KR20190030063A - The highly sensitive stretchable strain sensor utilizing a fine fibrous membrane and a conducting polymer crack structure and the fabrication method of that - Google Patents

The highly sensitive stretchable strain sensor utilizing a fine fibrous membrane and a conducting polymer crack structure and the fabrication method of that Download PDF

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KR20190030063A
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Abstract

The present invention relates to a highly sensitive stretchable stain measurement sensor utilizing a crack structure of a micro fibrous membrane and a fabrication method thereof, wherein a strain measurement fiber is provided with a conductive layer formed to change resistance by generating a crack in accordance with extension of a length of a micro fiber while being formed on an external surface of a stretchable micro fiber and the micro fiber. According of the present invention, in the highly sensitive stretchable stain measurement sensor utilizing a crack structure of a micro fibrous membrane and the fabrication method thereof, high sensitivity and high stretchable ability are provided to accurately measure a large measurement range, and can be simply manufactured to reduce manufacturing costs.

Description

마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 신축성 고민감도 변형률 측정 센서 및 그 제조방법{THE HIGHLY SENSITIVE STRETCHABLE STRAIN SENSOR UTILIZING A FINE FIBROUS MEMBRANE AND A CONDUCTING POLYMER CRACK STRUCTURE AND THE FABRICATION METHOD OF THAT}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a sensor for measuring a strain in a strain sensitive microsensor using a microstructure,

본 발명은 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 신축성 고민감도 변형률 측정 센서 및 그 제조방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 변형률 측정센서의 길이가 신장됨에 따라 저항변화가 발생하여 변형률을 역으로 추적할 수 있는 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 신축성 고민감도 변형률 측정 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor for measuring elastic modulus of elasticity using a crack structure on the surface of microfibers and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a sensor for measuring strain, The present invention relates to a sensor for measuring a strain of a strain sensitive microsensitivity using a crack structure of a microfibre surface and a manufacturing method thereof.

변형율 측정센서는 다양한 종류가 개발되어 있다. 대표적으로 스트레인 게이지, 광섬유 센서 등이 개발되어 상업적으로 널리 사용되고 있다. 한편, 새로운 기술의 개발, 예컨대 착용가능한 전자기기, 디스플레이, 네트워크 통신기기, 휴대용 전자기기 등의 개발로 이와 관련된 인간의 움직임 검출에 대한 요구가 높아지고 있다.Various types of strain measuring sensors have been developed. Typically, strain gauges and optical fiber sensors have been developed and widely used commercially. On the other hand, the development of new technologies, such as wearable electronic devices, displays, network communication devices, portable electronic devices, etc., are increasingly demanded for human motion detection.

그러나 대한민국 공개특허 제 2013-0084832 호(2013. 7. 26. 공개) 등에 나타난 스트레인 게이지 및 광섬유 센서와 같은 변형율 센서는 인간의 움직임을 감지하기에 측정범위가 작고, 측정범위와 민감도를 모두 높일 수 없으며, 구조가 복잡하여 사람이 착용하기에는 많은 문제점이 있고, 제조비용이 비싸다는 단점이 있었다.However, strain rate sensors, such as strain gauges and optical fiber sensors, as disclosed in Korean Laid-Open Patent Application No. 2013-0084832 (published on March 26, 2013), have a small measuring range for detecting human motion and can increase both the measuring range and the sensitivity There is a disadvantage in that there are many problems to be worn by a person due to the complicated structure and the manufacturing cost is high.

대한민국 공개특허 제 2013-0084832 호(2013. 7. 26. 공개)Korean Patent Publication No. 2013-0084832 (disclosed on March 26, 2013)

본 발명은 종래의 변형률 측정센서의 문제점을 개선할 수 있도록 고 민감도, 고 신축성의 성질을 가지며, 저렴하고 빠르게 생산할 수 있는 변형률 측정센서를 제공하는 것에 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a strain measuring sensor capable of producing high sensitivity and high elasticity and capable of producing inexpensively and quickly so as to improve the problems of a conventional strain measuring sensor.

상기 과제의 해결 수단으로서, 신축성 마이크로 파이버 및 마이크로 파이버의 외면에 형성되며, 마이크로 파이버의 길이가 신장됨에 따라 크랙이 발생하여 저항이 변화하도록 구성된 전도성 층을 포함하여 구성되는 변형률 측정 파이버를 포함하는 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 변형률 측정센서가 제공될 수 있다.As a means for solving the above problems, there is a microfibre and a microfibre, which are formed on the outer surface of the microfibers, and include a conductive layer which is configured such that cracks are generated as the length of the microfibers is increased, A strain measuring sensor using a crack structure of the fiber surface can be provided.

여기서, 전도성 층은 전도성 폴리머이며, 길이가 신장됨에 따라 복수의 크랙의 폭이 넓어져 저항값이 달라지도록 구성될 수 있다.Here, the conductive layer is a conductive polymer and can be configured such that the width of a plurality of cracks increases as the length is increased, thereby changing the resistance value.

한편, 변형률 측정 파이버는 복수로 구성되며, 복수의 변형률 측정 파이버는 길이가 신장됨에 따라 합성저항 값의 변화가 측정될 수 있도록 각각의 복수의 변형률 측정 파이버의 양단을 각각 전기적으로 연결하는 커넥터를 포함하여 구성될 수 있다.The plurality of strain measuring fibers include a plurality of strain measuring fibers each having a connector for electrically connecting both ends of each of the plurality of strain measuring fibers so that a change in the composite resistance value can be measured as the length is elongated .

그리고, 복수의 변형률 측정 파이버는 평판형으로 배열되며, 커넥터간의 거리가 늘어남에 따라 변화되는 복수의 변형률 측정 파이버의 합성저항값이 측정될 수 있도록 커넥터는 길이방향 양단에 구비될 수 있다.The plurality of strain measuring fibers are arranged in a flat plate shape, and the connector can be provided at both ends in the longitudinal direction so that the composite resistance value of the plurality of strain measuring fibers that change as the distance between the connectors increases.

또한, 복수의 변형률 측정 파이버는 커넥터 사이에 균일한 방향으로 배치될 수 있다.Further, the plurality of strain measuring fibers can be arranged in a uniform direction between the connectors.

그리고, 신축성 마이크로 파이버는 전기방사로 제조될 수 있다.And, the stretchable microfibers can be produced by electrospinning.

한편, 전도성 층은 전도성 폴리머로 구성될 수 있다.On the other hand, the conductive layer may be composed of a conductive polymer.

그리고 전도성 층은 폴리아닐린(polyaniline)으로 구성될 수 있다. And the conductive layer may be composed of polyaniline.

추가로, 신축성 마이크로 파이버를 생성하는 단계, 마이크로 파이버 표면에 전도성 층을 생성시켜 변형률 측정 파이버를 생성시키는 단계, 변형률 측정 파이버의 양단에 전기적으로 외부와 연결될 수 있도록 구성되는 커넥터를 생성시키는 단계 및 변형률 측정 파이버를 측정범위 내에서 신장시켜 전도성 층에 크랙을 발생시키는 크랙생성단계를 포함하는 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 변형률 측정센서 제조방법이 제공될 수 있다.The method may further comprise the steps of creating a stretchable microfibre, creating a conductive layer on the microfibre surface to create a strain measuring fiber, creating a connector that is electrically connectable to the outside at both ends of the strain measuring fiber, There is provided a method of manufacturing a strain measuring sensor using a crack structure on a microfibre surface including a crack generating step of stretching a measurement fiber within a measurement range to generate a crack in the conductive layer.

여기서, 마이크로 파이버를 생성하는 단계는 복수의 마이크로 파이버를 생성하며, 변형률 측정 파이버를 생성시키는 단계는 복수의 마이크로 파이버 표면 각각에 전도성 층을 생성시키며, 커넥터를 생성시키는 단계는 변형률 측정 파이버의 각 양단을 연결시켜 생성시킬 수 있다.Wherein generating the microfibers comprises generating a plurality of microfibers wherein generating the strain measuring fibers creates a conductive layer on each of the plurality of microfibre surfaces, As shown in FIG.

한편, 복수의 마이크로 파이버의 생성시 균일한 방향으로 생성시킬 수 있다. On the other hand, when a plurality of microfibers are generated, they can be generated in a uniform direction.

그리고, 마이크로 파이버를 생성하는 단계는 평행한 전극판을 이용한 전기방사로 수행될 수 있다.And, the step of generating the microfibers can be performed by electrospinning using a parallel electrode plate.

또한, 마이크로 파이버는 폴리우레탄을 전기방사하여 수행되며, 변형률 측정 파이버를 생성시키는 단계는 전도성 층을 자가 형성으로 생성될 수 있다.Further, the microfibers are performed by electrospunning polyurethane, and the step of generating the strain measuring fibers can be made by self-forming of the conductive layer.

한편, 변형률 측정 파이버를 생성시키는 단계는 전도성 층을 dilute polymerization으로 생성시킬 수 있다.On the other hand, the step of creating a strain measuring fiber can produce dilute polymerization of the conductive layer.

본 발명에 따른 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 신축성 고민감도 변형률 측정 센서 및 그 제조방법은 고 민감도, 고 신축성의 성질을 가지므로 매우 큰 측정범위와 정밀한 측정이 가능하며, 간단하게 생산할 수 있어 제작비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.Since the sensor of the present invention has high sensitivity and high elasticity, it can produce a very large measuring range and precise measurement, and can be manufactured easily. The cost can be reduced.

도 1은 본 발명에 따른 변형률 측정센서가 나타난 도면이다.
도 2는 변형률 측정 파이버를 확대하여 촬영한 SEM 이미지 이다.
도 3은 변형률 측정 파이버의 개념을 나타낸 도면이다.
도 4는 변형률 측정 센서의 일부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 센서의 변화률에 따른 저항변화가 나타난 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예인 변형률 측정센서의 일부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에 나타난 센서의 변화률에 따른 저항변화가 나타난 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 다른 실시예인 변형률 측정센서 제조방법의 순서도이다.
도 9는 변형률 측정센서 제조방법의 개념도이다.1 is a view showing a strain measuring sensor according to the present invention.
Fig. 2 is an SEM image obtained by enlarging the strain measuring fiber.
3 is a view showing a concept of a strain measuring fiber.
4 is an enlarged view of a portion of the strain measuring sensor.
5 is a graph showing a change in resistance according to a change rate of a sensor according to the present invention.
6 is an enlarged view of a portion of a strain measuring sensor according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a change in resistance according to the change rate of the sensor shown in FIG.
8 is a flowchart of a method of manufacturing a strain measuring sensor according to another embodiment of the present invention.
9 is a conceptual diagram of a strain measuring sensor manufacturing method.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 신축성 고민감도 변형률 측정 센서 및 그 제조방법에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a sensor for measuring elastic modulus of strain sensitivity using a crack structure on the surface of micro fibers according to an embodiment of the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the embodiments, the names of the respective components may be referred to as other names in the art. However, if there is a functional similarity and an equivalence thereof, the modified structure can be regarded as an equivalent structure. In addition, reference numerals added to respective components are described for convenience of explanation. However, the contents of the drawings in the drawings in which these symbols are described do not limit the respective components to the ranges within the drawings. Likewise, even if the embodiment in which the structure on the drawing is partially modified is employed, it can be regarded as an equivalent structure if there is functional similarity and uniformity. Further, in view of the level of ordinary skill in the art, if it is recognized as a component to be included, a description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명에 따른 변형률 측정센서(1)가 나타난 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 변형률 측정센서(1)는 양측간의 길이변화에 따라 신축될 수 있도록 구성되며, 신축시에 발생하는 저항변화를 측정하고 이로부터 변형률을 역추적할 수 있는 정보를 제공할 수 있도록 구성된다.1 is a view showing a strain measuring sensor 1 according to the present invention. As shown in the figure, the strain measuring sensor 1 according to the present invention is constructed so that it can be expanded or contracted according to a change in length between both sides. The strain measuring sensor 1 measures the change in resistance occurring during expansion and contraction, .

변형률 측정센서(1)는 복수의 변형률 측정 파이버(10)와 커넥터(300)를 포함하여 구성된다. 복수의 변형률 측정파이버는 각각 개별적으로 신장이 가능하도록 구성되며, 추천 내지 수백만개가 모여 레이어의 형태를 이루게 된다. 레이어 형태로 구성된 변형률 측정센서(1)는 측정대상에 부착되어 표면의 변형률을 측정할 수 있도록 구성된다. 다만, 이하에서는 변형률 측정센서(1)가 평판형의 형태로 구성된 예를 들어 설명하나, 원기둥형, 사각기둥형 등 다양한 형상으로 변형되어 적용될 수 있다.The strain measuring sensor 1 comprises a plurality of strain measuring fibers 10 and a connector 300. Each of the plurality of strain measuring fibers is configured to be individually stretchable, and a recommendation or millions of pieces are gathered to form a layer. A strain measurement sensor 1 configured in a layer form is configured to be able to measure the strain of the surface attached to the object to be measured. However, in the following description, the strain measuring sensor 1 is described as an example of a plate type, but may be modified into various shapes such as a columnar shape and a square column shape.

도 1 (b)에 나타난 바와 같이 변형률 측정 파이버(10)는 길이가 늘어남에 따라 표면의 전도성 층(200)에 형성된 크랙(400)의 폭이 넓어져 저항값이 커질 수 있도록 구성된다. As shown in FIG. 1 (b), as the length of the strain measuring fiber 10 increases, the width of the crack 400 formed on the conductive layer 200 on the surface increases so that the resistance value can be increased.

변형률 측정 파이버(10)는 마이크로 파이버(100)와 외면에 형성되는 전도성 층(200)을 포함하여 구성될 수 있다.The strain measuring fiber 10 may include a microfibre 100 and a conductive layer 200 formed on an outer surface thereof.

마이크로 파이버(100)는 양단에서 외력이 작용함에 따라 신장될 수 있도록 구성된다. 마이크로 파이버(100)는 신축성 재질로서 낮은 영률(young's modulus)을 갖는 재질로 구성될 수 있다. 또한 마이크로 파이버(100)는 외면에 크랙(400)이 발생하는 경우 후술할 전도성 층(200)의 기능을 확보하기 어려우며, 응력집중구간이 발생되어 반복사용시 파손의 우려가 발생하기 때문에 변형률 측정센서(1)의 측정범위 내, 즉 신장되는 범위 내에서 외면에 크랙(400)이 발생되지 않는 재질로 구성될 수 있다. 마이크로 파이버(100)는 단면이 원형으로 구성될 수 있으며, 그 직경은 10μm 이하로 구성될 수 있다. 마이크로 파이버(100)의 재질은 일 예로 폴리우레탄(PU;polyurethane)으로 구성될 수 있다. The microfibers 100 are configured so that they can be stretched as external forces act on both ends. The microfibers 100 may be made of a material having a low Young's modulus as a stretchable material. Further, when the crack 400 is generated on the outer surface of the microfibre 100, it is difficult to secure the function of the conductive layer 200, which will be described later, 1), that is, within a stretched range, a crack 400 is not generated on the outer surface. The microfibers 100 may have a circular section and may have a diameter of 10 탆 or less. The material of the microfibers 100 may be polyurethane (PU), for example.

전도성 층(200)은 마이크로 파이버(100)가 신장됨에 따라 크랙(400)이 발생하고, 크랙(400)의 폭이 넓어짐에 따라 저항변화를 발생시킬 수 있도록 구성된다. 전도성 층(200)은 마이크로 파이버(100)의 신장시 전체적으로 균일한 변형률로 신장될 수 있도록 마이크로 파이버(100)의 외면에 균일한 두께로 형성된다. 전도성 층(200)은 비탄성 재질로 구성될 수 있으며, 구체적으로 전도성 층(200)은 길이가 신장됨에 따라 전체적으로 복수의 나노크랙(400)이 발생하며, 이러한 나노크랙(400)의 폭이 넓어짐에 따라 전기적 경로의 단면적이 줄어들게 되어 저항이 높아지는 기능을 발휘하도록 구성된다. 전도성 층(200)은 일 예로서 전도성 재질인 폴리아닐린(PANI; Polyaniline)으로 구성될 수 있다. The conductive layer 200 is configured such that a crack 400 is generated as the microfibers 100 are elongated and a resistance change is caused as the width of the crack 400 is increased. The conductive layer 200 is formed to have a uniform thickness on the outer surface of the microfibers 100 so that the conductive layer 200 can be stretched with a uniform strain as a whole when the microfibers 100 are stretched. The conductive layer 200 may be made of an inelastic material. Specifically, as the length of the conductive layer 200 is increased, a plurality of nano cracks 400 are generated as a whole, and the width of the nano crack 400 is increased The cross-sectional area of the electrical path is reduced and the resistance is increased. The conductive layer 200 may be formed of, for example, polyaniline (PANI), which is a conductive material.

커넥터(300)는 변형률 측정센서(1)의 양단에 구비되며, 외부와 전기적으로 연결될 수 있도록 구성된다. 변형률 측정센서(1)는 길이가 신장됨에 따라 길이변화가 발생하지만 이를 측정하기 위해서는 외부의 전원이 필요하다. 따라서 이러한 외부의 전원이 변형률 측정센서(1)의 양단에 연결될 수 있도록 구성될 수 있다. 한편, 커넥터(300)는 한 쌍으로 구성되어 복수의 변형률 측정 파이버(10)에 연결될 수 있도록 일 측에 위치하는 각 변형률 측정 파이버(10)의 일단을 연결하며, 타 측에 위치하는 각 변형률 측정 파이버(10)의 타단을 연결한다. 따라서 변형률 측정 파이버(10)의 개별적인 저항변화들을 합성하여 전체 저항변화가 측정될 수 있다. 커넥터(300)는 외부의 전원이 연결되는 전기적 경로일 뿐 아니라 측정대상에 부착되어 변형될 수 있도록 기계적으로 측정대상과 연결되도록 구성된다. 이때 각각의 변형률 측정 파이버(10)는 한 쌍의 커넥터(300)에 양단이 각각 견고하게 고정되어 커넥터(300) 간 사이가 멀어짐에 따라 각각의 변형률 측정 파이버(10)가 신장될 수 있도록 구성된다.The connector 300 is provided at both ends of the strain measuring sensor 1 and is configured to be electrically connected to the outside. The length of the strain measuring sensor 1 changes as the length increases, but an external power source is required to measure the strain. Therefore, the external power source can be connected to both ends of the strain measuring sensor 1. [ On the other hand, the connector 300 is formed as a pair and connects one end of each strain measuring fiber 10 located at one side so as to be connected to the plurality of strain measuring fibers 10, And the other end of the fiber 10 is connected. Therefore, the individual resistance changes of the strain measuring fiber 10 can be synthesized, so that the total resistance change can be measured. The connector 300 is configured not only as an electrical path to which an external power source is connected but also to be mechanically connected to an object to be measured so as to be attached to and deformed from the object to be measured. At this time, each of the strain measuring fibers 10 is configured such that each of the strain measuring fibers 10 can be stretched as the ends of the strain measuring fibers 10 are firmly fixed to the pair of connectors 300, .

도 2는 변형률 측정 파이버(10)를 확대하여 촬영한 SEM 이미지이며, 도 3은 변형률 측정 파이버(10)의 개념을 나타낸 도면이다. 도 2에는 변형률 측정 파이버(10)가 나타나 있으며, 여기서 scale bar는 2μm 이다. 변형률 측정 파이버(10)에 길이방향으로 외력이 작용함에 따라 중심부에 형성되는 마이크로 파이버(100)가 신장된다. 외면의 전도성 층(200)은 마이크로 파이버(100)보다 탄성이 낮은 재질로 구성되어 소정 비율 이상으로 신장이 이루어지면 곳곳에서 다수의 지점에 크랙(400)이 발생하게 된다. 크랙(400)은 전도성 층(200)에서 대체적으로 둘레방향으로 형성되며, 마이크로 파이버(100)가 신장됨에 따라서 길이방향으로 크랙(400)의 폭이 넓어지게 된다. 전도성 층(200)의 크랙(400)은 최대 변형률에서도 저항이 측정될 수 있도록 최대 측정범위에서 크랙(400)으로인해 전기적으로 단절되는 부분이 발생하지 않도록 구성된다. 즉 크랙(400)이 발생하더라도 전도성 층(200)을 둘러서 발생되더라도 일부에는 전기적경로가 유지될 수 있도록 구성된다. 한편 신장에 따른 크랙(400)폭의 변화는 전도성 층(200)의 재질 및 두께에 따라 결정되는데, 신장률의 측정범위에 따라 다양한 조합으로 선택될 수 있다.FIG. 2 is an SEM image of the strain measuring fiber 10 taken in an enlarged manner, and FIG. 3 is a view showing the concept of the strain measuring fiber 10. FIG. 2 shows the strain measuring fiber 10, wherein the scale bar is 2 m. As the external force acts on the strain measuring fiber 10 in the longitudinal direction, the microfibers 100 formed at the central portion are elongated. The outer conductive layer 200 is made of a material having a lower elasticity than that of the microfibers 100. When the conductive layer 200 is stretched beyond a predetermined ratio, a crack 400 is generated at a plurality of points in the periphery. The crack 400 is formed generally in the circumferential direction in the conductive layer 200 and the width of the crack 400 is increased in the longitudinal direction as the microfibers 100 are stretched. The crack 400 of the conductive layer 200 is configured such that the portion that is electrically disconnected due to the crack 400 in the maximum measuring range is not generated so that the resistance can be measured even at the maximum strain. That is, even if the crack 400 occurs, the electric path can be maintained in some part even if it occurs around the conductive layer 200. The width of the crack 400 according to the elongation is determined according to the material and thickness of the conductive layer 200, and can be selected in various combinations according to the measurement range of the elongation.

한편, 도 3에 나타난 바와 같이, 신장되는 길이(??L)만큼 복수의 크랙(400)의 폭으로 분산된다. 다만 도 3에는 단면으로 도시하였으나 전도성 층(200)의 각각의 부분은 적어도 일부분에서 인접하는 전도성 층(200)과 접촉된다. 전도성 층(200)에 형성된 크랙(400)은 마이크로 파이버(100)의 외면에 전도성 층(200)을 형성시킨 상태에서 최초의 신장에 의해 균일하게 발생된다. 이후 반복사용에 의하더라도 크랙(400)의 개수 증가는 거의 일어나지 않으며, 신장률에 대응하여 크랙(400)의 폭이 변화하게 된다.On the other hand, as shown in FIG. 3, the cracks are dispersed by the width of a plurality of cracks 400 by a length (?? L) to be stretched. Although shown in cross-section in FIG. 3, each portion of the conductive layer 200 is in contact with the adjacent conductive layer 200 at least in part. The crack 400 formed in the conductive layer 200 is uniformly generated by the first stretching while the conductive layer 200 is formed on the outer surface of the microfibre 100. [ The number of cracks 400 hardly increases even after repeated use, and the width of the crack 400 changes corresponding to the elongation.

도 4는 변형률 측정 센서의 일부분을 확대하여 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 센서의 변화률에 따른 저항변화가 나타난 그래프이다.FIG. 4 is an enlarged view of a part of the strain measuring sensor, and FIG. 5 is a graph showing a change in resistance according to a change rate of the sensor according to the present invention.

도시된 바와 같이, 변형률 측정 파이버(10)는 불규칙적인 방향으로 배열되어 변형률 측정센서(1)로 구성될 수 있다. 여기서 도면상의 좌측과 우측에 커넥터(300)가 연결되어 좌우 방향으로 신장이 이루어지게 된다. 다만 여기서 상하방향으로 배열되어 있는 변형률 측정 파이버(10)와 같이 신장이 이루어지지 않은 파이버가 존재할 수 있게 된다. 도 5를 살펴보면, 50%의 변형률 내에서 상대적인 저항의 변화(

Figure pat00001
)가 측정된 값이 나타나 있다. 신장률 0 %에서 50%에 따라 대응되는 저항의 상대변화율이 나타나며, 결국 측정되는 저항값을 이용하여 현재의 변형률을 산출할 수 있게 된다.As shown in the figure, the strain measuring fibers 10 may be arranged in an irregular direction to constitute a strain measuring sensor 1. [ Here, the connector 300 is connected to the left and right sides of the drawing to extend in the left and right directions. However, there may be fibers not stretched like the strain measuring fiber 10 arranged in the vertical direction. 5, the change in relative resistance within a strain of 50% (
Figure pat00001
) Is shown. The relative rate of change of resistance corresponding to the elongation of 0% to 50% is shown, and the current strain can be calculated using the measured resistance value.

이하에서는 도 6 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 변형률 측정센서(1)의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 본 실시예에서도 전 실시예와 동일한 구성요소를 포함하여 구성될 수 있으며, 이러한 구성요소에 대하여는 중복기재를 피하기 위하여 설명을 생략하고, 차이가 있는 구성에 대하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the strain measuring sensor 1 according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 6 to 7. FIG. The present embodiment can also be configured to include the same constituent elements as those of the previous embodiment. In order to avoid redundant description, the description will be omitted, and the differences will be described in detail.

도 6은 본 발명의 다른 실시예인 변형률 측정센서(1)의 일부분을 확대하여 도시한 도면이고, 도 7은 도 6에 나타난 센서의 변화률에 따른 저항변화가 나타난 그래프이다.FIG. 6 is an enlarged view of a portion of a strain measuring sensor 1 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a graph showing a change in resistance according to a change rate of the sensor shown in FIG.

도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 변형률 측정 파이버(10)는 일정한 방향으로 정렬된 상태로 커넥터(300)와 연결될 수 있다. 복수의 변형률 측정 파이버(10)는 서로 평행한 상태로 정렬될 수 있다. As shown in FIG. 6, the plurality of strain measuring fibers 10 may be connected to the connector 300 in a state aligned in a predetermined direction. The plurality of strain measuring fibers 10 can be aligned in parallel with each other.

도 7에 도시된 바와 같이 초기 길이의 50%의 길이로 신장될 때 변형률 측정 파이버(10)가 정렬되지 않은 경우보다 정렬되었을 때 상대적인 저항변화량이 40배 이상인 800%의 변화량을 갖는 것을 알 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 변형률 측정 파이버(10)를 정렬하지 않은 경우보다 40배 이상의 민감한 센서가 될 수 있다.As shown in FIG. 7, when the strain measuring fiber 10 is elongated to a length of 50% of the initial length, the relative resistance change amount when the strain measuring fiber 10 is aligned has a change amount of 800% which is 40 times or more . Therefore, in the present embodiment, the strain measuring fiber 10 can be more than 40 times more sensitive than the case where the strain measuring fiber 10 is not aligned.

이하에서는 본 발명에 따른 다른 실시예인 변형률 측정센서(1) 제조방법에 대하여 도 8 및 도 9를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of manufacturing the strain measuring sensor 1 according to another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 8 and 9. FIG.

도 8은 본 발명에 따른 다른 실시예인 변형률 측정센서(1) 제조방법의 순서도이며, 도 9는 변형률 측정센서 제조방법의 개념도이다.FIG. 8 is a flowchart of a method of manufacturing a strain measuring sensor 1 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a conceptual view of a strain measuring sensor manufacturing method.

본 발명에 따른 변형률 측정센서 제조방법은 신축성 마이크로 파이버를 생성하는 단계(S100), 변형률 측정 파이버를 생성시키는 단계(S200), 커넥터를 생성시키는 단계(S300) 및 전도성 층에 크랙을 발생시키는 크랙생성단계(S400)를 포함하여 구성될 수 있다.The method of manufacturing a strain measuring sensor according to the present invention includes the steps of creating a flexible microfibre (S100), generating a strain measuring fiber (S200), generating a connector (S300), and generating a crack Step S400.

신축성 마이크로 파이버를 생성하는 단계(S100)는 마이크로 파이버를 생성하는 단계에 해당하며 Polymer solution을 전기방사하여 생성할 수 있다. 이때 복수의 마이크로 파이버 가닥으로 생성시켜 배열할 수 있다. 이때, 전기방사시 전극의 구조를 평행한 전극판으로 구성하여 도 6에 도시된 바와 같이 소정 방향으로 정렬된 구조로 마이크로 파이버를 생성시킬 수 있게 된다. 마이크로 파이버는 신축성 재질로서 폴리우레탄 등의 재질이 사용될 수 있다.The step (S100) of producing the elastic microfibers corresponds to the step of producing the microfibers and may be generated by electrospinning the polymer solution. At this time, a plurality of microfiber strands can be generated and arranged. At this time, the structure of the electrode in the case of electrospinning is constituted by the parallel electrode plates, so that the microfibers can be formed in a structure aligned in a predetermined direction as shown in FIG. As the microfibers, a material such as polyurethane may be used as a stretchable material.

변형률 측정 파이버를 생성시키는 단계(S200)는 마이크로 파이버의 외면에 전도성 층을 형성시키는 단계에 해당한다. 전도성 층은 폴리머를 자가 형성 방법을 통해 마이크로 파이버의 외면에 형성시킬 수 있다. 구체적으로 자가 형성 방법 중 dilute polymerization technique을 이용하여 형성될 수 있다. 여기서 전도성 층은 폴리아닐린과 같은 전도성 폴리머가 사용될 수 있다.Step S200 of producing a strain measuring fiber corresponds to a step of forming a conductive layer on the outer surface of the microfibre. The conductive layer can form the polymer on the outer surface of the microfibers through a self-forming process. Specifically, it can be formed by the dilute polymerization technique among self-forming methods. Here, a conductive polymer such as polyaniline may be used as the conductive layer.

커넥터를 생성시키는 단계(S300)는 복수의 변형률 측정 파이버가 배치된 상태에서 양단을 각각 연결하는 단계에 해당한다. 커넥터는 기계적으로 측정 대상에 연결되었을 때 측정도중 변형이 일어나지 않는 강도의 재질로 구성될 수 있으며, 외부에서 전원이 공급되어 변형률 측정 파이버에 적용될 수 있도록 도전체로 구성될 수 있다.Step S300 of creating a connector corresponds to a step of connecting both ends in a state where a plurality of strain measuring fibers are arranged. The connector may be made of a material that does not deform during measurement when it is mechanically connected to the object to be measured, and may be made of a conductor so that external power is supplied to be applied to the strain measuring fiber.

전도성 층에 크랙을 발생시키는 크랙생성단계(S400)는 변형률 측정센서의 양측 커넥터를 반대방향으로 잡아당겨 변형률 측정센서를 신장시키는 단계에 해당한다. 최초의 신장에 의해 각각의 변형률 측정 파이버의 전도성 층에는 수많은 나노크랙이 형성될 수 있다.The crack generation step (S400) for generating a crack in the conductive layer corresponds to a step of stretching the strain measurement sensor by pulling both connectors of the strain measurement sensor in opposite directions. The initial elongation can create numerous nano cracks in the conductive layer of each strain measuring fiber.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 신축성 고민감도 변형률 측정 센서 및 그 제조방법은 고 민감도, 고 신축성의 성질을 가지므로 매우 큰 측정범위와 정밀한 측정이 가능하며, 간단하게 생산할 수 있어 제작비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the sensor for measuring the strain of the strain sensitive microsensor using the crack structure of the surface of the micro fiber and the manufacturing method thereof have high sensitivity and high elasticity, So that the manufacturing cost can be reduced.

1: 변형률 측정센서
10: 변형률 측정 파이버
100: 마이크로 파이버
200: 전도성 층
300: 커넥터
400: 크랙
S100: 신축성 마이크로 파이버를 생성하는 단계
S200: 변형률 측정 파이버를 생성시키는 단계
S300: 커넥터를 생성시키는 단계
S400: 전도성 층에 크랙을 발생시키는 크랙생성단계1: Strain sensor
10: strain measuring fiber
100: Microfiber
200: Conductive layer
300: connector
400: crack
S100: Step of producing elastic microfibers
S200: Step of generating a strain measuring fiber
S300: Step of creating connector
S400: crack generation step causing cracks in the conductive layer

Claims (14)

신축성 마이크로 파이버; 및
상기 마이크로 파이버의 외면에 형성되며, 상기 마이크로 파이버의 길이가 신장됨에 따라 크랙이 발생하여 저항이 변화하도록 구성된 전도성 층을 포함하여 구성되는 변형률 측정 파이버를 포함하는 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 변형률 측정 센서.Elastic microfibers; And
And a conductive layer formed on an outer surface of the microfibers and configured to change a resistance as a result of a crack being generated as the length of the microfibers is increased, thereby measuring a strain using a crack structure on the surface of the microfibers, sensor. 제1 항에 있어서,
상기 전도성 층은 전도성 폴리머이며,
길이가 신장됨에 따라 복수의 크랙의 폭이 넓어져 저항값이 달라지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 변형률 측정 센서.The method according to claim 1,
The conductive layer is a conductive polymer,
Wherein a plurality of cracks are formed so that the width of the plurality of cracks increases as the length of the microfibers increases. 제2 항에 있어서,
상기 변형률 측정 파이버는 복수로 구성되며,
상기 복수의 변형률 측정 파이버는 길이가 신장됨에 따라 합성저항 값의 변화가 측정될 수 있도록 각각의 복수의 변형률 측정 파이버의 양단을 각각 전기적으로 연결하는 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 변형률 측정 센서.3. The method of claim 2,
Wherein the strain measuring fibers are composed of a plurality of strain measuring fibers,
Wherein the plurality of strain measuring fibers include a connector for electrically connecting both ends of each of the plurality of strain measuring fibers so that a change in the composite resistance value can be measured as the length is elongated. Strain Sensor Using Structure. 제3 항에 있어서,
상기 복수의 변형률 측정 파이버는 평판형으로 배열되며,
상기 커넥터간의 거리가 늘어남에 따라 변화되는 상기 복수의 변형률 측정 파이버의 합성저항값이 측정될 수 있도록 상기 커넥터는 길이방향 양단에 구비되는 것을 특징으로 하는 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 변형률 측정 센서.The method of claim 3,
Wherein the plurality of strain measuring fibers are arranged in a flat plate shape,
Wherein the connector is provided at both ends in the longitudinal direction so that a composite resistance value of the plurality of strain measuring fibers that are changed as the distance between the connectors increases can be measured. 제3 항에 있어서,
상기 복수의 변형률 측정 파이버는,
상기 커넥터 사이에 균일한 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 변형률 측정 센서.The method of claim 3,
The plurality of strain measuring fibers may include:
Wherein the strain sensors are arranged in a uniform direction between the connectors. 제3 항에 있어서,
상기 신축성 마이크로 파이버는 전기방사로 제조되는 것을 특징으로 하는 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 변형률 측정 센서.The method of claim 3,
Wherein the stretchable microfibers are fabricated by electrospinning. The strain measuring sensor using the crack structure of the surface of microfibers. 제5 항에 있어서,
상기 전도성 층은 전도성 폴리머로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 변형률 측정 센서.6. The method of claim 5,
Wherein the conductive layer is made of a conductive polymer. 제7 항에 있어서,
상기 전도성 층은 폴리아닐린(polyaniline)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 변형률 측정 센서.8. The method of claim 7,
Wherein the conductive layer is made of polyaniline. 2. The strain sensor according to claim 1, wherein the conductive layer is made of polyaniline. 신축성 마이크로 파이버를 생성하는 단계;
상기 마이크로 파이버 표면에 전도성 층을 생성시켜 변형률 측정 파이버를 생성시키는 단계;
상기 변형률 측정 파이버의 양단에 전기적으로 외부와 연결될 수 있도록 구성되는 커넥터를 생성시키는 단계; 및
상기 변형률 측정 파이버를 측정범위 내에서 신장시켜 상기 전도성 층에 크랙을 발생시키는 크랙생성단계를 포함하는 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 변형률 측정센서 제조방법.Generating a stretchable microfibre;
Generating a conductive layer on the surface of the microfibers to produce a strain measuring fiber;
Generating a connector configured to be electrically connected to the outside at both ends of the strain measuring fiber; And
And generating a crack in the conductive layer by stretching the strain measuring fiber within a measuring range. 제9 항에 있어서,
상기 마이크로 파이버를 생성하는 단계는 복수의 마이크로 파이버를 생성하며,
상기 변형률 측정 파이버를 생성시키는 단계는 상기 복수의 마이크로 파이버 표면 각각에 전도성 층을 생성시키며,
상기 커넥터를 생성시키는 단계는 상기 변형률 측정 파이버의 각 양단을 연결시켜 생성시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 변형률 측정센서 제조방법.10. The method of claim 9,
Wherein the step of generating the microfibers produces a plurality of microfibers,
Wherein generating the strain measuring fibers creates a conductive layer on each of the plurality of microfibre surfaces,
Wherein the step of generating the connector is performed by connecting both ends of the strain measuring fiber to each other, thereby producing a strain measuring sensor using the crack structure of the micro fiber surface. 제10 항에 있어서,
상기 복수의 마이크로 파이버의 생성시 균일한 방향으로 생성시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 변형률 측정센서 제조방법.11. The method of claim 10,
Wherein the plurality of microfibers are generated in a uniform direction when the plurality of microfibers are generated. 제11 항에 있어서,
상기 마이크로 파이버를 생성하는 단계는,
평행한 전극판을 이용한 전기방사로 수행되는 것을 특징으로 하는 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 변형률 측정센서 제조방법.12. The method of claim 11,
Wherein the step of generating the micro-
Wherein the method is performed by electrospinning using a parallel electrode plate. 제12 항에 있어서,
상기 마이크로 파이버는 폴리우레탄을 전기방사하여 수행되며,
상기 변형률 측정 파이버를 생성시키는 단계는 상기 전도성 층을 자가 형성으로 생성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 변형률 측정센서 제조방법.13. The method of claim 12,
The microfibers are carried out by electrospinning polyurethane,
Wherein the step of generating the strain measuring fibers is generated by self-formation of the conductive layer. 제13 항에 있어서,
상기 변형률 측정 파이버를 생성시키는 단계는 상기 전도성 층을 dilute polymerization으로 생성시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 섬유표면의 크랙 구조를 이용한 변형률 측정센서 제조방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the step of generating the strain measuring fibers comprises diluting the conductive layer by dilute polymerization.
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