과 기계적으로 결합될 수 있으며, 아울러 제 2 하우징(20B) 및/또는 스트랩 그립(80)을 개재하지 않고 피검구조물(1)과 기계적으로 결합될 수 있으며, 또한 기계적 힘을 전달하기 위한 다른 형태의 구성 요소를 추가적으로 사용할 수도 있다.
텐션 스트랩(10)은 그 용어와 같이 스트랩 형태일 수 있으나 스트랩 형태로 제한되는 것은 아니고 다양한 형태를 가질 수 있으며, 예를 들면 와이어 형태, 바 형태 등일 수 있다. 텐션 스트랩(10)은 양단에 걸리는 장력에 의해서 반도체형 압력 센서(30)를 누를 수 있는 소재 및 형태를 가지면 된다.
제 1 하우징(20A)은 텐션 스트랩(10), 반도체형 압력 센서(30) 및 회로기판(50) 등을 수납하며, 반도체형 압력 센서(30)를 지지한다.
제 1 하우징(20A)과 제 2 하우징(20B)는 오링(미도시)으로 실링된 상태에서 서로 슬라이딩될 수 있다. 이때 제 1 하우징(20A)은 회로 기판(50)으로부터의 가압을 견딜 수 있는 강체로 하는 것이 보다 더 효과적일 수 있다. 이러한 구성에서 피검구조물(1)의 변형은 양단의 앵커(70) 및 제 2 하우징(20B)을 통하여 텐션 스트랩(10)에만 전달되고, 제 1 하우징(20A)과 제 2 하우징(20B)는 서로 슬라이딩하므로 제 1 하우징(20A)에 전달되는 힘은 미약하며, 제 1 하우징(20A)은 회로 기판(50) 및 반도체형 압력 센서(30)를 지지하여 압력이 측정될 수 있도록 한다.
또한, 다른 형태로서 제 1 하우징(20A) 및 제 2 하우징(20B)는 슬라이딩되지 않는 일체로 형성되되, 제 1 결합 부위(A1) 및 제 2 결합 부위(A2)의 양단에 가해지는 힘에 의해 제 1 하우징(20A)이 어느 정도의 신축이 가능하고 텐션을 전달할 수 있는 소재로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 하우징(20A)은 텐션 스트랩(10)과 동일하거나 유사한 소재로 구성되거나 이러한 소재를 포함할 수 있다. 이러한 형태에서 피검구조물(1)의 변형에 의한 힘은 제 2 하우징(20B)을 통하여 제 1 하우징(20A)에도 전달된다.
정상 상태에서 텐션 스트랩(10)의 중앙 부위는 반도체형 압력 센서(30)을 가압하고 있도록 텐션 스트랩(10), 스트랩 그립(80) 및 반도체형 압력 센서(30)의 위치 관계가 설정될 수 있다. 예를 들면, 정상 상태에서 텐션 스트랩(10)은 가장자리 부분에 비하여 중앙 부분이 도면상 위쪽 방향에 위치하도록 텐션 스트랩(10), 스트랩 그립(80) 및 반도체형 압력 센서(30)의 위치 관계가 설정될 수 있다.
반도체형 압력 센서(30)는 텐션 스트랩(10)의 중앙부에 위치하고 텐션 스트랩(10)에 의해서 눌리는 압력을 측정한다. 이때 텐션 스트랩(10)에 의해서 눌리는 압력은 수지 봉지재(40)를 통해서 반도체형 압력 센서(30)로 전달될 수 있으며, 아울러 도 3에 도시된 바와 같이 수지 봉지재(40)의 위에 가압 플레이트(56)를 더 구비할 수도 있다.
반도체형 압력 센서(30)는 반도체 기술을 이용한 스트레인 게이지이다. 반도체형 압력 센서(30)는 압저항 효과를 이용하여 압력을 전기적 신호로 변환하고 주로 반도체 공정 기술을 이용하여 초소형으로 제작 가능하며, 히스테리시스가 작고 온도 보상 회로 및 신호 제어 회로 등을 반도체형 압력 센서(30)가 형성되는 기판 위에 동시에 형성할 수도 있는 장점이 있다. 반도체형 압력 센서(30) 자체의 구조 및 기능 등은 당업계에 공지된 기술이므로 구체적인 설명은 생략한다.
수지 봉지재(40)는 반도체형 압력 센서(30)를 보호하고 텐션 스트랩(10)이 누르는 압력을 반도체형 압력 센서(30)로 전달한다. 반도체형 압력 센서(30)는 반도체 미세 회로 및 구조물을 포함하고 있으므로 수지 봉지재(40)는 이를 습기, 오염원 등으로부터 보호하는 기능을 수행하는 동시에 텐션 스트랩(10)의 압력을 전달하는 기능을 수행한다. 예를 들어 수지 봉지재(40)는 실리콘 에폭시이다.
본딩 와이어(60)는 반도체형 압력 센서(30)와 회로기판(50) 사이의 전기적 연결을 위하여 사용되며, 예를 들어 본딩 와이어(60)은 금으로된 선으로 구성될 수 있다. 도 1에서 주변회로를 위한 기판과 반도체형 압력 센서(30)를 위한 기판은 하나로 통합되어 있으나, 서로 분리될 수도 있다.
스트랩 그립(80)은 텐션 스트랩(10)의 양단에서 텐션 스트랩(10)을 그립하여 피검 구조물(1)의 변형에 의한 힘을 텐션 스트랩(10)으로 전달하는 기능을 수행한다. 스트랩 그립(80)의 일단은 텐션 스트랩(10)을 그립하고 타단은 제 2 하우징(20B)에 결합되도록 구성할 수 있으며, 제 2 하우징(20B)과 결합함에 있어서 나사 결합하도록 하여 정상 상태에서 텐션 스트랩(10)에 가해지는 장력을 조정하도록 할 수도 있다.
회로기판(50)은 적어도 반도체형 압력 센서(30)를 구동하는 기능과 반도체형 압력 센서(30)의 센싱 신호를 증폭하는 기능을 포함하는 주변회로가 탑재된다(도 1 및 도 2에서 주변회로를 구성하는 소자의 도시는 생략되어 있다). 그리고 상기한 바와 같이 반도체형 압력 센서(30)의 탑재를 위한 기판으로서의 기능을 동시에 수행할 수도 있다. 회로기판(50)은 제 1 하우징(20A)의 내부에 텐션 스트랩(20) 및 반도체형 압력 센서(30)와 함께 위치한다. 회로기판(50)에 형성되는 주변회로(100 : 도 4 참조)의 구체적인 구성 및 기능에 대해서는 후술한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체형 변형 측정 장치의 단면도를 도시한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체형 변형 측정 장치는, 도 1 및 도 2에 도시된 반도체형 변형 측정 장치의 구조와 유사하나 특징적으로 2개의 텐션 스트랩(11,12)를 사용하는 점에서 서로 상이하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체형 변형 측정 장치는 제 1 텐션 스트랩(11), 제 2 텐션 스트랩(12), 보호튜브(22), 반도체형 압력 센서(30), 수지봉지재(40), 압력 센서 기판(52), 주변회로 기판(54), 가압 플레이트(56), 본딩 와이어(60), 마운팅 블록(72), 그립 블록(74), 스트랩 그립(80) 및 셋 스크류(90)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 도 1 및 도 2에 도시된 반도체형 변형 측정 장치와 비교하여 동일하거나 유사한 구성요소와 동일하거나 유사한 특징에 대해서는 그 설명을 생략한다.
제 1 텐션 스트랩(11) 및 제 2 텐션 스트랩(12)은 제 1 결합 부위(A1)와 제 2 결합 부위(A2)의 사이를 동일하게 연장하여 형성되며, 피검 구조물(1)의 변형이 있는 경우 양단에 걸리는 텐션이 변동된다. 제 1 텐션 스트랩(11)과 제 2 텐션 스트랩(12)의 중앙부에서는 제 1 텐션 스트랩(11) 및 제 2 텐션 스트랩(12)의 사이의 벌어진 공간에 반도체형 압력 센서(30) 등이 위치한다.
따라서, 제 1 텐션 스트랩(11)과 상기 제 2 텐션 스트랩(12)의 중앙부에서 제 1 텐션 스트랩(11) 및 상기 제 2 텐션 스트랩(12) 사이의 간격은, 제 1 텐션 스트랩(11)과 상기 제 2 텐션 스트랩(12)의 가장 자리에서 제 1 텐션 스트랩(11) 및 상기 제 2 텐션 스트랩(12) 사이의 간격보다 넓게 된다. 도 3에서 제 1 텐션 스트랩(11) 및 제 2 텐션 스트랩(12)의 양쪽 단부는 각각 한 곳으로 모아져서 스트랩 그립(80)과 결합한다.
양쪽의 스트랩 그립(80)을 통하여 제 1 텐션 스트랩(11) 및 제 2 텐션 스트랩(12)에 장력이 부여되면, 제 1 텐션 스트랩(11) 및 제 2 텐션 스트랩(12)의 사이에 위치하는 반도체형 압력 센서(30)의 상방 및 하방을 통하여 누르는 압력이 반도체형 압력 센서(30)로 가해지게 된다.
반도체형 압력 센서(30)는 제 1 텐션 스트랩(11)과 제 2 텐션 스트랩(12)의 사이의 벌어진 공간에 위치하여 제 1 텐션 스트랩(11) 및 상기 제 2 텐션 스트랩(12)에 의해 눌리는 압력을 측정한다.
수지 봉지재(40)는 반도체형 압력 센서(30)를 보호하고 도면상 제 1 텐션 스트랩(11)으로부터 반도체형 압력 센서(30)로 눌리는 압력을 전달하며, 제 1 텐션 스트랩(11)과 제 2 텐션 스트랩(12)의 위치 관계가 변동되는 경우 제 2 텐션 스트랩(121)으로부터 반도체형 압력 센서(30)로 눌리는 압력을 전달할 수도 있다. 가압 플레이트(56)는 수지 봉지재(40)의 위에 형성되고 제 1 텐션 스트랩(11)의 가압을 균등하게 수지 봉지재(40)로 전달하는 기능을 수행한다.
압력 센서 기판(52)은 반도체형 압력 센서(30)가 탑재되는 기판이며, 주변회로 기판(54)은 후술할 주변회로(100: 도 4 참조)가 형성되는 기판이다. 압력 센서 기판(52)과 주변회로 기판(54)의 사이에는 전기적 연결을 위한 연결 도선을 더 포함할 수 있으며, 도면상 압력 센서 기판(52)과 주변회로 기판(54)은 서로 분리되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 한 개로 통합하여 구성될 수도 있다. 주변회로 기판(54)은 적어도 반도체형 압력 센서(30)를 구동하는 기능과 반도체형 압력 센서(30)의 센싱 신호를 증폭하는 기능을 포함하는 주변회로(100)가 탑재된다.
보호튜브(22)는 제 1 텐션 스트랩(11), 제 2 텐션 스트랩(12) 및 상기 반도체형 압력 센서(30) 등을 보호하는 기능을 수행하기 위하여, 상기한 제 1 텐션 스트랩(11), 제 2 텐션 스트랩(12) 및 상기 반도체형 압력 센서(30) 등을 수납하는 튜브이다. 특히, 보호튜브(22)의 내부에는 주변회로 기판(54)이 보호 튜브(22)의 내부에 함께 위치한다.
그리고 보호 튜브(22)는 그립 블록(74)와 결합함에 있어서, 오링(미도시)을 이용한 실링을 수행하면서 슬라이딩할 수 있다(구체적 도시는 생략함). 즉, 보호 튜브(22)와 그립 블록(74)은 서로 슬라이딩 가능하므로, 위치 관계가 비교적 자유롭게 변경될 수 있다. 따라서 피검 구조물(1)의 변형에 따른 힘은 보호 튜브(22)에 가해지지 않고 제 1 텐션 스트랩(11) 및 제 2 텐션 스트랩(12)에만 가해지도록 할 수 있다.
마운팅 블록(72)은 피검 구조물(1)에 용접으로 결합될 수 있으며, 그 내부에 관통공을 형성하여 그립 블록(74)을 수용한다. 그립 블록(74)은 마운팅 블록(72)을 관통하는 관통공에서 상기 마운팅 블록(72)과 결합한다. 또한, 스트랩 그립(80)은 상기 그립 블록(74)과 결합하며, 스트랩 그립(80)의 일단은 제 1 텐션 스트랩(11) 및 제 2 텐션 스트랩(12)을 그립하고 있으나, 스트랩 그립(80)의 타단은 그립 블록(74)과 결합하고 있다.
그리고 피검 구조물(1)의 변형에 의한 힘은 상기한 마운팅 블록(72), 그립 블록(74) 및 스트랩 그립(80)을 개재하여 제 1 텐션 스트랩(11) 및 상기 제 2 텐션 스트랩(12)으로 전달된다. 그리고 셋 스크류(90)는 마운팅 블록(72)에 형성된 통공에 나사 결합하며 마운팅 블록(72)에 대하여 그립 블록(74)의 위치를 고정시키다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주변회로(100)의 블럭도를 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 주변회로(100)는, 회로 기판(50) 또는 주변회로 기판(54)에 형성되며, 제 1 하우징(20A) 또는 보호튜브(22)의 내부에 다른 구성요소들과 함께 수납된다. 따라서 주변회로(100)는 외부에 위치하는 컨트롤러(200)와 유무선을 통하여 연결될 수 있으며, 전력을 외부에서 공급받는 경우 유선으로 연결되는 형태가 선호될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 주변회로(100)는 증폭부(110), ADC(120), 연산제어부(130), 전송부(140) 및 전원공급부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
전원공급부(150)는 외부의 컨트롤러(200)로부터 전원을 공급받아 정전압 또는 정전류를 생성하여 주변회로(100)를 구성하는 각 블록에 전원을 공급하고, 특히 반도체형 압력 센서(30)에 대하여 정전압 또는 정전류를 공급한다.
증폭부(110)는 반도체형 압력 센서(30)로부터 수신되는 센싱 신호를 증폭하는 기능을 수행하며, ADC(120)는 증폭부(110)로부터 제공되는 증폭된 센싱 신호를 아날로그-디지털 변환하여 연산제어부(130)로 공급하는 기능을 수행한다.
연산제어부(130)는 주변회로(100)를 구성하는 각 블록을 제어하며, 특히 외부의 컨트롤러(200)로부터 명령을 수신하여 수행하고 ADC(120)로부터 입력되는 센싱 데이터를 처리하는 기능을 수행한다. 아울러, 온도 보상 및 캘리브레이션을 위하여 필요한 제어 및 연산을 수행할 수 있다. 또한, 연산제어부(130)는 내부에 메모리를 더 포함하여, 각종 설정값, 연산과정의 임시값, 주변회로(100)가 수행할 명령어 또는 프로그램 등을 저장하도록 할 수 있다.
전송부(140)는 외부의 컨트롤러(200)와의 통신 기능을 담당하며, 특히 반도체형 압력 센서(30)를 이용하여 획득되는 데이터를 컨트롤러(200)로 전송하고 컨트롤러(200)로부의 명령을 수신하는 기능을 수행한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 통하여 설명된 반도체형 변형 측정 장치의 동작에 대하여 다시 한번 살펴본다.
피검 구조물(1)은 어떠한 원인에 의하여 균열, 늘어짐, 파단, 뒤틀림, 탈락, 굽힘 등의 변형이 있을 수 있다. 만약 반도체형 변형 측정 장치가 설치된 곳에서 이러한 변형이 있으면, 반도체형 변형 측정 장치의 앵커(70) 또는 마운팅 블록(72)을 통하여 이러한 변형에 동반되는 힘이 전달되거나 걸려있던 힘이 증가되거나 감소될 수 있다(이하 간단히 힘이 전달된다고 기술한다).
그리고 변형에 동반되는 힘은 제 2 하우징(20B) 및 스트랩 그립(80)을 통하여 텐션 스트랩(10)으로 전달되거나(도 1 참조), 그립 블록(74) 및 스트랩 그립(80)을 통하여 제 1 텐션 스트랩(11) 및 제 2 텐션 스트랩(12)으로 전달된다(도 3 참조).
전달된 힘은 텐션 스트랩(10) 또는 제 1 텐션 스트랩(11) 및 제 2 텐션 스트랩(12)의 양단에 걸리는 텐션을 변동시킨다. 정상 상태에서 텐션 스트랩(10) 또는 제 1 텐션 스트랩(11) 및 제 2 텐션 스트랩(12)의 양단에 걸리는 텐션은 없도록 설계될 수도 있으나, 기본 텐션을 가지도록 설계될 수도 있다. 기본 텐션이 있는 경우 피검 구조물(1)의 변형에 따라 기본 텐션보다 큰 값의 텐션이 걸리게 변동되거나, 기본 텐션보다 작은 값의 텐션으로 변동될 수 있다.
그리고 이러한 텐션의 변동은 반도체형 압력 센서(30)를 누르는 압력의 변동을 가져오며 이에 따라 반도체형 압력 센서(30)가 출력하는 센싱 신호의 변동을 불러온다.
그리고 주변회로(100)는 센싱 신호로부터 센싱 데이터를 얻고 센싱 데이터를 그대로 또는 가공하여 주기적으로 컨트롤러(200)에 제공하거나, 센싱 데이터로부터 정상 상태 또는 비정상 상태인지의 여부를 판단하여 비정상 상태인 경우에만 센싱 데이터를 컨트롤러(200)에 제공하도록 할 수도 있다. 또한, 위와 같은 방법을 혼용할 수도 있으며, 센싱 데이터를 가공한 정보를 제공할 수도 있다.
이하, 본 발명의 반도체형 변형 측정 장치가 가지는 장점에 대하여 구체적으로 살펴본다.
본 발명의 일 양상에 따른 반도체형 변형 측정 장치는, 종래 기술에 따른 플러크(pluck) 및 센싱을 위한 코일을 사용할 필요가 없으므로 보다 간단하고 저비용으로 변형 측정 장치를 구현할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 반도체형 변형 측정 장치는, 종래 기술에 따른 플러크(pluck) 및 센싱을 위한 코일을 사용할 필요가 없으므로 전력 소모가 작은 변형 측정 장치를 구현할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 반도체형 변형 측정 장치는, 초소형인 반도체형 압력 센서를 이용할 수 있으므로 변형 측정 장치의 크기를 작게 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 반도체형 변형 측정 장치는, 환경변화에 대한 보상, 증폭, 디지털화 또는 전송 등을 위한 주변회로를 함께 구성할 수 있으므로 이러한 기능을 수행하는 별도의 장치를 부가하지 않아도 되며, 따라서 전체 시스템의 구성이 매우 간단해 지는 효과가 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 반도체형 변형 측정 장치는, 환경변화에 대한 보상, 증폭, 디지털화 또는 전송 등을 위한 주변회로를 함께 구성할 수 있으므로 변형 측정 장치와 컨트롤러 사이에서 노이즈에 의한 영향을 저감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 반도체형 변형 측정 장치는, 반도체형 압력 센서를 이용하므로 구동을 위한 회로가 간단한 효과가 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 반도체형 변형 측정 장치는, 반도체형 압력 센서를 이용하므로 소형화가 가능한 효과가 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 반도체형 변형 측정 장치는, 반도체형 압력 센서를 이용하므로 감도 및 히스테리 특성이 우수한 효과가 있다.
1 : 피검 구조물 10 : 텐션 스트랩
11 : 제 1 텐션 스트랩 12 : 제 2 텐션 스트랩
20A : 제 1 하우징 20B : 제 2 하우징
30 : 반도체형 압력 센서 40 : 수지 봉지재
50 : 회로 기판 52 : 압력 센서 기판
54 : 주변회로 기판 56 : 가압 플레이트
60 : 본딩 와이어 70 : 앵커
72 : 마운팅 블록 74 : 그립 블록
80 : 스트랩 그립 90 : 셋스크류

Claims (11)

  1. 적어도 제 1 결합 부위 및 제 2 결합 부위에서 피검 구조물과 기계적으로 결합되어 상기 피검 구조물의 변형을 측정하는 변형 측정 장치에 있어서,
    상기 제 1 결합 부위와 제 2 결합 부위의 사이를 연장하여 형성되며, 상기 피검 구조물의 변형이 있는 경우 양단에 걸리는 텐션이 변동되는 텐션 스트랩(10);
    상기 텐션 스트랩(10)의 중앙부에 위치하고 상기 텐션 스트랩(10)에 의해서 눌리는 압력을 측정하는 반도체형 압력 센서(30);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체형 변형 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    적어도 상기 텐션 스트랩(10) 및 상기 반도체형 압력 센서(30)를 수납하며, 상기 반도체형 압력 센서(30)를 지지하는 제 1 하우징(20A);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체형 변형 측정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도체형 압력 센서(30)를 보호하고 상기 텐션 스트랩(10)으로부터 상기 반도체형 압력 센서(30)로 상기 눌리는 압력을 전달하는 수지 봉지재(40);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체형 변형 측정 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 텐션 스트랩(10)의 양단에서 상기 텐션 스트랩(10)을 그립하여 상기 피검 구조물의 변형에 의한 힘을 상기 텐션 스트랩(10)으로 전달하는 스트랩 그립(80);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체형 변형 측정 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    적어도 상기 반도체형 압력 센서(30)를 구동하는 기능과 상기 반도체형 압력 센서(30)의 센싱 신호를 증폭하는 기능을 포함하는 주변회로(100)가 탑재되는 회로기판(50);을 더 포함하되,
    상기 회로기판(50)은 상기 제 1 하우징(20A)의 내부에 함께 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체형 변형 측정 장치.
  6. 적어도 제 1 결합 부위 및 제 2 결합 부위에서 피검 구조물과 기계적으로 결합되어 상기 피검 구조물의 변형을 측정하는 변형 측정 장치에 있어서,
    상기 제 1 결합 부위와 제 2 결합 부위의 사이를 연장하여 형성되며, 상기 피검 구조물의 변형이 있는 경우 양단에 걸리는 텐션이 변동되는 제 1 텐션 스트랩(11);
    상기 제 1 텐션 스트랩(11)과 동일하게 상기 제 1 결합 부위와 제 2 결합 부위의 사이를 연장하여 형성되며, 상기 피검 구조물의 변형이 있는 경우 양단에 걸리는 텐션이 변동되는 제 2 텐션 스트랩(12);
    상기 제 1 텐션 스트랩(11)과 상기 제 2 텐션 스트랩(12)의 사이의 벌어진 공간에 위치하여 상기 제 1 텐션 스트랩(11) 및 상기 제 2 텐션 스트랩(12)에 의해 눌리는 압력을 측정하는 반도체형 압력 센서(30);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체형 변형 측정 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    적어도 상기 제 1 텐션 스트랩(11), 상기 제 2 텐션 스트랩(12) 및 상기 반도체형 압력 센서(30)를 보호하는 보호튜브(22);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체형 변형 측정 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    적어도 상기 반도체형 압력 센서(30)를 구동하는 기능과 상기 반도체형 압력 센서(30)의 센싱 신호를 증폭하는 기능을 포함하는 주변회로(100)가 탑재되는 주변회로 기판(54);을 더 포함하되,
    상기 주변회로 기판(54)은 상기 보호 튜브(22)의 내부에 함께 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체형 변형 측정 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제 1 텐션 스트랩(11)과 상기 제 2 텐션 스트랩(12)의 중앙부에서 상기 제 1 텐션 스트랩(11) 및 상기 제 2 텐션 스트랩(12) 사이의 간격은, 상기 제 1 텐션 스트랩(11)과 상기 제 2 텐션 스트랩(12)의 가장 자리에서 상기 제 1 텐션 스트랩(11) 및 상기 제 2 텐션 스트랩(12) 사이의 간격보다 넓은 것을 특징으로 하는 반도체형 변형 측정 장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 반도체형 압력 센서(30)를 보호하고 상기 제 1 텐션 스트랩(11) 또는 상기 제 2 텐션 스트랩(12)으로부터 상기 반도체형 압력 센서(30)로 상기 눌리는 압력을 전달하는 수지 봉지재(40);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체형 변형 측정 장치.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 피검 구조물(1)에 용접으로 결합되는 마운팅 블록(72);
    상기 마운팅 블록(72)을 관통하는 관통공에서 상기 마운팅 블록(72)과 결합하는 그립 블록(74);을 더 포함하며,
    상기 피검 구조물의 변형에 의한 힘은 상기 마운팅 블록(72) 및 상기 그립 블록(74)을 개재하여 상기 제 1 텐션 스트랩(11) 및 상기 제 2 텐션 스트랩(12)으로 전달되는 것을 특징으로 하는 반도체형 변형 측정 장치.
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