WO2015194811A1 - 피에조 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

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WO2015194811A1
WO2015194811A1 PCT/KR2015/006006 KR2015006006W WO2015194811A1 WO 2015194811 A1 WO2015194811 A1 WO 2015194811A1 KR 2015006006 W KR2015006006 W KR 2015006006W WO 2015194811 A1 WO2015194811 A1 WO 2015194811A1
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conductor
piezo
piezo film
sensor
film
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PCT/KR2015/006006
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English (en)
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Inventor
조성윤
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(주)노바코스
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    • 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
    • G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/01—Detecting movement of traffic to be counted or controlled

Definitions

  • the present invention relates to a piezo sensor and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a piezo sensor and a method for manufacturing the same, which can measure the traffic volume using the pressure of the vehicle.
  • Piezo sensor is a sensor installed on the road to detect the pressure by the weight of the vehicle as the vehicle passes by.
  • the present invention provides a piezo sensor with high durability and high reliability and a method of manufacturing the same.
  • a method for manufacturing a piezo sensor for acquiring the traffic information of the vehicle by sensing the pressure of the vehicle buried in the road passing on the road, (a) the longitudinal direction on the surface of the conductor Spirally wound the first piezo film along; Wherein the first piezo film is wound so that a portion thereof overlaps; b) passing the conductor wound around the first piezo film through a roller to make the conductor flat and pressed down; (c) inserting the conductor wound around the first piezo film into a flat shape into a metal tube; And (d) passing the metal tube into which the conductor is inserted through a roller to make the metal tube into a flat shape pressed up and down.
  • step (c) it may further comprise the step of pressing in advance up and down the metal tube having a circular cross section.
  • step (b) may further comprise the step of winding a second piezo film on the first piezo film in a direction symmetrical with the first piezo film with respect to the longitudinal axis.
  • a piezo sensor embedded in the road to detect the pressure by the vehicle traveling on the road to obtain the traffic information of the vehicle comprising: a sensor unit for converting the pressure into an electrical signal; And a cable electrically connected to the sensor unit to transmit an electric signal generated from the sensor unit.
  • the sensor unit a conductor; A first piezo film wound in a spiral form along a longitudinal direction of the conductor so that a portion thereof overlaps; And a metal tube surrounding the first piezo film to prevent damage to the conductor and the first piezo film, wherein the sensor part has a flat shape by being pressed up and down so that the left and right widths are larger than the upper and lower depths.
  • the first piezo film may further include a second piezo film wound in a direction symmetrical to the first piezo film on the basis of the axis in the longitudinal direction.
  • the first piezo film may be a film in which one edge is wavy and the other edge is straight.
  • the cable may be a two-pole wire including a first pole wire and a second pole wire, the first pole wire may be in contact with the conductor, and the second pole wire may be in contact with the metal tube.
  • the shrink cover for sealing the connection between the cable, the conductor and the metal tube;
  • FIG. 1 is a use state diagram showing a state that the piezo sensor is used in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a piezo sensor according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a flow chart showing a piezo sensor manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 4 is a view showing a state in which the first piezo film is wound on the surface of the conductor.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which a first piezo film is wound on a surface of a conductor.
  • FIG. 6 is a view showing a state in which a second piezo film is wound
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which a piezo film is wound by a roller
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a pre-pressurized metal tube.
  • FIG. 9 is a view showing a state in which the roller is pressed to the conductor inserted into the metal tube.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a sensor unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view showing a state in which a sensor unit and a cable is connected.
  • FIG. 12 is a view showing a state in which the sensor portion and the cable connection is covered by the shrink tube.
  • FIG. 13 is a view showing a state in which the shrinkage tube is covered by a protective tube.
  • FIG. 14 is a view showing a state in which the protective tube is covered by an outer tube.
  • 15 is a photograph showing a piezo sensor according to an embodiment of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • FIG. 1 is a state diagram showing the use state of the piezo sensor 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the piezoelectric sensor 100 according to the present embodiment is used by being embedded in a road, as shown in FIG. In other words, after processing the groove on the road to bury the piezo sensor 100 therein, the piezo sensor 100 is to be installed on the road.
  • the piezoelectric sensor 100 embedded in the road detects the pressure caused by the car passing thereon and generates an electrical signal, and the generated electrical signal is transmitted to a processing device (not shown) separately installed on the roadside through a cable.
  • the processing device (not shown) acquires information such as the type of vehicle passing through the road, the amount of traffic, the presence of overload, etc. based on the received electrical signal.
  • the piezoelectric sensor 100 includes a sensor unit 110 for converting a pressure generated by a vehicle into an electrical signal, and a cable for transmitting an electrical signal generated by the sensor unit 110. 120.
  • a sensor unit 110 for converting a pressure generated by a vehicle into an electrical signal
  • a cable for transmitting an electrical signal generated by the sensor unit 110. 120.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a piezoelectric sensor manufacturing method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the first piezo film 112 is wound in a spiral shape on the surface of the conductor 111 along a length direction (S10, FIG. 4).
  • the first piezo film 112 wound on the surface of the conductor 111 that transmits an electrical signal is a polymer ferroelectric material obtained by polarizing a monoaxially oriented film of vinylidene fluoride resin (PVDF) at a high voltage. Occurs.
  • the first piezo film 112 may be in the form of a band of a predetermined thickness, one side edge of the first piezo film 112 may be wavy. The shape of the first piezo film 112 will be described later in detail.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a state in which the first piezo film 112 is wound on the surface of the conductor 111, and the piezo film having a multilayer structure is formed on the surface of the conductor 111 by winding the first piezo film 112 partially overlapped. The formation of the layer is shown.
  • the first piezo film 112 may be wound on the surface of the conductor 111, and then the second piezo film 113 may be wound again (S15, FIG. 6).
  • the second piezo film 113 may be wound in a direction symmetrical with the first piezo film 112 with respect to the longitudinal axis of the conductor 111.
  • the piezoelectric film may be wound on the surface of the conductor 111 without any gap even when the piezoelectric film is pushed in one direction by an external force. 100 reliability can be secured.
  • the second piezo film 113 may also be wound so that a part thereof overlaps.
  • the conductor 111 around which the piezo films 112 and 113 are wound is passed through the roller 200 to make the conductor 111 flat and pressed down (S20, FIG. 7).
  • the conductor 111, the piezo films 112 and 113, and the metal tube 114 to be described later constitute the sensor unit 110 in the piezo sensor 100.
  • the sensor unit 110 is pressed up and down.
  • the roller 200 may be heated to a predetermined temperature. In this case, the process of pressing the piezo films 112 and 113 using the roller 200 may be more faithfully performed. In addition, the temperature of the roller 200 may be maintained at a constant level by using a separate temperature controller 220. In this case, the piezo film in the process of pressing the piezo films 112 and 113 using the roller 200 may be used. It is possible to implement uniform thermal compression throughout the (112, 113).
  • the metal tube 114 is a metal tube surrounding the conductor 111 and the piezo films 112 and 113 and maintains the shape of the piezo sensor 100, more specifically, the shape of the sensor unit 110. Damage to the conductor 111 and the first piezo film 112 is prevented.
  • the metal tube 114 having a circular cross section may be prepared by pressing the metal tube 114 having a circular cross section in advance and then corresponding to the flat shape of the conductor 111 flattened beforehand. S25, FIG. 8). Since the conventional metal tube 114 will have a circular cross section, the conductor 111 and the piezo films 112 and 113 are easily inserted into the metal tube 114 by making the metal tube 114 flat in advance. It is to be possible.
  • the metal tube 114 having the conductor 111 inserted therethrough is passed through the roller 200 to move the metal tube 114 up and down. It is made into a pressed flat shape (S40, Fig. 9).
  • the conductor 111, the piezo films 112 and 113, and the metal tube 114 constitute a sensor unit 110 that detects pressure in the piezo sensor 100 and generates an electrical signal.
  • the sensor unit 110 has a flat shape pressed up and down, as shown in FIG. 10.
  • the piezoelectric films 112 and 113 and the metal tube in the upper direction under pressure are applied. It is possible to increase the area contacted by 114), thereby obtaining a C value (charge amount) for obtaining an ideal output voltage.
  • the sensor unit 110 has a flat shape as a whole, it is possible to reduce the depth of the groove to be processed on the road, thereby reducing the damage of the road due to the groove processing, it may also be easier to groove processing.
  • the area under pressure by the wheels of the car can be increased, so that a relatively high output voltage can be obtained, and the sensor's tension (sensitivity) can be improved to obtain a stable output voltage even at a small pressure. have.
  • one end of the sensor unit 110 may be sealed by the cap 150 of the insulating material, as shown in FIG.
  • the dipole wire including the first pole line 121 and the second pole line 122 will be taken as an example of the cable 120. That is, when the two-pole wire is used as the cable 120, the sensor unit 110 is connected by soldering the conductor 111 to the first pole line 121 and the metal tube 114 to the second pole line 122, respectively. ) And the cable 120 can be electrically connected.
  • a two-pole wire is provided as the cable 120, but the present invention is not limited thereto, and any one that can transmit an electrical signal generated by the sensor unit 110 may be used as the cable 120.
  • the connection structure between the sensor unit 110 and the cable 120 may vary.
  • connection portion may be covered again through an insulator such as a shrink tube 141 and a protective tube 142 (S60, FIGS. 12 and 13).
  • the shrink tube 141 may perform a function of supporting the solder joint between the sensor unit 110 and the cable 120 to be firmly maintained, and the protective tube 142 protects the connecting portion from external shocks. To perform the function.
  • the protective tube 142 may be made of a known material such as metal or plastic, and a separate filler (not shown) may be injected into the inner space of the protective tube 142.
  • the filler may be a material that is solidified by cooling of a gel or plastic in a gel state, and the filler may be cooled and solidified after being injected into the protective tube 142.
  • the outside of the protective tube 142 may be covered by the outer tube 143 again, as shown in FIG.
  • the outer tube 143 formed to surround the protective tube 142 may prevent the penetration of moisture by blocking the boundary between the sensor unit 110 and the cable 120 and the protective tube 142 from the outside, the protective tube 142 The appearance of) can be prevented from being damaged.
  • FIG. 15 A physical photograph of the piezo sensor 100 manufactured through the above process is shown in FIG. 15.
  • piezoelectric sensor in the above described an embodiment of a piezo sensor manufacturing method according to an aspect of the present invention, it will be described below the structure of the piezo sensor according to another aspect of the present invention.
  • the piezoelectric sensor to be described below may be manufactured by the same or similar method to the above-described manufacturing method, and thus, the descriptions overlapping with the above-described parts may be omitted in describing the structure and function.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a piezo sensor 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the piezo sensor 100, the sensor unit 110, the cable 120, the outer tube 143, and the cap 150 are illustrated.
  • Sensor unit 110 is a portion for detecting the pressure by the vehicle, as shown in Figure 10, the conductor 111 is located in the center to perform the function of transmitting an electrical signal; A first piezo film 112 wound in a spiral form along the longitudinal direction of the conductor 111; And a metal tube 114 surrounding the first piezo film 112 to prevent damage to the conductor 111 and the first piezo film 112.
  • the first piezo film 112 wound on the surface of the conductor 111 generates a current according to the pressure applied from the outside, and the generated current is separated through the conductor 111 and the cable 120 to be described later. It can be delivered to a processing device (not shown). At this time, the first piezo film 112 may be in the form of a band of a predetermined thickness, one side edge of the first piezo film 112 may be wavy.
  • the metal tube 114 is a metal tube surrounding the conductor 111 and the first piezo film 112.
  • the metal tube 114 maintains the shape of the piezo sensor 100 and the conductor 111 and the first piezo film 112. To prevent breakage.
  • the sensor unit 110 including the conductors 111, the first piezo film 112, and the metal tube 114 as the main components may have upper and lower sides so that the left and right widths are larger than the upper and lower depths. Pressed to have a flat shape. That is, the upper surface of the sensor unit 110 has a flat shape to more faithfully detect the pressure caused by the vehicle, the left and right widths are formed larger than the upper and lower depths. Thus, the effect obtained as the sensor unit 110 is pressed up and down to have a flat shape is as mentioned in the description of the foregoing manufacturing method.
  • the first piezo film 112 is spirally wound along the longitudinal direction on the surface of the conductor 111. At this time, a portion of the first piezo film 112 is wound to overlap, and as a result, a piezo film layer having a multilayer structure may be formed on the surface of the conductor 111. Therefore, the current generated by the piezoelectric effect can flow stably through the conductor 111 and the piezo film.
  • the second piezo film 113 may be further wound on the first piezo film 112.
  • the second piezo film 113 may be wound in a direction symmetrical with the first piezo film 112 based on the axis in the longitudinal direction of the conductor 111.
  • the piezo films 112 and 113 are wound in such a manner, even when the piezoelectric film 100 is pushed in one direction by an external force in the process of embedding the piezoelectric sensor 100 according to the present embodiment on the road, the surface of the conductor 111 may be formed.
  • the piezo film can be wound without gaps, thereby ensuring the reliability of the piezo sensor 100.
  • the second piezo film 113 may also be wound so that a part thereof overlaps.
  • the first piezo film 112 and / or the second piezo film 113 may have a shape in which the edge of one side is wavy and the other edge is straight. As such, when one side is cut in a wave shape, waste of the piezo films 112 and 113 can be reduced, thereby obtaining an economic advantage.
  • FIG 11 shows a state in which the sensor unit 110 and the cable 120 are connected.
  • an electrical signal is generated by the pressure of the vehicle, and the generated electrical signal is transmitted to a separate processing device (not shown) through the cable 120.
  • the cable 120 is a means for transmitting the electrical signal generated from the sensor unit 110 to a processing device (not shown).
  • the cable 120 may be formed of a two-pole wire including a first pole line 121 and a second pole line 122.
  • the piezo sensor 100 may be connected to the dipole wire and lead (or silver) solder. have.
  • the conductor 111 may be soldered and connected to the first pole line 121 and the metal tube 114 to the second pole line 122, respectively.
  • a two-pole wire is provided as the cable 120, but the present invention is not limited thereto, and any one that can transmit an electrical signal generated by the sensor unit 110 may be used as the cable 120.
  • the connection structure between the sensor unit 110 and the cable 120 may vary.
  • connection portion between the cable 120 and the piezo sensor 100 may be covered again through the shrink tube 141 and the protective tube 142.
  • the shrink tube 141 may perform a function of supporting the solder joint between the sensor unit 110 and the cable 120 to be firmly maintained, and the protective tube 142 protects the connecting portion from external shocks. To perform the function.
  • the protective tube 142 may be made of a known material such as metal or plastic, and a separate filler may be injected into the inner space of the protective tube 142.
  • the filler may be a material that is solidified by cooling of a gel or plastic in a gel state, and the filler may be cooled and solidified after being injected into the protective tube 142.
  • FIG. 15 is a real picture of a piezo sensor 100 having the above-described structure.

Abstract

피에조 센서 및 그 제조방법이 개시된다. 상기 피에조 센서 제조방법은, 도로에 매설되어 상기 도로 상을 통행하는 자동차에 의한 압력을 감지하여 상기 자동차의 통행정보를 취득하는 피에조 센서를 제조하는 방법으로서, (a) 전도체의 표면에 길이방향을 따라 제1 피에조 필름을 나선형태로 감는 단계; - 여기서 상기 제1 피에조 필름은 일부가 중첩되도록 감김 - b) 상기 제1 피에조 필름이 감긴 전도체를 롤러에 통과시켜, 상기 전도체를 상하로 눌린 납작한 형상으로 만드는 단계; (c) 납작한 형상이 된 상기 제1 피에조 필름이 감긴 상기 전도체를 금속튜브에 삽입하는 단계; 및 (d) 상기 전도체가 삽입된 상기 금속 튜브를 롤러에 통과시켜 상기 금속튜브를 상하로 눌린 납작한 형상으로 만드는 단계를 포함한다.

Description

피에조 센서 및 그 제조방법
본 발명은 피에조 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 압력을 이용하여 교통량 등을 측정할 수 있는 피에조 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
산업 발달에 따라 차량의 수가 늘어나면서, 도로 상을 경유하는 차량의 수를 파악하거나, 과적 차량을 단속하는 등의 목적으로 도로에 센서를 설치하고 있다. 피에조 센서는 도로에 설치되어, 차량이 지나갈 때 차량 무게에 의한 압력을 감지하는 센서이다.
본 발명의 선행문헌으로는 한국공개특허공보 2011-0001837호(압전 센서 모듈)가 있다.
본 발명은 내구성이 높으면서도 신뢰도가 높은 피에조 센서 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 도로에 매설되어 상기 도로 상을 통행하는 자동차에 의한 압력을 감지하여 상기 자동차의 통행정보를 취득하는 피에조 센서를 제조하는 방법으로서, (a) 전도체의 표면에 길이방향을 따라 제1 피에조 필름을 나선형태로 감는 단계; - 여기서 상기 제1 피에조 필름은 일부가 중첩되도록 감김 - b) 상기 제1 피에조 필름이 감긴 전도체를 롤러에 통과시켜, 상기 전도체를 상하로 눌린 납작한 형상으로 만드는 단계; (c) 납작한 형상이 된 상기 제1 피에조 필름이 감긴 상기 전도체를 금속튜브에 삽입하는 단계; 및 (d) 상기 전도체가 삽입된 상기 금속 튜브를 롤러에 통과시켜 상기 금속튜브를 상하로 눌린 납작한 형상으로 만드는 단계를 포함하는 피에조 센서 제조방법이 제공된다.
상기 단계 (c) 이전에, 단면이 원형인 금속튜브를 미리 상하로 누르는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 단계 (b) 이전에, 상기 제1 피에조 필름 상에 상기 길이방향의 축을 기준으로 상기 제1 피에조 필름과 대칭인 방향으로 제2 피에조 필름을 감는 단계를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 도로에 매설되어 상기 도로 상을 통행하는 자동차에 의한 압력을 감지하여 상기 자동차의 통행정보를 취득하는 피에조 센서로서, 상기 압력을 전기신호로 변환하는 센서부; 및 상기 센서부와 전기적으로 연결되어, 상기 센서부에서 발생된 전기신호를 전달하는 케이블을 포함하는 피에조 센서가 제공된다. 이 때, 상기 센서부는, 전도체; 일부가 중첩되도록 상기 전도체의 길이방향을 따라 나선 형태로 감아 둘러싸는 제1 피에조 필름; 및 상기 전도체 및 상기 제1 피에조 필름의 손상을 방지하기 위해 상기 제1 피에조 필름을 둘러싸는 금속튜브를 포함하며, 상기 센서부는 좌우 폭이 상하 깊이보다 크게 형성되도록 상하로 눌려 납작한 형상을 갖는다.
한편, 상기 제1 피에조 필름 상에 상기 길이방향의 축을 기준으로 상기 제1 피에조 필름과 대칭인 방향으로 감긴 제2 피에조 필름을 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 제1 피에조 필름은 일측의 모서리는 물결 형상이고 타측의 모서리가 직선인 필름일 수 있다.
또한, 상기 케이블은 제1 극선 및 제2 극선을 포함하는 2극 전선이고, 상기 제1 극선은 상기 전도체와 접촉되어 연결되며, 상기 제2 극선은 상기 금속튜브와 접촉되어 연결될 수 있다.
또한, 상기 케이블과, 상기 전도체 및 상기 금속튜브 사이의 연결부위를 밀봉하는 수축커버; 상기 수축커버의 외측을 둘러싸며 그 내부에 충진물이 주입되는 보호관; 및 상기 보호관의 외측을 커버하는 외부튜브를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 피에조 센서의 내구성을 높이면서도 측정의 신뢰도 또한 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 센서가 사용되는 모습을 나타내는 사용상태도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 센서를 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 센서 제조방법을 나타내는 순서도.
도 4는 전도체의 표면에 제1 피에조 필름을 감는 모습을 나타내는 도면.
도 5는 전도체의 표면에 제1 피에조 필름이 감긴 모습을 나타내는 단면도.
도 6은 제2 피에조 필름을 감는 모습을 나타내는 도면.
도 7은 피에조 필름이 감긴 전도체를 롤러로 가압하는 모습을 나타내는 도면.
도 8은 미리 가압된 금속튜브를 나타내는 단면도.
도 9는 금속튜브에 삽입된 전도체를 롤러로 가압하는 모습을 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부를 나타내는 단면도.
도 11은 센서부와 케이블이 연결된 모습을 나타내는 도면.
도 12는 센서부와 케이블이 연결되는 부위가 수축튜브에 의해 커버된 모습을 나타내는 도면.
도 13은 수축튜브가 보호관에 의해 커버된 모습을 나타내는 도면.
도 14는 보호관이 외부튜브에 의해 커버된 모습을 나타내는 도면.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 센서를 나타내는 사진.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
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 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 피에조 센서 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 센서(100)가 사용되는 모습을 나타내는 사용상태도이다. 본 실시예에 따른 피에조 센서(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 도로에 매설되어 사용된다. 즉, 도로에 홈을 가공한 뒤 그 안에 피에조 센서(100)를 매설하여 도로에 피에조 센서(100)가 설치되도록 하는 것이다. 도로에 매설된 피에조 센서(100)는 그 위로 지나가는 자동차에 의한 압력을 감지하여 전기적 신호를 발생시키게 되며, 이렇게 발생된 전기적 신호는 케이블을 통해 도로변에 별도로 설치된 처리장치(미도시)에 전달된다. 처리장치(미도시)에서는 전달받은 전기적 신호를 바탕으로 도로 상을 통과하는 자동차의 종류, 통행량, 과적여부 등의 정보를 취득하게 된다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 센서(100)가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 피에조 센서(100)는 자동차에 의한 압력을 전기신호로 변환하는 센서부(110)와, 센서부(110)에서 발생된 전기신호를 전달하는 케이블(120)을 포함한다. 이들의 각 구성 및 기능에 대해서는 후술하도록 한다.
이상의 내용을 배경으로 하여 먼저, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 센서 제조방법에 대해 설명하도록 한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 센서 제조방법을 나타내는 순서도이다.
먼저 전도체(111)의 표면에 길이방향을 따라 제1 피에조 필름(112)을 나선형태로 감는다(S10, 도 4). 전기신호를 전달하는 전도체(111)의 표면에 감기는 제1 피에조 필름(112)은 불화비닐리덴수지(PVDF)의 1축연신 필름을 고전압으로 분극 처리한 고분자강유전체로서, 가해지는 압력에 따라 전류를 발생한다. 이 때, 제1 피에조 필름(112)은 미리 정해진 두께의 띠 형태일 수 있고, 제1 피에조 필름(112)의 일측 모서리는 물결 형상일 수 있다. 제1 피에조 필름(112)의 형상에 대해서는 추후 상세히 설명하도록 한다.
한편, 제1 피에조 필름(112)은 일부가 중첩되도록 감기는데, 그 결과 전도체(111)의 표면에는 다층구조의 피에조 필름층이 형성될 수 있게 된다. 그로 인해 압전효과에 의해 발생하는 전류가 전도체(111) 및 제1 피에조 필름(112)을 통해 안정적으로 흐를 수 있게 된다. 도 5는 전도체(111)의 표면에 제1 피에조 필름(112)이 감긴 모습을 나타내는 단면도로서, 제1 피에조 필름(112)이 일부 중첩되도록 감김으로써 전도체(111)의 표면에 다층구조의 피에조 필름층이 형성된 모습이 도시되어 있다.
전도체(111) 표면에 제1 피에조 필름(112)을 감은 다음, 그 위에 다시 제2 피에조 필름(113)을 감을 수도 있다(S15, 도 6). 이 경우 제2 피에조 필름(113)은 전도체(111)의 길이방향의 축을 기준으로 제1 피에조 필름(112)과 대칭인 방향으로 감길 수 있는데, 이렇게 이중으로 피에조 필름(112, 113)을 감게 되면, 본 실시예에 따른 피에조 센서(100)가 도로에 매설되는 과정에서 외력에 의해 피에조 필름이 일방향으로 밀리는 현상이 발생하더라도 전도체(111) 표면에 빈틈 없이 피에조 필름이 감기도록 할 수 있어 피에조 센서(100)의 신뢰도를 확보할 수 있게 된다. 제2 피에조 필름(113) 역시 제1 피에조 필름(112)의 경우와 마찬가지로 일부가 중첩되도록 감길 수 있음은 물론이다.
다음으로, 피에조 필름(112, 113)이 감긴 전도체(111)를 롤러(200)에 통과시켜, 전도체(111)를 상하로 눌린 납작한 형상으로 만든다(S20, 도 7). 전도체(111)와 피에조 필름(112, 113) 및 후술할 금속튜브(114)는 피에조 센서(100)에 있어서 센서부(110)를 구성하게 되는데, 본 공정은 센서부(110)를 상하로 눌린 납작한 형상으로 만들기 위한 사전 단계에 해당한다. 센서부(110)가 납작한 형상을 가짐으로써 나타나는 효과에 대해서는 후술하도록 한다.
한편, 롤러(200)는 소정의 온도로 가열되어 있을 수 있는데, 이 경우 롤러(200)를 이용하여 피에조 필름(112, 113)을 압착하는 과정을 보다 충실히 수행할 수 있게 된다. 또한, 별도의 온도제어장치(220)를 이용하여 롤러(200)의 온도를 일정한 수준에서 유지할 수도 있는데, 이렇게 하면 롤러(200)를 이용하여 피에조 필름(112, 113)을 압착하는 과정에서 피에조 필름(112, 113) 전체에 걸쳐 균일한 열압착을 구현할 수 있게 된다.
그리고 나서, 납작한 형상이 된 전도체(111) 및 피에조 필름(112, 113)을 금속튜브(114)에 삽입한다(S30). 금속튜브(114)는 전도체(111) 및 피에조 필름(112, 113)을 둘러싸는 금속재질의 튜브로써, 피에조 센서(100)의 형태, 보다 구체적으로는 센서부(110)의 형태를 유지하고, 전도체(111) 및 제1 피에조 필름(112)의 파손을 방지한다.
작업의 편의성을 높이기 위하여 위 공정에 앞서 단면이 원형인 금속튜브(114)를 미리 상하로 적당히 눌러 금속튜브(114)의 단면이 납작해진 전도체(111)의 형상에 상응하도록 준비해 놓을 수도 있을 것이다(S25, 도 8). 통상의 금속튜브(114)는 단면이 원형일 것이므로, 금속튜브(114)를 미리 어느 정도 납작하게 만들어 놓음으로써 전도체(111)와 피에조 필름(112, 113)이 금속튜브(114) 내에 수월하게 삽입되도록 하는 것이다.
금속튜브(114) 내에 전도체(111) 및 피에조 필름(112, 113)이 삽입되면, 전도체(111)가 삽입된 금속튜브(114)를 롤러(200)에 통과시켜 금속튜브(114)를 상하로 눌린 납작한 형상으로 만든다(S40, 도 9). 전술한 바와 같이, 전도체(111)와 피에조 필름(112, 113) 및 금속튜브(114)는 피에조 센서(100)에 있어서 압력을 감지하여 전기신호를 생성하는 센서부(110)를 구성하게 되는데, 본 공정을 통하여 센서부(110)는 도 10에 도시된 바와 같이, 상하로 눌린 납작한 형상을 갖게 된다.
이와 같이 센서부(110)가 납작한 형상, 즉 좌우 폭이 상하 깊이보다 크게 형성되도록 상하로 눌려 상면이 평평한 형상을 가지게 되면, 압력이 가해지는 상측 방향에서 피에조 필름(112, 113)과 금속튜브(114)가 접촉되는 면적을 증가시킬 수 있어 이상적인 출력전압을 얻을 수 있는 C값(전하량)을 얻을 수 있다. 또한, 센서부(110)가 전체적으로 납작한 형상을 가지게 됨에 따라 도로에 가공되어야 하는 홈의 깊이를 줄일 수 있어, 홈 가공에 따른 도로의 파손을 줄일 수 있으며, 홈 가공 역시 수월해질 수 있다.
뿐만 아니라, 자동차의 바퀴에 의한 압력을 받는 면적을 증가시킬 수 있어 그렇지 않은 경우에 비해 상대적으로 높은 출력전압을 얻을 수 있으며, 센서의 긴장감(민감도)이 향상되어 작은 압력에서도 안정된 출력전압을 구할 수 있다.
한편, 센서부(110)의 일측 단부는 도 2에 도시된 바와 같이, 절연재질의 캡(150)에 의해 밀봉될 수 있다.
이상의 과정을 통해 센서부(110)를 제작한 다음, 센서부(110)에서 발생한 전기적 신호를 별도의 처리장치(미도시)에 전달하기 위한 케이블(120)과 센서부(110)를 연결한다(S50, 도 11). 본 실시예에서는 설명의 편의를 위해 제1 극선(121)과 제2 극선(122)을 포함하는 2극 전선을 케이블(120)의 예로 들도록 한다. 즉, 케이블(120)로 2극 전선을 이용하게 되면, 전도체(111)를 제1 극선(121)과, 금속튜브(114)를 제2 극선(122)과 각각 납땜 연결함으로써, 센서부(110)와 케이블(120)을 전기적으로 연결할 수 있다.
본 실시예에서는 케이블(120)로서 2극 전선을 제시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 센서부(110)에서 발생한 전기적 신호를 전달할 수 있는 것이라면 어느 것이라도 케이블(120)로 이용될 수 있을 것이며, 그에 따라 센서부(110)와 케이블(120) 사이의 연결구조는 달라질 수 있음은 물론이다.
이렇게 센서부(110)와 케이블(120)을 연결한 다음, 해당 연결부위를 수축튜브(141) 및 보호관(142)와 같은 절연체를 통해 재차 커버할 수도 있다(S60, 도 12 및 도 13). 수축튜브(141)는 센서부(110)와 케이블(120) 사이의 납땜 연결부분이 견고히 유지될 수 있도록 지지하는 기능을 수행할 수 있으며, 보호관(142)은 상기 연결부위가 외부의 충격으로부터 보호하는 기능을 수행할 수 있다.
보호관(142)은 금속, 플라스틱 등의 공지된 재질로 구성될 수 있으며, 보호관(142) 내측공간에는 별도의 충진물(미도시)이 주입될 수 있다. 이 때, 충진물은 겔 상태의 플라스틱이나 본드 등의 냉각에 따라 고체화되는 물질일 수 있는데, 충진물은 보호관(142) 내에 주입된 후 냉각되어 고체화될 수 있다.
보호관(142)의 외부는 도 14에 도시된 바와 같이, 다시 외부튜브(143)에 의해 커버될 수 있다. 보호관(142)을 감싸도록 형성되는 외부튜브(143)는 센서부(110)와 케이블(120)의 경계부위 및 보호관(142)을 외부로부터 차단함으로써 수분의 침투를 방지할 수 있으며, 보호관(142)의 외관이 손상되는 것을 방지할 수도 있다.
위와 같은 과정을 거쳐 제조된 피에조 센서(100)의 실물 사진이 도 15에 도시되어 있다.
이상에서는 본 발명의 일 측면에 따른 피에조 센서 제조방법의 일 실시예에 대해 설명하였으며, 이하에서는 본 발명의 다른 측면에 따른 피에조 센서의 구조에 대해 설명하도록 한다. 이하에서 설명될 피에조 센서는 상술한 제조방법과 동일 또는 유사한 방법을 통해 제조될 수 있으므로, 구조 및 기능을 설명함에 있어서 상술한 부분과 중복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 센서(100)를 나타내는 사시도이다. 도 2를 참조하면, 피에조 센서(100), 센서부(110), 케이블(120), 외부튜브(143), 캡(150)이 도시되어 있다. 본 실시예에 따른 피에조 센서(100)는, 자동차에 의한 압력을 전기신호로 변환하는 센서부(110); 및 센서부(110)에서 발생된 전기신호를 전달하는 케이블(120)을 포함한다.
센서부(110)는 자동차에 의한 압력을 감지하는 부분으로서, 도 10에 도시된 바와 같이, 중심에 위치하여 전기신호를 전송하는 기능을 수행하는 전도체(111); 전도체(111)의 길이방향을 따라 나선 형태로 감아 둘러싸는 제1 피에조 필름(112); 및 전도체(111) 및 제1 피에조 필름(112)의 손상을 방지하기 위해 제1 피에조 필름(112)을 둘러싸는 금속튜브(114)를 포함한다.
전도체(111)의 표면에 감기는 제1 피에조 필름(112)은 외부에서 가해지는 압력에 따라 전류를 발생하게 되는데, 이렇게 발생된 전류는 전도체(111) 및 후술할 케이블(120)을 통해 별도의 처리장치(미도시)에 전달될 수 있게 된다. 이 때, 제1 피에조 필름(112)은 미리 정해진 두께의 띠 형태일 수 있고, 제1 피에조 필름(112)의 일측 모서리는 물결 형상일 수 있다.
금속튜브(114)는 전도체(111) 및 제1 피에조 필름(112)을 둘러싸는 금속 재질의 튜브로써, 피에조 센서(100)의 형태를 유지하고, 전도체(111) 및 제1 피에조 필름(112)의 파손을 방지한다.
이와 같이 전도체(111), 제1 피에조 필름(112) 및 금속튜브(114)를 주된 구성요소로 하는 센서부(110)는, 도 10에 도시된 바와 같이 좌우 폭이 상하 깊이보다 크게 형성되도록 상하로 눌려 납작한 형상을 갖는다. 즉, 센서부(110)의 상면은 자동차에 의한 압력을 보다 충실히 감지할 수 있도록 평평한 형상을 가지며, 좌우 폭이 상하 깊이보다 더 크게 형성되는 것이다. 이와 같이 센서부(110)가 상하로 눌려 납작한 형상을 가지게 됨에 따라 얻어지는 효과는 앞선 제조방법에 대한 설명에서 언급한 바와 같다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 피에조 필름(112)은 전도체(111)의 표면에 길이방향을 따라 나선형으로 감긴다. 이 때, 제1 피에조 필름(112)은 일부가 중첩되도록 감기는데, 그 결과 전도체(111)의 표면에는 다층구조의 피에조 필름층이 형성될 수 있게 된다. 그로 인해 압전효과에 의해 발생하는 전류가 전도체(111) 및 피에조 필름을 통해 안정적으로 흐를 수 있게 된다.
한편, 도 6 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 피에조 필름(112) 상에 제2 피에조 필름(113)을 더 감을 수도 있다. 이 경우 제2 피에조 필름(113)은 전도체(111)의 길이방향의 축을 기준으로 제1 피에조 필름(112)과 대칭인 방향으로 감길 수 있다. 이렇게 이중으로 피에조 필름(112, 113)을 감게 되면, 본 실시예에 따른 피에조 센서(100)가 도로에 매설되는 과정에서 외력에 의해 피에조 필름이 일방향으로 밀리는 현상이 발생하더라도 전도체(111) 표면에 빈틈 없이 피에조 필름이 감기도록 할 수 있어 피에조 센서(100)의 신뢰도를 확보할 수 있게 된다. 제2 피에조 필름(113) 역시 제1 피에조 필름(112)의 경우와 마찬가지로 일부가 중첩되도록 감길 수 있음은 물론이다.
다른 한편, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 피에조 필름(112) 및/또는 제2 피에조 필름(113)은 일측의 모서리는 물결 형상이고 타측의 모서리가 직선인 형상을 가질 수 있다. 이와 같이 일측을 물결모양으로 재단하게 되면, 피에조 필름(112, 113)의 낭비를 줄일 수 있어 경제적 이점을 얻을 수 있다.
도 11에는 센서부(110)와 케이블(120)이 연결되는 모습이 도시되어 있다. 전술한 센서부(110)에서는 자동차의 압력에 의해 전기적 신호가 발생하게 되는데, 이렇게 발생한 전기적 신호는 케이블(120)을 통해 별도의 처리장치(미도시)에 전달된다. 즉, 케이블(120)은 센서부(110)에서 발생된 전기적 신호를 처리장치(미도시)에 전달하는 수단이다.
케이블(120)은 제1 극선(121)과 제2 극선(122)을 포함하는 2극 전선으로 이루어질 수 있는데, 이 경우 피에조 센서(100)는 2극 전선과 납(혹은 은) 땜으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 전도체(111)는 제1 극선(121)과, 금속튜브(114)는 제2 극선(122)과 각각 납땜되어 연결될 수 있다. 본 실시예에서는 케이블(120)로서 2극 전선을 제시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 센서부(110)에서 발생한 전기적 신호를 전달할 수 있는 것이라면 어느 것이라도 케이블(120)로 이용될 수 있을 것이며, 그에 따라 센서부(110)와 케이블(120) 사이의 연결구조는 달라질 수 있음은 물론이다.
한편, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 케이블(120)과 피에조 센서(100)의 연결부위는 수축튜브(141) 및 보호관(142)을 통해 재차 커버할 수도 있다. 수축튜브(141)는 센서부(110)와 케이블(120) 사이의 납땜 연결부분이 견고히 유지될 수 있도록 지지하는 기능을 수행할 수 있으며, 보호관(142)은 상기 연결부위가 외부의 충격으로부터 보호하는 기능을 수행할 수 있다.
보호관(142)은 금속, 플라스틱 등의 공지된 재질로 구성될 수 있으며, 보호관(142) 내측공간에는 별도의 충진물이 주입될 수 있다. 이 때, 충진물은 겔 상태의 플라스틱이나 본드 등의 냉각에 따라 고체화되는 물질일 수 있는데, 충진물은 보호관(142) 내에 주입된 후 냉각되어 고체화될 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 보호관(142)의 외부가 다시 외부튜브(143)에 의해 커버될 수 있음은 전술한 바와 같다. 도 15에는 상술한 구조를 갖는 피에조 센서(100)의 실물 사진이 도시되어 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

Claims (8)

  1. 도로에 매설되어 상기 도로 상을 통행하는 자동차에 의한 압력을 감지하여 상기 자동차의 통행정보를 취득하는 피에조 센서를 제조하는 방법으로서,
    (a) 전도체의 표면에 길이방향을 따라 제1 피에조 필름을 나선형태로 감는 단계-여기서 상기 제1 피에조 필름은 일부가 중첩되도록 감김-;
    (b) 상기 제1 피에조 필름이 감긴 전도체를 롤러에 통과시켜, 상기 전도체를 상하로 눌린 납작한 형상으로 만드는 단계;
    (c) 납작한 형상이 된 상기 제1 피에조 필름이 감긴 상기 전도체를 금속튜브에 삽입하는 단계; 및
    (d) 상기 전도체가 삽입된 상기 금속 튜브를 롤러에 통과시켜 상기 금속튜브를 상하로 눌린 납작한 형상으로 만드는 단계를 포함하는 피에조 센서 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (c) 이전에,
    단면이 원형인 금속튜브를 미리 상하로 누르는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피에조 센서 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (b) 이전에,
    상기 제1 피에조 필름 상에 상기 길이방향의 축을 기준으로 상기 제1 피에조 필름과 대칭인 방향으로 제2 피에조 필름을 감는 단계를 더 포함하는 피에조 센서 제조방법.
  4. 도로에 매설되어 상기 도로 상을 통행하는 자동차에 의한 압력을 감지하여 상기 자동차의 통행정보를 취득하는 피에조 센서로서, 상기 압력을 전기신호로 변환하는 센서부; 및
    상기 센서부와 전기적으로 연결되어, 상기 센서부에서 발생된 전기신호를 전달하는 케이블을 포함하되,
    상기 센서부는,
    전도체;
    일부가 중첩되도록 상기 전도체의 길이방향을 따라 나선 형태로 감아 둘러싸는 제1 피에조 필름; 및
    상기 전도체 및 상기 제1 피에조 필름의 손상을 방지하기 위해 상기 제1 피에조 필름을 둘러싸는 금속튜브를 포함하고,
    상기 센서부는 좌우 폭이 상하 깊이보다 크게 형성되도록 상하로 눌려 납작한 형상인 것을 특징으로 하는 피에조 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 피에조 필름 상에 상기 길이방향의 축을 기준으로 상기 제1 피에조 필름과 대칭인 방향으로 감긴 제2 피에조 필름을 더 포함하는 피에조 센서.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 피에조 필름은 일측의 모서리는 물결 형상이고 타측의 모서리가 직선인 필름인 것을 특징으로 하는 피에조 센서.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 케이블은 제1 극선 및 제2 극선을 포함하는 2극 전선이고,
    상기 제1 극선은 상기 전도체와 접촉되어 연결되며,
    상기 제2 극선은 상기 금속튜브와 접촉되어 연결되는 것을 특징으로 하는 피에조 센서.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 케이블과, 상기 전도체 및 상기 금속튜브 사이의 연결부위를 밀봉하는 수축커버;
    상기 수축커버의 외측을 둘러싸며, 그 내부에 충진물이 주입되는 보호관; 및
    상기 보호관의 외측을 커버하는 외부튜브를 더 포함하는 피에조 센서.
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