KR20170028622A - 유연성 스트립 구조의 센서 어레이 및 이의 제조방법 - Google Patents

유연성 스트립 구조의 센서 어레이 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유연성 스트립 구조의 센서 어레이 및 이의 제조방법에 관한 것이고, 구체적으로 구조물의 형상 또는 위치에 제한되지 않고 설치되어 구조물의 거동의 탐지가 가능하도록 하는 유연성 스트립 구조의 센서 어레이 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 유연성 스트립 구조의 센서 어레이는 유연성 스트립 형상으로 전도성 와이어가 내장된 베이스 케이블(CA); 베이스 케이블(CA)에 형성된 적어도 하나의 배치 홈(21); 및 상기 전도성 와이어(W)에 전기적으로 연결되도록 배치되는 센서 유닛(10)을 포함하고, 상기 센서 유닛(10)은 보호 덮개(11, 12)에 의하여 베이스 케이블(CA)에 고정된다.

Description

유연성 스트립 구조의 센서 어레이 및 이의 제조방법{A Sensor Array with a Structure of Flexible Strip and a method for Producing the Same}
본 발명은 유연성 스트립 구조의 센서 어레이 및 이의 제조방법에 관한 것이고, 구체적으로 구조물의 형상 또는 위치에 제한되지 않고 설치되어 구조물의 거동의 탐지가 가능하도록 하는 유연성 스트립 구조의 센서 어레이 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
구조물은 시공 과정에서 또는 완공된 이후 환경 또는 자체 특성에 따라 전체 형상 또는 부분적인 형상이 변경된다. 이로 인하여 구조물에 대한 안전성 문제가 발생될 수 있다. 그러므로 구조물의 이와 같은 변화를 탐지하기 위한 다양한 센서가 구조물의 내부 또는 외부에 설치될 수 있고, 예를 들어 변위 센서, 가속도 센서, 진동 센서 또는 압력 센서와 같은 것이 설치되어 구조물의 거동이 측정될 수 있다. 구조물의 거동을 측정하기 위한 다양한 기술이 이 분야에 공지되어 있다.
특허공개번호 10-2005-0062308은 터널의 라이닝에 수직으로 설치된 제1 부착 장치, 상기 제1 추착 장치와 이격되어 터널의 라이닝에 수직하게 설치된 제2 부착 장치, 소정의 핀들에 의하여 상기 제1 부착 장치의 소정의 제1 지점 및 상기 제2 부착 장치의 소정의 제2 지점에 고정되어 상기 제1 지점과 상기 제2 지점을 연결하는 광섬유 FBG 센서를 포함하는 제1 변위계, 및 소정의 핀들에 의해서 상기 제2 지점으로부터 소정 거리 이격된 상기 제2 부착 장치의 소정의 제3 지점 및 상기 소정의 제3 지점 및 상기 제1 지점에 고정되어, 상기 제3 지점과 상기 제1 지점을 연결하는 광섬유 FBG 센서를 포함하는 제2 변위계를 포함하는 고정 장치를 이용하는 터널 내공 변위 측정 방법에 대하여 개시한다.
특허등록번호 제1504123호는 궤도의 하부 플랜지에 장착되어 궤도 변위측정 센서 모듈을 고정시키는 거치부; 궤도 변위 측정 센서 모듈의 하우징의 하나의 영역을 관통하며, 이웃하는 궤도 변위 측정 센서 모듈을 향해 연장되는 변위 측정 바; 상기 변위 측정 바의 이동에 따라 상기 궤도의 수직 방향 변위 및 횡방향 변위를 각각 측정하는 수직 변위 측정부 및 횡변위 측정부가 배치된 몸체부를 포함하고, 상기 수직 변위 측정부는 상기 궤도의 복부에서 상기 몸체부를 향하는 방향으로 돌출되는 수직 변위 회전축에 거치되어 회동하는 수직 변위 디스크를 구비하며, 상기 횡 변위 측정부는 상기 복부와 평행한 방향으로 상기 몸체부에서 돌출되는 횡 변위 회전축에 거치되어 회동하는 횡 변위 디스크를 구비하며, 상기 변위 측정 바의 이동에 따라 상기 횡 변위 회전축을 중심으로 상기 몸체부가 회동하여 횡 방향 변위를 측정하는 궤도 변위 측정 센서 모듈에 대하여 개시한다.
상기 선행기술에서 개시된 터널 라이닝의 내공 변위 측정을 위한 광섬유 센서 또는 궤도의 변위 측정을 위한 센서는 설치가 어렵고, 구조물의 형상에 따라 설치가 제한될 수 있다는 단점을 가진다. 구조물의 거동을 정확하게 측정하기 위하여 센서는 다양한 위치에 설치될 필요가 있고, 예를 들어 연속적으로 이차원 또는 삼차원 형태로 배치되는 것이 유리하다. 그러나 제시된 선행기술은 이와 같은 센서 배치가 어렵고, 구조물의 형상으로 인하여 설치되기 어려운 상황이 발생될 수 있다.
본 발명은 선행기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
선행기술1: 특허공개번호 10-2005-0062308((주)에이티맥스, 2005년06월23일 공개) 광섬유 센서를 이용한 터널의 2차원 내공변위 측정장치 및 시스템 선행기술2: 특허등록번호 제1504123호(주식회사 케이지엠기술, 2015년03월19일 공개) 궤도 변위측정 센서모듈 및 이를 이용한 궤도 변위 측정 시스템
본 발명의 목적은 다양한 형상의 구조물에 배치되면서 측정에 요구되는 간격으로 센서가 배치되면서 설치가 간단하고 다양한 특성의 측정이 가능한 유연성 스트립 구조의 센서 어레이 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 유연성 스트립 구조의 센서 어레이는 유연성 스트립 형상으로 전도성 와이어가 내장된 베이스 케이블; 베이스 케이블에 형성된 적어도 하나의 배치 홈; 및 상기 전도성 와이어에 전기적으로 연결되도록 배치되는 센서 유닛을 포함하고, 상기 센서 유닛은 보호 덮개에 의하여 베이스 케이블에 고정된다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 센서 유닛의 내부에 전도성 와이어의 고정을 위한 와이어 고정 수단가 배치된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 보호 덮개에 베이스 케이블에 형성된 관통 홀과 연결되는 체결 홀이 형성된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 보호 덮개는 회로 기판이 고정되는 1 보호 덮개 및 1 보호 덮개와 결합되는 2 보호 덮개로 이루어지고, 1, 2 보호 덮개는 밀폐 환에 의하여 밀폐된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 유연성 스트립 구조의 센서 어레이의 제조방법은 내부에 전도성 와이어가 길이 방향으로 배치된 유연성 베이스 케이블을 준비하는 단계; 상기 베이스 케이블에 길이 방향을 따라 배치 홈을 형성하는 단계; 적어도 하나의 센서 및 프로세서가 배치된 회로 기판을 준비하는 단계; 회로 기판을 1 보호 덮개에 부착시키는 단계; 1 보호 덮개를 배치 홈에 결합시키고, 1 보호 덮개에 결합되는 2 보호 덮개로 1 보호 덮개를 베이스 케이블에 고정시키는 단계; 및 고정 수단으로 1 보호 덮개와 2 보호 덮개를 베이스 케이블에 고정시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 배치 홈은 베이스 케이블의 길이 방향으로 서로 이격된 다수 개가 되고, 각각의 배치 홈에 회로 기판이 배치된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 베이스 케이블은 실리콘 또는 유연성 합성수지 소재가 된다.
본 발명에 따른 센서 어레이는 터널의 내공 변위 측정, H빔 구조물, EL빔 구조물 또는 철도 궤도와 같은 다양한 구조물 또는 시설에 선형, 이차원 또는 삼차원 형태로 배치되어 원하는 구조물의 거동 측정이 가능하다. 본 발명에 따른 경사계는 다단식 경사계(IPI)로 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 센서 어레이는 센서의 방향성 확인이 간단하고, 휴대 편의성을 가지면서 적용 구조물에 따라 다양한 종류로 만들어질 수 있다. 또한 본 발명에 따른 센서 어레이는 센서 ID 관리 및 데이터 로깅이 간단하고, 유지 및 보수비용이 감소되도록 하면서 적용 환경에 따라 다양한 사양으로 만들어질 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 센서 어레이의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 센서 어레이의 제조 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 센서 어레이가 설치되는 실시 예를 도시한 것이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 센서 어레이의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 센서 어레이가 적용된 실시 예를 도시한 것이다.
도 6는 본 발명에 따른 제조 방법에 의하여 제조된 서로 다른 외형을 가지는 센서 어레이의 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
본 발명에 따른 센서 어레이는 스트립 또는 띠 형상을 가질 수 있고, 스트립의 길이 방향을 따라 서로 분리된 다수 개의 센서 유닛(10)이 배치된 구조를 가질 수 있다. 스트립의 폭 또는 두께는 센서 어레이가 배치되는 구조물의 구조에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 각각의 센서 유닛(10)은 변위 센서, 위치 센서, 가속도 센서, 온도 센서, 압력 센서, 자기 센서, 자이로 센서 또는 스트레인 게이지와 같은 것을 포함할 수 있다. 그리고 각각의 센서 유닛(10)에 의하여 변위, 방향, 온도, 압력, 자기, 인장력 또는 이와 유사한 구조물의 거동 탐지에 필요한 임의의 변동 인자(variable parameters)가 탐지될 수 있다. 스트립 구조로 인하여 본 발명에 따른 센서 어레이는 임의의 방향으로 연장될 수 있고, 예를 들어 선형으로 연장되거나, 2차원 형상으로 연장되거나 또는 3차원 형상으로 연장될 수 있다. 이로 인하여 본 발명에 따른 센서 어레이는 3D 형상 가변 센서 어레이(3D Shape Flexible Array: 3D SFA) 구조가 될 수 있다. 본 발명에 따른 센서 어레이는 예를 들어 지반 거동 측정, 싱크 홀 탐지, 사면 관리, 구조물 관리, 철도 궤도 관리 또는 침입 탐지와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 그러므로 본 발명에 따른 센서 어레이는 탐지되는 측정 인자의 종류 또는 적용 분야에 의하여 제한되지 않는다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 센서 어레이의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 센서 어레이는 유연성 스트립 형상으로 전도성 와이어가 내장된 베이스 케이블(CA); 베이스 케이블(CA)에 형성된 적어도 하나의 배치 홈; 및 상기 전도성 와이어(W)에 전기적으로 연결되도록 배치되는 센서 유닛(10)을 포함하고, 상기 센서 유닛(10)은 보호 덮개(11, 12)에 의하여 베이스 케이블(CA)에 고정된다.
베이스 케이블(CA)은 유연성, 신축성 또는 굽힘 특성을 가진 소재로 만들어질 수 있고, 합성수지, 합성섬유 또는 이들이 결합된 소재로 스트립 또는 띠 형상으로 만들어질 수 있다. 베이스 케이블(CA)은 예를 들어 유연성 실리콘, PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리이미드, 에폭시, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 열가소성 엘라스토머, 폴리프로필렌, PTFE(Polytetrafluoroethylene), 테프론 또는 이들의 혼합물로 만들어질 수 있다. 필요에 따라 베이스 케이블(CA)은 신축성을 가지는 나노 섬유와 같은 소재로 만들어질 수 있다. 베이스 케이블(CA)의 소재에 유리 섬유가 같은 강화 소재가 첨가될 수 있다. 베이스 케이블(CA)은 유연성 또는 신축성을 가지면서 휘어진 상태 또는 굽혀진 상태로 유지될 수 있는 특성을 가진 소재로 만들어질 수 있다. 또한 베이스 케이블(CA)은 가공성을 가지면서 환경 저항성을 가진 소재로 만들어질 수 있고, 환경 저항성을 가진 소재로 코팅될 수 있다. 그리고 베이스 케이블(CA)은 가공성을 가진 소재로 만들어질 필요가 있다. 베이스 케이블(CA)은 두께 또는 폭에 비하여 충분히 큰 길이를 가지도록 만들어질 수 있고, 베이스 케이블(CA)의 폭은 센서 유닛(10)의 내부에 배치되는 회로 기판(13)의 폭에 의하여 결정될 수 있다. 베이스 케이블(CA)은 예를 들어 다이 캐스팅, 사출 또는 압출과 같은 다양한 합성수지 성형 방법에 따라 스트립 형상으로 만들어질 수 있다. 베이스 케이블(CA)이 가공되면서 전도성 와이어(W)가 길이 방향을 따라 배치되도록 만들어질 수 있다. 전도성 와이어(W)는 베이스 케이블(CA)의 서로 다른 위치에 배치되는 센서 유닛(10) 사이에 통신이 가능하면서 이와 동시에 외부 유닛과 센서 유닛(10)을 전기적으로 연결시키는 기능을 가질 수 있다. 전도성 와이어(W)는 다수 가닥이 될 수 있고, 예를 들어 베이스 케이블(CA)의 양쪽에 두 가닥씩 길이 방향을 따라 연장되도록 배치될 수 있다. 전도성 와이어(W)는 베이스 케이블(CA)의 가공 과정에서 삽입되어 베이스 케이블(CA)과 일체로 형성될 수 있다.
베이스 케이블(CA)의 길이 방향으로 서로 분리되어 다수 개의 배치 홈이 배치될 수 있고, 각각의 배치 홈에 센서 유닛(10)이 배치될 수 있다. 그리고 서로 다른 배치 홈에 배치된 센서 유닛(10)은 전도성 와이어(W)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다. 센서 유닛(10)은 1 보호 덮개(11) 및 2 보호 덮개(12)에 의하여 밀폐될 수 있고, 1 보호 덮개(11) 또는 2 보호 덮개(12)의 바닥 면에 회로 기판(13)이 고정될 수 있다. 회로 기판(13)에 마이크로프로세서 및 구조물의 거동의 탐지를 위한 다양한 센서와 배치될 수 있다. 또한 센서 유닛(10)의 내부를 관통하는 형태로 전도성 와이어(W)가 배치될 수 있고, 센서 유닛(10)의 내부에 위치하는 전도성 와이어(W)는 고정 수단(14a, 14b)에 의하여 고정될 수 있다. 구체적으로 고정 수단(14a, 14b)은 1 덮개 유닛(11) 또는 2 덮개 유닛(12)의 바닥 면으로부터 내부로 돌출된 돌기 형상으로 만들어질 수 있고, 전도성 와이어(W)를 눌러서 또는 압력을 가하는 구조로 센서 유닛(10)의 내부에 고정시킬 수 있다. 도 1a의 (가) 및 (나)를 참조하면, 배치 홈은 베이스 케이블(CA)의 일부를 관통하는 홀 형상으로 만들어질 수 있다. 그리고 1 보호 덮개(11) 및 2 보호 덮개(12)는 베이스 케이블(CA)의 위쪽 및 아래쪽으로 돌출되는 형태로 서로 결합될 수 있다. 도 1a의 (다) 및 (라)를 참조하면, 1 보호 덮개(11) 및 2 보호 덮개(12)의 길이 방향으로 양쪽 끝 부분에 체결 홀이 형성되고, 체결 홀(RH1, RH2)에 라벳과 같은 체결 수단이 결합될 수 있다. 체결 홀(RH1, RH2)은 배치 홈의 길이 방향으로 양쪽 끝 부분의 너머 부분에 형성된 관통 홀과 연결될 수 있다. 구체적으로 배치 홈은 베이스 케이블에 홀 형상으로 만들어질 수 있고, 홀의 양쪽 베이스 케이블 부분에 관통 홀이 형성될 수 있다. 1 보호 덮개(11) 및 2 보호 덮개(12)는 배치 홈에 비하여 큰 길이로 형성될 수 있고, 체결 홀(RH1, RH2) 및 관통 홀에 리벳과 같은 체결 수단이 결합되는 것에 의하여 센서 유닛(10)이 베이스 케이블(CA)에 고정될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 베이스 케이블(CA)은 길이 방향으로 연장되는 플레이트 형상, 스트립 형상 또는 띠 형상이 될 수 있고, 1 보호 덮개(11) 및 2 보호 덮개(12)는 베이스 케이블(CA)의 아래쪽 면 및 위쪽 면에 각각 고정되어 베이스 케이블(CA)에 형성된 배치 홈을 밀폐시키면서 이와 동시에 센서 유닛(10)을 밀폐시킬 수 있다. 1, 2 보호 덮개(11, 12)는 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 금속 소재 또는 이와 유사한 견고한 소재로 만들어질 수 있다. 1, 2 보호 덮개(11, 12)는 체결 홀(RH1, RH2)에 체결되는 리벳 또는 분리 가능한 체결 수단에 의하여 베이스 케이블(CA)에 고정될 수 있다. 대안으로 1, 2 보호 덮개(11, 12)는 접착제와 같은 수단에 의하여 베이스 케이블(CA)에 고정될 수 있지만, 센서 유닛(10)의 교체가 어렵다는 단점을 가진다.
배치 홈은 베이스 케이블(CA)의 내부를 관통하는 홀 형상으로 만들어질 수 있고, 1 보호 덮개(11) 또는 2 보호 덮개(12)의 내부 면에 회로 기판(13)이 견고하게 부착될 수 있다. 회로 기판(13)은 세라믹과 같은 무기 소재 또는 금속 소재로 만들어질 수 있고, 적절한 접착 수단에 의하여 1 보호 덮개(11) 또는 2 보호 덮개(12)의 내부 면에 부착되어 고정될 수 있다. 배치 홈은 전도성 와이어(W)가 외부로 노출되도록 형성될 수 있고, 노출된 전도성 와이어(W)는 회로 기판(13)에 연결될 수 있다. 1, 2 보호 덮개(11, 12)의 내부 면은 예를 들어 에폭시 수지와 같은 소재로 채워져 진동 또는 충격으로부터 내부 전자 소자가 보호될 수 있다. 또한 1, 2 보호 덮개(11, 12)가 서로 접촉되는 테두리 부분은 예를 들어 실리콘 수지와 같은 밀봉 접착제에 의하여 밀봉될 수 있다.
베이스 케이블(CA) 또는 1, 2 보호 커버(11, 12)는 외부 환경에 대한 저항을 위하여 오염 저항 코팅, 반사 코팅 또는 다른 적절한 보호 코팅 소재로 코팅될 수 있다. 1, 2 보호 커버(11, 12)는 예를 들어 리벳 또는 스크루와 같은 체결 수단의 체결 홀(RH1, RH2)의 체결에 의하여 베이스 케이블(CA)에 분리 가능하도록 고정될 수 있다. 다양한 체결 수단에 의하여 보호 커버(11, 12)가 베이스 케이블(CA)에 고정될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
아래에서 본 발명에 따른 센서 어레이의 제조 과정에 대하여 설명된다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 센서 어레이의 제조 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명에 따른 센서 어레이의 제조 방법은 내부에 전도성 와이어가 길이 방향으로 배치된 유연성 베이스 케이블(CA)을 준비하는 단계; 상기 베이스 케이블에 길이 방향을 따라 배치 홈(21)을 형성하는 단계; 적어도 하나의 센서(231) 및 프로세서(22)가 배치된 회로 기판(13)을 준비하는 단계; 회로 기판(13)을 1 보호 덮개(11)에 부착시키는 단계; 1 보호 덮개(11)를 배치 홈(21)에 결합시키고, 1 보호 덮개에 결합되는 2 보호 덮개(12)로 1 보호 덮개(11)를 베이스 케이블(CA)에 고정시키는 단계; 및 고정 수단(R)으로 1 덮개(11)와 2 덮개(12)를 베이스 케이블(CA)에 고정시키는 단계를 포함한다.
도 2a를 참조하면, 센서 어레이의 제조를 위하여 먼저 실리콘 소재와 같은 합성수지 소재로 스트립 형상의 베이스 케이블(CA)이 만들어질 수 있다. 베이스 케이블(CA)의 소재는 이에 제한되지 않고, 위에서 설명된 것처럼, PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리이미드, 에폭시, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 열가소성 엘라스토머, 폴리프로필렌, PTFE(Polytetrafluoroethylene), 테프론 또는 이들의 혼합물로부터 압출, 사출, 다이캐스팅 또는 다른 합성수지의 가공 방법에 따라 만들어질 수 있다. 베이스 케이블(CA)은 신축성, 유연성 또는 굽힘 특성을 가질 수 있고, 변형된 상태로 유지되는 특성을 가질 수 있다. 예를 들어 베이스 케이블(CA)이 특정 부분에서 휘어진 경우 휘어진 상태로 유지되도록 만들어질 수 있다. 베이스 케이블(CA)의 제조 과정에서 전도성 와이어(W1, W2)가 베이스 케이블(CA)에 삽입될 수 있고, 도 2a의 (가)에 도시된 것처럼, 전도성 와이어(W1, W2)가 베이스 케이블(CA)의 양쪽 편에 배치될 수 있고, 전도성 와이어(W1, W2)는 베이스 케이블(CA)과 일체로 만들어질 수 있다.
도 2a의 (나)를 참조하면, 베이스 케이블(CA)에 배치 홈(21)이 형성될 수 있고, 배치 홈(21)은 베이스 케이블(CA)을 내부를 관통하는 사각 형상으로 만들어질 수 있다. 다만 배치 홈(21)은 다양한 형상으로 만들어질 수 있고, 내부에 배치된 전도성 와이어(W1, W2)가 노출되는 구조로 만들어질 수 있다. 예를 들어 배치 홈(21)은 타공 방식으로 만들어질 수 있고, 베이스 케이블(CA)의 길이 방향으로 다수 개가 서로 임의의 간격으로 분리되도록 만들어질 수 있다. 그리고 각각의 배치 홈(21)의 양쪽에 위에서 설명된 것처럼 체결 수단이 결합되는 관통 홀(211)이 배치 홈(21)과 분리되어 형성될 수 있다.
도 2b의 (나)를 참조하면, 배치 홈(21)에 위치되는 회로 기판(13)이 준비될 수 있고, 회로 기판(13)에 마이크로프로세서와 같은 프로세서(22) 및 다양한 탐지 센서(231)가 배치될 수 있다. 탐지 센서(231)는 예를 들어 3축 가속도 센서, 3축 자이로 센서, 3축 지자기 센서, 압력 센서 또는 온도 센서와 같은 것을 포함할 수 있고, 또는 예를 들어 캔 통신(Controller Area Network)을 위한 통신 소자(232)가 배치될 수 있다. 이와 같은 경우 전도성 와이어(W1, W2)는 캔 통신 케이블을 포함할 수 있다. 회로 기판(13)은 세라믹 또는 금속 소재로 만들어질 수 있고, 탐지 센서(231)는 구조물의 탐지를 위한 임의의 센서를 포함할 수 있다. 프로세서(22), 탐지 센서(231) 및 통신 소자(232)가 회로 기판(13)에 배치되고, 회로 패턴이 형성되면, 회로 기판(13)은 1 보호 덮개(11)에 부착되어 고정될 수 있다. 보호 덮개(11, 12)는 서로 결합되어 내부에 회로 기판(13)이 수용되는 내부 공간을 형성하는 1 보호 덮개(11) 및 2 보호 덮개(12)로 이루어질 수 있다. 그리고 1 보호 덮개(11) 및 2 보호 덮개(12)는 서로 접촉되는 테두리 부분을 가질 수 있고, 1 보호 덮개(11) 또는 2 보호 덮개(12)의 서로 접촉되는 테두리 면을 따라 밀폐 환(24)이 배치될 수 있다. 밀폐 환(24)은 실리콘 소재, 고무 소재 또는 신축성 합성수지 소재로 만들어질 수 있고, 밀폐 환(24)은 열융착 소재로 만들어질 수 있고, 이에 의하여 밀폐 환(24)은 접착 기능을 가질 수 있다. 밀폐 환(24)은 다양한 소재 또는 형상으로 만들어질 수 있고, 패킹 기능을 가질 수 있다.
1 보호 덮개(12) 및 2 보호 덮개(13)에 관통 홀(211)과 연결되는 체결 홀(RH1, RH2)이 형성될 수 있다. 체결 홀(RH1, RH2)에 리벳 또는 스크루가 체결될 수 있다. 다만 체결 홀(RH1, RH2)은 선택적으로 형성될 수 있고, 1 보호 덮개(12) 및 2 보호 덮개(13)는 다양한 접착 수단에 의하여 결합될 수 있다.
도 2c를 참조하면, 회로 기판(13)이 부착된 1 보호 덮개(12) 및 1 보호 덮개(12)와 결합되는 2 보호 덮개(13)가 배치 홈(21)의 상하에 배치될 수 있다. 그리고 회로 기판(13)이 배치 홈(21)에 배치되고, 전도성 와이어(W1, W2)가 회로 기판(13)의 정해진 부위와 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고 리벳과 같은 체결 수단(R)이 체결 홀(RH1, RH2) 및 관통 홀(211)에 체결되어 1 보호 덮개(11) 및 2 보호 덮개(12)를 결합시키면서 이와 동시에 보호 덮개(11, 12)를 베이스 케이블(CA)에 고정시킨다. 선택적으로 체결 홀(RH1,RH2)은 안쪽으로 오목한 형상으로 만들어질 수 있고, 체결 수단(R)이 리벳과 같은 것이 되는 경우 체결 수단(R)에 압력을 가하여 체결 수단(R)의 머리 부분이 눌려서 체결 홀(RH1, RH2)의 오목한 부분을 채워지도록 만들어질 수 있다.
다양한 체결 수단(R)에 의하여 보호 덮개(11, 12)가 베이스 케이블(CA)에 고정될 수 있고, 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
배치 홈(21)은 베이스 케이블(CA)의 길이 방향을 따라 임의의 간격으로 배치될 수 있고, 각각의 배치 홈(21)에 회로 기판(13)과 보호 덮개(11, 12)로 이루어진 센서 유닛이 배치되어 센서 어레이를 형성할 수 있다.
도 3은 센서 어레이가 설치되는 실시 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 다수 개의 센서 유닛(10)이 베이스 케이블(CA)에 배치되어 센서 어레이(SFA)를 형성할 수 있고, 센서 어레이(SFA)는 3D 형상 가변 센서 어레이(Shape Flexible Array) 구조가 될 수 있다. 센서 유닛(10)의 수 또는 배치 위치는 제한되지 않으며 센서 어레이(SFA)가 설치되는 구조물의 구조에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
도 3의 (나)를 참조하면, 센서 어레이(SFA)가 예를 들어 구조물의 EL 빔과 탐지 대상(31)에 설치되어 탐지 대상(31)의 거동 변화가 탐지될 수 있다. 센서 어레이(SFA)는 볼트, 앵커 또는 클램프와 같은 다양한 부착 수단에 의하여 탐지 대상(31)에 고정되거나 적절한 접착 수단에 의하여 탐지 대상(31)에 설치될 수 있다. 센서 유닛(10)에서 탐지된 탐지 대상(31)에 대한 탐지 정보는 예를 들어 캔 통신과 같은 데이터 전송 수단을 통하여 관리 서버로 전송될 수 있다. 탐지 정보는 다양한 유무선 통신 수단을 통하여 관리 서버 또는 다른 적절한 제어 유닛으로 전송될 수 있다.
센서 어레이(SFA)는 설치되는 구조물의 형상 또는 탐지되어야 할 탐지 인자에 따라 다양한 구조 또는 방법으로 만들어질 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 센서 어레이의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 4a를 참조하면, 실리콘과 같은 소재로 베이스 케이블(CA)이 일정한 두께 및 폭을 가진 스트립 형상으로 만들어질 수 있고, 릴과 같은 장치에 감겨질 수 있도록 유연성을 가지도록 만들어질 수 있고, 내부에 전도성 와이어(W)가 일체로 배치되도록 성형될 수 있다. 센서 유닛이 배치되는 위치가 미리 결정될 수 있고, 센서 유닛이 배치될 부분이 예를 들어 타공과 같은 가공 방법에 의하여 형성될 수 있다. 배치 부분은 예를 들어 전도성 와이어(W)의 일부가 노출되도록 하면서 전도성 와이어의 내부 공간이 관통되도록 만들어질 수 있다. 그리고 전도성 와이어(W)의 노출 부분은 기판 고정 프레임(F)을 형성할 수 있다. 기판 고정 프레임(F)에 회로 기판(41)이 배치되어 고정될 수 있다. 회로 기판(41)은 예를 들어 납땜과 같은 방법에 의하여 전도성 와이어(W)와 회로 기판(41)이 전기적으로 연결되면서 회로 기판(41)이 전도성 와이어(W)에 고정되는 전도성 고정 결합 구조로 기판 고정 프레임(F)에 고정될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 회로 기판(41)에 프로세서(42), 탐지 센서(431) 및 통신 소자(432)가 배치될 수 있고, 필요에 따라 포토 센서와 같은 작동 개시 유닛(44)이 배치될 수 있다. 작동 개시 유닛(44)에 강한 빛을 조사하는 것에 의하여 프로세서(42)의 작동에 의하여 탐지 센서(431) 및 통신 소자(432)의 작동이 개시될 수 있다. 다만 통신 소자(432)를 통하여 작동 개시 신호가 전송되거나 통신 소자(432)가 무선 통신 소자인 경우 통신을 통하여 작동이 개시될 수 있다.
회로 기판(41)에 센서 유닛의 작동을 위한 소자 및 부품의 배치가 완료되면, 보호 덮개(45)에 의하여 회로 기판(41)이 밀폐될 수 있다. 보호 덮개(45)는 회로 기판(41)이 배치된 배치 홈에 적합하도록 형성될 수 있고, 예를 들어 실리콘 수지와 같은 접착 소재에 의하여 베이스 케이블(CA)에 결합되면서 배치 홈의 경계 부분을 밀폐시킬 수 있다. 필요에 따라 체결 홀(461, 462)이 형성될 수 있고, 체결 홀(461, 462)에 체결 수단이 결합되어 회로 기판(41)이 베이스 케이블(CA)에 견고하게 고정되도록 할 수 있다.
도 4c를 참조하면, 베이스 케이블(CA)에 형성된 배치 홈에 선형으로 연장되는 전도성 와이어 부분에 의하여 형성되는 기판 고정 프레임에 기판(41)이 고정될 수 있다. 필요에 따라 기판 고정 프레임 또는 회로 기판(41)에 와이어 고정 유닛(47)이 배치되어 전도성 와이어를 정해진 위치에 고정시킬 수 있다. 예를 들어 와이어 고정 유닛(47)은 노출된 전도성 와이어의 연장 방향을 따라 서로 마주보도록 배치되는 일련의 탄성 돌출 돌기의 형상이 될 수 있다. 회로 기판(41)에 기판 고정 홀(461, 462)이 형성될 수 있고, 보호 덮개(45)에 체결 홀(461, 462)이 형성될 수 있다. 그리고 기판 고정 홀에 체결 수단이 체결되는 것에 의하여 회로 기판(41)이 베이스 케이블(CA)에 견고하게 고정될 수 있다. 회로 기판(41)의 내부는 진동 또는 충격 흡수를 위하여 예를 들어 에폭시 수지와 같은 소재로 채워질 수 있다.
도 4d를 참조하면 센서 어레이(SFA)에 적어도 하나의 센서 유닛(40)이 배치될 수 있고, 센서 어레이(SFA)는 구조물의 거동 탐지에 적절한 길이로 만들어질 수 있다. 그리고 센서 어레이(SFA)의 양쪽 끝에 노출되는 전도성 와이어(W1, W2)에 전력 공급 또는 데이터 통신을 위한 다양한 전기 부품이 연결될 수 있다. 센서 어레이(SFA)의 설치를 위하여 센서 어레이(SFA)의 표면에 양면 테이프와 같은 것이 부착되거나 적절한 위치에 클램프 또는 브래킷과 같은 고정 수단이 배치될 수 있다.
이와 같은 구조를 가지는 센서 어레이(SFA)는 다양한 구조물에 설치되어 구조물의 거동 탐지에 적용될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 센서 어레이가 적용된 실시 예를 도시한 것이다.
도 5a 본 발명에 따른 센서 어레이가 터널의 내공 변위 측정, 지중 경사계, 구조물 경사계 및 EL 빔 경사계에 적용된 실시 예를 각각 도시한 것이다.
터널 내공 변위 측정을 위하여 터널의 내부 면에 고정되도록 다수 개의 체결 부품(511 내지 514)를 가진 고정 부재(52)에 센서 어레이가 배치될 수 있다. 센서 어레이에 다수 개의 센서 유닛(10)이 배치될 수 있고, 센서 어레이가 유연성 소재로 이루어지는 것에 의하여 터널 내부면의 형상 또는 고정 부재(52)에 형성되는 관절 부위의 구조에 관계없이 센서 어레이가 쉽게 설치될 수 있다. 또한 센서 어레이는 다단 지중 경사계에 설치되어 경사 연결 유닛(531)에 의하여 서로 연결되는 경사 연결 부재(531)의 경사 방향에 관계없이 경사 또는 변위의 측정이 가능하도록 한다. 또한 구조물에서 서로 연결된 수직 빔(VB), 1 수평 빔(HB1) 및 2 수평 빔(HB2)을 따라 센서 어레이가 설치되어 3차원 구조물의 거동 탐지가 가능하도록 한다. 그리고 경사 측정을 위한 EL의 빔(55)에 고정되어 경사 측정이 가능하도록 한다.
본 발명에 따른 센서 어레이는 예를 들어 다양한 수송관 또는 비계와 같은 구조물에 설치되어 수송관 또는 비계의 거동 탐지에 적용될 수 있다.
도 5b는 각각 상수, 하수, 가스 또는 석유와 같은 액체 또는 기체의 이송을 위한 수송관(TU)에 센서 어레이가 설치된 실시 예, 철도의 레일(RA)에 설치된 실시 예 및 비계(SC)에 센서 어레이가 설치된 실시 예를 도시한 것이다. 도 5C는 다리의 교각(BL), 경사지(SS) 및 도관(SA)이 배치된 도로의 경계에 센서 어레이가 설치된 실시 예를 각각 도시한 것이다.
이와 같이 본 발명에 따른 3D 형상 가변 센서 어레이는 구조물의 종류 또는 설치 면의 형상에 관계없이 간단하게 설치될 수 있다. 다양한 구조물에 적용을 위하여 센서 어레이(SFA)는 다양한 형태로 만들어질 수 있다.
도 6는 본 발명에 따른 제조 방법에 의하여 제조된 서로 다른 외형을 가지는 센서 어레이의 실시 예를 도시한 것이다.
도 6의 (가)를 참조하면, 센서 어레이(SFA)는 테이프 형태로 만들어질 수 있고, 보관 박스(61)에 보관될 수 있다. 그리고 센서 유닛(40)이 베이스 케이블에 적절한 간격으로 배치될 수 있다. 사용 과정에서 센서 어레이(SFA)를 필요한 길이만큼 인출하여 구조물에 배치할 수 있다. 도 6의 (나)를 참조하면, 센서 어레이는 선형으로 연장되는 스트립 형상으로 만들어질 수 있다. 그리고 다수 개의 센서 유닛(10)이 스트립에 배치될 수 있다. 하나의 센서 어레이는 일정 길이로 만들어질 수 있고, 필요한 경우 센서 어레이가 절단되거나 서로 연결되어 구조물에 배치될 수 있다.
센서 어레이는 다양한 형상으로 만들어질 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 센서 어레이는 터널의 내공 변위 측정, H빔 구조물, EL빔 구조물 또는 철도 궤도와 같은 다양한 구조물 또는 시설에 선형, 이차원 또는 삼차원 형태로 배치되어 원하는 구조물의 거동 측이 가능하다. 본 발명에 따른 경사계는 다단식 경사계(IPI)로 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 센서 어레이는 센서의 방향성 확인이 간단하고, 휴대 편의성을 가지면서 적용 구조물에 따라 다양한 종류로 만들어질 수 있다. 또한 본 발명에 따른 센서 어레이는 센서 ID 관리 및 데이터 로깅이 간단하고, 유지 및 보수비용이 감소되도록 하면서 적용 환경에 따라 다양한 사양으로 만들어질 수 있다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10: 센서 유닛 11: 1 보호 덮개
12: 2 보호 덮개 13: 회로 기판
14a: 14b: 고정 수단 21: 배치 홈
22: 프로세서 24: 밀폐 환
31: 탐지 대상 40: 센서 유닛
41: 회로 기판 42: 프로세서
44: 작동 개시 유닛 45: 보호 덮개
47: 와이어 고정 유닛 52: 고정 부재
55: 빔 61: 보관 박스
211: 관통 홀 231: 탐지 센서
232: 통신 소자 431: 탐지 센서
432: 통신 소자 461, 462: 체결 홀
511 내지 514: 체결 부품 531: 경사 연결 부재
BL: 교각 CA: 베이스 케이블
HB: 수평 빔 R: 체결 수단
RA: 철도 레일 RH1, RH2: 체결 홀
SC: 비계 SFA: 센서 어레이
SS 경사지 TU: 수송관
VB: 수직 빔 W: 전도성 와이어

Claims (7)

  1. 유연성 스트립 형상으로 전도성 와이어가 내장된 베이스 케이블(CA);
    베이스 케이블(CA)에 형성된 적어도 하나의 배치 홈(21); 및
    상기 전도성 와이어(W)에 전기적으로 연결되도록 배치되는 센서 유닛(10)을 포함하고,
    상기 센서 유닛(10)은 보호 덮개(11, 12)에 의하여 베이스 케이블(CA)에 고정되는 것을 특징으로 하는 유연성 스트립 구조의 센서 어레이.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 센서 유닛(10)의 내부에 전도성 와이어(W)의 고정을 위한 와이어 고정 수단(14a, 14b)가 배치되는 것을 특징으로 하는 유연성 스트립 구조의 센서 어레이.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 보호 덮개(11, 12)에 베이스 케이블(CA)에 형성된 관통 홀(211)과 연결되는 체결 홀(RH1, RH2)이 형성되는 것을 특징으로 하는 유연성 스트립 구조의 센서 어레이.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 보호 덮개(11, 12)는 회로 기판(13)이 고정되는 1 보호 덮개(11) 및 1 보호 덮개(11)와 결합되는 2 보호 덮개(12)로 이루어지고, 1, 2 보호 덮개(11, 12)는 밀폐 환(24)에 의하여 밀폐되는 것을 특징으로 하는 유연성 스트립 구조의 센서 어레이.
  5. 내부에 전도성 와이어가 길이 방향으로 배치된 유연성 베이스 케이블(CA)을 준비하는 단계;
    상기 베이스 케이블에 길이 방향을 따라 배치 홈(21)을 형성하는 단계;
    적어도 하나의 센서(231) 및 프로세서(22)가 배치된 회로 기판(13)을 준비하는 단계;
    회로 기판(13)을 1 보호 덮개(11)에 부착시키는 단계;
    1 보호 덮개(11)를 배치 홈(21)에 결합시키고, 1 보호 덮개(11)에 결합되는 2 보호 덮개(12)로 1 보호 덮개(11)를 베이스 케이블(CA)에 고정시키는 단계; 및
    고정 수단(R)으로 1 보호 덮개(11)와 2 보호 덮개(12)를 베이스 케이블(CA)에 고정시키는 단계를 포함하는 유연성 스트립 구조의 센서 어레이의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 배치 홈(21)은 베이스 케이블(CA)의 길이 방향으로 서로 이격된 다수 개가 되고, 각각의 배치 홈(21)에 회로 기판(13)이 배치되는 것을 특징으로 하는 유연성 스트립 구조의 센서 어레이의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 베이스 케이블(CA)은 실리콘 또는 유연성 합성수지 소재가 되는 것을 특징으로 하는 유연성 스트립 구조의 센서 어레이 제조방법.
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