KR100987647B1 - 전자기 유도 현상을 이용한 힘 측정 트랜스듀서 - Google Patents

전자기 유도 현상을 이용한 힘 측정 트랜스듀서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄성 변형이 가능한 구조체의 표면에 인가되는 힘 및 발생하는 힘을 측정하는 힘 측정 트랜스듀서에 관한 것이다. 구조체의 표면에 인가되는 힘 및 발생하는 힘은 일반적으로 구조체 표면의 분자에 의해 발생하는 표면 힘이나, 구조체를 사이에 두고 발생하는 기계적인 힘/압력, 구조체를 구성하는 열팽창계수가 상이한 재질에 의해 발생하는 힘, 원자간의 인력/척력, 또는 표면 처리된 표면에 자외선(적외선) 등에 의해 발생하는 힘 등이 될 수 있다. 이러한 트랜스듀서는 상기 구조체 표면에 인가되는 힘 및 발생하는 힘을 전자기장 변화에 따른 전기적 신호로 측정하는 특징이 있다.
표면 힘, 힘 측정, 패턴 게이지, 트랜스듀서

Description

전자기 유도 현상을 이용한 힘 측정 트랜스듀서{Force Measuring Transducer Using Electromagnetic Induction Phenomenon}
본 발명은 탄성 변형이 가능한 구조체의 표면에 인가되는 힘 및 발생하는 힘을 측정하는 힘 측정 트랜스듀서에 관한 것이다. 구조체의 표면에 인가되는 힘 및 발생하는 힘은 일반적으로 구조체 표면의 분자에 의해 발생하는 표면 힘이나, 구조체를 사이에 두고 발생하는 기계적인 힘/압력, 구조체를 구성하는 열팽창계수가 상이한 재질에 의해 발생하는 힘, 원자간의 인력/척력, 또는 표면 처리된 표면에 자외선(적외선) 등에 의해 발생하는 힘 등이 될 수 있다. 이러한 트랜스듀서는 상기 구조체 표면에 인가되는 힘 및 발생하는 힘을 전자기장 변화에 따른 전기적 신호로 측정하는 특징이 있다.
박막(thin membrane)을 이용한 트랜스듀서에 대해서는 미국특허 5,614,677호에 개시되어 있다. 이 공보에 개시된 트랜스듀서는 기판(substrate)과 돔(dome)형상의 박막을 포함하고 있으며, 박막에 인가되는 힘 또는 압력에 의해 박막이 탄성 변형되고, 박막의 탄성 변형에 따라 변화하는 전기용량(capacitance)을 측정하여 박막에 인가되는 힘 또는 압력을 측정하는 원리이다.
미국특허 5,614,677호의 선행기술은 전기용량을 측정하는 방식이고, 전자기 유도 현상을 이용하는 방식은 아니다.
전자기 유도 현상을 이용하여 하중을 측정하는 방식과 관련하여, 한국특허등록 제10-0500736호 및 미국특허등록 7,258,028호에는 전자기 유도 현상을 이용하여 하중 등을 정밀하게 측정하는 고성능, 고감도의 하중 측정 트랜스듀서에 관하여 개시되어 있다. 이는 고정 게이지에 교류 전류를 인가하고, 인가되는 힘 또는 압력에 의해 구조물이 탄성 변형되고, 구조물의 탄성 변형에 따라 이동게이지에서 전자기장 변화에 따라 발생되는 유도 출력 전압을 측정함으로써 구조물에 인가되는 힘 또는 압력을 전자기장 변화에 따른 전기적 신호로 측정하는 방식이다.
또한, 한국특허등록 제10-0919478호에는 전자기 유도 현상을 이용하여 하중 등을 측정하는 기술이 개시되어 있는데, 이는 입력 전류의 변동 및 편심 등에 의한 오차 문제를 극복하기 위하여 두 개의 이동게이지의 패턴은 1/4 피치(pitch)만큼 이격되어 있도록 설계하여 사용하는 것을 특징으로 한다. 측정시, 제1 이동 게이지 및 제2 이동 게이지에서 전자기장 변화에 따라 발생하는 전기적 신호인 유도된 출력 전압의 비를 측정하여 이러한 오차를 극복하는 방법을 제시하고 있다.
다만, 이러한 선행기술들은 구조체 표면의 분자에 의해 발생하는 표면 힘이나, 구조체를 사이에 두고 발생하는 기계적인 힘/압력, 구조체를 구성하는 열팽창계수가 상이한 재질에 의해 발생하는 힘, 원자간의 인력/척력, 또는 표면 처리된 표면에 자외선(적외선) 등에 의해 발생하는 힘 등을 측정하기에는 개시되어 있는 전기용량(capacitance) 방식의 기술로는 힘을 정밀하게 측정하는 고성능, 고감도의 의 성능 구현에 한계가 있고, 개시되어 있는 전자기 유도 현상을 이용하는 방식의 기술로는 힘을 정밀하게 측정하는 고성능, 고감도의 성능 구현이 가능하나 나노/마이크로 스케일 트랜스듀서 구현에 있어서 개시되어 있는 구조로는 구현상의 어려움이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 나노/마이크로 스케일에서 구조체 표면에 인가되는 힘 및 발생하는 힘을 정밀하게 측정할 수 있는 고성능, 고감도의 트랜스듀서를 제공하는 것이다. 특히, 구조체의 표면에 특정 분자가 쉽게 점착될 수 있는 표면 처리를 하고, 점착되는 분자에 의해 발생하는 힘을 측정 할 수 있는 트랜스듀서를 제공하고자 한다.
또한, 표면 분자에 의해 발생하는 힘 이외에도 구조체를 사이에 두고 발생하는 기계적인 힘/압력, 구조체를 구성하는 열팽창계수가 상이한 재질에 의해 발생하는 힘, 원자간의 인력/척력, 또는 표면 처리된 표면에 자외선(적외선) 등에 의해 발생하는 힘 등을 측정하는 트랜스듀서를 제공하고자 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 표면에 인가된 힘을 측정하는 힘 측정 트랜스듀서에 있어서, 적어도 한쪽 면에 힘이 발생할 수 있도록 표면처리되어 있는 외팔 보의 형상이고, 표면에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생하는 변형 발생부와(10), 상기 변형 발생부의 내부에 제공되고, 소정의 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며, 양단부에 교류 전류가 인가되는 입력 IPA 게이지(11)와, 상기 변형 발생부에 상기 입력 IPA 게이지를 사이에 두고 제공되며, 상기 입력 IPA 게이지와 동일한 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되는 제1 출력 IPA 게이지(12) 및 제2 출력 IPA 게이지(13)를 포함하고, 상기 입력 IPA 게이지, 제1 출력 IPA 게이지 및 제2 출력 IPA 게이지의 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분(810)과, 상기 제1 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 제2 부분(820)과, 상기 제2 부분에 대해 수직방향으로 상기 제1 부분과 평행하도록 연장하는 제3 부분(830)과, 상기 제3 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 패턴 연결부(840)를 포함하며, 상기 제1 출력 IPA 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 IPA 게이지의 패턴 중 제1 부분과 서로 중첩되도록 제공되고, 상기 제2 출력 IPA 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 IPA 게이지의 패턴 중 제1 부분과 1/4 피치(pitch)만큼 어긋나도록 제공한다.
본 명세서에서 "IPA 게이지"라 함은 “Inductance Pattern Analogue Gage”의 약자로서, 어느 한쪽의 교류 전류가 인가되는 패턴에 대해 다른 한쪽의 패턴이 상대적으로 이동함으로써 전자기장 변화에 따라 이동 패턴에 유도되는 유도 전압을 측정함으로써 구조체 표면에 인가되는 힘 및 발생하는 힘을 전자기장 변화에 따른 전기적 신호로 측정하는 게이지를 의미한다.
이하 본 명세서에서 게이지는 IPA 게이지를 의미한다.
상기 변형 발생부(90)는, 상기 제1 출력 게이지 및 상기 제2 출력 게이지가 제공되는 면이 요철부로 형성된다.
또한, 상기 변형 발생부(30)는, 고정부(1)에 고정되어 있는 지지부(301)(40a)와, 상기 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부 를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 자유단일 수 있다.
상기 변형 발생부는, 상기 몸체부의 다른 끝단이 고정부에 고정될 수 있다.
또한, 상기 변형 발생부(40)는, 고정부(1)에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 나선의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 자유단일 수 있다.
상기 변형 발생부는, 상기 몸체부의 다른 끝단이 고정부에 고정될 수 있다.
다른 실시예로서, 표면에 인가된 힘을 측정하는 힘 측정 트랜스듀서에 있어서, 고정부(1)에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 자유단이며, 적어도 한쪽 면에 힘이 발생할 수 있도록 표면처리되어 있고, 표면에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생하는 변형 발생부(41)와, 상기 변형 발생부에 제공되고, 소정의 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며, 양단부에 교류 전류가 인가되는 입력 게이지(11)와, 상기 변형 발생부의 내측에 제공되고, 고정부(1)에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 고정부에 고정된 제1 부재(42)와, 상기 변형 발생부의 외측에 제공되고, 고정부(1)에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 고정부에 고정된 제2 부재(43)와, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재에 각각 상기 입력 게이지를 사이에 두고 제공되며, 상기 입력 게이지와 동일한 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되는 제1 출력 게이지(12) 및 제2 출력 게이지(13)를 포함하고, 상기 입력 게이지, 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지의 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분과, 상기 제1 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 제2 부분과, 상기 제2 부분에 대해 수직방향으로 상기 제1 부분과 평행하도록 연장하는 제3 부분과, 상기 제3 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 패턴 연결부를 포함하며, 상기 제1 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 서로 중첩되도록 제공되고, 상기 제2 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 1/4 피치(pitch)만큼 어긋나도록 제공된다.
상기 변형 발생부는, 상기 몸체부의 다른 끝단이 고정부에 고정될 수 있다.
또 다른 실시예로서, 표면에 인가된 힘을 측정하는 힘 측정 트랜스듀서에 있어서, 고정부에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 나선의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 자유단이며, 적어도 한쪽 면에 힘이 발생할 수 있도록 표면처리되어 있고, 표면에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생하는 변형 발생부(51)와, 상기 변형 발생부에 제공되고, 소정의 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며, 양단부에 교류 전류가 인가되는 입력 게이지와, 상기 변형 발생부의 내측에 제공되고, 고정부에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 나선의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 고정부에 고정된 제1 부 재(52)와, 상기 변형 발생부의 외측에 제공되고, 고정부에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 나선의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 고정부에 고정된 제2 부재(53)와, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재에 각각 상기 입력 게이지를 사이에 두고 제공되며, 상기 입력 게이지와 동일한 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되는 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지를 포함하고, 상기 입력 게이지, 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지의 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분과, 상기 제1 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 제2 부분과, 상기 제2 부분에 대해 수직방향으로 상기 제1 부분과 평행하도록 연장하는 제3 부분과, 상기 제3 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 패턴 연결부를 포함하며, 상기 제1 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 서로 중첩되도록 제공되고, 상기 제2 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 1/4 피치(pitch)만큼 어긋나도록 제공된다.
상기 변형 발생부는, 상기 몸체부의 다른 끝단이 고정부에 고정될 수 있다.
또 다른 실시예로서, 표면에 인가된 힘을 측정하는 힘 측정 트랜스듀서에 있어서, 원판의 형상이고, 표면에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생하는 변형 발생부(70)와, 상기 변형 발생부의 내부에 제공되고, 소정의 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며, 양단부에 교류 전류가 인가되는 입력 게이지와(71), 상기 변형 발생부에 상기 입력 게이지를 사이에 두고 제공되며, 상 기 입력 게이지와 동일한 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되는 제1 출력 게이지(73) 및 제2 출력 게이지(72)를 포함하고, 상기 입력 게이지, 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지의 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분(85)과, 상기 제1 부분의 단부에서 호의 형상으로 연장하는 제2 부분(86)과, 상기 제1 부분과 같은 방향으로 직선으로 연장하는 제3 부분(87)과, 상기 제2 부분과 반대방향으로 호의 형상으로 연장하는 제4 부분(88)을 포함하며, 상기 제1 출력 게이지의 패턴 중 제2 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제2 부분과 서로 중첩되도록 제공되고, 상기 제2 출력 게이지의 패턴 중 제2 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제2 부분과 1/4 피치(pitch)만큼 어긋나도록 제공된다.
상기 변형 발생부의 외측면은 고정부(1)에 고정되어 있다.
또 다른 실시예로서, 표면에 인가된 힘을 측정하는 힘 측정 트랜스듀서에 있어서, 외측면은 고정부(1)에 고정되어 있는 원판의 형상이고, 표면에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생하는 변형 발생부(801)와, 외측면은 고정부(1)에 고정되어 있는 원판의 형상이고, 상기 변형 발생부(801)와 평행하게 제공되고, 적어도 하나 이상의 관통 구멍이 제공되는 고정 부재(802)와, 상기 고정 부재(802)에 제공되고, 소정의 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며, 양단부에 교류 전류가 인가되는 입력 게이지와(81), 상기 변형 발생부(801) 및 상기 고정 부재(802)에 각각 상기 입력 게이지(81)를 사이에 두고 제공되며, 상기 입력 게이지와 동일한 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되는 제 1 출력 게이지(82) 및 제2 출력 게이지(83)를 포함하고, 상기 입력 게이지, 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지의 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분(85)과, 상기 제1 부분의 단부에서 호의 형상으로 연장하는 제2 부분(86)과, 상기 제1 부분과 같은 방향으로 직선으로 연장하는 제3 부분(87)과, 상기 제2 부분과 반대방향으로 호의 형상으로 연장하는 제4 부분(88)을 포함하며, 상기 제1 출력 게이지의 패턴 중 제2 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제2 부분과 서로 중첩되도록 제공되고, 상기 제2 출력 게이지의 패턴 중 제2 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제2 부분과 1/4 피치(pitch)만큼 어긋나도록 제공된다.
또 다른 실시예로서, 앞에서 설명한 실시예와 차이가 있다면, 각각의 게이지는 앞에서 설명한 지그재그형의 패턴을 가지지 않는다는 점이다. 표면에 인가된 힘을 측정하는 힘 측정 트랜스듀서에 있어서, 고정부에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 고정부에 고정되어 있으며, 적어도 한쪽 면에 힘이 발생할 수 있도록 표면처리되어 있고, 표면에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생하는 변형 발생부(61)와, 상기 변형 발생부에 제공되고, 양단부에 교류 전류가 인가되는 입력 게이지를 포함한다. 상기 입력 게이지는 상기 변형 발생부와 동일한 형상이며, 상기 입력 게이지를 탄성 변형이 가능한 재질로 하는 경우에는 상기 변형 발생부를 상기 입력게이지로 대체할 수 있다. 상기 변형 발생부의 내측에 제공되고, 고정부에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 고정부에 고정된 제1 부재(62)와, 상기 제1 부재에 제공되는 제1 출력 게이지를 포함한다. 상기 변형 발생부의 외측에 제공되고, 고정부에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 고정부에 고정된 제2 부재(63)와 상기 제2 부재에 제공되는 제2 출력 게이지를 포함한다. 상기 제1 출력 게이지 및 상기 제2 출력 게이지는 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재와 동일한 형상이며, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 상기 제1 출력 게이지 및 상기 제2 출력 게이지로 대체할 수 있다.
상기 변형 발생부는, 상기 몸체부의 다른 끝단이 고정부에 고정될 수 있다.
또 다른 실시예로서, 표면에 인가된 힘을 측정하는 힘 측정 트랜스듀서에 있어서, 적어도 한쪽 면에 표면 힘이 발생할 수 있도록 표면처리되어 있는 외팔 보의 형상이고, 표면에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생하는 변형 발생부와, 상기 변형 발생부에 평행하게 제공되는 고정 부재와, 상기 변형 발생부 또는 상기 고정 부재에 제공되고, 소정의 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며, 양단부에 교류 전류가 인가되는 입력 게이지(11)와, 상기 변형 발생부 또는 상기 고정 부재에 제공되며, 상기 입력 게이지와 동일한 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되는 제1 출력 게이지(12)와, 상기 고정 부재 또는 상기 변형 발생부에 제공되며, 상기 입력 게이지와 동일한 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되는 제2 출력 게이지(13)를 포 함하고, 상기 입력 게이지, 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지의 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분(810)과, 상기 제1 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 제2 부분(820)과, 상기 제2 부분에 대해 수직방향으로 상기 제1 부분과 평행하도록 연장하는 제3 부분(830)과, 상기 제3 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 패턴 연결부(840)를 포함하며, 상기 제1 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 서로 중첩되도록 제공되고, 상기 제2 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 1/4 피치(pitch)만큼 어긋나도록 제공된다.
또한, 표면에 인가된 힘을 측정하는 힘 측정 트랜스듀서에 있어서, 단부에 탐침(Probing tip)이 제공되는 외팔 보의 형상이고, 상기 탐침에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생하는 변형 발생부(230)(220)와, 상기 변형 발생부에 평행하게 제공되는 고정 부재(231)(221)와, 상기 변형 발생부 또는 상기 고정 부재에 제공되고, 소정의 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며, 양단부에 교류 전류가 인가되는 입력 게이지(11)와, 상기 변형 발생부 또는 상기 고정 부재에 제공되며, 상기 입력 게이지와 동일한 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되는 제1 출력 게이지(12)와, 상기 고정 부재 또는 상기 변형 발생부에 제공되며, 상기 입력 게이지와 동일한 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되는 제2 출력 게이지(13)를 포함하고, 상기 입력 게이지, 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지의 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분(810)과, 상기 제1 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 제2 부분(820)과, 상기 제2 부분에 대해 수직방향으로 상기 제1 부분과 평행하도록 연장하는 제3 부분(830)과, 상기 제3 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 패턴 연결부(840)를 포함하며, 상기 제1 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 서로 중첩되도록 제공되고, 상기 제2 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 1/4 피치(pitch)만큼 어긋나도록 제공된다.
본 발명에 의한 트랜스듀서는 상기 제1 출력 게이지의 패턴은 상기 입력 게이지의 패턴과 서로 중첩되도록 제공되고, 상기 제2 출력 게이지의 패턴은 상기 입력 게이지의 패턴과 1/4 피치만큼 어긋나도록 제공될 수 있다.
또한 본 발명에 의한 트랜스듀서는 상기 제1 출력 게이지로부터 측정된 유도 전압의 크기와 상기 제2 출력 게이지로부터 측정된 유도 전압의 크기의 비(ratio)를 통해 인가된 힘을 측정한다.
상기 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 나노/마이크로 스케일에서 특정 구조체의 표면에 인가되는 힘 및 발생하는 힘을 정밀하게 측정하는 고성능 및 고감도의 트랜스듀서를 제공한다.
또한, 구성이 매우 간단하고, 소비 전력이 적고, 크기가 작고 가벼우면서 고집적화가 가능하여, 실리콘(반도체) 기반 기술과 접목 하여 대량 생산과 저가 생산이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예로서, 특정 구조체의 표면에 특정 분자가 쉽게 점착될 수 있는 표면 처리를 하여, 점착되는 분자를 정확하게 측정하는 효과를 제공할 수 있는데, 이는 혈액, 환경오염(수질오염, 대기오염 등) 및 위험물(폭약, 마약 등) 등에서 특정 분자를 검출하는 장치 등의 정확성을 높이는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예로서, 나노/마이크로 스케일에서 분해능이 매우 높은 압력, 온도, 원자간의 인력/척력 및 자외선(적외선) 밀도 측정이 가능하게 하는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 자세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 전자기 유도 현상을 이용하는 것으로서, 그 원리에 대해서 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 사용하는 전자기 유도 현상을 발생시키는 게이지는 입력 게이지(800)와 입력 게이지(800)에 대해 이동 가능하게 배치되는 제1 출력 게이지(850) 및 제2 출력 게이지(860)를 포함한다. 실제로는, 입력 게이지(800)와 제1 출력 게이지(850) 및 제2 출력 게이지(860)는 구조체의 별도의 위치에 형성되어 입력 게이지(800)를 사이에 두고, 양 측에 제1 출력 게이지(850)와 제2 출력 게이지(860)이 제공되는데 설명의 용이성을 위하여 구조체의 도시는 생략하였다. 가급적 입력 게이지(800)와 제1 출력 게이지(850)의 거리와 입력 게이지(800)와 제2 출력 게이지(860)의 거리는 동일하게 설치하는 것이 바람직하다.
입력 게이지(800)와 각각의 출력 게이지는 각각 반복되는 패턴으로 형성되는데, 각각의 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분(810)과, 제1 부분(810)의 말단으로부터 제1 부분에 대해서 수직으로 연장하는 제2 부분(820)과, 제2 부분(820)의 말단에서 제2 부분(820)에 대해서 수직으로 연장하되 제1 부분(810)과 평행하게 연장하는 제3 부분(830)을 포함한다. 이러한 패턴이 반복되어 연장되는데, 각 패턴의 연결부(840)는 제3 부분(830)에 대하여 수직으로 연장하여 각 패턴을 연결한다. 각 패턴은 피치를 가지는데, 입력 게이지(800)와 출력 게이지의 피치는 동일한 것이 바람직하다.
입력 게이지(800)의 양 단에는 일정한 주기와 진폭을 가진 교류 전류를 가하게 된다. 인가되는 힘에 의해 제1 출력 게이지(850) 및 제2 출력 게이지(860)가 입력 게이지(800)와 상대적으로 이동하게 되는 경우에는 입력 게이지에 형성된 전자기장 내에서 제1 출력 게이지(850)와 제2 출력 게이지(860)의 입력 게이지에 대한 상대적인 위치가 변하게 되고, 따라서 제1 출력 게이지(850)와 제2 출력 게이지(860)에 작용하는 전자기장의 세기(intensity)가 변화게 되고, 이에 따라 전자기 유도 현상에 의해 제1 출력 게이지(850)와 제2 출력 게이지(860)에 유도되는 출력 전압의 변화가 발생하게 된다.
이렇게 전자기 유도 현상에 의해 유도되는 출력 전압 변화의 차이를 측정하여, 구조체의 표면에 인가되는 힘에 의해 발생하는 입력 게이지(800)와 제1 출력 게이지(850) 및 제2 출력 게이지(860)간의 상대적인 변위를 측정할 수 있는 것이 본 발명의 기본적인 원리이다.
도 2는 게이지간의 변위가 발생하기 전의 평면도이고, 도 3은 게이지간의 변위가 발생한 후의 평면도이다.
다만, 제1 출력 게이지(850)와 제2 출력 게이지(860)의 패턴은 1/4 피치만큼 어긋나도록 설계되는데, 입력 전류의 변동 및 편심 등에 의해 오차가 발생하더라도 제1 출력 게이지(850)와 제2 출력 게이지(860)에 유도되는 출력 전압의 비는 변화하지 않는다.
따라서 제1 출력 게이지(850)와 제2 출력 게이지(860)에 유도되는 출력 전압의 비를 측정하여 입력 게이지와 출력 게이지간의 상대적인 변위를 측정하여 인가된 하중 및 힘을 측정하는 것이 기본적인 원리라 할 수 있다.
이하 두 개의 출력 게이지(850, 860)에 유도되는 출력 전압의 비를 측정하여 인가된 힘을 측정하는 방법에 대해 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다. 본 발명에서는 입력 게이지와 제1 출력 게이지, 제2 출력 게이지가 같은 구조물에 제공될 수도 있고, 서로 간에 별개의 구조물에 제공될 수도 있다. 다만, 설명의 편의성을 위하여 제1 출력 게이지와 제2 출력 게이지가 동일한 구조체에 제공되는 경우를 예시로 하여 설명하기로 한다.
도 4 및 도 5는 각 게이지간의 상대적인 위치에 따른 출력 유도 전압 값의 변화를 보여준다. 입력 게이지가 제공되는 구조체 부위를 입력부라 하고, 출력 게이지가 제공되는 구조체 부위를 출력부라고 칭하기로 한다. 도 4 및 도 5에서는 입력부와 출력부의 가운데 부분을 절개한 도면으로 도선 패턴 중 수직한 연결부분은 표시되지 않았고 구조체의 도시는 생략하였다.
초기에 구조체에 인가되는 힘이 없는 상태에서 입력 게이지(800)의 수평한 도선과 제1 출력 게이지(850)의 수평한 도선은 서로 중첩되어 있다. 또한 제2 출력 게이지(860)의 수평한 도선은 이들과 1/4 피치만큼 어긋난 채로 위치한다. 이 경우, 제1 출력 게이지(850)에는 입력 게이지(800)에 인가되는 교류 전류와 주기가 동일하고, 최대 진폭을 가진 교류 파형의 유도 전압(V1out)이 출력된다. 제2 출력 게이지(860)에는 입력 게이지(800)의 도선 중 제1 부분과 제3 부분의 간섭에 의해 유도 전압(V2out)은 거의 출력되지 않는다. 하지만, V2out이 V1out에 비해 상대적으로 작게 출력되는 것에 불과할 뿐, 실제로는 같은 주기의 교류 파형의 유도 전압이 출력되고 있다.
구조체에 힘이 인가되면, 인가된 힘에 따른 구조체의 변형에 의해 입력부와 출력부의 게이지들이 이동하면서, 게이지의 패턴들은 서로 어긋나게 된다. 출력부 패턴이 1/4 피치만큼 어긋나게 이동하게 되면, 이번에는 V2out은 최대 진폭을 갖는 교류 파형의 유도 전압이 되고, V1out은 V2out에 비해 상대적으로 작은 값을 갖는 교류 파형의 유도 전압이 된다.
입력 게이지를 하나만 사용하여 유도 전압의 절대값을 측정하여 힘을 계산하는 경우에는 입력 게이지와 출력 게이지 간의 상대 위치인 거리에 따라 유도 전압 의 절대값이 달라지게 되는데, 이 경우 인가된 힘의 변화가 없어서 입력 게이지와 출력 게이지간의 거리에 변화가 없더라도 입력 전류의 변동이 발생하면 출력되는 유도 전압의 절대값이 변하게 되고 결국 입력 전류의 변동에 의한 오차가 발생하게 된다.
출력 게이지를 두 개 사용하여 그 비를 측정하는 경우에는 이러한 오차를 극복할 수 있는 효과가 있다. 즉, 입력 전류의 변동이 발생하더라도 V1out과 V2out의 비는 입력 게이지와 두 개의 출력 게이지간의 거리에 따라 일정한 값을 갖게 된다. 직각삼각형에서 삼각형의 크기가 변화하더라도 그 각도가 일정하다면 tan 값이 일정한 것과 같은 원리이다.
이상 전자기 유도 현상을 이용하여 두 개의 출력 게이지에 유도된 출력 전압의 비를 측정하여 인가된 힘을 측정하는 원리에 대해 설명하였다. 이하 본 발명의 구체적인 실시예에 대해서 자세하게 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에서 제공하는 게이지의 패턴이다. 입력 게이지(800)를 사이에 두고, 양 측에 제1 출력 게이지(850)와 제2 출력 게이지(860)가 제공된다.
도 7은 이러한 일실시예의 변형 전에 측면에서 본 단면도를 나타낸다. 도 7은 게이지의 패턴과 수직 방향에서 절개한 도면이다.
게이지가 제공되는 구조체는 표면에 인가되는 힘에 의해 탄성 변형이 발생하는 변형 발생부(10)로 표현한다. 변형 발생부(10)의 일측면에 Y자 형의 표시(14) 는 특정 분자가 쉽게 점착될 수 있도록 표면처리가 된 상태를 나타낸다. 본 명세서에서 표면 힘이 발생할 수 있도록 표면처리되어 있다는 의미는, 예를 들어, 표면에 특정 분자가 결합할 수 있도록 코팅 등의 표면처리를 하여, 이에 분자가 점착된 후 분자간의 힘에 의해 표면 힘이 발생한다는 것을 의미한다. 이러한 사항 이외에도 외부의 자극에 반응하여 표면에 응력 또는 힘이 발생할 수 있도록 처리되는 것을 의미한다.
변형 발생부(10)는 일측이 고정부(1)에 고정되는 외팔 보(cantilever)의 형상 및 폭을 가지는 판형인 것이 바람직하다. 변형 발생부(10)의 내측에는 입력 게이지가 앞에서 설명한 패턴의 형상으로 제공되는데, 패턴에 대하여 수직한 방향으로 절개한 단면에서는 이를 도면부호 11로 표현한다.
변형 발생부(10)의 양 측에는 제1 출력 게이지(12)와 제2 출력 게이지(13)가 입력 게이지(11)와 동일한 피치의 패턴으로 제공된다. 이 때, 두 개의 출력 게이지 중에 한 개는 그 패턴이 입력 게이지(11)와 동일하게 겹치도록 제공되고, 나머지는 1/4의 피치만큼 어긋나도록 제공되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 각 출력 게이지에서 출력되는 전압값이 1/4 위상차만큼 차이가 발생하게 된다.
도 8은 본 발명에 의한 일실시예의 변형 후의 측면에서 본 단면도이다. 표면처리된 변형 발생부(10)의 표면에 점착되는 분자 간의 힘에 의해 발생하는 표면 응력 혹은 압력 등 표면에 인가되는 힘에 의해 변형 발생부(10)는 탄성 변형이 되어 휘어지게 된다.
도 9에서는 이러한 변형 발생부(10)가 휘어진 상태를 확대한 단면도를 도시 하고 있다. 입력 게이지(11)는 중립축(neutral axis)에 위치하는 것이 바람직하다. 중립축에 위치하는 입력 게이지(11)는 변형 발생부(10)에 휨이 발생하더라도 중립축은 변하지 않으므로 위치가 변화하지 않는다. 하지만, 휨의 발생시 중립축의 외측에 존재하는 제2 출력 게이지(13)는 입력 게이지(11)와의 거리가 1/4 피치보다 줄어들게 되고, 중립축의 내측에 존재하는 제1 출력 게이지(12)는 입력 게이지(11)와의 거리가 초기보다 커지게 된다. 이러한 현상은 고체역학 분야의 당업자들에게는 자명한 내용이며, Timoshenko 저의 고체역학 문헌에도 자세하게 설명되어 있다.
따라서 입력 게이지와 제1 출력 게이지의 패턴이 멀어지게 되므로 출력 전압(V1out)이 감소하게 되고, 입력 게이지와 제2 출력 게이지의 패턴은 가까워지게 되므로 출력 전압(V2out)은 증가하게 되는 효과가 제공된다.
따라서, 이러한 V1out 과 V2out의 크기의 비를 통해 휨이 발생한 크기를 계산할 수 있고, 이를 통해 변형 발생부에 인가된 힘의 크기를 계산할 수 있다.
도 10에는 변형 발생부(10)에 입력 게이지(11)를 제공하는 방법이 도시되어 있다. 변형 발생부(10)의 제1 부분(10a)에 입력 게이지(11) 패턴을 형성시킨다. 이후 제2 부분(10b)을 더 제공하는 형태로 제작하는 것이 바람직하다. 이때, 제1 부분(10b)과 제2 부분(10a)은 열전달 계수가 동일하도록 동일한 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
도 11(a), 도 11(b) 및 도 11(c)은 변형 발생부(10)가 다른 형상을 갖도록 제공되는 다른 실시예의 단면도이다. 원리는 도 7에서 도시된 실시예와 동일하므로 그 설명은 생략하기로 한다. 다만, 변형 발생부(10)의 일측에 점착되는 분자들의 작용력에 의해, 각 게이지 간의 전자기 유도 현상에 영향을 발생할 수도 있다. 이 경우, 출력 게이지의 측정값에 영향을 미치게 될 수 있다. 이러한 경우에는 분자의 작용력이 전자기 유도 현상에 영향을 미치지 않도록, 제1 출력 게이지(12)를 전기 차폐 물질로 코팅할 수도 있다. 이는 앞에서 설명한 도 7에서 도시된 실시예의 경우도 마찬가지이다.
적어도 한쪽 면에 표면 힘이 발생할 수 있도록 표면처리되어 있는 외팔 보의 형상이고, 표면에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생하는 변형 발생부와, 상기 변형 발생부와 평행하게 제공되는 고정 부재가 제공된다.
도 11(b) 및 도 11(c)에서 입력 게이지(11)는 상기 변형 발생부 또는 상기 고정 부재에 제공되고, 소정의 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며, 양단부에 교류 전류가 인가된다. 제1 출력 게이지(12)는 상기 변형 발생부 또는 상기 고정 부재에 제공되며, 상기 입력 게이지와 동일한 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성된다. 제2 출력 게이지(13)는 상기 고정 부재 또는 상기 변형 발생부에 제공되며, 상기 입력 게이지와 동일한 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성된다. 측정 원리는 앞에서 설명한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.
도 12는 변형 발생부(90)가 요철의 형상을 갖도록 제공되는 다른 실시예의 단면도이다. 변형 발생부(90)의 단면을 상기와 같이 형성하는 경우에는, 표면에 점착되는 분자의 개수를 증가시켜 보다 큰 힘을 얻는 장점이 있고, 또는 그 변형을 쉽게 일어나도록 하는 효과를 얻을 수 있고, 또는 입력 게이지와 출력 게이지간의 상대적인 위치 변화를 크게 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 따라서 측정 분해능을 향상시키는 효과가 있다.
도 13은 본 발명에 의한 힘 측정 트랜스듀서의 다른 실시예로서, 변형 발생부(30)가 지지부(301)와 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함한다. 몸체부의 다른 끝단은 자유단으로 제공되거나, 고정단으로 제공될 수 있다. 이때 지지부(301)는 고정부(1)에 고정되어 있는 것이 바람직하다.
변형 발생부의 형상만 도 7의 실시예와 차이가 있을 뿐, 그 구조 및 원리는 동일하다. 일반적으로는 변형 발생부(10)의 내측이나 외측 또는 양측에 표면 힘이 쉽게 발생할 수 있도록(예를 들어, 특정 분자가 쉽게 점착될 수 있도록) 표면처리가 되는 것이 바람직하다. 도 15는 이러한 게이지와 변형 발생부 혹은 부재의 사시도를 나타낸다. 동작 원리 및 측정 원리는 앞에서 설명한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 14는 본 발명에 의한 힘 측정 트랜스듀서의 또 다른 실시예로서, 변형 발생부(40)는 고정부(1)에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 나선의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함한다. 몸체부의 다른 끝단은 자유단으 로 제공되거나, 고정단으로 제공될 수 있다.
도 14에는 특정 분자의 점착을 위한 표면처리가 변형 발생부(40)의 양측 모두에 제공되는 것으로 도시되어 있으나, 일측면에만 제공하는 것도 가능하다. 동작 원리 및 측정 원리는 앞에서 설명한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 16a는 본 발명에 의한 힘 측정 트랜스듀서의 또 다른 실시예로서, 입력 게이지(11)는 고정부(1)에 고정되어 있는 지지부와, 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 몸체부의 다른 끝단은 자유단으로 제공되거나, 고정단으로 제공될 수 있으며, 적어도 한쪽 면에 힘이 발생할 수 있도록 표면처리되어 있는 변형 발생부(41)에 제공되어 있다.
제1 출력 게이지(12)는 변형 발생부의 내측에 제공되고, 고정부(1)에 고정되어 있는 지지부와, 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 몸체부의 다른 끝단은 고정부(1)에 고정된, 제1 부재에 제공된다.
제2 출력 게이지(13)는 변형 발생부의 외측에 제공되고, 고정부(1)에 고정되어 있는 지지부와, 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 몸체부의 다른 끝단은 고정부(1)에 고정된, 제2 부재에 제공된다.
도 15는 이러한 게이지와 변형 발생부 혹은 부재의 사시도를 나타낸다.
도 16a에서는 분자의 점착을 용이하게 하는 표면 처리가 변형 발생부(41)의 내측면에만 제공되는 것으로 표현되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 만일 이와 같이 변형 발생부(41)의 내측에만 제공되는 경우, 이에 분자가 점착되고, 이를 통한 표면 응력이 발생하게 되어 변형 발생부(41)는 휨 변형이 발생하게 되고, 각각의 출력 게이지와의 패턴이 서로 어긋나게 된다. 이로써 유도되는 각각의 출력 전압의 변화가 발생하게 되고 입력 게이지(11)와 제1 출력 게이지(12) 및 제2 출력 게이지(13)의 이격 되는 정도가 차이가 있으므로, 유도되는 각각의 출력 전압의 차이가 발생하게 된다. 이러한 출력 전압의 비를 이용하여 변형 발생부(41)의 표면에 인가된 힘의 크기를 측정할 수 있다.
도 16b는 본 발명에 의한 힘 측정 트랜스듀서의 또 다른 실시예로서, 입력 게이지는 고정부(1)에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 자유단으로 제공되거나, 고정단으로 제공될 수 있으며, 적어도 한쪽 면에 힘이 발생할 수 있도록 표면처리되어 있는 변형 발생부에 제공되어 있다. 상기 변형 발생부와 평행하게 동심 호를 갖는 원판의 형상으로 고정 부재가 제공된다. ,
제1 출력 게이지는 상기 변형 발생부의 내측에 상기 고정 부재에 제공된다.
제2 출력 게이지는 상기 변형 발생부의 외측에 제공된다.
도 16b에서는 분자의 점착을 용이하게 하는 표면 처리가 상기 변형 발생부의 외측면에만 제공되는 것으로 표현되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 동작 원리 및 측정 원리는 앞에서 설명한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 17은 도 15에서 제공하는 일실시예의 다른 형태로서, 입력 게이지가 제공되는 변형 발생부(51)는 고정부에 고정되어 있는 지지부와, 지지부의 단부로부터 나선의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 몸체부의 다른 끝단은 자유단으로 제공되거나, 고정단으로 제공될 수 있으며, 적어도 한쪽 면에 힘이 발생할 수 있도록 표면처리되어 있다.
제1 출력 게이지(53)는 변형 발생부의 내측에 제공되고, 고정부에 고정되어 있는 지지부와, 지지부의 단부로부터 나선의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 몸체부의 다른 끝단은 고정부에 고정된 제1 부재에 제공된다.
제2 출력 게이지(52)는 변형 발생부의 외측에 제공되고, 고정부에 고정되어 있는 지지부와, 지지부의 단부로부터 나선의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 몸체부의 다른 끝단은 고정부에 고정된 제2 부재에 제공된다.
동작 원리 및 측정 원리는 앞에서 설명한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 18 및 도 19는 본 발명에 의한 트랜서듀서의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 앞에서 설명한 실시예와 차이가 있다면, 각각의 게이지는 앞에서 설명한 지그재그형의 패턴을 가지지 않는다는 점이다.
고정부(1)에 고정되어 있는 지지부와, 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 몸체부의 다른 끝단은 고정부(1)에 고정되어 있으며, 적어도 한쪽 면에 힘이 발생할 수 있도록 표면처리되어 있고, 표면에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생하는 변형 발생부(61)와, 변형 발생부에 제공되는 입력 게이지를 포함한다. 입력 게이지는 변형 발생부(61)와 동일한 형상이며, 입력 게이지를 탄성 변형이 가능한 재질로 하는 경우에는 변형 발생부(61)를 입력게이지로 대체할 수 있다.
제1 부재(62)는 변형 발생부(61)의 내측에 제공되고, 고정부(1)에 고정되어 있는 지지부와, 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 몸체부의 다른 끝단은 고정부(1)에 고정되어 있다.
제2 부재(63)는 변형 발생부(61)의 외측에 제공되고, 고정부(1)에 고정되어 있는 지지부와, 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 몸체부의 다른 끝단은 고정부(1)에 고정되어 있다.
제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지는 제1 부재(62) 및 제2 부재(63)와 동일한 형상이며, 출력 게이지를 탄성 변형이 가능한 재질로 하는 경우에는 제1 부재(62) 및 제2 부재(63)를 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지로 대체할 수 있다.
도 18은 분자가 변형 발생부(61)에 점착하기 전의 모습이고, 도 19는 분자가 변형 발생부(61)에 점착된 후의 모습이다. 점착하기 전에는 d1 및 d2 가 동일하게 제공되어 있으나, 점착한 후에는 변형 발생부(61)의 표면 응력에 의해 외경이 증가하게 되므로, d1'가 d2'보다 커지게 된다. 이 경우에는 입력 게이지와 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지간 거리가 변화하게 되고, 이로써 유도되는 각각의 출력 전압의 차이가 발생하게 된다. 이러한 출력 전압의 비를 이용하여 변형 발생부(61)의 표면에 인가된 힘의 크기를 측정할 수 있다.
도 20a, 도 20b는 본 발명에 의한 트랜서듀서의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 본 발명의 따른 모든 힘 측정이 가능하며 기계적인 힘 또는 압력 측정에 바람직한 적용 실시예를 도시하고 있다. 도 20a는 본 발명의 변형 전과 변형 후의 모습의 측면에서 본 단면도를 보여주고 있다. 도 20a의 위의 도면은 변형 전의 변형 발생부(70)에 가상의 직선을 그려 놓은 것이다. 아래의 도면은 변형 후에 상기 가상의 직선이 변화하는 모습을 보여준다. 상기 가상의 직선은 중심부에서는 거의 변형이 없으나, 양측으로 갈수록 변형이 심하게 발생함을 알 수 있다. 또한, 윗면은 안쪽으로 변형되고, 아래면은 바깥쪽으로 변형이 된다.
변형 발생부(70)는 한쪽 표면에 힘이 인가되는 원판 또는 직사각판의 형상이고, 표면에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생한다. 도 21a는 원판의 형상에 대한 평면도의 모습이며 도 21b는 직사각판의 형상에 대한 평면도의 모습이다.
도 20a에서 변형 발생부의 내부에는 패턴을 가지는 입력 게이지(71)가 제공되고, 양 측면에는 제1 출력 게이지(73)와 제2 출력 게이지(72)가 제공된다. 입력 게이지(71)는 제1 출력 게이지(73)와 제2 출력 게이지(72)의 중앙 위치에 제공되는 것이 바람직하다. 제1 출력 게이지(73)와 제2 출력 게이지(72)는 입력 게이지를 사이에 두고, 입력 게이지와 동일한 피치를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되는 것이 바람직하다. 변형 발생부(70)의 측면은 고정부(1)에 고정되어 있는 것이 바람직하다. 도면에는 입력 게이지와 제1 출력 게이지가 겹쳐져 있으나, 입력 게이지와 제2 출력 게이지가 겹쳐지고, 입력 게이지와 제1 출력 게이지가 1/4 피치만큼 어긋나게 제공되는 것도 가능하다.
도 20b에는 본 발명의 다른 실시예로서, 힘 또는 압력을 측정할 수 있는 실시예를 도시하고 있다. 변형 발생부의 하부면에는 패턴을 가지는 제2 출력게이지(83)가 제공되고, 변형발생부와 평행하게 제공되는 고정 부재의 상부면에는 입력 게이지(81)가 제공되며, 그 하부면에는 제1 출력 게이지(82)가 제공된다. 특히 변형 발생부와 고정 부재는 원형 혹은 사각형의 판형으로 제공되며, 변형 발생부와 고정 부재가 이루는 공간은 고정 부재에 제공되는 미세 구멍을 통해 외부와 연결되어 있다. 이때 변형 발생부에 힘이나 압력이 가해지는 경우에는 변형 발생부와 고정 부재 사이의 기체는 미세 구멍을 통해 외부로 빠져나가게 되어 변형 발생부의 변형이 가능하게 된다. 입력 게이지(81)는 제1 출력 게이지(82)와 제2 출력 게이지(83)의 중앙 위치에 제공되는 것이 바람직하다. 제1 출력 게이지(82)와 제2 출력 게이지(83)는 입력 게이지를 사이에 두고, 입력 게이지와 동일한 피치를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되는 것이 바람직하다. 변형 발생부(801)와 고정부재(802)의 측면은 고정부(1)에 고정되어 있는 것이 바람직하다.
입력 게이지와 출력 게이지의 위치는 변화될 수 있다. 즉, 변형 발생부의 상부면에는 패턴을 가지는 제1 출력게이지가 제공되고 하부면에는 패턴을 가지는 입력게이지가 제공되며, 변형발생부와 평행하게 제공되는 고정부재의 상부면에는 제2 출력 게이지가 제공될 수도 있다. 이는 도 20b를 참조하여 명백히 이해될 수 있으므로 도면의 도시는 생략하기로 한다.
도 21a는 도 20a 및 도 20b의 변형 발생부와 고정부재가 원판형으로 된 경우의 평면도이고, 도 21b는 도 20a 및 도 20b의 변형 발생부와 고정부재가 사각판형으로 된 경우의 평면도의 모습을 나타낸다. 도 21a의 원판형인 경우, 게이지의 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분(85)과, 제1 부분의 단부에서 호의 형상으로 연장하는 제2 부분(86)과, 제1 부분과 같은 방향으로 직선으로 연장하는 제3 부분(87)과, 제2 부분과 반대방향으로 호의 형상으로 연장하는 제4 부분(88)을 포함한다. 제1 출력 게이지의 패턴 중 제2 부분은 입력 게이지의 패턴 중 제2 부분과 서로 중첩되도록 제공되고, 제2 출력 게이지의 패턴 중 제2 부분은 입력 게이지의 패턴 중 제2 부분과 1/4 피치(pitch)만큼 어긋나도록 제공되는 것이 바람직하다.
도 21b는 앞에서 설명한 지그재그형 패턴으로 제공되어 있다.
변형 발생부(70)의 일측면에 힘 또는 압력이 작용하는 경우에는 도 20a의 아래그림처럼 변형하게 된다. 도 9에서 설명한 바와 같이 제1 출력 게이지(72) 및 제2 출력 게이지(73)의 입력 게이지(71)에 대한 상대적인 위치가 변화하게 되므로, 두 개의 출력 전압의 비를 이용하여 그 변형량을 계산하고, 이를 통해 인가된 압력의 크기를 측정할 수 있게 된다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예로서 원자현미경의 탐침 외팔보(cantilever)로서의 적용예를 도시하고 있다. 본 실시예에서는 상하의 두 개의 외팔보의 구조체를 포함한다. 탐침(Probing tip)(233)은 상측의 외팔보의 끝단에 제공될 수도 있고, 혹은 하측의 외팔보의 끝단에 제공될 수도 있다. 상측의 외팔보의 끝단에 제공되는 경우에는 상측의 외팔보가 하측의 외팔보보다 더 길게 형성되는 것이 바람직하다. 탐침에 작용되는 힘에 의해 탐침이 제공된 외팔보에 변형이 일어나게 되면, 입력게이지와 출력게이지들의 관계에서 작용된 힘의 크기가 측정된다. 동작원리는 앞에서 설명한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 입력게이지는 탐침이 제공되는 외팔보에 제공되고, 출력게이지는 각각의 외팔보에 제공되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이상 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 첨부하는 특허청구범위에 의하여 결정되며, 전술한 실시예에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
또한, 당업자에게 자명하고 특허청구범위에 기재되어 있는 발명의 본질에서 벗어나지 않는, 변경, 개량 내지 수정된 기술도 본 발명의 권리범위에 포함됨이 명백하게 이해된다.
도 1은 본 발명에서 사용되는 게이지 패턴의 사시도
도 2는 본 발명에서 사용되는 게이지 패턴의 변형 전의 평면도.
도 3은 본 발명에서 사용되는 게이지 패턴의 변형 후의 평면도
도 4는 본 발명의 변형 전 측정 전압의 변화 개념도
도 5는 본 발명의 변형 후 측정 전압의 변화 개념도
도 6은 본 발명에서 사용되는 게이지 패턴의 평면도
도 7은 본 발명의 힘 측정 트랜스듀서의 일실시예의 단면도
도 8은 본 발명의 힘 측정 트랜스듀서의 일실시예의 단면도
도 9는 본 발명의 힘 측정 트랜스듀서의 일실시예의 원리 설명도
도 10은 본 발명의 힘 측정 트랜스듀서의 일실시예의 제작 방법 설명도
도 11은 본 발명의 힘 측정 트랜스듀서의 일실시예의 단면도
도 12는 본 발명의 힘 측정 트랜스듀서의 다른 실시예의 단면도
도 13은 본 발명의 힘 측정 트랜스듀서의 다른 실시예의 단면도
도 14는 본 발명의 힘 측정 트랜스듀서의 다른 실시예의 단면도
도 15는 본 발명의 힘 측정 트랜스듀서의 다른 실시예의 사시도
도 16은 본 발명의 힘 측정 트랜스듀서의 다른 실시예의 단면도
도 17은 본 발명의 힘 측정 트랜스듀서의 다른 실시예의 단면도
도 18은 본 발명의 힘 측정 트랜스듀서의 다른 실시예의 단면도
도 19는 본 발명의 힘 측정 트랜스듀서의 다른 실시예의 단면도
도 20은 본 발명의 힘 측정 트랜스듀서의 다른 실시예의 단면도
도 21은 본 발명의 힘 측정 트랜스듀서의 다른 실시예의 평면도
도 22는 본 발명의 힘 측정 트랜스듀서의 다른 실시예의 평면도

Claims (18)

  1. 표면에 인가된 힘을 측정하는 힘 측정 트랜스듀서에 있어서,
    적어도 한쪽 면에 표면 힘이 발생할 수 있도록 표면처리되어 있는 외팔 보의 형상이고, 표면에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생하는 변형 발생부와,
    상기 변형 발생부의 내부에 제공되고, 소정의 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며, 양단부에 교류 전류가 인가되는 입력 게이지와,
    상기 변형 발생부에 상기 입력 게이지를 사이에 두고 제공되며, 상기 입력 게이지와 동일한 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되는 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지를 포함하고,
    상기 입력 게이지, 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지의 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분과, 상기 제1 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 제2 부분과, 상기 제2 부분에 대해 수직방향으로 상기 제1 부분과 평행하도록 연장하는 제3 부분과, 상기 제3 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 패턴 연결부를 포함하며,
    상기 제1 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 서로 중첩되도록 제공되고,
    상기 제2 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 1/4 피치(pitch)만큼 어긋나도록 제공되는,
    힘 측정 트랜스듀서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 변형 발생부는, 상기 제1 출력 게이지 및 상기 제2 출력 게이지가 제공되는 면이 요철부로 형성되는,
    힘 측정 트랜스듀서.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 변형 발생부는, 고정부에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하는,
    힘 측정 트랜스듀서.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 변형 발생부는, 고정부에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 나선의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하는,
    힘 측정 트랜스듀서.
  5. 표면에 인가된 힘을 측정하는 힘 측정 트랜스듀서에 있어서,
    고정부에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 자유단이며, 적어도 한쪽 면에 표면 힘이 발생할 수 있도록 표면처리되어 있고, 표면에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생하는 변형 발생부와,
    상기 변형 발생부에 제공되고, 소정의 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며, 양단부에 교류 전류가 인가되는 입력 게이지와,
    상기 변형 발생부의 내측에 제공되고, 고정부에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 고정부에 고정된 제1 부재와,
    상기 변형 발생부의 외측에 제공되고, 고정부에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 고정부에 고정된 제2 부재와,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재에 상기 입력 게이지를 사이에 두고 제공되며, 상기 입력 게이지와 동일한 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되는 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지를 포함하고,
    상기 입력 게이지, 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지의 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분과, 상기 제1 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 제2 부분과, 상기 제2 부분에 대해 수직방향으로 상기 제1 부분과 평행하도록 연장하는 제3 부분과, 상기 제3 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 패턴 연결부를 포함하며,
    상기 제1 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 서로 중첩되도록 제공되고,
    상기 제2 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 1/4 피치(pitch)만큼 어긋나도록 제공되는,
    힘 측정 트랜스듀서.
  6. 표면에 인가된 힘을 측정하는 힘 측정 트랜스듀서에 있어서,
    고정부에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 나선의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 자유단이며, 적어도 한쪽 면에 표면 힘이 발생할 수 있도록 표면처리되어 있고, 표면에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생하는 변형 발생부와,
    상기 변형 발생부에 제공되고, 소정의 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며, 양단부에 교류 전류가 인가되는 입력 게이지와,
    상기 변형 발생부의 내측에 제공되고, 고정부에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 나선의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 고정부에 고정된 제1 부재와,
    상기 변형 발생부의 외측에 제공되고, 고정부에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 나선의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 고정부에 고정된 제2 부재와,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재에 상기 입력 게이지를 사이에 두고 제공되며, 상기 입력 게이지와 동일한 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되는 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지를 포함하고,
    상기 입력 게이지, 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지의 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분과, 상기 제1 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 제2 부분과, 상기 제2 부분에 대해 수직방향으로 상기 제1 부분과 평행하도록 연장하는 제3 부분과, 상기 제3 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 패턴 연결부를 포함하며,
    상기 제1 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 서로 중첩되도록 제공되고,
    상기 제2 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 1/4 피치(pitch)만큼 어긋나도록 제공되는,
    힘 측정 트랜스듀서.
  7. 청구항 5 및 청구항 6 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 변형 발생부는, 상기 몸체부의 다른 끝단이 고정부에 고정된,
    힘 측정 트랜스듀서.
  8. 표면에 인가된 힘을 측정하는 힘 측정 트랜스듀서에 있어서,
    외측면은 고정부에 고정되어 있는 원판의 형상이고, 표면에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생하는 변형 발생부와,
    상기 변형 발생부의 내부에 제공되고, 소정의 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며, 양단부에 교류 전류가 인가되는 입력 게이지와,
    상기 변형 발생부에 상기 입력 게이지를 사이에 두고 제공되며, 상기 입력 게이지와 동일한 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되는 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지를 포함하고,
    상기 입력 게이지, 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지의 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분과, 상기 제1 부분의 단부에서 호의 형상으로 연장하는 제2 부분과, 상기 제1 부분과 같은 방향으로 직선으로 연장하는 제3 부분과, 상기 제2 부분과 반대방향으로 호의 형상으로 연장하는 제4 부분을 포함하며,
    상기 제1 출력 게이지의 패턴 중 제2 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제2 부분과 서로 중첩되도록 제공되고,
    상기 제2 출력 게이지의 패턴 중 제2 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제2 부분과 1/4 피치(pitch)만큼 어긋나도록 제공되는,
    힘 측정 트랜스듀서.
  9. 표면에 인가된 힘을 측정하는 힘 측정 트랜스듀서에 있어서,
    외측면은 고정부에 고정되어 있는 원판의 형상이고, 표면에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생하는 변형 발생부와,
    외측면은 고정부에 고정되어 있는 원판의 형상이고, 상기 변형 발생부와 평행하게 제공되고, 적어도 하나 이상의 관통 구멍이 제공되는 고정 부재와,
    상기 고정 부재에 제공되고, 소정의 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며, 양단부에 교류 전류가 인가되는 입력 게이지와,
    상기 고정 부재 및 상기 변형 발생부에 각각 상기 입력 게이지를 사이에 두고 제공되며, 상기 입력 게이지와 동일한 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되는 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지를 포함하고,
    상기 입력 게이지, 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지의 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분과, 상기 제1 부분의 단부에서 호의 형상으로 연장하는 제2 부분과, 상기 제1 부분과 같은 방향으로 직선으로 연장하는 제3 부분과, 상기 제2 부분과 반대방향으로 호의 형상으로 연장하는 제4 부분을 포함하며,
    상기 제1 출력 게이지의 패턴 중 제2 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제2 부분과 서로 중첩되도록 제공되고,
    상기 제2 출력 게이지의 패턴 중 제2 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제2 부분과 1/4 피치(pitch)만큼 어긋나도록 제공되는,
    힘 측정 트랜스듀서.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    변형 발생부의 형상은 직사각판의 형상인,
    힘 측정 트랜스듀서.
  11. 표면에 인가된 힘을 측정하는 힘 측정 트랜스듀서에 있어서,
    고정부에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 고정부에 고정되어 있으며, 적어도 한쪽 면에 표면 힘이 발생할 수 있도록 표면처리되어 있고, 표면에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생하는 변형 발생부와,
    상기 변형 발생부에 제공되고, 양단부에 교류 전류가 인가되는 입력 게이지와,
    상기 변형 발생부의 내측에 제공되고, 고정부에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 고정부에 고정된 제1 부재와,
    상기 변형 발생부의 외측에 제공되고, 고정부에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체부의 다른 끝단은 고정부에 고정된 제2 부재와,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재에 제공되는, 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지를 포함하는,
    힘 측정 트랜스듀서.
  12. 표면에 인가된 힘을 측정하는 힘 측정 트랜스듀서에 있어서,
    적어도 한쪽 면에 표면 힘이 발생할 수 있도록 표면처리되어 있는 외팔 보의 형상이고, 표면에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생하는 변형 발생부와,
    상기 변형 발생부와 평행하게 제공되는 고정 부재와,
    상기 변형 발생부에 제공되고, 소정의 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며, 양단부에 교류 전류가 인가되는 입력 게이지와,
    상기 변형 발생부 및 상기 고정 부재에 각각 상기 입력 게이지를 사이에 두고 제공되며, 상기 입력 게이지와 동일한 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되는 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지를 포함하고,
    상기 입력 게이지, 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지의 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분과, 상기 제1 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 제2 부분과, 상기 제2 부분에 대해 수직방향으로 상기 제1 부분과 평행하도록 연장하는 제3 부분과, 상기 제3 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 패턴 연결부를 포함하며,
    상기 제1 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 서로 중첩되도록 제공되고,
    상기 제2 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 1/4 피치만큼 어긋나도록 제공되는,
    힘 측정 트랜스듀서.
  13. 표면에 인가된 힘을 측정하는 힘 측정 트랜스듀서에 있어서,
    적어도 한쪽 면에 표면 힘이 발생할 수 있도록 표면처리되어 있는 외팔 보의 형상이고, 표면에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생하는 변형 발생부와,
    상기 변형 발생부와 평행하게 제공되는 고정 부재와,
    상기 고정 부재에 제공되고, 소정의 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며, 양단부에 교류 전류가 인가되는 입력 게이지와,
    상기 고정 부재 및 상기 변형 발생부에 각각 상기 입력 게이지를 사이에 두고 제공되며, 상기 입력 게이지와 동일한 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되는 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지를 포함하고,
    상기 입력 게이지, 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지의 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분과, 상기 제1 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 제2 부분과, 상기 제2 부분에 대해 수직방향으로 상기 제1 부분과 평행하도록 연장하는 제3 부분과, 상기 제3 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 패턴 연결부를 포함하며,
    상기 제1 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 서로 중첩되도록 제공되고,
    상기 제2 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 1/4 피치만큼 어긋나도록 제공되는,
    힘 측정 트랜스듀서.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 변형 발생부는, 고정부에 고정되어 있는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 호의 형상을 가지도록 연장되는 몸체부를 포함하고,
    상기 변형 발생부와 평행하게 동심 호를 갖는 원판의 형상으로 상기 고정 부재가 제공되는,
    힘 측정 트랜스듀서.
  15. 표면에 인가된 힘을 측정하는 힘 측정 트랜스듀서에 있어서,
    표면 힘이 발생할 수 있는 표면처리를 포함하지 않으며, 단부에 탐침(Probing tip)이 제공되는 형상이고, 상기 탐침에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생하는, 변형 발생부와,
    상기 변형 발생부와 평행하게 제공되는 고정 부재와,
    상기 변형 발생부에 제공되고, 소정의 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며, 양단부에 교류 전류가 인가되는 입력 게이지와,
    상기 변형 발생부 및 상기 고정 부재에 각각 상기 입력 게이지를 사이에 두고 제공되며, 상기 입력 게이지와 동일한 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되는 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지를 포함하고,
    상기 입력 게이지, 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지의 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분과, 상기 제1 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 제2 부분과, 상기 제2 부분에 대해 수직방향으로 상기 제1 부분과 평행하도록 연장하는 제3 부분과, 상기 제3 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 패턴 연결부를 포함하며,
    상기 제1 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 서로 중첩되도록 제공되고,
    상기 제2 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 1/4 피치만큼 어긋나도록 제공되는,
    힘 측정 트랜스듀서.
  16. 청구항 1, 청구항 5, 청구항 6 , 청구항 8, 청구항 9, 청구항 12 및 청구항 13 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 제1 출력 게이지의 패턴은 상기 입력 게이지의 패턴과 1/4 피치만큼 어긋나도록 제공되고,
    상기 제2 출력 게이지의 패턴은 상기 입력 게이지의 패턴과 서로 중첩되도록 제공되는,
    힘 측정 트랜스듀서.
  17. 청구항 1, 청구항 5, 청구항 6 , 청구항 8, 청구항 9, 청구항 11, 청구항 12 및 청구항 13 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 제1 출력 게이지로부터 측정된 유도 전압의 크기와 상기 제2 출력 게이지로부터 측정된 유도 전압의 크기의 비(ratio)를 통해 인가된 힘을 측정하는,
    힘 측정 트랜스듀서.
  18. 표면에 인가된 힘을 측정하는 힘 측정 트랜스듀서에 있어서,
    표면 힘이 발생할 수 있는 표면처리를 포함하지 않으며, 단부에 탐침(Probing tip)이 제공되는 형상이고, 상기 탐침에 인가되는 힘에 의해 탄성변형이 발생하는, 변형 발생부와,
    상기 변형 발생부와 평행하게 제공되는 고정 부재와,
    상기 고정 부재에 제공되고, 소정의 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되며, 양단부에 교류 전류가 인가되는 입력 게이지와,
    상기 고정 부재 및 상기 변형 발생부에 각각 상기 입력 게이지를 사이에 두고 제공되며, 상기 입력 게이지와 동일한 피치(pitch)를 가지는 전선 패턴이 소정의 횟수 반복되어 형성되는 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지를 포함하고,
    상기 입력 게이지, 제1 출력 게이지 및 제2 출력 게이지의 패턴은 직선으로 연장하는 제1 부분과, 상기 제1 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 제2 부분과, 상기 제2 부분에 대해 수직방향으로 상기 제1 부분과 평행하도록 연장하는 제3 부분과, 상기 제3 부분에 대해 수직방향으로 연장하는 패턴 연결부를 포함하며,
    상기 제1 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 서로 중첩되도록 제공되고,
    상기 제2 출력 게이지의 패턴 중 제1 부분은 상기 입력 게이지의 패턴 중 제1 부분과 1/4 피치만큼 어긋나도록 제공되는,
    힘 측정 트랜스듀서.
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