KR20200130954A - Flexible multi piezoelectric module for monitoring sensor for structural diagnosis and energy harvester having excellent output voltage characteristics through electrode array and module connection structure optimization - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극 폭 0.08 ~ 0.12mm 및 전극 간격 0.18 ~ 0.22mm로 설계된 적어도 둘 이상의 압전섬유 모듈 간의 연결 방법 및 배열 방법의 최적화를 도출하여 우수한 출력 전압 특성을 나타내는 구조를 도출한 전극 배열 및 모듈 연결 구조 최적화를 통해 우수한 출력 전압 특성을 갖는 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a structure diagnosis monitoring sensor and a flexible multi-piezoelectric module for an energy harvester, and more particularly, a connection method and arrangement method between at least two piezoelectric fiber modules designed with an electrode width of 0.08 to 0.12 mm and an electrode spacing of 0.18 to 0.22 mm The present invention relates to a structure diagnosis monitoring sensor and a flexible multi-piezoelectric module for energy harvesters having excellent output voltage characteristics by optimizing an electrode array and a module connection structure that derives an optimization of the structure showing excellent output voltage characteristics.
압전 세라믹은 전자산업과 메카트로닉스 분야에서 중요한 역할을 하며, 초음파 송수신용, 비파괴용 초음파 트랜스듀서, 어군 탐지기, 광세트, 광변조기 컬러필터, 연소가스 조정용 액추에이터를 비롯한 특수용 압전체에 이용된다.Piezoelectric ceramics play an important role in the electronics industry and mechatronics, and are used for special piezoelectric materials including ultrasonic transducers, non-destructive ultrasonic transducers, fish finders, light sets, optical modulator color filters, and actuators for flue gas control.
Pb(Zr,Ti)O3(이하, 'PZT'라고 함.)는 압전 특성이 우수하고 가격이 저렴하면서 제조 공정기술이 잘 알려져 있는 압전 재료로서 많은 응용분야에서 이용되고 있다. PbTiO3와 PbZrO3의 고용체에 있어서 정방정계-삼방정계의 상경계에서 강한 압전성을 가지면서 390℃의 퀴리(Curie) 온도를 가지는 PZT 고용체가 발견되었다.Pb(Zr,Ti)O 3 (hereinafter referred to as'PZT') is a piezoelectric material with excellent piezoelectric properties, low price, and well known manufacturing process technology, and is used in many application fields. In the solid solution of PbTiO 3 and PbZrO 3 , a PZT solid solution having a strong piezoelectricity at the tetragonal-trigonal phase boundary and a Curie temperature of 390°C was found.
이에 따라, 이러한 세라믹을 이용해서 압전효과를 이용한 액츄에이터(actuator), 주파수 출력형 센서(frequency output sensor), 압전 트랜스듀서(piezoelectric transducer), 진동자(resonator) 등의 여러 전자소자로서 압전 세라믹의 활용에 대한 연구가 광범위하게 이루어져 왔다.Accordingly, the use of piezoelectric ceramics as various electronic devices such as actuators, frequency output sensors, piezoelectric transducers, and resonators using piezoelectric effects using such ceramics. Research has been extensively conducted.
이러한 PZT는 우수한 압전 및 유전 특성을 가지고 있어 여러 분야에 널리 사용되고 있으나, 세라믹의 약한 강도와 곡선형상의 어려움, 벌크 형태로 인한 디바이스 내의 일정 공간을 차지한다는 단점을 가지고 있다.These PZTs have excellent piezoelectric and dielectric properties, so they are widely used in various fields, but have disadvantages in that they occupy a certain space in the device due to the weak strength of ceramics, difficulty in curved shape, and bulk form.
이에 반해, 압전섬유 모듈은 뛰어난 압전 성능과 휘거나 구부렸을 때 박막에 비해 구조적 손상이 훨씬 덜 하고, 압전섬유를 연신이 가능한 기판(substrate)에 받아서 소자를 만들 경우 펼 수 있는(stretchable) 소자 제작도 가능하다는 이점이 있다.On the other hand, piezoelectric fiber modules have excellent piezoelectric performance and are much less structurally damaged when bent or bent than thin films, and when piezoelectric fibers are received on a stretchable substrate, a stretchable device is manufactured. There is an advantage that it is also possible.
최근에는 1개의 압전섬유 모듈로 이루어진 단일 모듈을 통한 에너지 하베스터와 구조진단용 모니터링 센서로의 사용 가능 여부를 확인하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.In recent years, research to check whether the energy harvester through a single module consisting of one piezoelectric fiber module and a structural diagnosis monitoring sensor can be used has been actively conducted.
그러나, 대부분의 에너지 하베스터와 구조진단용 모니터링 센서에서는 2개 이상의 압전섬유 모듈이 연결된 듀얼 모듈 형태로 사용되고 있다.However, in most energy harvesters and structural diagnostic monitoring sensors, two or more piezoelectric fiber modules are connected in the form of a dual module.
또한, 압전섬유 모듈이 사용되는 주위 환경에 따라 압전섬유 모듈이 배열되는 형태가 달라지고 있으나, 아직까지 압전섬유 모듈의 배열 형태를 최적화시킨 에너지 하베스터와 구조진단용 모니터링 센서용 플렉서블 멀티 압전체 모듈에 대하여 보고된 바가 없다.In addition, the shape of the piezoelectric fiber module arrangement varies depending on the surrounding environment in which the piezoelectric fiber module is used. However, we have reported on an energy harvester that has optimized the arrangement of the piezoelectric fiber module and a flexible multi-piezoelectric module for structural diagnosis monitoring sensors. Nothing happened.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2007-0021326호(2007.02.22. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 구조물의 건전성 감시용 센서 및 시스템이 기재되어 있다.As a related prior document, there is Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2007-0021326 (published on February 22, 2007), and the document describes a sensor and system for monitoring the integrity of a structure.
본 발명의 목적은 전극 폭 0.08 ~ 0.12mm 및 전극 간격 0.18 ~ 0.22mm로 설계된 적어도 둘 이상의 압전섬유 모듈 간의 연결 방법 및 배열 방법의 최적화를 도출하여 우수한 출력 전압 특성을 나타내는 구조를 도출한 전극 배열 및 모듈 연결 구조 최적화를 통해 우수한 출력 전압 특성을 갖는 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to derive an optimization of a connection method and an arrangement method between at least two piezoelectric fiber modules designed with an electrode width of 0.08 to 0.12 mm and an electrode spacing of 0.18 to 0.22 mm to derive a structure showing excellent output voltage characteristics, and It is to provide a structure diagnosis monitoring sensor and a flexible multi-piezoelectric module for energy harvesters with excellent output voltage characteristics through optimization of the module connection structure.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전극 배열 및 모듈 연결 구조 최적화를 통해 우수한 출력 전압 특성을 갖는 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈은 적어도 둘 이상이 전기적으로 연결된 압전섬유 모듈;을 포함하며, 상기 압전섬유 모듈 각각은 압전 섬유층과, 상기 압전 섬유층의 일면에 부착되며, 제1 전극과, 상기 제1 전극을 지지하는 제1 고분자 필름을 갖는 제1 전극 구조체와, 상기 압전 섬유층의 타면에 부착되며, 제2 전극과, 상기 제2 전극을 지지하는 제2 고분자 필름을 갖는 제2 전극 구조체를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the structure diagnosis monitoring sensor and the energy harvester flexible multi-piezoelectric module having excellent output voltage characteristics by optimizing the electrode arrangement and the module connection structure according to the embodiment of the present invention are piezoelectric fibers in which at least two or more are electrically connected. A module; wherein each of the piezoelectric fiber modules includes a piezoelectric fiber layer, a first electrode structure attached to one surface of the piezoelectric fiber layer, and having a first electrode, a first polymer film supporting the first electrode, and the And a second electrode structure attached to the other surface of the piezoelectric fiber layer and having a second electrode and a second polymer film supporting the second electrode.
본 발명에 따른 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈은 전극 폭 0.08 ~ 0.12mm 및 전극 간격 0.18 ~ 0.22mm로 설계된 적어도 둘 이상의 압전섬유 모듈 간의 연결 방법 및 배열 방법의 최적화를 도출하여 우수한 출력 전압 특성을 나타내는 구조를 알아내었다.The structure diagnosis monitoring sensor and the flexible multi-piezoelectric module for energy harvesters according to the present invention are excellent by deriving the optimization of the connection method and arrangement method between at least two piezoelectric fiber modules designed with an electrode width of 0.08 to 0.12 mm and an electrode spacing of 0.18 to 0.22 mm. A structure representing the output voltage characteristics was found.
이 결과, 본 발명에서는 실제 우리 생활 주위에서 사용되고 있는 구조물(실리콘 호스)에 부착하여 구조 진단용 모니터링 센서에 사용 가능한 최적의 플렉서블 압전섬유 모듈의 연결방법 및 배열방법을 알아내었습니다.As a result, in the present invention, we found out how to connect and arrange the optimal flexible piezoelectric fiber modules that can be attached to structures (silicone hoses) that are actually used around our lives and used for structural diagnosis monitoring sensors.
또한, 본 발명에서는 신체 움직임에 따른 에너지 하베스터로의 사용 가능성을 확인하기 위해 플렉서블 압전섬유 모듈을 신발에 부착하여 연결 방법 및 배열 방법에 따른 최적의 전압 출력 특성을 도출하였습니다.In addition, in the present invention, in order to confirm the possibility of use as an energy harvester according to body movement, a flexible piezoelectric fiber module was attached to the shoe to derive the optimum voltage output characteristics according to the connection method and arrangement method.
이에 더불어, 본 발명의 플렉서블 멀티 압전체 모듈을 에너지 하베스터로 사용할 시에는 x축 방향으로 적어도 둘 이상의 압전섬유 모듈을 나란히 배열시키되, 병렬연결보다는 직렬연결로 압전섬유 모듈 상호 간을 연결시키는 것이 더 높은 출력 특성을 발휘한다는 것을 확인하였다.In addition, when using the flexible multi-piezoelectric module of the present invention as an energy harvester, at least two or more piezoelectric fiber modules are arranged side by side in the x-axis direction, but it is higher output to connect the piezoelectric fiber modules in series rather than parallel connection. It was confirmed that the characteristics were exhibited.
또한, 본 발명의 플렉서블 멀티 압전체 모듈을 구조진단용 모니터링 센서로 사용할 시에는 z축 방향으로 적어도 둘 이상의 압전섬유 모듈을 적층 배열시키되, 병렬연결보다는 직렬연결로 압전섬유 모듈 상호 간을 연결시키는 것이 출력 특성을 향상시키는데 보다 유리하다는 것을 알아내었다.In addition, when using the flexible multi-piezoelectric module of the present invention as a monitoring sensor for structural diagnosis, at least two piezoelectric fiber modules are stacked and arranged in the z-axis direction, but the output characteristic is that the piezoelectric fiber modules are connected to each other by serial connection rather than parallel connection. Was found to be more beneficial in improving
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈을 나타낸 결합 사시도.
도 2는 도 1의 단일 압전섬유 모듈을 확대하여 나타낸 분해 사시도.
도 3은 도 2의 제1 전극을 확대하여 나타낸 평면도.
도 4는 본 발명의 변형예에 따른 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈을 나타낸 결합 사시도.
도 5는 x축 방향으로 모듈 배열시의 연결방법에 따른 출력 전압 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프.
도 6은 x축 방향으로 모듈 배열시의 연결방법에 따른 굽힘운동에 의한 출력 전압 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프.
도 7은 x축 방향으로 모듈 배열시의 연결방법에 따른 변위값 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 8은 z축 방향으로 모듈 배열시의 연결방법에 따른 출력 전압 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프.
도 9는 z축 방향으로 모듈 배열시의 연결방법에 따른 굽힘운동에 의한 출력 전압 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프.
도 10은 z축 방향으로 모듈 배열시의 연결방법에 따른 변위값 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 11은 모듈 배열 방법에 따른 신체 움직임에 의한 에너지 하베스터의 출력 전압 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프.
도 12는 신체 움직임의 속도에 따른 에너지 하베스터의 출력 전압 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프.
도 13은 모듈 배열 방법에 따른 구조진단용 모니터링 센서의 출력 전압 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프.
도 14는 호스의 구멍 사이즈에 따른 구조진단용 모니터링 센서의 출력 전압 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프.1 is a combined perspective view showing a structure diagnosis monitoring sensor and a flexible multi-piezoelectric module for an energy harvester according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exploded perspective view showing an enlarged single piezoelectric fiber module of Figure 1;
3 is an enlarged plan view of the first electrode of FIG. 2.
4 is a combined perspective view showing a structure diagnosis monitoring sensor and a flexible multi-piezoelectric module for an energy harvester according to a modified example of the present invention.
5 is a graph showing results of evaluation of output voltage characteristics according to a connection method when modules are arranged in the x-axis direction.
6 is a graph showing the result of evaluating output voltage characteristics due to a bending motion according to a connection method when modules are arranged in the x-axis direction.
7 is a graph showing a displacement value measurement result according to a connection method when modules are arranged in the x-axis direction.
8 is a graph showing the results of evaluating output voltage characteristics according to a connection method when modules are arranged in the z-axis direction.
9 is a graph showing the result of evaluating output voltage characteristics due to a bending motion according to a connection method when the modules are arranged in the z-axis direction.
10 is a graph showing a displacement value measurement result according to a connection method when modules are arranged in the z-axis direction.
11 is a graph showing the result of evaluating the output voltage characteristics of the energy harvester by body movement according to the module arrangement method.
12 is a graph showing the results of evaluating the output voltage characteristics of the energy harvester according to the speed of body movement.
13 is a graph showing the result of evaluating the output voltage characteristics of the structural diagnosis monitoring sensor according to the module arrangement method.
14 is a graph showing the result of evaluating the output voltage characteristics of the structural diagnosis monitoring sensor according to the hole size of the hose.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only this embodiment is to complete the disclosure of the present invention, and the general knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the scope of the invention to the possessor, and the invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same elements throughout the specification.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극 배열 및 모듈 연결 구조 최적화를 통해 우수한 출력 전압 특성을 갖는 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a detailed description of a structure diagnosis monitoring sensor having excellent output voltage characteristics and a flexible multi-piezoelectric module for an energy harvester will be described in detail by optimizing an electrode arrangement and a module connection structure according to a preferred embodiment of the present invention. .
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈을 나타낸 결합 사시도이고, 도 2는 도 1의 단일 압전섬유 모듈을 확대하여 나타낸 분해 사시도이며, 도 3는 도 2의 제1 전극을 확대하여 나타낸 평면도이다.1 is a combined perspective view showing a structure diagnosis monitoring sensor and a flexible multi-piezoelectric module for an energy harvester according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view showing an enlarged single piezoelectric fiber module of FIG. 1, and FIG. It is a plan view showing an enlarged first electrode of 2.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈(400)은 압전섬유 모듈(100), 외부 연결배선(200) 및 브리지 연결배선(300)을 포함한다.1 to 3, a structure diagnosis monitoring sensor and a flexible
압전섬유 모듈(100)은 적어도 둘 이상이 전기적으로 연결된다. 이때, 적어도 둘 이상의 압전섬유 모듈(100) 상호 간은 직렬연결되는 것이 바람직한데, 이는 병렬연결보다 직렬연결이 더 높은 출력 특성을 얻을 수 있기 때문이다.At least two or more of the
또한, 압전섬유 모듈(100)은 x축 방향으로 적어도 둘 이상이 나란히 배열되는 것이 보다 바람직한데, 이는 플렉서블 멀티 압전체 모듈(400)을 에너지 하베스터로 사용할 시 x축 방향으로 직렬연결되는 경우가 가장 넓은 영역을 사람이 밟을 수 있기 때문에 출력 특성이 가장 높게 측정될 수 있기 때문이다.In addition, it is more preferable that at least two or more of the
이러한 압전섬유 모듈(100) 각각은 압전 섬유층(110), 제1 전극 구조체(140) 및 제2 전극 구조체(170)를 포함한다.Each of these
압전 섬유층(110)은 PVDF(polyvinyleden floride) : 80 ~ 20 중량% 및 무연 압전 세라믹 분말 : 20 ~ 80 중량%을 포함할 수 있다. 이때, PVDF(polyvinyleden floride)의 첨가량이 압전 섬유층(110) 전체 중량의 20 중량% 미만일 경우에는 전기방사시 농도가 낮아 방울형태로 축적되어 구슬 형태의 섬유상이 형성될 우려가 크다. 반대로, PVDF(polyvinyleden floride)의 첨가량이 압전 섬유층(110) 전체 중량의 80 중량%를 초과할 경우에는 과도한 수축으로 인해 압전 섬유층(110)의 형성시 안정성이 저하되는 문제가 있다.The
특히, 무연 압전 세라믹 분말의 첨가량이 압전 섬유층(110) 전체 중량의 20 중량% 미만일 경우에는 유연성 확보에는 유리하나, 압전 성능 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 무연 압전 세라믹 분말의 첨가량이 압전 섬유층(110) 전체 중량의 80 중량%를 초과할 경우에는 압전 성능 측면에서는 유리하나, 섬유 형태의 성질에 따라 취성이 증가하여 취급성에 어려움이 따를 뿐만 아니라, 유연성이 급격히 저하되는 문제를 유발한다.In particular, when the amount of the lead-free piezoelectric ceramic powder added is less than 20% by weight of the total weight of the
이러한 압전 섬유층(110)은 100 ~ 5,000㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 압전 섬유층(110)의 두께가 100㎛ 미만일 경우에는 그 두께가 너무 얇은 관계로 압전 성능을 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 압전 섬유층(110)의 두께가 5,000㎛를 초과할 경우에는 액츄에이터(actuator), 주파수 출력형 센서(frequency output sensor), 구조진단용 모니터링 센서(monitoring sensor for structural diagnosis), 에너지 하베스터(energy harvester), 압전 트랜스듀서(piezoelectric transducer) 등의 실제 전자소자에 적용되었을 때 제품 두께를 증가시켜 실용성을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있다.It is preferable that the
제1 전극 구조체(140)는 압전 섬유층(110)의 일면에 부착되며, 제1 전극(120)과, 제1 전극(120)을 지지하는 제1 고분자 필름(130)을 갖는다. 또한, 제2 전극 구조체(170)는 압전 섬유층(110)의 타면에 부착되며, 제2 전극(150)과, 제2 전극(150)을 지지하는 제2 고분자 필름(160)을 갖는다.The
이때, 제1 및 제2 전극(120, 150) 각각은 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al) 등의 공지의 전극 소재를 제한 없이 사용할 수 있다. 이러한 제1 및 제2 전극(120, 150)은 제1 및 제2 고분자 필름(130, 160)의 내부에 각각 배치되거나, 또는 제1 및 제2 고분자 필름(130, 160)의 표면 상에 배치될 수 있다.At this time, each of the first and
제1 전극(120)은 상하 양측 가장자리를 따라 배치된 몸체 전극부(122)와, 몸체 전극부(122)로부터 내측으로 복수개가 연장되어, 상하로 배치된 몸체 전극부(122)를 상호 연결하여 깍지형 전극 배열 구조를 갖는 연결 전극부(124)를 갖는다.The
이때, 연결 전극부(124)는 0.08 ~ 0.12mm의 폭(w) 및 0.18 ~ 0.22mm의 간격(d)으로 이격 배치되도록 설계하는 것이 바람직한데, 이는 연결 전극부(124)의 폭(w) 및 간격(d)이 상기의 범위를 벗어날 경우 출력 전압값이 급격히 감소하는 경향을 나타내기 때문이다.At this time, the
제1 및 제2 고분자 필름(130, 160) 각각은 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene napthalate, PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 등에서 선택된 어느 하나 이상의 재질이 이용될 수 있다.Each of the first and
특히, 본 발명에서, 제1 및 제2 전극(120, 150) 각각은 깍지형 전극(Interdigitated Electrode : IDE 전극) 배열 구조를 갖는 것이 바람직하다. 제1 및 제2 전극(120, 150)의 경우, 깍지형 전극 배열 구조와 달리 중앙 부분이 일체의 면상 구조로 설계되는 전면 전극 구조(TBE)로 설계되는 것을 이용할 시, 출력 전압값이 높으나, 전면 전극 구조로 이루어져 있기 때문에 쉽게 쇼트가 나거나 전극이 상하기 쉬어 내구성이 약하다. 따라서, 제1 및 제2 전극(120, 150)으로는 전면 전극 구조보다는 깍지형 전극 배열 구조를 갖는 것을 이용하는 것이 보다 바람직하다.In particular, in the present invention, it is preferable that each of the first and
외부 연결배선(200)은 압전섬유 모듈(100)의 제1 전극(120)에 전기적으로 각각 연결될 수 있다. 이러한 외부 연결배선(200)은 압전섬유 모듈(100)로부터 생성되는 전압을 외부 기기(미도시)에 전달하기 위해 설치될 수 있다.The
브리지 연결배선(300)은 압전섬유 모듈(100) 상호 간을 전기적으로 연결시켜 압전섬유 모듈(100) 상호 간을 직렬연결시키는 역할을 한다. 이를 위해, 브리지 연결배선(300)은 x축 방향으로 배열된 인접한 2개의 압전섬유 모듈(100)들 사이에서 상호 간을 전기적으로 직접 연결시키는 형태로 배치될 수 있다.The
한편, 도 3은 본 발명의 변형예에 따른 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈을 나타낸 결합 사시도이다.Meanwhile, FIG. 3 is a combined perspective view showing a structure diagnosis monitoring sensor and a flexible multi-piezoelectric module for an energy harvester according to a modified example of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 변형예에 따른 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈(400)은 압전섬유 모듈(100) 및 외부 연결배선(200)을 포함한다.Referring to FIG. 3, a structure diagnosis monitoring sensor and a flexible
이때, 본 발명의 변형예에서는, 실시예와 달리, 압전섬유 모듈(100)이 z축 방향으로 적어도 둘 이상이 적층 배열되되, 압전섬유 모듈(100) 상호 간이 직렬연결된다.At this time, in a modified embodiment of the present invention, unlike the embodiment, at least two or more
여기서, 2개의 압전섬유 모듈(100)은 제2 전극 구조체(170) 상호 간이 맞닿도록 적층 배열될 수 있다. 이때, 압전섬유 모듈(100) 각각이 제2 전극 구조체(170)를 각각 구비하는 것으로 도시하였으나, 이는 예시적인 것으로 2개의 압전섬유 모듈(100) 당 제2 전극 구조체(170) 1개 배치되고, 제2 전극 구조체(170)를 2개의 압전섬유 모듈(100)이 각각 공유하는 형태로 적층될 수도 있다. 즉, 압전섬유 모듈(100)은 상하로 맞닿는 제2 전극 구조체(170) 상호 간이 일체로 형성되어, 직접 전기적으로 연결될 수 있다.Here, the two
본 발명의 변형예와 같이, z축 방향으로 배열된 압전섬유 모듈(100)을 직렬연결한 경우가 병렬연결한 경우보다 더 높은 변위값을 나타내는 것을 실험을 통하여 확인하였다.As in the modified example of the present invention, it was confirmed through an experiment that the case where the
즉, z축 방향으로 배열된 압전섬유 모듈(100)에 일정 전압을 가했을 때 변위값은 직렬연결된 듀얼 타입의 압전섬유 모듈(100)이 더 우수하였으며, z축 방향으로 정렬된 압전섬유 모듈(100)이 2개 이상 연결되었을 때 병렬연결보다 직렬연결이 더 높은 출력 특성을 얻을 수 있다는 것을 알아내었다.That is, when a certain voltage was applied to the
전술한 본 발명의 실시예에 따른 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈은 전극 폭 0.08 ~ 0.12mm 및 전극 간격 0.18 ~ 0.22mm로 설계된 적어도 둘 이상의 압전섬유 모듈 간의 연결 방법 및 배열 방법의 최적화를 도출하여 우수한 출력 전압 특성을 나타내는 구조를 알아내었다.The structure diagnosis monitoring sensor and the energy harvester flexible multi-piezoelectric module according to the embodiment of the present invention described above include a connection method and an arrangement method between at least two piezoelectric fiber modules designed with an electrode width of 0.08 to 0.12 mm and an electrode spacing of 0.18 to 0.22 mm. By deriving optimization, we found a structure that exhibits excellent output voltage characteristics.
이 결과, 본 발명에서는 실제 우리 생활 주위에서 사용되고 있는 구조물(실리콘 호스)에 부착하여 구조 진단용 모니터링 센서에 사용 가능한 최적의 플렉서블 압전섬유 모듈의 연결방법 및 배열방법을 알아내었습니다.As a result, in the present invention, we found out how to connect and arrange the optimal flexible piezoelectric fiber modules that can be attached to structures (silicone hoses) that are actually used around our lives and used for structural diagnosis monitoring sensors.
또한, 본 발명에서는 신체 움직임에 따른 에너지 하베스터로의 사용 가능성을 확인하기 위해 플렉서블 압전섬유 모듈을 신발에 부착하여 연결 방법 및 배열 방법에 따른 최적의 전압 출력 특성을 도출하였습니다.In addition, in the present invention, in order to confirm the possibility of use as an energy harvester according to body movement, a flexible piezoelectric fiber module was attached to the shoe to derive the optimum voltage output characteristics according to the connection method and arrangement method.
이에 더불어, 본 발명의 플렉서블 멀티 압전체 모듈을 에너지 하베스터로 사용할 시에는 x축 방향으로 적어도 둘 이상의 압전섬유 모듈을 나란히 배열시키되, 병렬연결보다는 직렬연결로 압전섬유 모듈 상호 간을 연결시키는 것이 더 높은 출력 특성을 발휘한다는 것을 알아내었다.In addition, when using the flexible multi-piezoelectric module of the present invention as an energy harvester, at least two or more piezoelectric fiber modules are arranged side by side in the x-axis direction, but it is higher output to connect the piezoelectric fiber modules in series rather than parallel connection. Found that it exerts a characteristic.
또한, 본 발명의 플렉서블 멀티 압전체 모듈을 구조진단용 모니터링 센서로 사용할 시에는 z축 방향으로 적어도 둘 이상의 압전섬유 모듈을 적층 배열시키되, 병렬연결보다는 직렬연결로 압전섬유 모듈 상호 간을 연결시키는 것이 출력 특성을 향상시키는데 보다 유리하다는 것을 알아내었다.In addition, when using the flexible multi-piezoelectric module of the present invention as a monitoring sensor for structural diagnosis, at least two piezoelectric fiber modules are stacked and arranged in the z-axis direction, but the output characteristic is that the piezoelectric fiber modules are connected to each other by serial connection rather than parallel connection. Was found to be more beneficial in improving
실시예Example
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail through preferred embodiments of the present invention. However, this is presented as a preferred example of the present invention and cannot be construed as limiting the present invention in any sense.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.Contents not described herein can be sufficiently technically inferred by those skilled in the art, and thus description thereof will be omitted.
이하의 실험예에서, 압전섬유 모듈(이하, 모듈로 약칭함.)로는 제1 및 제2 전극 각각이 0.1mm의 폭을 갖고, 0.2mm의 간격으로 이격 배치되도록 설계된 연결 전극부를 포함하는 것을 이용하였다.In the following experimental examples, a piezoelectric fiber module (hereinafter, abbreviated as a module) is used as the first and second electrodes each having a width of 0.1 mm and including a connection electrode portion designed to be spaced apart at an interval of 0.2 mm. I did.
도 5는 x축 방향으로 모듈 배열시의 연결방법에 따른 출력 전압 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다. 이때, 2개의 모듈을 x축 방향으로 직렬연결 및 병렬연결 방식으로 각각 연결하였다.5 is a graph showing the results of evaluating output voltage characteristics according to a connection method when modules are arranged in the x-axis direction. At this time, the two modules were connected in series connection and parallel connection method in the x-axis direction, respectively.
도 5에 도시된 바와 같이, x축 방향으로 모듈 배열시, 직렬연결 및 병렬연결에 따른 출력 특성을 각각 알아보기 위해, 0 Hz ~ 3,000 Hz까지의 진동 주파수에 따른 출력 전압을 측정하였다.As shown in FIG. 5, when the modules are arranged in the x-axis direction, in order to examine the output characteristics according to the series connection and parallel connection, respectively, the output voltage according to the vibration frequency from 0 Hz to 3,000 Hz was measured.
측정 결과, 직렬연결이 병렬연결보다 높은 출력 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이 결과, 진동주파수에 따른 출력 특성은 직렬연결이 더 우수하다는 것을 확인하였다.As a result of the measurement, it can be seen that the serial connection shows higher output characteristics than the parallel connection. As a result, it was confirmed that the serial connection was superior in output characteristics according to the vibration frequency.
도 6은 x축 방향으로 모듈 배열시의 연결방법에 따른 굽힘운동에 의한 출력 전압 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the results of evaluating output voltage characteristics due to a bending motion according to a connection method when modules are arranged in the x-axis direction.
도 6에 도시된 바와 같이, x축 방향으로 모듈 배열시, 직렬연결 및 병렬연결에 따른 굽힘운동에 의한 출력 전압을 측정하였다.As shown in FIG. 6, when the modules are arranged in the x-axis direction, the output voltage due to the bending motion according to the series connection and parallel connection was measured.
측정 결과, 굽힘운동에서도 직렬연결이 더 높은 출력 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이는 x축으로 연결된 듀얼 모듈에서의 직렬연결이 병렬연결보다 더 우수한 출력 전압을 나타내기 때문이다.As a result of the measurement, it can be seen that the series connection exhibits higher output characteristics even in the bending motion. This is because the series connection in the dual module connected by the x-axis shows a better output voltage than the parallel connection.
도 7은 x축 방향으로 모듈 배열시의 연결방법에 따른 변위값 측정 결과를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing a displacement value measurement result according to a connection method when modules are arranged in the x-axis direction.
도 7에 도시된 바와 같이, 모듈을 x축으로 배열하고, 모듈에 일정 전압을 인가 시 연결방법에 따른 변위값을 측정하였다. 이때, 변위값 측정은 레이저 스캐닝 바이브로미터로 측정하였고, 전압은 8V의 인가전압을 가하였으며, 그에 따른 변위값을 측정한 것이다.As shown in FIG. 7, the modules were arranged along the x-axis, and a displacement value according to the connection method was measured when a constant voltage was applied to the module. At this time, the displacement value was measured with a laser scanning vibrometer, and an applied voltage of 8V was applied as the voltage, and the displacement value was measured.
측정 결과, x축 방향으로 배열된 모듈을 직렬연결을 한 경우가 병렬연결한 경우보다 더 높은 변위값을 나타내는 것을 확인하였다.As a result of the measurement, it was confirmed that the case where the modules arranged in the x-axis direction were connected in series showed higher displacement values than the case where the modules were connected in parallel.
즉, x축 방향으로 배열된 모듈에 일정 전압을 가했을 때 변위값은 직렬연결된 듀얼 모듈이 더 우수하였으며, x축 방향으로 정렬된 모듈이 2개 이상 연결되었을 때 병렬연결보다 직렬연결이 더 높은 출력 특성을 얻을 수 있다는 것을 확인하였다.In other words, when a certain voltage is applied to the modules arranged in the x-axis direction, the displacement value is better in the series-connected dual module, and when two or more modules arranged in the x-axis direction are connected, the serial connection is higher than the parallel connection. It was confirmed that properties could be obtained.
도 8은 z축 방향으로 모듈 배열시의 연결방법에 따른 출력 전압 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the results of evaluating output voltage characteristics according to a connection method when modules are arranged in the z-axis direction.
도 8에 도시된 바와 같이, z축 방향으로 모듈 배열시, 직렬연결 및 병렬연결에 따른 출력 특성을 각각 알아보기 위해, 0 Hz ~ 3,000 Hz까지의 진동 주파수에 따른 출력 전압을 측정하였다.As shown in FIG. 8, when the modules are arranged in the z-axis direction, in order to examine the output characteristics according to the series connection and parallel connection, respectively, the output voltage according to the vibration frequency from 0 Hz to 3,000 Hz was measured.
측정 결과, 직렬연결이 병렬연결보다 높은 출력 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이 결과, 진동주파수에 따른 출력 특성은 직렬연결이 더 우수하다는 것을 확인하였다.As a result of the measurement, it can be seen that the serial connection shows higher output characteristics than the parallel connection. As a result, it was confirmed that the serial connection was superior in output characteristics according to the vibration frequency.
도 9는 z축 방향으로 모듈 배열시의 연결방법에 따른 굽힘운동에 의한 출력 전압 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing a result of evaluating output voltage characteristics due to a bending motion according to a connection method when the modules are arranged in the z-axis direction.
도 9에 도시된 바와 같이, z축 방향으로 모듈 배열시, 직렬연결 및 병렬연결에 따른 굽힘운동에 의한 출력 전압을 각각 측정하였다.As shown in FIG. 9, when the modules are arranged in the z-axis direction, output voltages due to bending motions according to series connection and parallel connection were measured, respectively.
측정 결과, 굽힘운동에서도 직렬연결이 더 높은 출력 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이는 z축으로 연결된 듀얼 모듈에서의 직렬연결이 병렬연결보다 더 우수한 출력 전압을 나타내기 때문이다.As a result of the measurement, it can be seen that the series connection exhibits higher output characteristics even in the bending motion. This is because the series connection in the dual module connected by the z-axis shows better output voltage than the parallel connection.
도 10은 z축 방향으로 모듈 배열시의 연결방법에 따른 변위값 측정 결과를 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing a displacement value measurement result according to a connection method when modules are arranged in the z-axis direction.
도 10에 도시된 바와 같이, 모듈을 z축으로 배열하고, 모듈에 일정 전압을 인가 시 연결방법에 따른 변위값을 측정하였다.As shown in FIG. 10, the modules were arranged in the z-axis, and the displacement value according to the connection method was measured when a constant voltage was applied to the module.
이때, 변위값 측정은 레이저 스캐닝 바이브로미터로 측정하였고, 전압은 8V의 인가전압을 가하였으며, 그에 따른 변위값을 측정한 것이다.At this time, the displacement value was measured with a laser scanning vibrometer, and an applied voltage of 8V was applied as the voltage, and the displacement value was measured.
측정 결과, z축 방향으로 배열된 모듈을 직렬연결을 한 경우가 병렬연결한 경우보다 더 높은 변위값을 나타내는 것을 확인하였다.As a result of the measurement, it was confirmed that the case where the modules arranged in the z-axis direction were connected in series showed higher displacement values than the case where the modules were connected in parallel.
즉, z축 방향으로 배열된 모듈에 일정 전압을 가했을 때 변위값은 직렬연결된 듀얼 모듈이 더 우수하였으며, z축 방향으로 정렬된 모듈이 2개 이상 연결되었을 때 병렬연결보다 직렬연결이 더 높은 출력 특성을 얻을 수 있다는 것을 확인하였다.In other words, when a constant voltage is applied to the modules arranged in the z-axis direction, the displacement value is better in the series-connected dual module, and when two or more modules arranged in the z-axis direction are connected, the series connection is higher than the parallel connection. It was confirmed that properties could be obtained.
도 11은 모듈 배열 방법에 따른 신체 움직임에 의한 에너지 하베스터의 출력 전압 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.11 is a graph showing a result of evaluating an output voltage characteristic of an energy harvester by body movement according to a module arrangement method.
도 11에 도시된 바와 같이, 체중 83kg의 남성의 신발 밑에 단일 모듈, z축 방향으로 직렬연결된 듀얼 모듈, x축 방향으로 직렬연결된 듀얼 모듈을 각각 장착한 후, 7km/h의 속도로 움직였을 때 각각의 출력 전압을 측정한 결과를 나타내고 있다.As shown in Fig. 11, a single module, a dual module connected in series in the z-axis direction, and a dual module connected in series in the x-axis direction, respectively, are mounted under the shoes of a man weighing 83kg, respectively, when moving at a speed of 7km/h. The result of measuring the output voltage of is shown.
측정 결과, 모듈을 x축 방향으로 직렬연결한 경우가 출력 전압이 20.5V로 가장 높게 측정되었다.As a result of the measurement, when the module was connected in series in the x-axis direction, the output voltage was measured the highest as 20.5V.
이때, x축 배열의 출력 전압이 가장 높게 측정된 이유는 듀얼 모듈이 x축 방향으로 배열될 때 가장 넓은 영역을 사람이 밟을 수 있기 때문에 출력 특성이 가장 높게 측정된 것으로 파악된다.At this time, the reason why the output voltage of the x-axis array was measured the highest is that when the dual modules are arranged in the x-axis direction, a person can step on the widest area, so the output characteristic is considered to be the highest.
도 12는 신체 움직임의 속도에 따른 에너지 하베스터의 출력 전압 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.12 is a graph showing the results of evaluating the output voltage characteristics of the energy harvester according to the speed of body movement.
도 12에 도시된 바와 같이, x축 방향으로 직렬연결된 듀얼 모듈의 신체 움직임 속도에 따른 출력 전압을 통해 에너지 하베스터 출력 특성을 확인하였다.As shown in FIG. 12, the energy harvester output characteristics were confirmed through the output voltage according to the body movement speed of the dual modules connected in series in the x-axis direction.
측정 결과, 신체 움직임 속도가 증가할수록 높은 출력 전압을 얻을 수 있었다. 이는 속도가 증가할수록 신발에 가하지는 압력이 증가하기 때문인 것으로 판단된다.As a result of the measurement, as the body movement speed increased, a higher output voltage was obtained. This is believed to be because the pressure applied to the shoe increases as the speed increases.
또한, 13Km/h의 속도로 달리게 되면 초반에는 모듈에서 일정한 출력 전압이 측정되지만, 점점 출력 전압이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이것은 속도를 점점 빠르게 움직이면, 결국 점점 더 많은 힘이 모듈에 가해지게 되는데 13Km/h의 속도를 초과하여 달리게 되면 모듈에 가해지는 힘이 모듈이 견딜 수 있는 힘보다 커지기 때문에 결국에는 모듈이 손상되어 측정이 되지 않을 것으로 파악된다.In addition, when running at a speed of 13Km/h, the module measures a constant output voltage at the beginning, but it can be seen that the output voltage gradually decreases. This means that as the speed increases, eventually more and more force is applied to the module.If the speed exceeds 13Km/h, the force applied to the module becomes greater than the force that the module can withstand. It is understood that this will not be possible.
도 13은 모듈 배열 방법에 따른 구조진단용 모니터링 센서의 출력 전압 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.13 is a graph showing the result of evaluating the output voltage characteristics of the structural diagnosis monitoring sensor according to the module arrangement method.
도 13에 도시된 바와 같이, 구조 진단용 모니터링 모듈 센서의 특성 평가를 진행하기 위해 실리콘 호스에 모듈을 부착하고, 구멍을 5ð 크기로 뚫고 물을 흘려 주었을때 구멍과 모듈의 구멍 사이의 거리에 따른 출력 전압을 측정하였다. 이때, 모듈로는 z축 방향으로 직렬연결한 듀얼 모듈을 이용하였다.As shown in Fig. 13, when a module is attached to a silicone hose to evaluate the characteristics of the sensor of the monitoring module for structural diagnosis, a hole is drilled in a size of 5ð and water is poured, the output according to the distance between the hole and the hole of the module The voltage was measured. At this time, as a module, a dual module connected in series in the z-axis direction was used.
측정 결과, 물을 흘려주지 않았을 때는 0.01mV로 매우 작은 출력 전압이 측정되는 반면, 물을 흘려주었을 때는 구멍과의 거리가 5cm로 가까우면 8.31mV의 출력 전압이 나오고 거리가 멀어질수록 출력 전압의 크기가 줄어는 것을 확인할 수 있었다. 이는 호스의 구멍이 생기면 물이 흐를 때 호스에 진동이 발생하면서 모듈의 출력 전압을 측정할 수 있는 원리이다.As a result of the measurement, when no water is poured, a very small output voltage is measured as 0.01mV, whereas when the water is poured, an output voltage of 8.31mV appears when the distance to the hole is 5cm, and as the distance increases, the output voltage increases. It was confirmed that the size was reduced. This is the principle that when a hole in the hose is made, the hose vibrates when water flows, and the output voltage of the module can be measured.
도 14는 호스의 구멍 사이즈에 따른 구조진단용 모니터링 센서의 출력 전압 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.14 is a graph showing the results of evaluating the output voltage characteristics of the structural diagnosis monitoring sensor according to the hole size of the hose.
도 14에 도시된 바와 같이, 호스의 구멍 사이즈에 따른 모듈의 출력 전압을 측정하였다. 이때, 모듈로는 z축 방향으로 직렬연결한 듀얼 모듈을 이용하였다.As shown in Figure 14, the output voltage of the module was measured according to the hole size of the hose. At this time, as a module, a dual module connected in series in the z-axis direction was used.
구멍의 크기가 4ð에서부터 8ð까지 점차 증가시켜 주었을 때 모듈에서의 출력 전압을 측정한 것으로, 구멍과의 거리는 5cm로 고정하였다.When the size of the hole gradually increased from 4ð to 8ð, the output voltage from the module was measured, and the distance to the hole was fixed at 5cm.
측정 결과, 4ð에서 5ð로 증가될 때 출력 전압이 증가하였다가 6ð 이상에서는 다시 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 호스의 구멍 크기가 작을 때는 호스 전체에 걸리는 압력이 증가하여 호스의 진동이 크기 때문에 높은 출력 전압을 나타내지만 호스의 구멍이 너무 커지게 되면 호스에 걸리는 압력이 감소하기 때문에 모듈에서 발생되는 출력 전압이 감소하기 때문이다.As a result of the measurement, it can be seen that the output voltage increases when increasing from 4ð to 5ð and then decreases again above 6ð. When the hole size of the hose is small, the pressure applied to the entire hose increases and the vibration of the hose is large, which indicates a high output voltage, but if the hole of the hose becomes too large, the pressure applied to the hose decreases. This is because it decreases.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.Although the above has been described based on the embodiments of the present invention, various changes or modifications can be made at the level of a person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Such changes and modifications can be said to belong to the present invention as long as it does not depart from the scope of the technical idea provided by the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined by the claims set forth below.
400 : 플렉서블 멀티 압전체 모듈
300 : 브리지 연결배선
200 : 외부연결배선
100 : 압전섬유 모듈
110 : 압전 섬유층
120 : 제1 전극
130 : 제1 고분자 필름
140 : 제1 전극 구조체
150 : 제2 전극
160 : 제2 고분자 필름
170 : 제2 전극 구조체400: flexible multi-piezoelectric module 300: bridge connection wiring
200: external connection wiring 100: piezoelectric fiber module
110: piezoelectric fiber layer 120: first electrode
130: first polymer film 140: first electrode structure
150: second electrode 160: second polymer film
170: second electrode structure
Claims (11)
상기 압전섬유 모듈 각각은 압전 섬유층과, 상기 압전 섬유층의 일면에 부착되며, 제1 전극과, 상기 제1 전극을 지지하는 제1 고분자 필름을 갖는 제1 전극 구조체와,
상기 압전 섬유층의 타면에 부착되며, 제2 전극과, 상기 제2 전극을 지지하는 제2 고분자 필름을 갖는 제2 전극 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈.
At least two or more piezoelectric fiber modules are electrically connected; includes,
Each of the piezoelectric fiber modules includes a piezoelectric fiber layer, a first electrode structure attached to one surface of the piezoelectric fiber layer, and having a first electrode and a first polymer film supporting the first electrode,
A structure diagnosis monitoring sensor and a flexible multi-piezoelectric module for energy harvesters, comprising a second electrode structure attached to the other surface of the piezoelectric fiber layer and having a second electrode and a second polymer film supporting the second electrode .
상기 압전섬유 모듈 상호 간은 직렬연결된 것을 특징으로 하는 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈.
The method of claim 1,
The piezoelectric fiber modules are connected in series with each other, wherein a structure diagnosis monitoring sensor and a flexible multi-piezoelectric module for an energy harvester.
상기 압전 섬유층은
100 ~ 5,000㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈.
The method of claim 1,
The piezoelectric fiber layer
A monitoring sensor for structural diagnosis and a flexible multi-piezoelectric module for energy harvesters having a thickness of 100 to 5,000 μm.
상기 제1 및 제2 전극 각각은
상하 양측 가장자리를 따라 배치된 몸체 전극부; 및
상기 몸체 전극부로부터 내측으로 복수개가 연장되어, 상기 상하로 배치된 몸체 전극부를 상호 연결하여 깍지형 전극 배열 구조를 갖는 연결 전극부;
를 갖는 것을 특징으로 하는 우수한 출력 특성을 갖는 플렉서블 압전섬유 모듈.
The method of claim 1,
Each of the first and second electrodes
Body electrode portions disposed along both upper and lower edges; And
A connection electrode portion extending inward from the body electrode portion to interconnect the body electrode portions disposed vertically and having an interlock-type electrode arrangement structure;
A flexible piezoelectric fiber module having excellent output characteristics, characterized in that it has.
상기 연결 전극부는
0.08 ~ 0.12mm의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈.
The method of claim 4,
The connection electrode part
A monitoring sensor for structural diagnosis and a flexible multi-piezoelectric module for an energy harvester, having a width of 0.08 to 0.12mm.
상기 연결 전극부는
0.18 ~ 0.22mm의 간격으로 이격 배치된 것을 특징으로 하는 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈.
The method of claim 4,
The connection electrode part
A monitoring sensor for structural diagnosis and a flexible multi-piezoelectric module for energy harvesters, which are spaced apart at intervals of 0.18 to 0.22mm.
상기 압전섬유 모듈은
x축 방향으로 적어도 둘 이상이 나란히 배열된 것을 특징으로 하는 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈.
The method of claim 1,
The piezoelectric fiber module
A monitoring sensor for structural diagnosis and a flexible multi-piezoelectric module for an energy harvester, characterized in that at least two or more are arranged side by side in the x-axis direction.
상기 압전섬유 모듈은
브리지 연결 배선을 매개로 상호 간이 직렬연결된 것을 특징으로 하는 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈.
The method of claim 1,
The piezoelectric fiber module
A monitoring sensor for structural diagnosis and a flexible multi-piezoelectric module for energy harvesters, characterized in that they are connected in series through a bridge connection wire.
상기 압전섬유 모듈 각각은 압전 섬유층과, 상기 압전 섬유층의 일면에 부착되며, 제1 전극과, 상기 제1 전극을 지지하는 제1 고분자 필름을 갖는 제1 전극 구조체와,
상기 압전 섬유층의 타면에 부착되며, 제2 전극과, 상기 제2 전극을 지지하는 제2 고분자 필름을 갖는 제2 전극 구조체를 포함하며,
상기 압전섬유 모듈은 z축 방향으로 적어도 둘 이상이 적층 배열된 것을 특징으로 하는 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈.
At least two or more piezoelectric fiber modules are electrically connected; includes,
Each of the piezoelectric fiber modules includes a piezoelectric fiber layer, a first electrode structure attached to one surface of the piezoelectric fiber layer, and having a first electrode and a first polymer film supporting the first electrode,
A second electrode structure attached to the other surface of the piezoelectric fiber layer and having a second electrode and a second polymer film supporting the second electrode,
The piezoelectric fiber module is a structure diagnosis monitoring sensor and an energy harvester flexible multi-piezoelectric module, characterized in that at least two are stacked and arranged in a z-axis direction.
상기 압전섬유 모듈 상호 간은 직렬연결된 것을 특징으로 하는 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈.
The method of claim 9,
The piezoelectric fiber modules are connected in series with each other, wherein a structure diagnosis monitoring sensor and a flexible multi-piezoelectric module for an energy harvester.
상기 압전섬유 모듈은
상하로 맞닿는 제2 전극 구조체 상호 간이 일체로 형성되어, 직접 연결된 것을 특징으로 하는 구조진단용 모니터링 센서 및 에너지 하베스터용 플렉서블 멀티 압전체 모듈.The method of claim 9,
The piezoelectric fiber module
A structure diagnosis monitoring sensor and a flexible multi-piezoelectric module for energy harvesters, characterized in that the second electrode structures contacting up and down are integrally formed and directly connected.
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