KR20180101038A - 3차원 스트레인 센서 및 이의 제조방법 - Google Patents

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KR20180101038A
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울산과학기술원
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Abstract

본 발명에 따른 3차원 스트레인 센서는, 2개의 전극만을 이용하여 3축 방향에 대한 변위를 모두 측정할 수 있으므로, 구조가 간단하면서도 제조가 용이하고, 비용이 절감될 수 있는 이점이 있다.

Description

3차원 스트레인 센서 및 이의 제조방법{3-dimensional strain sensor and manufacturing method of the same}
본 발명은 3차원 스트레인 센서 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2개의 전극을 이용하여 x,y,z축 방향 스트레인을 모두 측정할 수 있는 3차원 스트레인 센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 스트레인 게이지나 스트레인 센서는 기계적인 미세한 변화(Strain)를 전기신호로 변환하여 검출하는 센서이다. 상기 스트레인 게이지는 기계나 구조물의 표면에 접착 혹은 삽입하여, 표면이나 내부의 미세한 치수의 변화를 측정하여, 구조물의 강도나 안전성을 확인하기 위한 응력을 알 수 있다. 금속선 또는 금속박막으로 이루어진 일반형 스트레인 게이지의 경우, 습도에 민감하고 신호 강도가 낮은 단점이 있다. 반도체 물질의 피에조 저항효과를 이용한 반도체형 스트레인 게이지의 경우, 온도에 민감하여 구동가능한 온도범위가 매우 좁은 문제점이 있다.
최근에는, 비전도성 고분자와 전도성 물질을 포함하는 복합체로 이루어진 스트레인 센서를 제조하는 기술에 대한 관심이 증대되고 있다.
그러나, 3축 방향에 대한 스트레인을 측정하기 위해서는 센서 전체에 탄소섬유 소재가 포함되어야 할 뿐만 아니라 많은 수의 전극을 설치해야 하는 문제점이 있다.
10-1466057
본 발명의 목적은, 구조가 간단하고 제조가 용이하면서도 3축 방향 스트레인을 측정할 수 있는 3차원 스트레인 센서 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 3차원 스트레인 센서는, xy평면상에 위치하고, 제1전도성 물질이 제1비전도성 물질에 함침되어 형성된 제1전도성 시트와; 상기 제1전도성 시트 상에 배치되고, x축 방향으로 길게 연장되도록 배치된 전도성 섬유 토우를 포함하는 전극 라인과; 상기 전극 라인들의 상면을 덮도록 상기 제1전도성 시트 상에 적층되고, 제2전도성 물질이 제2비전도성 물질에 함침되어 형성된 제2전도성 시트와; 상기 전극 라인의 일단에 연결된 제1전극과; 상기 전극 라인의 타단에 연결된 제2전극을 포함하고, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 저항 변화를 측정하여, x,y,z축 방향에 대한 측정한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스트레인 센서는, xy평면상에 위치하고, 탄소나노튜브가 탄성 폴리머에 함침되어 형성된 제1전도성 시트와; 상기 제1전도성 시트 상에 배치되고, 상기 탄성 폴리머에 함침된 탄소섬유 토우가 x축 방향으로 길게 이어지도록 배치되어 형성된 전극 라인과; 상기 제1전도성 시트와 상기 전극 라인들의 상면을 덮도록 적층되고, 상기 탄소나노튜브가 상기 탄성 폴리머에 함침되어 형성된 제2전도성 시트와; 상기 전극 라인의 일단에 연결된 제1전극과; 상기 전극 라인의 타단에 연결된 제2전극을 포함하고, 상기 x축 방향으로 인장 변형이 인가되면, 상기 전도성 섬유 토우가 신장되면서 발생하는 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 저항 변화를 측정하여 상기 x축 방향 변위를 측정하고, 상기 y축 방향으로 인장 변형이 인가되면, 상기 전도성 섬유 토우가 상기 y축 방향으로 변형되면서 전기적 네트워크를 변화시켜 발생하는 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 저항 변화를 측정하여 상기 y축 방향 변위를 측정하며, 상기 z축 방향으로 압축 변형이 인가되면, 상기 제1전도성 시트와 상기 제2전도성 시트가 압축되면서 전기적 네트워크를 변화시켜 발생하는 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 저항 변화를 측정하여 상기 z축 방향 변위를 측정한다.
본 발명에 따른 3차원 스트레인 센서의 제조방법은, 탄성 폴리머에 탄소나노튜브를 함침하여 2개의 제1,2전도성 시트를 형성하는 단계와; 탄소섬유 토우가 x축 방향으로 길게 배치하여, 탄성 폴리머에 함침하여, x축 방향 길이는 상기 제1,2전도성 시트의 x축 방향 길이 이상이고, y축 방향 폭은 상기 제1,2전도성 시트의 y축 방향 폭보다 짧은 전극 라인을 형성하는 단계와; 상기 전극 라인의 양단에 제1전극과 제2전극을 각각 연결하는 단계와; 상기 제1전도성 시트, 상기 전극 라인 및 상기 제2전도성 시트를 z축 방향으로 적층하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 3차원 스트레인 센서는, 2개의 전극만을 이용하여 3축 방향에 대한 변위를 모두 측정할 수 있으므로, 구조가 간단하면서도 제조가 용이하고, 비용이 절감될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스트레인 센서를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 3차원 스트레인 센서의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스트레인 센서의 x축 방향 인장 변형에 따른 저항 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스트레인 센서의 y축 방향 인장 변형에 따른 저항 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스트레인 센서의 z축 방향 압축 응력에 따른 저항 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면, 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스트레인 센서를 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 3차원 스트레인 센서의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스트레인 센서는, 제1전도성 시트(11), 제2전도성 시트(12), 전극 라인(20), 제1전극(21) 및 제2전극(22)을 포함한다.
상기 제1전도성 시트(11)는, xy평면 상에 위치하고, 제1전도성 물질이 제1비전도성 물질에 함침되어 형성된다. 상기 제1전도성 시트(11)는 평평한 시트나 필름 형상으로 형성된다.
본 실시예에서는, 상기 제1전도성 시트(11)는 xy평면 상에 위치하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 yz평면이나 zx평면 상에 위치하는 것도 물론 가능하고, 후술하는 전극 라인(20)이 상기 제1전도성 시트(11) 상에서 일 방향으로 길게 배치되면 된다.
상기 제1전도성 시트(11)의 두께는 활용에 따라 다양한 두께로 설정 될 수 있으며, 본 실시예에서는 1mm인 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 제1전도성 물질은, 탄소나노튜브, 그래핀 및 탄소섬유 중 적어도 하나를 포함한다. 본 실시예에서는, 상기 제1전도성 물질은 탄소나노튜브인 것으로 예를 들어 설명하나, 분쇄된 탄소섬유를 사용하는 것도 가능하다. 상기 탄소나노튜브의 중량비는 0.5wt.%이다.
상기 제1비전도성 물질은, 탄성 폴리머를 사용하며, 본 실시예에서는 에코 플렉스(Ecoflex)를 사용한 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 제2전도성 시트(12)는, 상기 제1전도성 시트(11)와 평행하도록 상기 xy평면 상에 위치하고, 제2전도성 물질이 제2비전도성 물질에 함침되어 형성된다. 상기 제2전도성 시트(12)는 평평한 시트나 필름 형상으로 형성된다.
상기 제2전도성 시트(12)의 두께는 활용에 따라 다양한 두께로 설정 될 수 있으며, 본 실시예에서는 상기 제1전도성 시트(11)의 두께와 동일한 두께인 1mm인 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 제2전도성 물질은, 탄소나노튜브, 그래핀 및 탄소섬유 중 적어도 하나를 포함한다. 본 실시예에서는, 상기 제2전도성 물질은 탄소나노튜브인 것으로 예를 들어 설명하나, 분쇄된 탄소섬유를 사용하는 것도 가능하다. 상기 탄소나노튜브의 중량비는 0.5wt.%이다.
상기 제2비전도성 물질은, 탄성 폴리머를 사용하며, 본 실시예에서는 에코 플렉스(Ecoflex)를 사용한 것으로 예를 들어 설명한다.
본 실시예에서는, 상기 제1전도성 시트(11)와 상기 제2전도성 시트(12)가 사이즈나 재료 등이 모두 동일한 시트인 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 서로 다른 것이 사용되는 것도 가능하다. 또한, 상기 제1전도성 물질과 상기 제2전도성 물질은 동일한 것이 사용되고, 상기 제2비전도성 물질과 상기 제2비전도성 물질은 동일한 것으로 설명하나, 이에 한정되지 않고 서로 다른 것이 사용될 수 있다.
상기 전극 라인(20)은, 상기 제1전도성 시트(11)와 상기 제2전도성 시트(12)사이에 배치된다.
상기 전극 라인(20)은, 전도성 섬유 토우(tow)가 각각 x축 방향으로 길게 배치되어 형성된다. 여기서, 상기 전도성 섬유 토우는, 상기 복수의 섬유 필라멘트들이 3000가닥 뭉친 번들이며, 3k 탄소섬유 토우라고도 한다. 상기 섬유 필라멘트들의 직경은 약 50마이크로미터이다. 본 실시예에서는, 하나의 전도성 섬유 토우가 사용된 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 복수의 전도성 섬유 토우들을 사용하는 것도 물론 가능하다. 또한 3k 탄소섬유 토우 이외에도 5k, 10k, 12k 탄소섬유 토우 등 복수의 필라멘트들이 합쳐진 토우라면 어느 것이나 사용할 수 있다.
상기 전극 라인(20)은, 상기 전도성 섬유 토우가 제3비전도성 물질에 함침되어 일체로 형성된다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 전극 라인(20)은, 전도성 섬유 토우만으로 이루어진 후, 상기 제1,2전도성 시트(11)(12)사이에 삽입된 후 가압 가열되어 상기 제1,2전도성 시트(11)(12)의 탄성 폴리머에 함침되는 것도 가능하다.
상기 전도성 섬유 토우의 길이는 상기 제1전도성 시트(11)의 x축 방향 길이와 동일하거나 길게 형성된다. 다만, 이에 한정되지 않고, 전도성 섬유 토우가 상기 x축 방향으로 길게 일렬로 연결되는 것도 물론 가능하다.
상기 전극 라인(20)의 y축 방향 폭은, 상기 제1전도성 시트(11)의 y축 방향 폭보다 짧게 형성된다.
상기 제3비전도성 물질은, 탄성 폴리머를 사용한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 제3비전도성 물질은 상기 제1,2비전도성 물질과 다른 물질이 사용되는 것도 물론 가능하다.
상기 전극 라인(20)의 일단에는 상기 제1전극(21)이 연결되고, 타단에는 상기 제2전극(22)이 연결된다.
상기 실시예에서는, 상기 x축과 상기 y축은 서로 직교한 것으로 예를 들어 설명하며, 다만 이에 한정되지 않고 상기 x축과 상기 y축은 서로 소정 각도로 교차할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 2개의 제1,2전도성 시트(11)(12)사이에 상기 전극 라인(20)이 삽입되어 적층된 구조인 것으로 예를 들어 설명하였다.
다만, 이에 한정되지 않고, 전극 라인이 하나의 전도성 시트의 내부를 관통하고, 복수의 서브 전극 라인들을 포함하는 것도 가능하다. 상기 전도성 시트의 외부로 노출된 상기 전극 라인의 양단에 각각 제1,2전극이 연결될 수 있다. 상기 서브 전극 라인들은, 제1방향인 상기 x축 방향으로 길게 연장되도록 배치되며, 상기 제1방향과 교차하는 제2방향인 y축 방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다. 따라서, 상기 제1전극과 제2전극 사이의 저항 변화를 측정하여, 상기 제1방향, 제2방향 및 상기 제1방향과 상기 제2방향에 각각 교차하는 제3방향에 대한 상기 전도성 시트의 변위를 측정할 수 있다.
상기와 같이 구성된 3차원 스트레인 센서의 제조방법을 설명하면, 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 상기 탄소나노튜브를 분산된 상기 탄성 폴리머를 이용하여 상기 제1,2전도성 시트(11)(12)를 형성한다.
또한, 탄소섬유 토우를 x축 방향으로 길게 배치하여, 탄성 폴리머에 함침하여 상기 전극 라인(20)을 형성한다.
이후, 상기 제1전도성 시트(11)와 상기 제2전도성 시트(12)사이에 상기 전극 라인(20)을 배치한다. 즉, 상기 제1전도성 시트(11), 상기 전극 라인(20) 및 상기 제2전도성 시트(12)를 z축 방향으로 차례로 적층한다.
상기 전극 라인(20)의 양단에 상기 제1전극(21)과 제2전극(22)을 각각 연결한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 전극 라인(20)을 형성하는 단계에서 상기 제1,2전극(21)(22)을 미리 연결할 수 있다.
상기와 같이 제조된 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스트레인 센서의 측정방법은 다음과 같다.
상기 x축 방향으로 인장 변형이 인가되면, 상기 전극 라인(20)의 전도성 섬유 토우가 섬유의 길이방향으로 신장되면서 상기 제1전극(21)과 상기 제2전극(22)사이의 저항 변화가 발생된다.
따라서, 상기 제1전극(21)과 상기 제2전극(22)사이의 저항 변화를 측정하여, 상기 x축 방향 변위를 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스트레인 센서의 x축 방향 인장 변형에 따른 저항 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 상기 x축 방향으로 인장 변형이 인가되면, 상기 제1,2전극(21)(22)사이의 저항이 증가하는 것을 알 수 있다.
한편, 상기 y축 방향으로 인장 변형이 인가되면, 상기 전도성 섬유 토우가 상기 y축 방향으로 변형되면서 전기적 네트워크를 변화시킨다. 상기 전도성 섬유 토우가 상기 y축 방향으로 변형되는 것을 화이버 디스오더(fiber disorder)라고 한다.
따라서, 상기 제1전극(21)과 상기 제2전극(22)사이의 저항 변화가 발생하므로, 이를 측정하여 상기 y축 방향 변위를 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스트레인 센서의 y축 방향 인장 변형에 따른 저항 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 상기 y축 방향으로 인장 변형이 인가되면, 상기 제1,2전극(21)(22)사이의 저항이 증가하는 것을 알 수 있다.
여기서, 상기 x축 방향으로 인장 변형시 발생하는 저항 변화와 상기 y축 방향으로 인장 변형시 발생하는 저항 변화의 차이가 매우 크기 때문에, 상기 제1,2전극(21)(22)사이의 저항 변화의 범위에 따라 상기 x축 방향 변위와 상기 y축 방향 변위를 구분할 수 있다.
한편, 상기 z축 방향으로 압축 변형이 인가되면, 상기 제1전도성 시트(11)와 상기 제2전도성 시트(12)가 압축 변형되면서 전기적 네트워크가 변하게 된다. 따라서, 상기 제1전극(21)과 상기 제2전극(22)사이의 저항 변화가 발생하며, 이를 측정하여 상기 z축 방향 변위를 측정할 수 있다.
이 때, 상기 z축 방향으로 압축 변형이 인가되면, 상기 제1전극(21)과 상기 제2전극(22)사이의 저항은 감소한다. 상기 z축 방향으로 압축 변형이 발생되면, 상기 제1,2전도성 시트(11)(12)내의 탄소나노튜브들이 밀집되면서 전기적 네트워크 연결이 보다 잘 이루어지기 때문에 저항이 감소할 수 있다.
따라서, 상기 저항 감소를 측정하면, 상기 z축 방향 변위를 상기 x축 방향 변위나 상기 y축 방향 변위와 구분할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스트레인 센서의 z축 방향 압축 응력에 따른 저항 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 상기 z축 방향 압축 응력 발생시, 상기 저항 변화가 감소하는 것을 알 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에서는, 2개의 상기 제1,2전극(21)(22)만을 이용하여, 3축 방향인 상기 x,y,z축 방향의 변위를 모두 측정할 수 있다.
따라서, 구조가 간단하고 제조가 용이하며 비용이 절감될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
11: 제1전도성 시트 12: 제2전도성 시트
20: 전극 라인 21: 제1전극
22: 제2전극

Claims (13)

  1. xy평면상에 위치하고, 제1전도성 물질이 제1비전도성 물질에 함침되어 형성된 제1전도성 시트와;
    상기 제1전도성 시트 상에 배치되고, x축 방향으로 길게 연장되도록 배치된 전도성 섬유 토우를 포함하는 전극 라인과;
    상기 전극 라인들의 상면을 덮도록 상기 제1전도성 시트 상에 적층되고, 제2전도성 물질이 제2비전도성 물질에 함침되어 형성된 제2전도성 시트와;
    상기 전극 라인의 일단에 연결된 제1전극과;
    상기 전극 라인의 타단에 연결된 제2전극을 포함하고,
    상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 저항 변화를 측정하여, x,y,z축 방향에 대한 측정하는 3차원 스트레인 센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 x축 방향으로 인장 변형이 인가되면, 상기 전도성 섬유 토우가 신장되면서 발생하는 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 저항 변화를 측정하여 상기 x축 방향 변위를 측정하는 3차원 스트레인 센서.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 y축 방향으로 인장 변형이 인가되면, 상기 전도성 섬유 토우가 상기 y축 방향으로 변형되면서 전기적 네트워크를 변화시켜 발생하는 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 저항 변화를 측정하여 상기 y축 방향 변위를 측정하는 3차원 스트레인 센서.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 z축 방향으로 압축 변형이 인가되면, 상기 제1전도성 시트와 상기 제2전도성 시트가 압축되면서 전기적 네트워크를 변화시켜 발생하는 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 저항 변화를 측정하여 상기 z축 방향 변위를 측정하는 3차원 스트레인 센서.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전도성 섬유 토우는, 복수의 탄소섬유 필라멘트들이 뭉쳐진 3k carbon fiber tow이며,
    상기 전극 라인은, 상기 전도성 섬유 토우가 제3비전도성 물질에 함침되어 형성된 3차원 스트레인 센서.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전도성 섬유 토우는, 탄소섬유 토우를 포함하는 3차원 스트레인 센서.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제3비전도성 물질은, 탄성 폴리머를 포함하는 3차원 스트레인 센서.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 라인의 y방향 폭은, 상기 제1전도성 시트의 y방향 폭보다 짧게 형성된 3차원 스트레인 센서.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1,2전도성 물질은, 탄소나노튜브, 그래핀 및 탄소섬유 중 적어도 하나를 포함하는 3차원 스트레인 센서.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1,2비전도성 물질은, 탄성 폴리머를 포함하는 3차원 스트레인 센서.
  11. xy평면상에 위치하고, 탄소나노튜브가 탄성 폴리머에 함침되어 형성된 제1전도성 시트와;
    상기 제1전도성 시트 상에 배치되고, 상기 탄성 폴리머에 함침된 탄소섬유 토우가 x축 방향으로 길게 이어지도록 배치되어 형성된 전극 라인과;
    상기 제1전도성 시트와 상기 전극 라인들의 상면을 덮도록 적층되고, 상기 탄소나노튜브가 상기 탄성 폴리머에 함침되어 형성된 제2전도성 시트와;
    상기 전극 라인의 일단에 연결된 제1전극과;
    상기 전극 라인의 타단에 연결된 제2전극을 포함하고,
    상기 x축 방향으로 인장 변형이 인가되면, 상기 전도성 섬유 토우가 신장되면서 발생하는 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 저항 변화를 측정하여 상기 x축 방향 변위를 측정하고,
    상기 y축 방향으로 인장 변형이 인가되면, 상기 전도성 섬유 토우가 상기 y축 방향으로 변형되면서 전기적 네트워크를 변화시켜 발생하는 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 저항 변화를 측정하여 상기 y축 방향 변위를 측정하며,
    상기 z축 방향으로 압축 변형이 인가되면, 상기 제1전도성 시트와 상기 제2전도성 시트가 압축되면서 전기적 네트워크를 변화시켜 발생하는 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 저항 변화를 측정하여 상기 z축 방향 변위를 측정하는 3차원 스트레인 센서.
  12. 전도성 물질들이 비전도성 물질에 혼합되되, 상기 전도성 물질들이 서로 전기적 네트워크를 형성하는 전도성 시트;
    상기 전도성 시트의 내부를 관통하되, 전도성 물질로 형성되며, 제1방향으로는 길게 연장되도록 배치되어 있는 서브 전극 라인들을 포함하는 전극 라인;
    상기 전도성 시트의 외부로 노출된 상기 전극 라인의 일단에 연결된 제1전극;
    상기 전도성 시트의 외부로 노출된 상기 전극 라인의 타 단에 연결된 제2전극을 포함하고,
    상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 저항 변화를 측정하여, 상기 제1방향, 상기 제2방향, 및 상기 제1방향과 상기 제2방향에 각각 교차하는 제3방향에 대한 상기 전도성 시트의 변위를 측정하는 3차원 스트레인 센서.
  13. 탄성 폴리머에 탄소나노튜브를 함침하여 2개의 제1,2전도성 시트를 형성하는 단계와;
    탄소섬유 토우가 x축 방향으로 길게 배치하여, 탄성 폴리머에 함침하여, x축 방향 길이는 상기 제1,2전도성 시트의 x축 방향 길이 이상이고, y축 방향 폭은 상기 제1,2전도성 시트의 y축 방향 폭보다 짧은 전극 라인을 형성하는 단계와;
    상기 전극 라인의 양단에 제1전극과 제2전극을 각각 연결하는 단계와;
    상기 제1전도성 시트, 상기 전극 라인 및 상기 제2전도성 시트를 z축 방향으로 적층하는 단계를 포함하는 3차원 스트레인 센서의 제조방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102104879B1 (ko) * 2018-11-23 2020-04-27 울산과학기술원 3차원 스트레인 센서 및 이의 제조방법
KR20200051297A (ko) * 2018-11-05 2020-05-13 울산과학기술원 비전도성 복합재의 토우 스케일 센서 및 이를 이용한 손상 감지 방법
WO2021075648A1 (ko) * 2019-10-18 2021-04-22 한국과학기술원 코어-쉘 구조의 섬유형 변형률 센서 및 그 제조방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102087840B1 (ko) 2019-02-07 2020-03-11 고려대학교 산학협력단 스트레인 센서 및 이의 제조 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101466057B1 (ko) 2013-03-26 2014-11-28 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치, 이를 이용한 재활훈련장치, 이를 이용한 로봇용 핑거 팁 및 이에 의한 전단 변형량 측정방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101466057B1 (ko) 2013-03-26 2014-11-28 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치, 이를 이용한 재활훈련장치, 이를 이용한 로봇용 핑거 팁 및 이에 의한 전단 변형량 측정방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200051297A (ko) * 2018-11-05 2020-05-13 울산과학기술원 비전도성 복합재의 토우 스케일 센서 및 이를 이용한 손상 감지 방법
KR102104879B1 (ko) * 2018-11-23 2020-04-27 울산과학기술원 3차원 스트레인 센서 및 이의 제조방법
WO2021075648A1 (ko) * 2019-10-18 2021-04-22 한국과학기술원 코어-쉘 구조의 섬유형 변형률 센서 및 그 제조방법
CN113015883A (zh) * 2019-10-18 2021-06-22 韩国科学技术院 芯-鞘结构的纤维型变形率传感器及其制造方法
US11280688B2 (en) 2019-10-18 2022-03-22 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Core-shell structured fiber type strain sensor and method of manufacturing the same

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