KR20230094699A - 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치 및 이를 이용한 전도성 섬유의 선밀도 측정 방법 - Google Patents

전도성 섬유의 선밀도 측정 장치 및 이를 이용한 전도성 섬유의 선밀도 측정 방법 Download PDF

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Abstract

전도성 섬유의 선밀도 측정 장치는 제1 추, 제2 추, 및 자석을 포함한다. 상기 제1 추는 상기 전도성 섬유의 제1 단에 연결된다. 상기 제2 추는 상기 전도성 섬유의 제2 단에 연결된다. 상기 자석은 상기 전도성 섬유의 상기 제1 단 및 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단 사이에 자계를 인가한다. 상기 전도성 섬유의 상기 제1 단 및 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단에는 교류 전류가 인가된다. 상기 교류 전류는 상기 전도성 섬유의 상기 제1 단으로부터 상기 제2 단으로 흐르는 전류 성분 및 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단으로부터 상기 제1 단으로 흐르는 전류 성분을 포함한다.

Description

전도성 섬유의 선밀도 측정 장치 및 이를 이용한 전도성 섬유의 선밀도 측정 방법 {DETERMINATION APPARATUS OF CONDUCTING FIBER LINEAR DENSITY AND METHOD OF DETERMINING CONDUCTING FIBER LINEAR DENSITY USING THE SAME}
본 발명은 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치 및 이를 이용한 전도성 섬유의 선밀도 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전도성 섬유의 양 단에 교류 전압을 인가하고, 전도성 섬유의 저항이 최대가 되는 주파수를 검출하는 검출 회로부를 포함하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치 및 이를 이용한 전도성 섬유의 선밀도 측정 방법에 관한 것이다.
섬유형 신소재의 전기적, 기계적 물리적 특성 평가를 위해 선밀도(g/km, tex) 단위가 보편적으로 사용되고 있다. 상기 선밀도는 마이크로 저울을 이용하여 바로 측정이 가능하지만 샘플의 길이가 짧고 가벼운 경우에는 직접 측정하는 데에 어려움이 있다.
일본 공개특허공보 특표2002-536634호
본 발명이 이루고자 하는 목적은 전도성 섬유의 양 단에 교류 전압을 인가하고, 전도성 섬유의 저항이 최대가 되는 주파수를 검출하는 검출 회로부를 포함하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 상기 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치를 이용한 전도성 섬유의 선밀도 측정 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치는 제1 추, 제2 추, 및 자석을 포함한다. 상기 제1 추는 상기 전도성 섬유의 제1 단에 연결된다. 상기 제2 추는 상기 전도성 섬유의 제2 단에 연결된다. 상기 자석은 상기 전도성 섬유의 상기 제1 단 및 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단 사이에 자계를 인가한다. 상기 전도성 섬유의 상기 제1 단 및 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단에는 교류 전류가 인가된다. 상기 교류 전류는 상기 전도성 섬유의 상기 제1 단으로부터 상기 제2 단으로 흐르는 전류 성분 및 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단으로부터 상기 제1 단으로 흐르는 전류 성분을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치는 상기 전도성 섬유의 상기 제1 단 및 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단에 상기 교류 전류를 인가하는 펑션 제너레이터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치는 상기 전도성 섬유의 상기 제1 단 및 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단에 연결되며, 상기 전도성 섬유의 저항의 변화를 판단하는 검출 회로부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 검출 회로부는 제1 노드와 제3 노드 사이에 배치되는 제1 저항, 상기 제1 노드와 제4 노드 사이에 배치되는 제2 저항, 제2 노드와 상기 제4 노드 사이에 배치되는 가변 저항을 포함할 수 있다. 상기 전도성 섬유의 상기 제1 단은 상기 제2 노드에 연결되고, 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단은 상기 제3 노드에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 검출 회로부는 전압 소스의 제1 전극과 상기 제3 노드 사이에 배치되는 로드 저항을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 검출 회로부는 상기 제1 노드의 전압 및 상기 제2 노드의 전압의 전압 차이를 감지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 검출 회로부는 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드에 연결되는 오실로스코프를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 검출 회로부는 상기 전압 차이가 최대가 되는 주파수를 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전압 차이가 최대가 되는 주파수에서 상기 전도성 섬유의 저항이 최대일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전압 차이가 최대가 되는 주파수를 f0, 상기 전도성 섬유의 상기 제1 단 및 상기 제2 단 사이의 길이를 L, 상기 전도성 섬유에 인가되는 장력이 F이고, 상기 전도성 섬유의 상기 선밀도가 μ일 때,
Figure pat00001
를 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전도성 섬유의 상기 저항은 상기 교류 전류에 의해 진동하는 상기 전도성 섬유의 진폭에 비례할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전도성 섬유의 상부에 배치되며 상기 전도성 섬유의 최대 진폭을 판단하는 카메라를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전도성 섬유의 상기 저항이 최대가 되는 상기 교류 전류의 주파수를 기초로 상기 전도성 섬유의 선밀도가 판단될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 교류 전류에 의해 진동하는 상기 전도성 섬유의 진폭이 최대가 되는 상기 교류 전류의 주파수를 기초로 상기 전도성 섬유의 선밀도가 판단될 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 전도성 섬유의 선밀도 측정 방법은 전도성 섬유에 장력을 인가하는 단계, 상기 전도성 섬유의 제1 단 및 상기 전도성 섬유의 제2 단 사이에 자계를 인가하는 단계, 상기 전도성 섬유의 상기 제1 단 및 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단에 교류 전류를 인가하는 단계, 상기 교류 전류의 주파수에 따른 상기 전도성 섬유의 저항의 변화를 판단하는 단계, 상기 전도성 섬유의 상기 저항이 최대가 되는 상기 교류 전류의 주파수를 판단하는 단계 및 상기 전도성 섬유의 상기 저항이 최대가 되는 상기 교류 전류의 상기 주파수를 기초로 상기 전도성 섬유의 선밀도를 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전도성 섬유의 상기 제1 단 및 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단에 연결되는 검출 회로부를 이용하여 상기 전도성 섬유의 상기 저항의 변화가 판단될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 검출 회로부는 제1 노드와 제3 노드 사이에 배치되는 제1 저항, 상기 제1 노드와 제4 노드 사이에 배치되는 제2 저항, 제2 노드와 상기 제4 노드 사이에 배치되는 가변 저항을 포함할 수 있다. 상기 전도성 섬유의 상기 제1 단은 상기 제2 노드에 연결되고, 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단은 상기 제3 노드에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 검출 회로부는 상기 제1 노드의 전압 및 상기 제2 노드의 전압의 전압 차이를 감지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 검출 회로부는 상기 전압 차이가 최대가 되는 주파수를 판단할 수 있다. 상기 전압 차이가 최대가 되는 주파수에서 상기 전도성 섬유의 상기 저항이 최대일 수 있다.
본 발명에 따른 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치 및 이를 이용한 전도성 섬유의 선밀도 측정 방법은 전도성 섬유의 양 단에 교류 전압을 인가하고, 검출 회로부를 이용하여 전도성 섬유의 저항이 최대가 되는 주파수를 정밀하게 검출할 수 있다. 따라서, 상기 전도성 섬유의 저항이 최대가 되는 주파수, 상기 전도성 섬유의 길이 및 상기 전도성 섬유에 인가되는 장력을 이용하여 상기 전도성 섬유의 선밀도를 간편하고 정밀하게 얻을 수 있다.
상기 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치는 오실로스코프 및 전하 결합 소자 카메라를 이용하여 상기 전도성 섬유의 저항이 최대가 되는 주파수를 더욱 정확히 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 전도성 섬유에 인가되는 힘, 자계 및 전류를 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치를 나타내는 개념도이다.
도 4는 도 1 및 도 3의 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치의 검출 회로부를 나타내는 회로도이다.
도 5는 도 4의 제1 노드의 전압과 제2 노드의 전압이 일치하는 경우의 상기 제1 노드의 전압, 상기 제2 노드의 전압, 및 상기 제1 노드의 전압 및 상기 제2 노드의 전압의 전압 차이를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 4의 제1 노드의 전압과 제2 노드의 전압이 일치하지 않는 경우의 상기 제1 노드의 전압, 상기 제2 노드의 전압, 및 상기 제1 노드의 전압 및 상기 제2 노드의 전압의 전압 차이를 나타내는 그래프이다.
도 7은 전도성 섬유의 저항이 최대가 되는 주파수에서 도 4의 제1 노드의 전압, 제2 노드의 전압, 및 상기 제1 노드의 전압 및 상기 제2 노드의 전압의 전압 차이를 나타내는 그래프이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 섬유(CF)의 선밀도 측정 장치를 나타내는 개념도이다. 도 2는 도 1의 전도성 섬유(CF)에 인가되는 힘, 자계 및 전류를 나타내는 개념도이다.
상기 전도성 섬유(CF)의 선밀도 측정 장치는 전도성 섬유(CF)의 제1 단(X1)에 연결되는 제1 추(W1), 상기 전도성 섬유(CF)의 제2 단(X2)에 연결되는 제2 추(W2), 및 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제1 단(X1) 및 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제2 단(X2) 사이에 자계를 인가하는 자석(MG)을 포함한다.
상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제1 단(X1) 및 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제2 단(X2)에는 교류 전류가 인가될 수 있다. 상기 교류 전류는 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제1 단(X1)으로부터 상기 제2 단(X2)으로 흐르는 전류 성분 및 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제2 단(X2)으로부터 상기 제1 단(X1)으로 흐르는 전류 성분을 포함할 수 있다.
상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제1 단(X1)으로부터 상기 제2 단(X2)으로 정의되는 방향은 제1 방향(D1)이라고 할 수 있고, 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제2 단(X2)으로부터 상기 제1 단(X1)으로 정의되는 방향은 제2 방향(D2)이라고 할 수 있다. 상기 자석으로부터 상기 전도성 섬유(CF)로 자계가 인가되는 방향은 제3 방향(D3)이라고 할 수 있다.
상기 제1 추(W1) 및 상기 제2 추(W2)로 인해 상기 전도성 섬유(CF)에는 장력이 형성될 수 있다. 상기 전도성 섬유(CF)의 선밀도 측정 장치는 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제1 단(X1)과 상기 제1 추(W1)가 연결되는 제1 연결부를 지지하는 제1 지지부(S1) 및 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제2 단(X2)과 상기 제2 추(W2)가 연결되는 제2 연결부를 지지하는 제2 지지부(S2)를 더 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 플레밍 왼손 법칙을 참조하면, 상기 자계가 상기 제3 방향(D3)으로 형성되고, 상기 교류 전류가 상기 제1 방향(D1)으로 흐를 때, 상기 전도성 섬유(CF)는 도 1에서 정면 방향으로 힘을 받게 된다. 반대로, 상기 자계가 상기 제3 방향(D3)으로 형성되고, 상기 교류 전류가 상기 제2 방향(D2)으로 흐를 때, 상기 전도성 섬유(CF)는 도 1에서 후면 방향으로 힘을 받게 된다.
따라서, 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제1 단(X1) 및 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제2 단(X2)에 교류 전류가 인가되는 경우, 상기 전도성 섬유(CF)는 도 1에서 수평 방향(전후 방향)으로 진동하게 된다.
예를 들어, 상기 전도성 섬유(CF)는 마이크로 저울로 측정이 어려운 매우 가벼운 전도성 섬유일 수 있다. 예를 들어, 상기 전도성 섬유(CF)는 카본 나노튜브 섬유일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 섬유(CF)의 선밀도 측정 장치를 나타내는 개념도이다.
도 3의 실시예는 도 1의 전도성 섬유(CF)의 선밀도 측정 장치에 펑션 제너레이터와 카메라를 추가로 도시하였다.
예를 들어, 상기 전도성 섬유(CF)의 선밀도 측정 장치는 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제1 단(X1) 및 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제2 단(X2)에 상기 교류 전류를 인가하는 펑션 제너레이터(FUNCTION GENERATOR)를 더 포함할 수 있다.
상기 전도성 섬유(CF)의 선밀도 측정 장치는 상기 전도성 섬유(CF)의 상부에 배치되며 상기 전도성 섬유(CF)를 촬상하는 카메라(CM)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 카메라(CM)는 상기 교류 전류에 의해 진동하는 상기 전도성 섬유(CF)의 진폭을 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 카메라(CM)는 전하 결합 소자 카메라일 수 있다.
도 4는 도 1 및 도 3의 전도성 섬유(CF)의 선밀도 측정 장치의 검출 회로부를 나타내는 회로도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 전도성 섬유(CF)의 선밀도 측정 장치는 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제1 단(X1) 및 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제2 단(X2)에 연결되며, 상기 전도성 섬유(CF)의 저항의 변화를 판단하는 검출 회로부를 더 포함할 수 있다.
상기 검출 회로부는 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이에 배치되는 제1 저항(R1), 상기 제1 노드(N1)와 제4 노드(N4) 사이에 배치되는 제2 저항(R2), 제2 노드(N2)와 상기 제4 노드(N4) 사이에 배치되는 가변 저항(RV)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 저항(R1)의 저항값 및 상기 제2 저항의 저항값은 동일할 수 있다.
상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제1 단(X1)은 상기 제2 노드(N2)에 연결되고, 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제2 단(X2)은 상기 제3 노드(N3)에 연결될 수 있다.
상기 검출 회로부는 전압 소스(VS)의 제1 전극과 상기 제3 노드(N3) 사이에 배치되는 로드 저항(RL)을 더 포함할 수 있다. 상기 로드 저항(RL)은 상기 전압 소스(VS)에서 생성되는 교류 전압이 상기 검출 회로부의 상기 제3 노드(N3) 및 상기 제4 노드(N4)로 안정적으로 인가되게 할 수 있다. 상기 전압 소스(VS)에서 생성되는 교류 전압은 상기 로드 저항(RL)과 상기 로드 저항(RL) 이하의 회로부(상기 제3 노드(N3) 및 상기 제4 노드(N4)의 사이)에 전압 분배될 수 있다. 예를 들어, 상기 로드 저항(RL)의 저항값은 상기 제1 저항(R1)의 저항값 및 상기 제2 저항의 저항값보다 클 수 있다.
예를 들어, 상기 전압 소스(VS)는 도 3에서 도시한 펑션 제너레이터를 의미할 수 있다.
상기 검출 회로부는 상기 제1 노드(N1)의 전압 및 상기 제2 노드(N2)의 전압의 전압 차이를 감지할 수 있다.
예를 들어, 상기 검출 회로부는 상기 제1 노드(N1) 및 상기 제2 노드(N2)에 연결되는 오실로스코프(OSCILLOSCOPE)를 더 포함할 수 있다.
도 5는 도 4의 제1 노드(N1)의 전압(VN1)과 제2 노드(N2)의 전압(VN2)이 일치하는 경우의 상기 제1 노드(N1)의 전압(VN1), 상기 제2 노드(N2)의 전압(VN2), 및 상기 제1 노드(N1)의 전압(VN1) 및 상기 제2 노드(N2)의 전압(VN2)의 전압 차이(VD)를 나타내는 그래프이다. 도 6은 도 4의 제1 노드(N1)의 전압(VN1)과 제2 노드(N2)의 전압(VN2)이 일치하지 않는 경우의 상기 제1 노드(N1)의 전압(VN1), 상기 제2 노드(N2)의 전압(VN2), 및 상기 제1 노드(N1)의 전압(VN1) 및 상기 제2 노드(N2)의 전압(VN2)의 전압 차이(VD)를 나타내는 그래프이다. 도 7은 전도성 섬유(CF)의 저항이 최대가 되는 주파수에서 도 4의 제1 노드(N1)의 전압(VN1), 제2 노드(N2)의 전압(VN2), 및 상기 제1 노드(N1)의 전압(VN1) 및 상기 제2 노드(N2)의 전압(VN2)의 전압 차이(VD)를 나타내는 그래프이다.
도 5, 도 6 및 도 7에서 보라색 파형은 상기 제1 노드(N1)의 전압(VN1)을 나타내고, 연두색 파형은 상기 제2 노드(N2)의 전압(VN2)을 나타내며, 분홍색 파형은 상기 제1 노드(N1)의 전압(VN1) 및 상기 제2 노드(N2)의 전압(VN2)의 전압 차이(VD)를 나타낸다.
도 5를 보면, 상기 교류 전류의 주파수가 10Hz이고, 상기 제1 노드(N1)의 전압(VN1)과 상기 제2 노드(N2)의 전압(VN2)이 일치하도록 상기 가변 저항(RV)이 조정된 경우를 나타낸다. 상기 제1 노드(N1)의 전압(VN1)과 상기 제2 노드(N2)의 전압(VN2)이 일치하도록 상기 가변 저항(RV)이 조정되었으므로, 상기 제1 노드(N1)의 전압(VN1)과 상기 제2 노드(N2)의 전압(VN2)의 전압 차이(VD)는 0을 나타낼 수 있다.
도 6을 보면, 상기 교류 전류의 주파수가 10Hz이고, 상기 가변 저항(RV)이 조정되지 않아, 상기 제1 노드(N1)의 전압(VN1)과 상기 제2 노드(N2)의 전압(VN2)이 일치하지 않는 경우를 나타낸다. 이와 같이, 상기 제1 노드(N1)의 전압(VN1)과 상기 제2 노드(N2)의 전압(VN2)이 상이하여 상기 검출 회로부의 상기 제1 노드(N1)와 상기 제2 노드(N2)의 밸런스가 맞지 않는 경우, 상기 제1 노드(N1)의 전압(VN1)과 상기 제2 노드(N2)의 전압(VN2)은 서로 다른 파형을 나타내며, 상기 전압 차이(VD)는 0이 아닌 교류 파형을 나타낼 수 있다.
도 5는 상기 검출 회로부를 이용하여 상기 전도성 섬유(CF)의 저항의 변화를 판단하기 위한 초기화 단계를 나타낸다. 반면, 도 6은 상기 제1 노드(N1)의 전압(VN1)과 상기 제2 노드(N2)의 전압(VN2)이 일치하지 않는 경우에 상기 전압 차이(VD)가 어떻게 도시되는지에 대한 단순 예시일 뿐이며, 본 발명의 선밀도 측정 방법의 프로세스에 해당하지 않는다.
상기 검출 회로부는 상기 교류 전류의 주파수를 가변하면서, 상기 제1 노드(N1)의 전압(VN1) 및 상기 제2 노드(N2)의 전압(VN2)의 전압 차이(VD)를 감지할 수 있다. 상기 검출 회로부는 상기 전압 차이(VD)가 최대가 되는 주파수를 판단할 수 있다. 도 7은 상기 교류 전류의 주파수가 60Hz에서 상기 전압 차이(VD)가 최대가 된 경우를 예시한다.
상기 전압 차이(VD)가 최대가 되는 주파수에서는 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제1 단(X1) 및 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제2 단(X2) 사이의 저항이 최대인 것을 의미한다. 상기 전압 차이(VD)가 최대가 되는 주파수에서는 상기 전도성 섬유(CF)가 최대의 진폭으로 진동하는 것을 의미할 수 있다. 상기 전도성 섬유(CF)가 최대의 진폭으로 진동하게 되면, 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제1 단(X1) 및 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제2 단(X2) 사이의 경로(path)의 길이가 최대로 형성된다고 볼 수 있다. 저항은 경로의 단면적에 반비례하고, 경로의 길이에 비례하므로, 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제1 단(X1) 및 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제2 단(X2) 사이의 경로(path)의 길이가 최대로 형성되면, 상기 전도성 섬유(CF)의 저항은 최대일 수 있다.
상기 전압 차이(VD)가 최대가 되는 주파수를 f0, 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제1 단(X1) 및 상기 제2 단(X2) 사이의 길이를 L, 상기 전도성 섬유(CF)에 인가되는 장력이 F이고, 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 선밀도가 μ일 때, 아래 수식 1을 만족할 수 있다.
[수식 1]
Figure pat00002
따라서, 상기 전압 차이(VD)가 최대가 되는 주파수(또는 상기 전도성 섬유(CF)의 저항이 최대가 되는 주파수)를 얻으면, 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 선밀도(μ)를 계산할 수 있다.
상기 검출 회로부를 이용하여, 상기 전압 차이(VD)가 최대가 되는 주파수를 얻을 수 있다. 또한, 상기 전도성 섬유(CF)의 상부에 배치되는 상기 카메라(CM)를 이용하여 상기 전도성 섬유(CF)의 진폭이 최대가 되는 주파수를 얻을 수 있으며, 상기 전도성 섬유(CF)의 진폭이 최대가 되는 주파수는 상기 전도성 섬유(CF)의 저항이 최대가 되는 주파수를 의미할 수 있다. 상기 교류 전류에 의해 진동하는 상기 전도성 섬유(CF)의 진폭이 최대가 되는 상기 교류 전류의 주파수를 기초로 상기 전도성 섬유(CF)의 선밀도가 판단될 수 있다.
이와 같이, 상기 검출 회로부를 이용하면, 상기 전도성 섬유(CF)의 저항이 최대가 되는 주파수를 정밀하게 검출할 수 있으며, 상기 카메라(CM)를 이용하면, 상기 전도성 섬유(CF)의 저항이 최대가 되는 주파수를 더욱 정확히 검출할 수 있다.
본 실시예에 따른 전도성 섬유(CF)의 선밀도 측정 방법을 정리하면, 아래와 같은 단계들을 포함한다. 상기 선밀도 측정 방법은 전도성 섬유(CF)에 장력을 인가하는 단계, 상기 전도성 섬유(CF)의 제1 단(X1) 및 상기 전도성 섬유(CF)의 제2 단(X2) 사이에 자계를 인가하는 단계, 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제1 단(X1) 및 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제2 단(X2)에 교류 전류를 인가하는 단계, 상기 교류 전류의 주파수에 따른 상기 전도성 섬유(CF)의 저항의 변화를 판단하는 단계, 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 저항이 최대가 되는 상기 교류 전류의 주파수를 판단하는 단계 및 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 저항이 최대가 되는 상기 교류 전류의 상기 주파수를 기초로 상기 전도성 섬유(CF)의 선밀도를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 검출 회로부는 상기 제1 노드(N1)의 전압(VN1) 및 상기 제2 노드(N2)의 전압(VN2)의 전압 차이(VD)를 감지할 수 있다. 상기 검출 회로부는 상기 전압 차이(VD)가 최대가 되는 주파수를 판단하고, 상기 전압 차이(VD)가 최대가 되는 주파수에서 상기 전도성 섬유(CM)의 상기 저항이 최대가 될 수 있다. 상기 전압 차이(VD)가 최대가 되는 주파수(f0), 상기 전도성 섬유(CF)의 상기 제1 단(X1) 및 상기 제2 단(X2) 사이의 길이(L), 상기 전도성 섬유(CF)에 인가되는 장력(F)을 수식 1에 대입하여, 상기 전도성 섬유(CF)의 선밀도(μ)를 얻을 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 전도성 섬유(CF)의 양 단(X1, X2)에 교류 전압을 인가하고, 검출 회로부를 이용하여 전도성 섬유(CF)의 저항이 최대가 되는 주파수(f0)를 정밀하게 검출할 수 있다. 따라서, 상기 전도성 섬유(CF)의 저항이 최대가 되는 주파수(f0), 상기 전도성 섬유(CF)의 길이(L) 및 상기 전도성 섬유(CF)에 인가되는 장력(T)을 이용하여 상기 전도성 섬유(CF)의 선밀도(μ)를 간편하고 정밀하게 얻을 수 있다.
상기 전도성 섬유(CF)의 선밀도 측정 장치는 오실로스코프 및 전하 결합 소자 카메라를 이용하여 상기 전도성 섬유(CF)의 저항이 최대가 되는 주파수를 더욱 정확히 검출할 수 있다.
본 발명은 전도성 섬유의 선밀도를 간편하고 정밀하게 얻을 수 있는 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치 및 방법은 다양한 미래 산업에 적용이 기대되는 카본 나노튜브 섬유와 같은 전도성 섬유형 신소재에 적용이 가능하며, 관련 기초 연구와 응용 연구에 널리 활용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.
CF: 전도성 섬유 MG: 자석
W1: 제1 추 W2: 제2 추
S1: 제1 지지부 S2: 제2 지지부
CM: 카메라

Claims (19)

  1. 전도성 섬유의 제1 단에 연결되는 제1 추;
    상기 전도성 섬유의 제2 단에 연결되는 제2 추; 및
    상기 전도성 섬유의 상기 제1 단 및 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단 사이에 자계를 인가하는 자석을 포함하고,
    상기 전도성 섬유의 상기 제1 단 및 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단에는 교류 전류가 인가되며,
    상기 교류 전류는 상기 전도성 섬유의 상기 제1 단으로부터 상기 제2 단으로 흐르는 전류 성분 및 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단으로부터 상기 제1 단으로 흐르는 전류 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전도성 섬유의 상기 제1 단 및 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단에 상기 교류 전류를 인가하는 펑션 제너레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전도성 섬유의 상기 제1 단 및 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단에 연결되며, 상기 전도성 섬유의 저항의 변화를 판단하는 검출 회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 검출 회로부는 제1 노드와 제3 노드 사이에 배치되는 제1 저항, 상기 제1 노드와 제4 노드 사이에 배치되는 제2 저항, 제2 노드와 상기 제4 노드 사이에 배치되는 가변 저항을 포함하고,
    상기 전도성 섬유의 상기 제1 단은 상기 제2 노드에 연결되고, 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단은 상기 제3 노드에 연결되는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 검출 회로부는 전압 소스의 제1 전극과 상기 제3 노드 사이에 배치되는 로드 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 검출 회로부는 상기 제1 노드의 전압 및 상기 제2 노드의 전압의 전압 차이를 감지하는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 검출 회로부는 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드에 연결되는 오실로스코프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 검출 회로부는 상기 전압 차이가 최대가 되는 주파수를 판단하는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 전압 차이가 최대가 되는 주파수에서 상기 전도성 섬유의 저항이 최대인 것을 특징으로 하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전압 차이가 최대가 되는 주파수를 f0, 상기 전도성 섬유의 상기 제1 단 및 상기 제2 단 사이의 길이를 L, 상기 전도성 섬유에 인가되는 장력이 F이고, 상기 전도성 섬유의 상기 선밀도가 μ일 때,
    Figure pat00003
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 전도성 섬유의 상기 저항은 상기 교류 전류에 의해 진동하는 상기 전도성 섬유의 진폭에 비례하는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 전도성 섬유의 상부에 배치되며 상기 전도성 섬유의 최대 진폭을 판단하는 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치.
  13. 제3항에 있어서, 상기 전도성 섬유의 상기 저항이 최대가 되는 상기 교류 전류의 주파수를 기초로 상기 전도성 섬유의 선밀도가 판단되는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 교류 전류에 의해 진동하는 상기 전도성 섬유의 진폭이 최대가 되는 상기 교류 전류의 주파수를 기초로 상기 전도성 섬유의 선밀도가 판단되는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 장치.
  15. 전도성 섬유에 장력을 인가하는 단계;
    상기 전도성 섬유의 제1 단 및 상기 전도성 섬유의 제2 단 사이에 자계를 인가하는 단계;
    상기 전도성 섬유의 상기 제1 단 및 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단에 교류 전류를 인가하는 단계;
    상기 교류 전류의 주파수에 따른 상기 전도성 섬유의 저항의 변화를 판단하는 단계;
    상기 전도성 섬유의 상기 저항이 최대가 되는 상기 교류 전류의 주파수를 판단하는 단계; 및
    상기 전도성 섬유의 상기 저항이 최대가 되는 상기 교류 전류의 상기 주파수를 기초로 상기 전도성 섬유의 선밀도를 판단하는 단계를 포함하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 전도성 섬유의 상기 제1 단 및 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단에 연결되는 검출 회로부를 이용하여 상기 전도성 섬유의 상기 저항의 변화가 판단되는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 검출 회로부는 제1 노드와 제3 노드 사이에 배치되는 제1 저항, 상기 제1 노드와 제4 노드 사이에 배치되는 제2 저항, 제2 노드와 상기 제4 노드 사이에 배치되는 가변 저항을 포함하고,
    상기 전도성 섬유의 상기 제1 단은 상기 제2 노드에 연결되고, 상기 전도성 섬유의 상기 제2 단은 상기 제3 노드에 연결되는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 검출 회로부는 상기 제1 노드의 전압 및 상기 제2 노드의 전압의 전압 차이를 감지하는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 검출 회로부는 상기 전압 차이가 최대가 되는 주파수를 판단하고,
    상기 전압 차이가 최대가 되는 주파수에서 상기 전도성 섬유의 상기 저항이 최대인 것을 특징으로 하는 전도성 섬유의 선밀도 측정 방법.
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