KR20240047760A - 응력 센서 장치 - Google Patents

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KR20240047760A
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stress sensor
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김병주
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주식회사 빅트론텍
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Abstract

본 발명의 응력 센서 장치는 응력 센서가 접합된 스레인레스 자 형상의 센서 몸체가 본체 하우징 내부에 일단을 고정한 후 반대방향으로 굴곡시켜 타단을 본체 하우징 외부로 돌출시키고 돌출된 타단을 측정 대상체에 매립하여 측정 대상체의 변형에 따른 센서 몸체의 굴곡 변형 정도로부터 유도 응력을 측정한다.

Description

응력 센서 장치 { STRAIN SENSOR APPARATUS }
저항선 패턴을 가진 응력 센서를 이용하여 변형 정도를 측정하는 장치에 관한 기술이 개시된다.
일반적으로 응력 센서(스트레인 게이지)는 금속 또는 반도체 저항체에 힘, 압력, 가속도, 변위, 토크 등에 의해 변형이 생기면 이로 인한 저항의 변화를 이용하여 기계나 구조물의 물리적 변형을 검출한다. 응력 센서는 자동차, 항공기는 물론 교량, 댐 등의 거대한 구조물의 안전성 진단에 넓게 이용되고 있다.
기계나 구조물의 표면에 소자를 부착하거나 내부에 매립시키면, 기계나 구조물의 물리적 변형에 따라 소자도 변형하게 되므로, 응력 센서는 변형이 발생되는 소자의 전기적 특성의 변화를 측정하여, 스트레인의 유무나 강도에 대한 정보를 획득할 수 있다.
제안된 발명은 응력 센서를 측정 대상 물체에 직접 부착하기 어려운 상황에서도 설치가 용이한 응력 센서 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 제안된 발명은 응력 센서가 측정 대상 물체에 직접 부착되어 측정 대상 물체의 변형에 따라 파손될 위험이 없는 응력 센서 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따른 응력 센서 장치는 본체 하우징과, 센서 몸체와, 응력 센서와, 측정 제어부를 포함한다.
본체 하우징은 센서 몸체를 고정할 수 있는 센서 몸체 고정부와, 센서 몸체의 일부가 통과하는 센서 몸체 통과공을 포함한다.
센서 몸체는 스테인레스 재질의 자 형상으로 형성되며, 센서 몸체 고정부에 일단이 고정되고 타단은 센서 몸체 고정부로부터 일정한 거리만큼 이격된 지점에서 반대방향으로 굴곡되어 센서 몸체 통과공을 통과하여 본체 하우징 외부로 연장된다.
응력 센서는 센서 몸체의 적어도 일부에 일체로 접합되는 저항선 패턴을 포함한다.
측정 제어부는 응력 센서의 저항 값 변화로부터 센서 몸체의 굴곡 변형의 정도를 산출함으로써 응력을 측정한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 응력 센서의 저항선 패턴은 연성 회로기판(FPCB)에 형성될 수 있다.
본 발명의 추가적 양상에 따른 응력 센서 장치는 IoT 통신부를 더 포함할 수 있고, IoT 통신부는 측정한 응력 값을 IoT 게이트웨이 또는 IoT 서버로 전송할 수 있다.
제안된 발명의 응력 센서 장치는 응력 센서를 측정 대상 물체에 직접 부착하기 어려운 상황에서도 설치가 용이하다.
또한, 제안된 발명의 응력 센서 장치는 응력 센서가 측정 대상 물체에 직접 부착하지 않기 때문에 측정 대상 물체의 변형에 따라 파손될 위험이 없다.
도 1은 본 발명의 일 양상에 따른 응력 센서 장치의 블록도를
도 2는 본 발명의 일 양상에 따른 응력 센서 장치의 개념적인 측면도로 센서 몸체와 응력 센서가 고정된 모습을
전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시 예들을 통해 구체화된다. 각 실시 예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시 예 내에서 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다. 블록도의 각 블록은 어느 경우에 있어서 물리적인 부품을 표현할 수 있으나 또 다른 경우에 있어서 하나의 물리적인 부품의 기능의 일부 혹은 복수의 물리적인 부품에 걸친 기능의 논리적인 표현일 수 있다. 때로는 블록 혹은 그 일부의 실체는 프로그램 명령어들의 집합(set)일 수 있다. 이러한 블록들은 전부 혹은 일부가 하드웨어, 소프트웨어 혹은 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 양상에 따른 응력 센서 장치의 블록도를 개념적으로 도시하고 있고, 도 2는 본 발명의 일 양상에 따른 응력 센서 장치의 개념적인 측면도로 센서 몸체와 응력 센서가 고정된 모습을 예시적으로 도시하고 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 응력 센서 장치(10)는 본체 하우징(100)과, 센서 몸체(120)와, 응력 센서(130)와, 측정 제어부(140)를 포함한다. 응력 센서 장치(10)는 추가적으로 전원부(160, 예를 들어, 리튬배터리)를 더 포함할 수 있다.
본체 하우징(100)은 응력 센서 장치(10)의 외형을 형성한다. 본체 하우징(100)을 형성하는 재질은 제한이 없으나 아크릴 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 본체 하우징(100)의 형상도 제한이 없으나 직육면체 형태의 박스 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
본체 하우징(100)은 내부에 센서 몸체(120)의 일단을 고정할 수 있는 센서 몸체 고정부(110)를 포함한다. 센서 몸체 고정부(110)를 형성하는 재질은 제한이 없으나 아크릴 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 센서 몸체 고정부(110)는 본체 하우징(100) 내벽에 부착되어 센서 몸체(120)를 고정하므로 'ㄴ' 모양으로 형성된다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. 센서 몸체 고정부(110)는 아크릴 전용 접착체를 이용하여 본체 하우징(100) 내벽에 부착될 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니며 다른 접착 또는 고정 수단을 사용하여 본체 하우징(100) 내벽에 부착될 수 있다. 본체 하우징(100)은 센서 몸체 통과공(115)을 포함한다. 센서 몸체 통과공(115)은 본체 하우징(100) 일면에 형성되며 이 통과공을 통해 센서 몸체(120)의 일부가 통과하며 본체 하우징(100) 외부로 노출된다. 도 2에 도시된 것과 같이 센서 몸체 고정부(110)는 센서 몸체(120)의 일단이 놓여지는 면에 홈이 형성되어 있어, 해당 홈을 통해 센서 몸체(120)의 일단을 볼트와 너트를 이용하여 단단히 고정할 수 있다.
센서 몸체(120)는 스테인레스 재질의 자 형상으로 형성된다. 자 형상의 센서 몸체(120)에는 실제 자와 동일하게 눈금이 표시될 수 있다. 따라서, 응력 센서 장치 테스트 중에 이 눈금을 이용하여 센서 몸체(120)가 얼마만큼 당겨졌는 지를 알 수 있어 장치 테스트를 편리하게 할 수 있다. 센서 몸체(120)는 전술한 바와 같이 센서 몸체 고정부(110)에 일단이 고정되고 타단은 센서 몸체 고정부(110)로부터 일정한 거리만큼 이격된 지점에서 반대방향으로 굴곡되어 센서 몸체 통과공(115)을 통과하여 본체 하우징(100) 외부로 연장된다. 도 2에 도시된 것처럼 센서 몸체(120)는 일단이 센서 몸체 고정부(110)에 고정된 후 장치 내측으로 연장되다 반대 방향으로 굴곡되어 본체 하우징(100) 외부로 연장된다. 이때 센서 몸체(120)가 굴곡되는 지점은 응력 센서 장치(10)의 크기, 센서 몸체(120)의 길이, 변형 측정 부위의 크기 등을 고려하여 결정될 수 있다. 본체 하우징(100) 외부로 연장된 센서 몸체(120)의 타단은 측정하고자 하는 대상 물체에 매립될 수 있다.
응력 센서(130)는 물체의 변형(스트레인)을 측정하는 저항형 센서로 물체의 기하학적 구조에서 발생하는 작은 변화를 측정한다. 응력 센서(130)는 물체에 외력이 가해져 발생되는 변형으로 인한 변화를 저항 변화로 측정하여 유도 응력을 측정한다. 응력 센서(130)는 도 2에 도시된 것과 같이 센서 몸체(120)의 적어도 일부에 일체로 접합된다. 응력 센서(130)는 저항선 패턴을 포함한다. 저항선 패턴은 캐리어라고 하는 얇은 판에 부착되며 이 캐리어가 센서 몸체(120)에 부착된다.
응력 센서(130)는 변형되는 물체에 부착하는 것이 일반적이나 본 발명은 센서 몸체(120)에 응력 센서(130)를 부착하고 물체 변형에 의해 발생하는 센서 몸체(120)의 변화로 인한 저항 변화를 측정한다. 즉, 변형 정도를 측정하고자 하는 물체에 부착된 센서 몸체(120)가 물체의 변형에 따라 센서 몸체(120)의 굴곡 정도가 변경됨으로써 이로 인한 응력 센서(130)의 저항 변화를 측정하여 유도 응력을 측정한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 응력 센서(130)의 저항선 패턴은 연성 회로기판(FPCB)으로 형성될 수 있다.
측정 제어부(140)는 응력 센서(130)의 저항 값 변화로부터 센서 몸체(120)의 굴곡 변형의 정도를 산출함으로써 응력을 측정한다. 측정 제어부(140)는 응력 센서(130)로부터의 전기적 신호로부터 센서 몸체(120)의 굴곡 변형 정도를 파악할 수 있고, 이로부터 유도 응력을 측정할 수 있다.
본 발명의 추가적 양상에 따른 응력 센서 장치(10)는 IoT 통신부(150)를 더 포함할 수 있고, IoT 통신부(150)는 측정 제어부(140)로부터 측정한 응력 값을 전달받아 IoT 게이트웨이 또는 IoT 서버로 전송할 수 있다. IoT 통신부(150)는 IoT 통신 모듈과 안테나를 포함하여 구성될 수 있다. IoT 통신부(150)가 사용하는 IoT 통신은 Z??Wave, Zigbee, BLE 등 단거리 무선통신 또는 LPWAN 기술인 Sigfox, LoRa, NB??IoT 등의 저전력 장거리 무선통신일 수 있다.
응력 센서 장치(10)가 노후 건축물, 교량 등의 노후 인프라에 다수 설치되고, 이들 센서 장치들이 수집한 데이터들을 IoT 통신을 통해 수집한 후 통합 관제 센터에서 이를 분석하여 균열에 의한 재난을 예측할 수 있다.
이때, 통합 관제 센터는 수신되는 데이터들의 상관도 분석을 통한 이상 데이터를 감지하여 날씨, 기온 등에 환경 요소를 제거하고, 환경 요소가 제거된 데이터를 딥 러닝을 통해 학습시킴으로써 균열에 의한 재난을 예측한다.
이상에서 본 발명을 첨부된 도면을 참조하는 실시 예들을 통해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이들로부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 다양한 변형 예들을 포괄하도록 해석되어야 한다. 특허청구범위는 이러한 변형 예들을 포괄하도록 의도되었다.
10 : 응력 센서 장치
100 : 본체 하우징
110 : 센서 몸체 고정부
115 : 센서 몸체 통과공
120 : 센서 몸체
130 : 응력 센서
140 : 측정 제어부
150 : IoT 통신부
160 : 전원부

Claims (3)

  1. 센서 몸체 고정부와, 센서 몸체 통과공을 포함하는 본체 하우징;
    센서 몸체 고정부에 일단이 고정되고 타단은 센서 몸체 고정부로부터 일정한 거리만큼 이격된 지점에서 반대방향으로 굴곡되어 센서 몸체 통과공을 통과하여 본체 하우징 외부로 연장되는 스테인레스 재질의 자 형상의 센서 몸체;
    센서 몸체의 적어도 일부에 일체로 부착되는 저항선 패턴을 포함하는 응력 센서; 및
    응력 센서의 저항 값 변화로부터 센서 몸체의 굴곡 변형의 정도를 산출함으로써 응력을 측정하는 측정 제어부;
    를 포함하는, 응력 센서 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    응력 센서의 저항선 패턴은 연성 회로기판에 형성되는, 응력 센서 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는 :
    측정한 응력 값을 IoT 게이트웨이 또는 IoT 서버로 전송하는 IoT 통신부;
    를 더 포함하는, 응력 센서 장치.
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