KR20220120971A - Crack-based strain sensor and its sensitivity control method - Google Patents

Crack-based strain sensor and its sensitivity control method Download PDF

Info

Publication number
KR20220120971A
KR20220120971A KR1020210024829A KR20210024829A KR20220120971A KR 20220120971 A KR20220120971 A KR 20220120971A KR 1020210024829 A KR1020210024829 A KR 1020210024829A KR 20210024829 A KR20210024829 A KR 20210024829A KR 20220120971 A KR20220120971 A KR 20220120971A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
crack
sensitivity
strain sensor
sensor
substrate
Prior art date
Application number
KR1020210024829A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102490633B1 (en
Inventor
조성진
강정범
김정민
Original Assignee
충남대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 충남대학교산학협력단 filed Critical 충남대학교산학협력단
Priority to KR1020210024829A priority Critical patent/KR102490633B1/en
Publication of KR20220120971A publication Critical patent/KR20220120971A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102490633B1 publication Critical patent/KR102490633B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Measurement Of Force In General (AREA)

Abstract

The purpose of the present invention is to provide a crack-based strain sensor, and a sensitivity control method thereof. The present invention reduces or enlarges sensitivity of the sensor through posttreatment after manufacturing and measurement of the crack-based strain sensor having a plurality of cracks formed on a conductive layer. The present invention comprises a substrate and the conductive layer.

Description

크랙 기반의 스트레인 센서 및 이의 민감도 조절 방법{Crack-based strain sensor and its sensitivity control method}Crack-based strain sensor and its sensitivity control method

본 발명은 크랙 기반의 스트레인 센서 및 이의 민감도 조절 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스트레인 센서의 제작 및 계측 후에도 후처리를 통해 센서의 민감도 조절이 가능하도록 하는 크랙 기반의 스트레인 센서 및 이의 민감도 조절 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a crack-based strain sensor and a method for controlling sensitivity thereof, and more particularly, to a crack-based strain sensor and method for controlling sensitivity thereof, enabling the sensitivity control of the sensor to be adjusted through post-processing even after the production and measurement of the strain sensor is about

일반적으로 고감도 센서는 미세한 신호를 감지하여 이를 전기적 신호 등의 데이터로 전달하는 장치로서 현대 산업에서 필수적으로 요구되는 부품 중 하나이다.In general, a high-sensitivity sensor is a device that detects a minute signal and transmits it as data such as an electrical signal, and is one of the essential components in modern industry.

이와 같은 센서 중 압력이나 인장력을 측정하는 센서로 정전용량(capacitive) 센서, 압전기(piezoelectric) 센서, 스트레인(strain) 센서 등이 알려져 있다.Among such sensors, a capacitive sensor, a piezoelectric sensor, a strain sensor, and the like are known as sensors for measuring pressure or tensile force.

기존의 인장 센서인 스트레인 센서는 기계적인 미세한 변화를 전기 신호로 검출하는 센서로서, 기계나 구조물의 표면에 접착해두면 그 표면에서 생기는 미세한 치수의 변화, 즉 스트레인을 측정하는 것이 가능하고 스트레인의 크기로부터 강도나 안전성을 확인하는데 중요한 응력을 알 수 있다.The strain sensor, which is a conventional tension sensor, is a sensor that detects minute mechanical changes as electrical signals. From this, it is possible to know the stress that is important to confirm the strength or safety.

또한, 스트레인 센서는 금속 저항 소자의 저항치 변화에 따라 피 측정물의 표면의 변형을 측정하는 것으로, 일반적으로 금속 재료의 저항치는 외부로부터의 힘에 의해 늘어나면 증가하고 압축되면 감소하는 성질을 가지고 있다.In addition, the strain sensor measures the deformation of the surface of the object to be measured according to the change in the resistance value of the metal resistance element. In general, the resistance value of the metal material increases when it is stretched by an external force and decreases when it is compressed.

스트레인 센서는 힘, 압력, 가속도, 변위, 토크(torque) 등의 물리량을 전기 신호로 바꾸기 위한 센서의 수감 소자로도 응용되고 실험, 연구용으로 쓰일 뿐만 아니라 계측 제어용으로도 널리 이용되고 있다.The strain sensor is applied as a sensing element of a sensor to convert physical quantities such as force, pressure, acceleration, displacement, and torque into an electrical signal, and is widely used not only for experiments and research, but also for measurement and control.

그러나, 기존의 스트레인 센서는 금속선을 이용하기 때문에 민감도가 매우 떨어져 인공 피부를 제작하거나 인체의 움직임을 감지하는 고성능 스트레인 센서를 제작하는데는 어려움이 있었다. 이에 따라 유연성을 가지며 고 민감도 및 대변위의 측정이 가능한 크랙 기반의 스트레인 센서가 개발되어 왔다.However, since the conventional strain sensor uses a metal wire, the sensitivity is very low, so it was difficult to fabricate artificial skin or a high-performance strain sensor that detects the movement of the human body. Accordingly, a crack-based strain sensor that is flexible and capable of high sensitivity and large displacement measurement has been developed.

유연성을 가지는 크랙 기반의 스트레인 센서는 넓은 사용처, 높은 민감도, 넓은 동작 범위 등의 장점을 가져 다양한 분야에서 수요가 점점 증가하고 있으며, 가상 현실, VR, 스포츠, 헬스 모니터링, 로봇 등에서 사용되기 위해 지속적으로 연구가 진행 중에 있다.Crack-based strain sensors with flexibility have the advantages of wide usage, high sensitivity, and wide range of motion, so the demand is increasing in various fields. Research is ongoing.

종래의 크랙 기반의 스트레인 센서는 신축성 폴리머 기판 위에 전도성 금속을 코팅하고, 기판을 과도하게 신장시키면 기판과 전도층 사이의 탄성계수 차이에 의하여 전도층의 금속막이 갈라지면서 복수의 크랙이 형성되게 된다.In the conventional crack-based strain sensor, a conductive metal is coated on a stretchable polymer substrate, and when the substrate is excessively stretched, the metal film of the conductive layer is cracked due to the difference in elastic modulus between the substrate and the conductive layer, thereby forming a plurality of cracks.

도 1을 참조하면, 종래의 크랙 기반의 스트레인 센서는 크랙이 양의 곡률을 가지도록 센서를 볼록하게 굽히면 도 1a에 도시된 바와 같이 크랙 사이의 거리가 늘어나면서 전기 저항이 크게 증가하게 되고, 크랙이 음의 곡률을 가지도록 센서를 오목하게 굽히면 도 1c에 도시된 바와 같이 전도층의 금속막에 주름이 생기고 크랙들이 오버랩되며 전기 저항이 크게 감소하게 된다. 따라서 이러한 크랙 기반의 스트레인 센서는 기존의 스트레인 센서에 비해 스트레인에 대한 민감도가 매우 향상된다.Referring to FIG. 1, in the conventional crack-based strain sensor, when the sensor is convexly bent so that the crack has a positive curvature, the distance between the cracks increases as shown in FIG. When the sensor is concavely bent to have this negative curvature, as shown in FIG. 1C , wrinkles are formed in the metal film of the conductive layer, cracks are overlapped, and electrical resistance is greatly reduced. Therefore, the crack-based strain sensor has significantly improved sensitivity to strain compared to the conventional strain sensor.

그러나, 이러한 종래의 크랙 기반의 스트레인 센서는 제작 공정에서만 센서의 민감도가 조절되고 있어 제작 및 계측 후에는 센서의 민감도가 불가능한 문제점이 있었다.However, in the conventional crack-based strain sensor, the sensitivity of the sensor is controlled only in the manufacturing process, so there is a problem in that the sensitivity of the sensor is impossible after manufacturing and measurement.

대한민국 등록특허공보 제10-1946150호 (발명의 명칭: 나노크랙을 포함하는 고 민감도, 고 변형율 측정센서 및 그 제조방법, 공고일: 2019. 02. 08)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1946150 (Title of the invention: high sensitivity, high strain rate measuring sensor including nanocracks and manufacturing method thereof, announcement date: 2019.02.08)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전도층에 복수의 크랙이 형성된 크랙 기반의 스트레인 센서의 제작 및 계측 후에도 후처리를 통해 센서의 민감도를 줄이거나 키우는 것이 가능하도록 하는 크랙 기반의 스트레인 센서 및 이의 민감도 조절 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and it is possible to reduce or increase the sensitivity of the sensor through post-processing even after fabrication and measurement of a crack-based strain sensor in which a plurality of cracks are formed in the conductive layer. An object of the present invention is to provide a crack-based strain sensor and a method for controlling sensitivity thereof.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 크랙 기반의 스트레인 센서는, 비전도성이며 신축성 소재로 구성되는 기판 및 상기 기판에 금속을 코팅하여 형성되는 전도층을 포함하고, 상기 전도층은 복수의 크랙이 형성되며, 상기 기판은 스크래치 또는 돌출부가 적어도 하나 이상 형성된다.In order to solve the above problems, a crack-based strain sensor according to the present invention includes a substrate made of a non-conductive and stretchable material and a conductive layer formed by coating a metal on the substrate, wherein the conductive layer includes a plurality of Cracks are formed, and at least one scratch or protrusion is formed on the substrate.

또한, 상기 스크래치의 너비, 깊이, 개수, 간격, 방향 및 패턴에 따라 스트레인에 대한 민감도가 조절될 수 있다.In addition, the sensitivity to strain may be adjusted according to the width, depth, number, spacing, direction and pattern of the scratch.

또한, 상기 돌출부의 너비, 높이, 개수, 간격, 방향 및 패턴에 따라 스트레인에 대한 민감도가 조절될 수 있다.In addition, the sensitivity to strain may be adjusted according to the width, height, number, spacing, direction, and pattern of the protrusions.

또한, 상기 복수의 크랙은, 상기 기판이 늘어날 때 상기 전도층과의 탄성계수 차이로 상기 전도층의 금속 막이 갈라지면서 형성될 수 있다.In addition, the plurality of cracks may be formed as the metal film of the conductive layer is cracked due to a difference in elastic modulus with the conductive layer when the substrate is stretched.

본 발명에 따른 크랙 기반의 스트레인 센서의 민감도 조절 방법은, 비전도성이며 신축성 소재로 구성되는 기판 및 상기 기판에 금속을 코팅하여 형성되는 전도층을 포함하고, 상기 전도층은 복수의 크랙이 형성되는 크랙 기반의 스트레인 센서의 민감도 조절 방법에 있어서, 상기 기판에 스크래치 또는 돌출부를 적어도 하나 이상 형성하여 상기 크랙 기반의 스트레인 센서의 스트레인에 대한 민감도를 조절한다.The method for controlling the sensitivity of a crack-based strain sensor according to the present invention includes a substrate made of a non-conductive and stretchable material and a conductive layer formed by coating a metal on the substrate, wherein the conductive layer is formed with a plurality of cracks In the method for controlling the sensitivity of a crack-based strain sensor, the sensitivity to strain of the crack-based strain sensor is adjusted by forming at least one scratch or protrusion on the substrate.

또한, 상기 기판에 레이저를 조사하여 상기 스크래치를 형성할 수 있다.In addition, the scratch may be formed by irradiating a laser to the substrate.

또한, 상기 기판에 주사기로 상기 기판과 동일한 재료를 보강하여 상기 돌출부를 형성할 수 있다.In addition, the protrusion may be formed by reinforcing the same material as the substrate with a syringe on the substrate.

또한, 상기 스크래치의 너비, 깊이, 개수, 간격, 방향 및 패턴을 조절하여 상기 크랙 기반의 스트레인 센서의 스트레인에 대한 민감도를 조절할 수 있다.In addition, the sensitivity to strain of the crack-based strain sensor can be adjusted by adjusting the width, depth, number, spacing, direction and pattern of the scratch.

또한, 상기 돌출부의 너비, 높이, 개수, 간격, 방향 및 패턴을 조절하여 상기 크랙 기반의 스트레인 센서의 스트레인에 대한 민감도를 조절할 수 있다.In addition, the sensitivity to strain of the crack-based strain sensor can be adjusted by adjusting the width, height, number, spacing, direction and pattern of the protrusions.

본 발명의 크랙 기반의 스트레인 센서 및 이의 민감도 조절 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.According to the crack-based strain sensor of the present invention and the sensitivity control method thereof, one or more of the following effects are obtained.

첫째, 크랙 기반의 스트레인 센서의 제작 및 계측 후에도 레이저로 기판에 스크래치를 형성하거나 주사기로 기판의 재료를 보강함으로써 센서의 민감도를 키우거나 줄일 수 있는 이점이 있다.First, even after fabrication and measurement of a crack-based strain sensor, there is an advantage in that the sensitivity of the sensor can be increased or decreased by forming a scratch on the substrate with a laser or reinforcing the material of the substrate with a syringe.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 종래의 크랙 기반의 스트레인 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 크랙 기반의 스트레인 센서를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 크랙 기반의 스트레인 센서의 단면도이다.
도 4 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 크랙 기반의 스트레인 센서의 스크래치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 크랙 기반의 스트레인 센서의 스크래치 및 돌출부의 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실험예 1의 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 9 및 10은 본 발명의 실험예 2의 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 11 및 12는 본 발명의 실험예 3의 실시예 3 내지 6을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실험예 3의 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실험예 4의 실험 결과를 나타낸 도면이다.1 is a view for explaining a conventional crack-based strain sensor.
2 is a diagram schematically illustrating a crack-based strain sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a crack-based strain sensor according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are diagrams for explaining the operation of a scratch of a crack-based strain sensor according to an embodiment of the present invention.
6 and 7 are views for explaining the shapes of scratches and protrusions of the crack-based strain sensor according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing the experimental results of Experimental Example 1 of the present invention.
9 and 10 are diagrams showing experimental results of Experimental Example 2 of the present invention.
11 and 12 are views showing Examples 3 to 6 of Experimental Example 3 of the present invention.
13 is a view showing the experimental results of Experimental Example 3 of the present invention.
14 is a view showing the experimental results of Experimental Example 4 of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 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 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

본 명세서에 첨부된 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의성을 위하여 과장되게 도시될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기술의 기능 및 구성에 관한 상세한 설명은 생략될 수 있다.The size or shape of the components shown in the drawings attached to this specification may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. It should be noted that the same configuration in each drawing is sometimes illustrated with the same reference numerals. In addition, detailed descriptions of functions and configurations of known technologies that may unnecessarily obscure the gist of the present invention may be omitted.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.The terminology used herein is used to describe specific embodiments, not to limit the present invention. As used herein, the singular form may include the plural form unless the context clearly dictates otherwise. In addition, when a part "includes" a certain component throughout the present specification, it means that other components may be further included unless otherwise stated.

어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 또는 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it is understood that other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there is no other element in the middle. Other expressions for describing the relationship between components should be interpreted similarly.

본 명세서에서 사용되는 상단, 하단, 상면, 하면 또는 상부, 하부 등의 용어는 구성 요소들에 있어서 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것이다. 예를 들어, 편의 상 도면상의 위쪽을 상부, 도면상의 아래쪽을 하부로 명명하는 경우 실제에 있어서는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 상부는 하부로 명명될 수 있고, 하부는 상부로 명명될 수 있다.As used herein, terms such as upper, lower, upper, lower or upper, lower, etc. are used to distinguish relative positions of the components. For example, for convenience, when naming the upper part of the drawing as the upper part and the lower part of the drawing as the lower part, the upper part may be called the lower part and the lower part may be called the upper part without departing from the scope of the present invention. .

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 각 구성요소가 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭한 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.Terms including ordinal numbers such as ~1~, ~2~, etc. described in this specification may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are only used to distinguish each component from each other, and are not limited to the order of manufacture, and the names may not match in the detailed description of the invention and the claims.

본 명세서에서 사용되는 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical or scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present specification. does not

이하, 본 발명의 실시예들에 의한 크랙 기반의 스트레인 센서 및 이의 민감도 조절 방법을 설명하기 위하여 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings in order to explain a crack-based strain sensor and a method for adjusting sensitivity thereof according to embodiments of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 크랙 기반의 스트레인 센서를 개략적으로 나타낸 도면이다.2 is a diagram schematically illustrating a crack-based strain sensor according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 크랙 기반의 스트레인 센서(1)는 기판(10) 및 전도층(20)을 포함한다.Referring to FIG. 2 , a crack-based strain sensor 1 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 10 and a conductive layer 20 .

기판(10)은 측정 대상으로부터 외력을 받아 신장될 수 있도록 신축성 소재로 구성되며, 후술할 전도층(20)의 저항 변화에 전기적으로 영향을 미치지 않도록 비전도성 소재로 구성될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따르면 기판(10)의 소재는 폴리우레탄(PU)으로 구성하는 것이 바람직하다.The substrate 10 is made of a stretchable material so that it can be stretched by receiving an external force from the measurement target, and can be made of a non-conductive material so as not to electrically affect a change in resistance of the conductive layer 20 to be described later. According to an embodiment, the material of the substrate 10 is preferably made of polyurethane (PU).

전도층(20)은 전도성을 가지는 금속 소재가 상기 기판(10)에 코팅되어 형성될 수 있다. 상기 전도층(20)을 구성하는 금속 소재는 금, 은, 백금과 같이 전도성과 연성이 뛰어난 재료로 선택되는 것이 바람직하다.The conductive layer 20 may be formed by coating a conductive metal material on the substrate 10 . The metal material constituting the conductive layer 20 is preferably selected as a material having excellent conductivity and ductility, such as gold, silver, and platinum.

상기 전도층(20)은 복수의 크랙(21)이 형성될 수 있다. 상기 크랙(21)은 상기 전도층(20)이 코팅된 기판(10)을 과도하게 신장시키면 기판(10)과 전도층(20)의 탄성계수 차이로 전도층(20)의 금속막이 균일한 분포로 갈라지면서 형성된다. 이 때 크랙(21)은 기판(10)이 신장되는 방향과 수직한 방향으로 형성된다.A plurality of cracks 21 may be formed in the conductive layer 20 . In the crack 21, when the substrate 10 coated with the conductive layer 20 is excessively stretched, the metal film of the conductive layer 20 is uniformly distributed due to a difference in elastic modulus between the substrate 10 and the conductive layer 20. formed by splitting into At this time, the crack 21 is formed in a direction perpendicular to the direction in which the substrate 10 is extended.

크랙(21)이 양의 곡률을 가지도록 스트레인 센서(1)를 볼록하게 굽히면 크랙(21) 사이의 거리가 늘어나면서 전기 저항이 크게 증가하게 되고, 크랙(21)이 음의 곡률을 가지도록 센서(1)를 오목하게 굽히면 전도층(20)의 금속막에 주름이 생기고 크랙(21)들이 오버랩되며 전기 저항이 크게 감소하게 되어 크랙(21)에 의해 스트레인 센서(1)의 민감도가 매우 향상되게 된다.When the strain sensor 1 is convexly bent so that the crack 21 has a positive curvature, the distance between the cracks 21 increases and the electrical resistance increases significantly, and the crack 21 has a negative curvature. When (1) is bent concavely, wrinkles are formed in the metal film of the conductive layer 20, the cracks 21 are overlapped, and the electrical resistance is greatly reduced, so that the sensitivity of the strain sensor 1 is greatly improved by the crack 21 do.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 크랙 기반의 스트레인 센서의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a crack-based strain sensor according to an embodiment of the present invention.

이 때, 도 3을 참조하면 상기 기판(10)은 스크래치(11) 또는 돌출부(12)가 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. At this time, referring to FIG. 3 , at least one scratch 11 or protrusion 12 may be formed on the substrate 10 .

도 3a에 도시된 바와 같이 레이저 커터에 의하여 상기 기판(10)에 레이저가 조사되어 스크래치(11)가 형성될 수 있으며, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 에칭(etching) 기법으로 기판(10)의 두께를 줄이는 방식으로 스크래치(11)가 형성될 수 있고, 칼로 직접 기판(10)에 스크래치(11)를 내는 기계적인 방법을 사용하여 스크래치(11)가 형성될 수도 있다. 또한, 도 3b에 도시된 바와 같이 주사기로 기판(10)의 재료를 보강하여 돌출부(12)가 형성될 수 있으며, 기판(10)에 마스킹 후 코팅을 하는 방법으로 재료를 보강하여 돌출부(12)가 형성될 수 있다.As shown in FIG. 3A , a laser may be irradiated to the substrate 10 by a laser cutter to form a scratch 11 , and according to another embodiment of the present invention, the substrate 10 may be etched by an etching technique. The scratch 11 may be formed by reducing the thickness, and the scratch 11 may be formed using a mechanical method of directly making the scratch 11 on the substrate 10 with a knife. In addition, as shown in Figure 3b, the protrusion 12 may be formed by reinforcing the material of the substrate 10 with a syringe, and the protrusion 12 by reinforcing the material by coating the substrate 10 after masking. can be formed.

도 4 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 크랙 기반의 스트레인 센서의 스크래치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.4 and 5 are diagrams for explaining the operation of a scratch of a crack-based strain sensor according to an embodiment of the present invention.

도 4 및 5를 참조하면, 크랙 기반의 스트레인 센서(1)의 기판(10)에 스크래치(11)를 형성하였을 때 센서(1)가 신장되지 않았을 때에는 스크래치(11)가 형성되지 않은 센서(1)와 스크래치(11)가 형성된 센서(1)의 전기 저항이 같지만, 센서(1)가 신장될 때에는 스크래치(11)가 형성된 센서(1)가 스크래치(11)가 형성되지 않은 센서(1)보다 크랙(21)이 더 큰 범위로 갈라짐으로써 스크래치(11)가 형성된 센서(1)가 전기 저항이 훨씬 커지게 되어 스트레인 센서(1)의 민감도가 크게 향상될 수 있다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 크랙 기반의 스트레인 센서(1)의 기판(10)에 스크래치(11)가 형성되면 민감도가 커지는 것이 일반적이나, 스크래치(11)가 형성되는 방향이나 패턴에 따라 센서(1)의 민감도가 줄어들 수도 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.4 and 5, when the sensor 1 is not stretched when the scratch 11 is formed on the substrate 10 of the crack-based strain sensor 1, the scratch 11 is not formed in the sensor 1 ) and the sensor 1 in which the scratch 11 is formed have the same electrical resistance, but when the sensor 1 is stretched, the sensor 1 in which the scratch 11 is formed is higher than the sensor 1 in which the scratch 11 is not formed. As the crack 21 is split into a larger range, the sensor 1 in which the scratch 11 is formed has much greater electrical resistance, and thus the sensitivity of the strain sensor 1 can be greatly improved. At this time, according to an embodiment of the present invention, when the scratch 11 is formed on the substrate 10 of the crack-based strain sensor 1, the sensitivity generally increases, but the direction or pattern in which the scratch 11 is formed. Accordingly, the sensitivity of the sensor 1 may be reduced. A detailed description thereof will be provided later.

또한, 크랙 기반의 스트레인 센서(1)의 기판(10)에 돌출부(12)를 형성하였을 때에는 돌출부(12)가 형성되지 않은 센서(1)와 돌출부(12)가 형성된 센서(1)의 전기 저항이 같지만, 센서(1)가 신장될 때에는 돌출부(12)가 형성된 센서(1)가 돌출부(12)가 형성되지 않은 센서(1)보다 크랙(21)이 더 작은 범위로 갈라짐으로써 돌출부(12)가 형성된 센서(1)가 전기 저항이 훨씬 줄어들어 스트레인 센서(1)의 민감도가 크게 줄어들 수 있다.In addition, when the protrusion 12 is formed on the substrate 10 of the crack-based strain sensor 1, the electrical resistance of the sensor 1 in which the protrusion 12 is not formed and the sensor 1 in which the protrusion 12 is formed However, when the sensor 1 is elongated, the sensor 1 with the protrusion 12 is cracked in a smaller range than the sensor 1 without the protrusion 12, so that the protrusion 12 is Since the sensor 1 in which is formed has much reduced electrical resistance, the sensitivity of the strain sensor 1 may be greatly reduced.

즉, 크랙 기반의 스트레인 센서(1)의 기판(10)에 스크래치(11) 또는 돌출부(12)를 형성함으로써 센서(1)의 제작 및 계측 후에도 원하는 만큼 민감도를 키우거나 줄이는 것이 가능하다.That is, by forming the scratch 11 or the protrusion 12 on the substrate 10 of the crack-based strain sensor 1 , it is possible to increase or decrease the sensitivity as desired even after the sensor 1 is manufactured and measured.

도 6 및 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 크랙 기반의 스트레인 센서의 스크래치 및 돌출부의 형태를 설명하기 위한 도면이다.6 and 7 are views for explaining the shapes of scratches and protrusions of the crack-based strain sensor according to an embodiment of the present invention.

먼저 도 6a를 참조하면 레이저의 파워 또는 조사 횟수를 조절하여 스크래치(11)의 너비 및 깊이가 조절될 수 있고, 도 6b 및 6c를 참조하면 스크래치(11) 되거나 재료가 보강되는 돌출부(12)의 단면의 모양은 다양하게 형성될 수 있으며, 도 6c에 도시된 바와 같이 주사기에 의해 기판(10)에 재료가 보강되는 정도에 따라 돌출부(12)의 너비 및 높이가 조절될 수 있으며, 또한 도 6d에 도시된 바와 같이 기판(10)에 형성된 스크래치(11)에 다시 재료를 보강하여 돌출부(12)가 형성될 수도 있다.First, referring to Figure 6a, the width and depth of the scratch 11 can be adjusted by adjusting the power or the number of irradiation of the laser, and referring to Figures 6b and 6c, the scratch 11 or the protrusion 12 in which the material is reinforced The shape of the cross-section can be formed in various ways, and the width and height of the protrusion 12 can be adjusted according to the degree to which the material is reinforced on the substrate 10 by a syringe as shown in FIG. 6c, and also in FIG. 6d As shown in, the protrusion 12 may be formed by reinforcing the material in the scratch 11 formed on the substrate 10 again.

또한, 도 7a를 참조하면 기판(10)에 형성되는 스크래치(11) 또는 돌출부(12)의 개수와 간격에 따라 민감도가 조절될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 스크래치(11) 또는 돌출부(12)가 형성되는 개수가 많을수록, 스크래치(11) 또는 돌출부(12) 간의 간격이 좁을수록 민감도가 조절되는 범위가 커지게 된다.In addition, referring to FIG. 7A , the sensitivity may be adjusted according to the number and spacing of the scratches 11 or protrusions 12 formed on the substrate 10 . According to an embodiment of the present invention, the larger the number of scratches 11 or the protrusions 12 are formed, the narrower the interval between the scratches 11 or the protrusions 12, the greater the range for adjusting the sensitivity.

도 7b를 참조하면 기판(10)에 형성되는 스크래치(11) 또는 돌출부(12)의 방향이나 패턴은 다양한 방식으로 형성될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따르면 스트레인 센서(1)의 길이방향에 수직으로 스크래치(11) 또는 돌출부(12)를 형성하였을 때 민감도가 조절되는 범위가 가장 커지게 된다.Referring to FIG. 7b , the direction or pattern of the scratch 11 or the protrusion 12 formed on the substrate 10 may be formed in various ways, and according to an embodiment of the present invention, the longitudinal direction of the strain sensor 1 . When the scratch 11 or the protrusion 12 is formed perpendicular to the , the range in which the sensitivity is adjusted becomes the largest.

이하에서는, 본 발명에 따른 크랙 기반의 스트레인 센서의 민감도 조절 방법에 대해 설명한다. 본 발명에 따른 크랙 기반의 스트레인 센서의 민감도 조절 방법에 있어서 상기 크랙 기반의 스트레인 센서(1)에 대한 설명은 상술한 바 있으므로 동일한 부호를 사용하되 중복되는 상세한 설명은 생략될 수 있다. Hereinafter, a method for adjusting the sensitivity of a crack-based strain sensor according to the present invention will be described. In the method for adjusting the sensitivity of the crack-based strain sensor according to the present invention, since the description of the crack-based strain sensor 1 has been described above, the same reference numerals are used, but overlapping detailed descriptions may be omitted.

본 발명의 일 실시예에 따른 크랙 기반의 스트레인 센서의 민감도 조절 방법은 상기 크랙 기반의 스트레인 센서(1)의 기판(10)에 스크래치(11) 또는 돌출부(12)를 적어도 하나 이상 형성하여 상기 크랙 기반의 스트레인 센서(1)의 스트레인에 대한 민감도를 조절할 수 있다.In the method for adjusting the sensitivity of a crack-based strain sensor according to an embodiment of the present invention, at least one scratch 11 or a protrusion 12 is formed on the substrate 10 of the crack-based strain sensor 1 to form the crack. It is possible to adjust the sensitivity to strain of the base strain sensor (1).

상기 스크래치(11)는 레이저 커터를 이용하여 상기 기판(10)에 레이저를 조사하여 형성할 수 있으며, 상기 돌출부(12)는 주사기로 상기 기판(10)의 재료를 보강하여 형성할 수 있다. 이 때, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 에칭 기법으로 기판(10)의 두께를 줄이는 방식으로 스크래치(11)를 형성할 수 있고, 칼로 직접 기판(10)에 스크래치(11)를 내는 기계적인 방법을 사용하여 스크래치(11)를 형성할 수도 있다. 또한, 센서(1)의 기판(10)에 마스킹 후 코팅을 하는 방법으로 재료를 보강하여 돌출부(12)를 형성할 수도 있다.The scratch 11 may be formed by irradiating a laser on the substrate 10 using a laser cutter, and the protrusion 12 may be formed by reinforcing the material of the substrate 10 with a syringe. At this time, according to another embodiment of the present invention, it is possible to form the scratch 11 by reducing the thickness of the substrate 10 by an etching technique, and a mechanical method of directly making the scratch 11 on the substrate 10 with a knife may be used to form the scratch 11 . In addition, the protrusion 12 may be formed by reinforcing the material by coating the substrate 10 of the sensor 1 after masking.

본 발명의 일 실시예에 따른 크랙 기반의 스트레인 센서의 민감도 조절 방법에서는 기판(10)에 스크래치(11)를 형성하거나 돌출부(12)를 형성하여 센서(1)의 민감도를 키우거나 줄일 수 있다.In the method for adjusting the sensitivity of a crack-based strain sensor according to an embodiment of the present invention, the sensitivity of the sensor 1 can be increased or decreased by forming the scratch 11 or the protrusion 12 on the substrate 10 .

스크래치(11)의 너비, 깊이, 개수, 간격, 방향 및 패턴과 돌출부(12)의 너비, 높이, 개수, 간격, 방향 및 패턴을 조절하여 센서(1)의 민감도가 변화하는 정도를 조절할 수 있다.By adjusting the width, depth, number, spacing, direction and pattern of the scratches 11 and the width, height, number, spacing, direction and pattern of the protrusions 12, the degree of change in the sensitivity of the sensor 1 can be adjusted. .

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 크랙 기반의 스트레인 센서의 민감도 조절 방법에 의한 민감도 조절 성능을 확인하기 위하여 다양한 실험을 진행하였다.As described above, various experiments were conducted to confirm the sensitivity control performance by the sensitivity control method of the crack-based strain sensor according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도 8 내지 12를 참조하여 크랙 기반의 스트레인 센서의 민감도 조절 방법의 민감도 조절 성능 및 효과를 확인하기 위하여 실시한 실험예 1 내지 4에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 8 to 12, Experimental Examples 1 to 4 performed in order to confirm the sensitivity control performance and effect of the sensitivity control method of a crack-based strain sensor will be described.

도 8은 본 발명의 실험예 1의 실험 결과를 나타낸 도면이다.8 is a view showing the experimental results of Experimental Example 1 of the present invention.

도 8을 참조하면, 실험예 1에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 크랙 기반의 스트레인 센서에 레이저 장치를 사용하여 동일한 파워로 조사 횟수를 다르게 하여 기판(10)에 스크래치(11)를 형성하였다. 먼저 도 8a 내지 d에 도시된 바와 같이 레이저 파워가 동일하더라도 조사 횟수를 늘릴수록 스크래치(11)의 너비가 넓어지고 깊이가 깊어지는 것을 알 수 있다. 또한, 도면에 도시하지는 않았지만 동일한 조사 횟수에 레이저의 파워를 늘려도 이와 동일하게 스크래치(11)의 너비가 넓어지고 깊이가 깊어지게 된다.Referring to FIG. 8 , in Experimental Example 1, a scratch 11 was formed on the substrate 10 by using a laser device for a crack-based strain sensor according to an embodiment of the present invention and varying the number of irradiations with the same power. First, as shown in FIGS. 8A to 8D , even if the laser power is the same, it can be seen that the width of the scratch 11 increases and the depth increases as the number of irradiation increases. In addition, although not shown in the drawing, even if the power of the laser is increased for the same number of irradiations, the width of the scratch 11 becomes wider and the depth becomes deeper in the same way.

도 9 및 10은 본 발명의 실험예 2의 실험 결과를 나타낸 도면이다.9 and 10 are diagrams showing experimental results of Experimental Example 2 of the present invention.

도 9를 참조하면, 실험예 2에서는 도 9a에 도시된 바와 같이 크랙 기반의 스트레인 센서의 기판(10)에 스크래치(11)를 형성하지 않은 비교예 1, 도 9b에 도시된 바와 같이 크랙 기반의 스트레인 센서에 길이 방향에 수직으로 스크래치(11)를 형성한 실시예 1, 그리고 도 9c에 도시된 바와 같이 크랙 기반의 스트레인 센서에 길이 방향에 수평으로 스크래치(11)를 형성한 실시예 2를 사용하였다.Referring to FIG. 9 , in Experimental Example 2, as shown in FIG. 9A , in Comparative Example 1 in which the scratch 11 was not formed on the substrate 10 of the crack-based strain sensor, as shown in FIG. 9B, the crack-based Example 1 in which the scratch 11 was formed vertically in the longitudinal direction on the strain sensor, and Example 2 in which the scratch 11 was formed horizontally in the longitudinal direction in the crack-based strain sensor as shown in FIG. 9c was used did.

여기서, 상기 비교예 1, 실시예 1 및 실시예 2는 전도층(20)에 크랙(21)을 형성하기 위하여 크랙(21)이 형성되지 않은 전도층에 초기 길이의 60%까지 변형률을 가하여 인장시켰다가 초기 길이로 복구시켰다. 또한, 상기 비교예 및 실시예들의 길이 변형률에 따른 저항 변화율을 안정적으로 얻기 위하여 초기 변형률을 10% 가한 상태에서 60%까지 늘려 실험을 진행하였다.Here, in Comparative Examples 1, 1 and 2, in order to form cracks 21 in the conductive layer 20, the conductive layer in which the cracks 21 are not formed is subjected to tensile strain by applying a strain up to 60% of the initial length. It was restored to its initial length. In addition, in order to stably obtain the resistance change rate according to the length strain of the Comparative Examples and Examples, an experiment was conducted by increasing the initial strain by 10% to 60%.

실험예 2에서는 상기 비교예 1, 실시예 1 및 실시예 2를 길이 방향으로 초기 변형률 10%에서 최대 60%까지 인장시켜 최대 인장 시 센서의 전체 영역에서 늘어난 크랙(21)의 영역이 차지하는 비율 및 센서들의 길이 변형률에 따른 저항 변화율을 측정하는 실험을 진행하였다.In Experimental Example 2, the ratio of the area of the crack 21 extended in the entire area of the sensor at the time of maximum tension by stretching Comparative Examples 1, 1, and 2 from an initial strain of 10% to a maximum of 60% in the longitudinal direction, and An experiment was conducted to measure the resistance change rate according to the length strain of the sensors.

먼저, 도 9d를 참조하면 센서의 길이 방향에 수직으로 스크래치(11)를 형성한 실시예 1이 센서의 전체 영역에서 크랙(21)이 차지하는 비율이 현저히 높은 것으로 나타나 센서의 길이 방향에 수직으로 스크래치(11)를 냈을 때 센서의 민감도가 가장 크게 변하는 것을 알 수 있었다. 또한, 실시예 2에서도 스크래치(11)를 내지 않은 비교예 1보다 센서의 전체 영역에서 크랙(21)이 차지하는 비율이 더 높은 것으로 나타나 센서의 민감도가 커진 것을 알 수 있었다. 이 때, 실시예 1 및 2의 스크래치(11)가 되지 않은 영역은 비교예 1보다 센서의 전체 영역에 대한 비율이 낮게 측정된 것을 알 수 있었다.First, referring to FIG. 9D , in Example 1, in which the scratch 11 is formed perpendicular to the longitudinal direction of the sensor, the crack 21 occupies a significantly higher ratio in the entire area of the sensor, resulting in a scratch perpendicular to the longitudinal direction of the sensor. (11), it was found that the sensitivity of the sensor changes the most. In addition, in Example 2, it was found that the ratio of cracks 21 in the entire area of the sensor was higher than in Comparative Example 1 in which no scratches 11 were made, indicating that the sensitivity of the sensor was increased. At this time, it can be seen that the ratio to the total area of the sensor was lower than that of Comparative Example 1 in the areas where the scratches 11 were not made in Examples 1 and 2 .

도 10을 참조하면, 도 10에는 상기 비교예 1, 실시예 1 및 실시예 2의 길이 방향으로의 변형률에 따른 저항 변화율을 측정한 그래프를 도시하였다. 센서의 길이 방향에 수직으로 스크래치(11)를 형성한 실시예 1이 저항 변화율이 현저히 큰 것을 알 수 있으며, 센서의 길이 방향에 수평으로 스크래치(11)를 형성한 실시예 2는 저항 변화율이 비교예 1보다 약간 줄어든 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 10 , FIG. 10 shows graphs in which the resistance change rate according to the strain in the longitudinal direction of Comparative Examples 1, 1, and 2 is measured. It can be seen that Example 1 in which the scratch 11 is formed vertically in the longitudinal direction of the sensor has a significantly large resistance change rate, and Example 2 in which the scratch 11 is formed horizontally in the longitudinal direction of the sensor is comparable in the resistance change rate. It can be seen that it is slightly reduced compared to Example 1.

즉, 센서의 길이 방향에 수직으로 스크래치(11)를 형성하면 스크래치(11)가 형성되지 않은 센서보다 민감도가 상승하고, 센서의 길이 방향에 수평으로 스크래치(11)를 형성하면 스크래치(11)가 형성되지 않은 센서보다 민감도가 줄어드는 것을 알 수 있었다.That is, when the scratch 11 is formed vertically in the longitudinal direction of the sensor, the sensitivity is higher than that of the sensor in which the scratch 11 is not formed, and when the scratch 11 is formed horizontally in the longitudinal direction of the sensor, the scratch 11 is It was found that the sensitivity was reduced compared to the non-formed sensor.

도 11 및 12는 본 발명의 실험예 3의 실시예 3 내지 6을 나타낸 도면이다.11 and 12 are views showing Examples 3 to 6 of Experimental Example 3 of the present invention.

본 발명의 실험예 3에서는 기판(10)에 스크래치(11)의 패턴을 각각 다르게 형성하여 스크래치(11)의 패턴에 따라 센서들의 길이 변형률에 따른 저항 변화율을 측정하는 실험을 진행하였다.In Experimental Example 3 of the present invention, the pattern of the scratch 11 was formed differently on the substrate 10 , and an experiment was performed to measure the resistance change rate according to the length strain of the sensors according to the pattern of the scratch 11 .

도 11 및 12를 참조하면, 도 11a 및 12a에 도시된 바와 같이 스크래치(11) 간격 1mm, 조사 횟수 3번, 기판(10)의 중심을 기준으로 반반 씩 스크래치(11)를 형성한 실시예 3, 도 11b 및 12b에 도시된 바와 같이 스크래치(11) 간격 2mm, 조사 횟수 3번, 길이 방향에 수직으로 스크래치(11)를 형성한 실시예 4, 도 11c 및 12c에 도시된 바와 같이 스크래치(11) 간격 1mm, 조사횟수 3번, 길이 방향에 수직으로 스크래치(11)를 형성한 실시예 5, 도 11d 및 12d에 도시된 바와 같이 스크래치(11) 간격 1mm, 조사횟수 5번, 길이 방향에 수직으로 스크래치(11)를 형성한 실시예 6을 사용하여 실험을 진행하였다.Referring to FIGS. 11 and 12 , as shown in FIGS. 11A and 12A , Example 3 in which the scratches 11 were formed in half and half based on the scratch 11 spacing of 1 mm, the number of irradiation 3 times, and the center of the substrate 10 as shown in FIGS. 11A and 12A , as shown in FIGS. 11b and 12b, scratch 11 as shown in Example 4, FIGS. 11c and 12c, in which the scratch 11 spacing was 2 mm, the number of irradiation 3 times, and the scratch 11 was formed perpendicular to the longitudinal direction. ) Spacing 1mm, number of irradiation 3 times, Example 5 in which scratches 11 were formed perpendicular to the longitudinal direction, as shown in FIGS. 11d and 12d, scratch 11 spacing 1mm, number of irradiation 5 times, perpendicular to the longitudinal direction An experiment was conducted using Example 6 in which the scratch 11 was formed.

도 13은 본 발명의 실험예 3의 실험 결과를 나타낸 도면이다.13 is a view showing the experimental results of Experimental Example 3 of the present invention.

도 13을 참조하면, 비교를 위하여 상기 실험예 2에서 진행한 비교예 1의 실험 결과도 함께 포함하여 실험예 3의 실험 결과를 나타내었다. 센서의 길이 방향에 수직으로 스크래치(11)를 형성한 실시예 5 및 6이 길이 방향으로의 변형률에 따른 저항 변화율이 가장 높은 것을 알 수 있으며, 조사 횟수가 더 많은 실시예 6이 실시예 5보다 저항 변화율이 더 높은 것을 알 수 있다. 또한, 동일한 조건에서 간격이 2mm인 실시예 4보다 간격이 1mm인 실시예 5가 저항 변화율이 더 높은 것을 알 수 있다. 그리고, 반반 씩 스크래치(11)를 형성한 실시예 3은 비교예 1보다 낮은 저항 변화율을 가지는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 13 , the experimental results of Experimental Example 3 are shown, including the experimental results of Comparative Example 1 performed in Experimental Example 2 for comparison. It can be seen that Examples 5 and 6, in which the scratches 11 are formed perpendicular to the longitudinal direction of the sensor, have the highest resistance change rate according to the strain in the longitudinal direction, and Example 6 with a larger number of irradiations than Example 5 It can be seen that the resistance change rate is higher. In addition, it can be seen that under the same conditions, the resistance change rate of Example 5 having an interval of 1 mm is higher than that of Example 4 having an interval of 2 mm. And, it can be seen that Example 3 in which the scratches 11 were formed half by half had a lower resistance change rate than Comparative Example 1.

즉, 실험예 3의 결과에 따르면 크랙 기반의 스트레인 센서에 형성하는 스크래치(11)의 깊이가 더 깊을수록 센서의 스트레인에 대한 민감도가 더 커지고, 스크래치(11) 간의 간격이 좁을수록 센서의 스트레인에 대한 민감도가 더 커지는 것을 알 수 있었다.That is, according to the results of Experimental Example 3, the deeper the depth of the scratch 11 formed in the crack-based strain sensor, the greater the sensitivity to the strain of the sensor, and the narrower the interval between the scratches 11, the greater the strain of the sensor. It was found that the sensitivity to

도 14는 본 발명의 실험예 4의 실험 결과를 나타낸 도면이다.14 is a view showing the experimental results of Experimental Example 4 of the present invention.

본 발명의 실험예 4에서는 기판(10)에 주사기로 재료를 보강하여 돌출부(12)를 형성한 센서를 길이 방향으로 늘렸을 때 길이 방향 변형률에 따른 센서의 저항 변화율을 측정하는 실험을 진행하였다.In Experimental Example 4 of the present invention, when the sensor having the protrusion 12 formed by reinforcing the material on the substrate 10 with a syringe is stretched in the longitudinal direction, an experiment was conducted to measure the resistance change rate of the sensor according to the longitudinal strain.

본 발명의 실험예 4에서는 도 14a에 도시된 바와 같이 이전의 실험예들에서 진행하였던 것과 마찬가지로 스크래치(11)나 돌출부(12)가 형성되지 않은 크랙 기반의 센서인 비교예 1을 사용하였으며, 도 14b에 도시된 바와 같이 기판(10)의 길이 방향에 수평으로 돌출부(12)를 형성한 실시예 7 및 도 14c에 도시된 바와 같이 기판(10)의 길이 방향에 수직으로 돌출부(12)를 형성한 실시예 8을 사용하여 실험을 진행하였다.In Experimental Example 4 of the present invention, as shown in FIG. 14a, Comparative Example 1, which is a crack-based sensor in which scratches 11 or protrusions 12 are not formed, as in the previous experimental examples, was used, and FIG. As shown in Example 7 in which the protrusions 12 were formed horizontally in the longitudinal direction of the substrate 10 as shown in 14b and as shown in FIG. 14c , the protrusions 12 were formed vertically in the longitudinal direction of the substrate 10 . An experiment was conducted using Example 8.

도 14d에 실험예 4의 실험 결과를 나타난 그래프를 도시하였다. 도 14d를 참조하면 실시예 7 및 실시예 8 모두 비교예 1보다 저항 변화율이 줄어든 것을 알 수 있으며, 실시예 7 보다 실시예 8이 저항 변화율이 더 크게 줄어든 것을 알 수 있다.14d is a graph showing the experimental results of Experimental Example 4. Referring to FIG. 14D , it can be seen that in both Examples 7 and 8, the resistance change rate is reduced compared to Comparative Example 1, and it can be seen that the resistance change rate is significantly reduced in Example 8 than in Example 7.

즉, 크랙 기반의 스트레인 센서에 주사기를 사용하여 기판(10)에 재료를 보강하여 돌출부(12)를 형성하면 센서의 스트레인에 대한 민감도가 줄어들고, 기판(10)의 길이 방향에 수평으로 돌출부(12)를 형성하는 것 보다 수직으로 돌출부(12)를 형성하는 것이 민감도가 더 크게 줄어드는 것을 알 수 있었다.That is, if the protrusion 12 is formed by reinforcing the material on the substrate 10 using a syringe for the crack-based strain sensor, the sensitivity of the sensor to strain is reduced, and the protrusion 12 horizontally in the longitudinal direction of the substrate 10 ), it was found that the sensitivity was significantly reduced in forming the protrusion 12 vertically than forming the protrusion 12 .

상기와 같은 실험예들을 통해 본 발명의 실시예들에 따른 크랙 기반의 스트레인 센서의 민감도 조절 방법으로 기판(10)에 스크래치(11)를 형성하거나 기판(10)의 재료가 보강된 돌출부(12)를 형성함으로써 센서(1)의 제작 및 계측 이후에도 센서(1)의 민감도 조절이 자유롭게 가능한 것을 알 수 있었다.Through the above experimental examples, the scratch 11 is formed on the substrate 10 or the material of the substrate 10 is reinforced protrusion 12 by the method for adjusting the sensitivity of the crack-based strain sensor according to the embodiments of the present invention. It was found that the sensitivity of the sensor 1 can be freely adjusted even after the manufacturing and measurement of the sensor 1 is formed.

본 발명의 한 실시예로, 크랙 기반의 스트레인 센서(1)에 센서(1)의 길이 방향에 수직으로 스크래치(11)를 형성하여 민감도를 기존보다 크게 향상시킨 뒤, 다시 스크래치(11)가 형성된 영역에 주사기로 재료를 보강하여 기존의 민감도로 돌아갈 수 있으며, 여기에 다시 주사기로 기판(10)의 재료를 더 보강하여 돌출부(12)를 형성함으로써 기존의 민감도보다 민감도가 더 줄어들게 만들 수 있다.In one embodiment of the present invention, a scratch 11 is formed on the crack-based strain sensor 1 perpendicular to the longitudinal direction of the sensor 1 to greatly improve the sensitivity, and then the scratch 11 is formed again. It is possible to return to the existing sensitivity by reinforcing the material with a syringe in the region, and by further reinforcing the material of the substrate 10 with a syringe to form the protrusion 12 , the sensitivity can be reduced more than the existing sensitivity.

상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.As described above, preferred embodiments of the present invention have been shown and described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the present invention is not limited to the specific embodiments described above, Various modifications are possible by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or prospect of the present invention.

1: 크랙 기반의 스트레인 센서
10: 기판
11: 스크래치
12: 돌출부
20: 전도층
21: 크랙1: Crack-based strain sensor
10: substrate
11: Scratch
12: protrusion
20: conductive layer
21: crack

Claims (9)

비전도성이며 신축성 소재로 구성되는 기판; 및
상기 기판에 금속을 코팅하여 형성되는 전도층을 포함하고,
상기 전도층은 복수의 크랙이 형성되며,
상기 기판은 스크래치 또는 돌출부가 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 크랙 기반의 스트레인 센서.a substrate made of a non-conductive and stretchable material; and
A conductive layer formed by coating a metal on the substrate,
The conductive layer is formed with a plurality of cracks,
The substrate is a crack-based strain sensor, characterized in that at least one scratch or protrusion is formed. 제 1항에 있어서,
상기 스크래치의 너비, 깊이, 개수, 간격, 방향 및 패턴에 따라 스트레인에 대한 민감도가 조절되는 것을 특징으로 하는 크랙 기반의 스트레인 센서.The method of claim 1,
Crack-based strain sensor, characterized in that the sensitivity to strain is adjusted according to the width, depth, number, spacing, direction and pattern of the scratch. 제 1항에 있어서,
상기 돌출부의 너비, 높이, 개수, 간격, 방향 및 패턴에 따라 스트레인에 대한 민감도가 조절되는 것을 특징으로 하는 크랙 기반의 스트레인 센서.The method of claim 1,
Crack-based strain sensor, characterized in that the sensitivity to strain is adjusted according to the width, height, number, spacing, direction and pattern of the protrusions. 제 1항에 있어서,
상기 복수의 크랙은,
상기 기판이 늘어날 때 상기 전도층과의 탄성계수 차이로 상기 전도층의 금속 막이 갈라지면서 형성된 것을 특징으로 하는 크랙 기반의 스트레인 센서.The method of claim 1,
The plurality of cracks,
A crack-based strain sensor, characterized in that the metal film of the conductive layer is cracked due to a difference in elastic modulus with the conductive layer when the substrate is stretched. 비전도성이며 신축성 소재로 구성되는 기판 및 상기 기판에 금속을 코팅하여 형성되는 전도층을 포함하고, 상기 전도층은 복수의 크랙이 형성되는 크랙 기반의 스트레인 센서의 민감도 조절 방법에 있어서,
상기 기판에 스크래치 또는 돌출부를 적어도 하나 이상 형성하여 상기 크랙 기반의 스트레인 센서의 스트레인에 대한 민감도를 조절하는 것을 특징으로 하는 크랙 기반의 스트레인 센서의 민감도 조절 방법.A method for adjusting the sensitivity of a crack-based strain sensor comprising a substrate made of a non-conductive and stretchable material and a conductive layer formed by coating a metal on the substrate, wherein the conductive layer is formed with a plurality of cracks,
A method for controlling the sensitivity of a crack-based strain sensor, characterized in that the sensitivity to strain of the crack-based strain sensor is adjusted by forming at least one scratch or protrusion on the substrate. 제 5항에 있어서,
상기 기판에 레이저를 조사하여 상기 스크래치를 형성하는 것을 특징으로 하는 크랙 기반의 스트레인 센서의 민감도 조절 방법.6. The method of claim 5,
A method for controlling the sensitivity of a crack-based strain sensor, characterized in that the scratch is formed by irradiating a laser to the substrate. 제 5항에 있어서,
상기 기판에 주사기로 상기 기판과 동일한 재료를 보강하여 상기 돌출부를 형성하는 것을 특징으로 하는 크랙 기반의 스트레인 센서의 민감도 조절 방법.6. The method of claim 5,
The method for controlling the sensitivity of a crack-based strain sensor, characterized in that the protrusion is formed by reinforcing the same material as the substrate with a syringe on the substrate. 제 5항에 있어서,
상기 스크래치의 너비, 깊이, 개수, 간격, 방향 및 패턴을 조절하여 상기 크랙 기반의 스트레인 센서의 스트레인에 대한 민감도를 조절하는 것을 특징으로 하는 크랙 기반의 스트레인 센서의 민감도 조절 방법.6. The method of claim 5,
Sensitivity control method of a crack-based strain sensor, characterized in that the sensitivity to strain of the crack-based strain sensor is adjusted by adjusting the width, depth, number, interval, direction and pattern of the scratch. 제 5항에 있어서,
상기 돌출부의 너비, 높이, 개수, 간격, 방향 및 패턴을 조절하여 상기 크랙 기반의 스트레인 센서의 스트레인에 대한 민감도를 조절하는 것을 특징으로 하는 크랙 기반의 스트레인 센서의 민감도 조절 방법.6. The method of claim 5,
Sensitivity control method of a crack-based strain sensor, characterized in that the sensitivity to strain of the crack-based strain sensor is adjusted by adjusting the width, height, number, interval, direction and pattern of the protrusions.
KR1020210024829A 2021-02-24 2021-02-24 Crack-based strain sensor and its sensitivity control method KR102490633B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210024829A KR102490633B1 (en) 2021-02-24 2021-02-24 Crack-based strain sensor and its sensitivity control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210024829A KR102490633B1 (en) 2021-02-24 2021-02-24 Crack-based strain sensor and its sensitivity control method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220120971A true KR20220120971A (en) 2022-08-31
KR102490633B1 KR102490633B1 (en) 2023-01-18

Family

ID=83061586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210024829A KR102490633B1 (en) 2021-02-24 2021-02-24 Crack-based strain sensor and its sensitivity control method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102490633B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180039735A (en) * 2015-09-01 2018-04-18 광주과학기술원 Sensitivity-enhanced strain sensor
KR101946150B1 (en) 2017-05-02 2019-02-08 포항공과대학교 산학협력단 The high-sensitive, high strain rate measuring sensor comprising nano-crack and the manufacturing method for the same
KR20200097479A (en) * 2019-02-08 2020-08-19 충남대학교산학협력단 Method of manufacturing crack-based strain sensor using electroless silver plating

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180039735A (en) * 2015-09-01 2018-04-18 광주과학기술원 Sensitivity-enhanced strain sensor
KR101946150B1 (en) 2017-05-02 2019-02-08 포항공과대학교 산학협력단 The high-sensitive, high strain rate measuring sensor comprising nano-crack and the manufacturing method for the same
KR20200097479A (en) * 2019-02-08 2020-08-19 충남대학교산학협력단 Method of manufacturing crack-based strain sensor using electroless silver plating

Also Published As

Publication number Publication date
KR102490633B1 (en) 2023-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9970832B2 (en) Manufacturing method of strain sensor, strain sensor and motion sensing apparatus using the strain sensor
KR101811214B1 (en) Flexible pressure sensor using an amorphous metal, and flexible bimodal sensor for simultaneously sensing pressure and temperature
KR101956998B1 (en) High sensitive flexible pressure sensor and method thereof
KR102081892B1 (en) Resistive pressure sensor including piezo-resistive electrode
KR102071145B1 (en) Stretchable multimodal sensor and method of fabricating of the same
CN107907251B (en) Pressure sensor and preparation method thereof
KR102162135B1 (en) Method of manufacturing crack-based strain sensor using electroless silver plating
CN108115664B (en) Artificial muscle with self-sensing function
KR20180039735A (en) Sensitivity-enhanced strain sensor
CN110763132B (en) Omnidirectional sensing bionic strain sensor and preparation method thereof
CN112033582B (en) Flexible pressure sensor with microstructure
Jeong et al. Bioinspired, high-sensitivity mechanical sensors realized with hexagonal microcolumnar arrays coated with ultrasonic-sprayed single-walled carbon nanotubes
US10293523B2 (en) Device and method for sheet flexible-die forming based on magnetorheological elastomer
US11740141B2 (en) Pressure-sensitive element
Baldwin et al. A kirigami-based Parylene C stretch sensor
KR20220120971A (en) Crack-based strain sensor and its sensitivity control method
CN109196320B (en) High sensitivity sensor having transparent conductive film with cracks and method of manufacturing the same
Huang et al. Highly stretchable ionotronic pressure sensors with broad response range enabled by microstructured ionogel electrodes
CN110487168B (en) Unidirectional bending sensitive sensor and preparation method thereof
CN110854263A (en) Self-driven pressure strain sensor, preparation method thereof and electronic skin
CN210165888U (en) Unidirectional bending sensitive sensor
KR101626955B1 (en) Manufacturing method of nanowire array piezoelectric element
US9917535B2 (en) Wafer and method of manufacturing the same
KR102202725B1 (en) Nano-crack based high sensitivity sensor including V-shaped groove pattern and smart stent including thereof
US20140002058A1 (en) Triaxial piezoelectric sensor

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant