KR102249461B1 - Device comprising sensors using pyroelectric material, and lead comprising sensors using pyroelectric material - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초전체 물질을 이용한 센서를 포함한 소자 및 초전체 센서를 포함한 전선에 관한 것이다.
본 발명에서는 초전 물질을 사용하여 초전 소자를 만들어 저항체나 저항체 근처의 전선에 삽입하여 과전류가 발생할 때 생기는 열을 감지하여 과전류를 방지 할 수 있는 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a device including a sensor using a pyroelectric material and a wire including a pyroelectric sensor.
The present invention relates to a sensor capable of preventing overcurrent by detecting heat generated when an overcurrent occurs by making a pyroelectric element using a pyroelectric material and inserting it into a resistor or a wire near the resistor.
Description
본 발명은 초전체 물질을 이용한 센서를 포함한 소자 및 초전체 센서를 포함한 전선에 관한 것이다.The present invention relates to a device including a sensor using a pyroelectric material and a wire including a pyroelectric sensor.
본 발명에서는 초전 물질을 사용하여 초전 소자를 만들어 저항체나 저항체 근처의 전선에 삽입하여 과전류가 발생할 때 생기는 열을 감지하여 과전류를 방지 할 수 있는 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor capable of preventing overcurrent by detecting heat generated when an overcurrent occurs by making a pyroelectric element using a pyroelectric material and inserting it into a resistor or a wire near the resistor.
초전체란 열에너지의 변화가 있으면 전하의 변화가 나타나는 물질이다. 외부로부터 열에너지가 들어오면, 물질이 분극상태로 변하게 되고, 내부 전하가 변화하게 되면서 전기가 흐르게 되는 것이다.A pyroelectric material is a material in which electric charge changes when there is a change in thermal energy. When heat energy comes in from the outside, the material changes to a polarized state, and the internal charge changes, so that electricity flows.
기존에 사용되는 과전류 차단 장치인 누전 차단기는 단순히 설정된 기준 이상의 전류가 흐르게 되면, 퓨즈가 끊어져 전류를 차단하는 식으로 사용되고 있어, 정해진 기준을 상회하기 전에 어느 정도의 전류가 전선에 흐르는지 알 수 없었다. 또한 이렇게 한번 끊어진 퓨즈를 교체해주어야 다시 장비를 사용할 수 있기 때문에, 사람이 접근하기 힘들어 교체가 힘들 경우 비용적, 시간적 많은 손실이 발생되는 문제점이 있었다.The existing earth leakage circuit breaker, which is an overcurrent cut-off device, is used in such a way that if a current exceeds the set standard flows, the fuse is blown to cut off the current, so it was not possible to know how much current flows through the wire before exceeding the set standard. . In addition, because once the blown fuse can be replaced, the equipment can be used again, so if the replacement is difficult because it is difficult for a person to access, there is a problem in that a lot of cost and time is lost.
기존의 과전류 방지 소자인 퓨즈는 규정된 값 이상의 전류가 흘렀을 때 퓨즈의 용단부가 끊어지면서 기기로 들어가는 전류를 차단하여 기기의 보호할 수 있는 방식으로 이루어져 있었다. 하지만. 퓨즈만 가지고는 소자 내에 어느 정도의 과전류가 흐르는지 수치적으로 알 수는 없고 한번 과전류가 흐르게 되어 퓨즈가 끊어지게 된다면 매번 퓨즈를 갈아줘야 하는 번거로움이 있었다.The fuse, which is a conventional overcurrent prevention device, was constructed in a manner that protects the device by blocking the current entering the device when the fuse blows off when a current exceeding the specified value flows. However. With only the fuse, it is not possible to know numerically how much overcurrent flows in the device, and once the overcurrent flows and the fuse blows, there is a hassle of having to change the fuse every time.
초전체를 사용하면 온도 변화에 따른 전류 생성으로 인해 실시간으로 전선 및 저항에 흐르는 과전류를 센싱 할 수 있다. Using a pyroelectric material, it is possible to sense overcurrent flowing through wires and resistors in real time due to current generation according to temperature changes.
따라서, 본 발명은 기존 퓨즈와는 다르게 단순히 끊어지는 것이 아니라 지속적으로 사용할 수 있는 과전류 센싱 및 차단을 목표로 한다.Accordingly, the present invention aims at sensing and blocking overcurrent that can be used continuously, rather than simply being blown unlike the existing fuse.
본 발명의 일 실시예에 따른 초전체 물질을 이용한 센서는, 제 1 전극; 상기 제 1 전극에 대향하는 제 2 전극; 및 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 사이에 배치되는 초전체 물질층을 포함하고, 상기 초전체 물질층은 외부 전기장을 인가하여 분극 현상에 의해 강유전성 특성을 나타낸다.A sensor using a pyroelectric material according to an embodiment of the present invention includes: a first electrode; A second electrode facing the first electrode; And a pyroelectric material layer disposed between the first electrode and the second electrode, wherein the pyroelectric material layer exhibits ferroelectric properties by polarization by applying an external electric field.
상기 센서를 저항체 내부 또는 외부에 배치하여 상기 초전체 물질층 주위의 온도 변화시, 상기 초전체 물질층에 의한 전기적 출력 변화를 통해 온도 변화의 감지가 가능하다.When the sensor is disposed inside or outside the resistor to change the temperature around the pyroelectric material layer, it is possible to detect the temperature change through electrical output change by the pyroelectric material layer.
상기 초전체 물질은 티탄산 지르콘산 연(PZT, lead zirconate titanate), BaTiO3, 강유전성 세라믹 또는 PVDF계 폴리머 중 어느 하나이다.The pyroelectric material is any one of lead zirconate titanate (PZT), BaTiO 3 , ferroelectric ceramics, or PVDF-based polymers.
본 발명의 일 실시예에 따른 초전체 물질을 이용한 센서를 포함한 소자는, 소자; 상기 소자의 내부 또는 외부에 배치된, 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 초전체 물질을 이용한 센서; 및 상기 센서와 연결된 제어부를 포함하고, 상기 소자의 온도 변화시 상기 센서에 의해 온도 변화의 감지가 가능하며, 미리 설정된 온도 이상을 초과하는 경우, 상기 제어부에 의해 소자의 전원을 차단하거나 또는 알림 경고를 발생시킨다.A device including a sensor using a pyroelectric material according to an embodiment of the present invention includes: a device; A sensor using the pyroelectric material according to any one of claims 1 to 3, disposed inside or outside the device; And a control unit connected to the sensor, and when the temperature of the element changes, the temperature change can be detected by the sensor, and when the temperature exceeds a preset temperature, the control unit shuts off power to the element or a notification alert Occurs.
본 발명의 일 실시예에 따른 초전체 센서를 포함한 전선은, 전선; 상기 전선을 감싸도록 배치된 제 1 패키징 물질; 상기 제 1 패키징 물질을 감싸도록 배치된 제 1 전극; 상기 제 1 전극을 감싸도록 배치된 초전체 물질층; 상기 초전체 물질층을 감싸도록 배치된 제 2 전극; 상기 제 2 전극을 감싸도록 배치된 제 2 패키징 물질; 및 상기 제 2 패키징 물질을 감싸도록 배치된 전선 피복을 포함하고, 상기 초전체 물질층은 외부 전기장을 인가하여 분극 현상에 의해 강유전성 특성을 나타낸다.An electric wire including a pyroelectric sensor according to an embodiment of the present invention includes: an electric wire; A first packaging material disposed to surround the electric wire; A first electrode disposed to surround the first packaging material; A pyroelectric material layer disposed to surround the first electrode; A second electrode disposed to surround the pyroelectric material layer; A second packaging material disposed to surround the second electrode; And a wire covering arranged to surround the second packaging material, wherein the pyroelectric material layer exhibits ferroelectric properties by polarization by applying an external electric field.
상기 전선의 온도 변화시, 상기 초전체 물질층에 의한 전기적 출력 변화를 통해 온도 변화의 감지가 가능하다.When the temperature of the wire changes, it is possible to detect the temperature change through the change in electrical output by the pyroelectric material layer.
상기 초전체 물질은 티탄산 지르콘산 연(PZT, lead zirconate titanate), BaTiO3, 강유전성 세라믹 또는 PVDF계 폴리머 중 어느 하나이다.The pyroelectric material is any one of lead zirconate titanate (PZT), BaTiO 3 , ferroelectric ceramics, or PVDF-based polymers.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 초전체 센서를 포함한 전선을 포함한 소자는, 소자; 상기 소자에 이용된, 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 초전체 센서를 포함한 전선; 및 상기 센서와 연결된 제어부를 포함하고, 상기 소자의 온도 변화시 상기 센서에 의해 온도 변화의 감지가 가능하며, 미리 설정된 온도 이상을 초과하는 경우, 상기 제어부에 의해 소자의 전원을 차단하거나 또는 알림 경고를 발생시킨다.An element including an electric wire including a pyroelectric sensor according to a further embodiment of the present invention includes: an element; A wire including the pyroelectric sensor according to any one of claims 5 to 7, used in the device; And a control unit connected to the sensor, and when the temperature of the element changes, the temperature change can be detected by the sensor, and when the temperature exceeds a preset temperature, the control unit shuts off power to the element or a notification alert Occurs.
본 발명에 따르면, 과전류로 인해 급격하게 생기는 온도변화를 수치화하여 알 수 있기 때문에, 퓨즈가 끊어지기 전에도 이상 전류가 흐르는지를 확인할 수 있다. According to the present invention, since the temperature change that occurs rapidly due to the overcurrent can be numerically determined, it is possible to check whether an abnormal current flows even before the fuse is blown.
또한, 퓨즈가 끊어지는 방식은 과전류가 일어난다면 일회성으로 밖에 사용할 수 없기 때문에, 반드시 퓨즈를 교체해 주어야 다시 장비를 사용할 수 있다. 하지만, 과전류가 흐르는 것을 감지할 수 있는 초전 소자 과전류 방지센서를 사용하게 된다면 과전류가 흐르면 자동적으로 전원을 차단시킬 수 있다. In addition, since the fuse blown method can only be used as a one-time use if an overcurrent occurs, the fuse must be replaced so that the equipment can be used again. However, if a pyroelectric element overcurrent prevention sensor that can detect the flow of an overcurrent is used, the power can be automatically cut off when an overcurrent flows.
또한, 본 발명에 따른 초전 소자는 따로 외부전원을 필요로 하지 않고 외부의 열에너지 변화에 따라 전류가 흐르기 때문에 반영구적 자가 전력 센서로 사용할 수 있다. 이러한 초전 효과를 사용한 과전류 센서의 경우, 일회성이 아니라 반복적으로 사용할 수 있고 외부 전원이 필요 없기 때문에 교체가 힘든 곳에 설치된 기기의 경우, 퓨즈의 교체 없이 장기간 사용할 수 있다.In addition, since the pyroelectric device according to the present invention does not require an external power source and current flows according to changes in external heat energy, it can be used as a semi-permanent self-power sensor. In the case of an overcurrent sensor using such a pyroelectric effect, it can be used repeatedly rather than one time, and devices installed in places where replacement is difficult because external power is not required can be used for a long time without replacing the fuse.
도 1은 초전 소자의 출력 메커니즘을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전체 물질을 이용한 센서의 개략 단면도를 도시한다.
도 3은 초전 소자를 이용한 누전 센서의 간략 모식도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 초전체 센서를 포함한 전선의 모식도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 초전체 센서를 포함한 전선에 의한 초전 소자의 출력 메커니즘을 도시한다.
도 6은 일정 수준의 외부 전압을 걸어주었을 때의 초전 소자에서부터 발생하는 전기적 에너지를 측정한 데이터이다.
도 7은 일정 수준의 외부 전압을 걸어주었을 때 발생되는 열을 측정한 데이터이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다. 1 is a diagram illustrating an output mechanism of a pyroelectric element.
2 is a schematic cross-sectional view of a sensor using a pyroelectric material according to an embodiment of the present invention.
3 shows a simplified schematic diagram of an earth leakage sensor using a pyroelectric element.
4 is a schematic diagram of a wire including a pyroelectric sensor according to a further embodiment of the present invention.
5 shows an output mechanism of a pyroelectric element by an electric wire including a pyroelectric sensor according to a further embodiment of the present invention.
6 is data obtained by measuring electrical energy generated from a pyroelectric element when an external voltage of a certain level is applied.
7 is data obtained by measuring heat generated when an external voltage of a certain level is applied.
Various embodiments are now described with reference to the drawings, in which like reference numbers are used to indicate like elements throughout the drawings. In this specification for purposes of explanation, various descriptions are presented to provide an understanding of the invention. However, it is clear that these embodiments may be practiced without this specific description. In other examples, well-known structures and devices are presented in block diagram form to facilitate description of the embodiments.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present invention, various modifications may be made and various forms may be applied, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form disclosed, it should be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features or steps. It is to be understood that it does not preclude the possibility of addition or presence of, operations, components, parts, or combinations thereof.
본 발명에서는 초전 물질을 사용하여 초전 소자를 만들어 저항체나 저항체 근처의 전선에 삽입하여 과전류가 발생할 때 생기는 열을 감지하여 과전류를 방지 할 수 있는 센서를 제공하고자 한다. 본 발명에서는 소자가 받는 열의 변화에 반응하여 전기적 출력을 발생시키는 초전 소자를 개발하여, 전선 및 저항체 주위에 배치하거나 내부에 삽입한다.An object of the present invention is to provide a sensor capable of preventing overcurrent by detecting heat generated when an overcurrent occurs by making a pyroelectric element using a pyroelectric material and inserting it into a resistor or a wire near the resistor. In the present invention, a pyroelectric element that generates an electrical output in response to a change in heat received by the element is developed, and is disposed around or inserted into an electric wire and a resistor.
도 1은 초전 소자의 출력 메커니즘을 설명하는 도면이다. 초전 소자는 열에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 소자이며, 외부에서 일정 이상의 온도의 변화가 생기게 되면, 그 물질의 결정의 변화가 생기고, 이에 따라 물질의 자발적 분극에 영향을 미치게 된다. 따라서 이러한 분극에 의해 따라 외부 전극에 이를 보상해주는 전하가 형성되게 되어, 결과적으로 전하 형성을 위해 전류가 흐르게 되고 이를 감지한다면 열 센서로 사용할 수 있다. 1 is a diagram illustrating an output mechanism of a pyroelectric element. A pyroelectric device is a device capable of converting thermal energy into electrical energy, and when a temperature change of more than a certain amount occurs from the outside, a change in the crystal of the material occurs, thereby affecting the spontaneous polarization of the material. Accordingly, electric charge that compensates for this is formed on the external electrode by this polarization, and as a result, current flows for charge formation, and if this is sensed, it can be used as a thermal sensor.
본 발명의 일 실시예에 따른 초전체 물질을 이용한 센서는, 도 2에서와 같이 2개의 전극 사이에 초전체 물질층이 배치된 형태일 수 있으며, 제 1 전극(11); 상기 제 1 전극에 대향하는 제 2 전극(12); 및 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 사이에 배치되는 초전체 물질층(30)을 포함한다.A sensor using a pyroelectric material according to an embodiment of the present invention may be in a form in which a pyroelectric material layer is disposed between two electrodes as shown in FIG. 2, and includes a
도 2에서 제 1 전극(11)은 하부 전극 역할을 하고, 제 2 전극(12)은 상부 전극 역할을 한다. 이러한 전극들은 전극으로 사용 가능한 물질이면 어떠한 것이든 이용이 가능하며, 예시적으로 ITO와 같은 물질이 이용될 수 있다.In FIG. 2, the
초전체 물질층(30)은 두 전극 사이에 배치되며, 초전체 물질층은 외부 전기장을 인가하여 분극 현상에 의해 강유전성 특성을 나타낸다. 초전체 물질에 미리 외부 전기장을 인가하여 분극 상태로 정렬시켜 놓음으로써 강유전성 특성을 나타내고, 이에 의해 센서의 민감도가 향상된다. 초전체 물질은 P(VDF-TrFE)로 불소 수지의 Polymer로 기계적 성질이 뛰어나고, 큰 압전 특성을 가진다. 또한 외부에서 전기장을 걸어주어 생긴 분극이 전기장이 없어진 상태에서도 유지할 수 있는 강유전성의 물질로 초전체 성질을 가지고 있다.The
초전체 물질은 티탄산 지르콘산 연(PZT, lead zirconate titanate), BaTiO3, 강유전성 세라믹 또는 PVDF계 폴리머 중 어느 하나가 이용될 수 있다.The pyroelectric material may be any one of lead zirconate titanate (PZT), BaTiO 3 , ferroelectric ceramics, or PVDF-based polymers.
이러한 본 발명에 따른 초전체 물질을 이용한 센서는 센서를 저항체 내부 또는 외부에 배치하여 상기 초전체 물질층 주위의 온도 변화시, 상기 초전체 물질층에 의한 전기적 출력 변화를 통해 온도 변화의 감지가 가능하게 된다. 구체적인 원리는 도 1에서 도시되어 있으며, 초전 소자는 열에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 소자이다. 외부에서 일정 이상의 온도의 변화가 생기게 되면, 그 물질의 결정의 변화가 생기고, 이에 따라 물질의 자발적 분극에 영향을 미치게 되고, 따라서 이러한 분극에 의해 따라 외부 전극에 이를 보상해주는 전하가 형성되게 되며, 결과적으로, 전하 형성을 위해 전류가 흐르게 되고 이를 감지하여 열 센서로 사용 가능하다.In the sensor using the pyroelectric material according to the present invention, when the temperature around the pyroelectric material layer changes by placing the sensor inside or outside the resistor, it is possible to detect a temperature change through electrical output change by the pyroelectric material layer. It is done. A specific principle is shown in FIG. 1, and the pyroelectric device is a device capable of converting thermal energy into electrical energy. When a certain temperature change occurs outside, a change in the crystal of the material occurs, thereby affecting the spontaneous polarization of the material, and thus, an electric charge that compensates for this is formed on the external electrode by this polarization. As a result, a current flows to form a charge, and it can be sensed and used as a thermal sensor.
본 발명의 일 실시예에 따른 초전체 물질을 이용한 센서를 포함한 소자는, 소자; 상기 소자의 내부 또는 외부에 배치된 초전체 물질을 이용한 센서; 및 상기 센서와 연결된 제어부를 포함하고, 상기 소자의 온도 변화시 상기 센서에 의해 온도 변화의 감지가 가능하며, 미리 설정된 온도 이상을 초과하는 경우, 상기 제어부에 의해 소자의 전원을 차단하거나 또는 알림 경고를 발생시킨다.A device including a sensor using a pyroelectric material according to an embodiment of the present invention includes: a device; A sensor using a pyroelectric material disposed inside or outside the device; And a control unit connected to the sensor, and when the temperature of the element changes, the temperature change can be detected by the sensor, and when the temperature exceeds a preset temperature, the control unit shuts off power to the element or a notification alert Occurs.
소자는 저항체를 포함하며, 이러한 저항체를 포함한 소자의 내부 또는 외부에 센서를 외치할 수 있다. 소자는 전자 소자 등 다양한 소자를 포함하는 의미이며 소자로 통칭될 수 있는 것이면 모두 포함하는 개념이다.The device includes a resistor, and the sensor may be shouted inside or outside the device including the resistor. A device is a concept that includes various devices such as electronic devices, and includes all devices that can be collectively referred to as devices.
초전 소자를 이용하여 발생하는 열은 전기적 에너지로 변환하게 되는데, 변화하는 온도가 클수록 더 높은 전기적 에너지를 생성하기 때문에, 에너지 생성 정도를 수치화하여 과전류 방지 센서로 사용 가능하다. 이러한 예시는 도 3에서 도시되어 있다.The heat generated by using the pyroelectric element is converted into electrical energy, and since higher electrical energy is generated as the changing temperature increases, the degree of energy generation can be quantified and used as an overcurrent prevention sensor. This example is shown in FIG. 3.
또한, 일정 이상의 온도를 발생하게 되면 그 소자의 전원이 꺼질 수 있도록 회로 설계를 하여, 단순히 과전류의 측정뿐만 아니라 과전류의 차단 기능도 가질 수 있다. 퓨즈는 일정이상의 과전류에 반응하여 일회성으로 차단만 해주는 역할을 할 수 있었다면 초전소자를 이용한 과전류 방지 센서 같은 경우에는 기기에 조금이라도 정격전류보다 높은 출력에 따른 열이 발생된다면 전원을 끊어줌으로써, 몇 번이고 센서의 교체 없이 과전류를 감지하고 대응할 수 있다.In addition, by designing a circuit so that the power of the device is turned off when a certain temperature is generated, it is possible to not only measure overcurrent but also to cut off overcurrent. If the fuse could only act as a one-time cutoff in response to a certain overcurrent, in the case of an overcurrent prevention sensor using a pyroelectric element, if the device generates heat due to an output higher than the rated current even a little, it is possible to cut off the power several times. And it can detect and respond to overcurrent without replacing the sensor.
본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 초전체 센서를 포함한 전선이 제공될 수 있다. 이러한 초전체 센서를 포함한 전선은 도 4 및 도 5에서 도시된다. 도 4는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 초전체 센서를 포함한 전선의 모식도를 도시하고, 도 5는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 초전체 센서를 포함한 전선에 의한 초전 소자의 출력 메커니즘을 도시한다. 위에서 설명한 내용과 중복되는 내용에 대해서는 이하에서 반복 설명은 생략하도록 하겠다.According to a further embodiment of the present invention, a wire including a pyroelectric sensor may be provided. Wires including such a pyroelectric sensor are shown in FIGS. 4 and 5. 4 is a schematic diagram of a wire including a pyroelectric sensor according to an additional embodiment of the present invention, and FIG. 5 shows an output mechanism of a pyroelectric element by a wire including a pyroelectric sensor according to an additional embodiment of the present invention. . Repetitive descriptions of the contents overlapping with those described above will be omitted below.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 초전체 센서를 포함한 전선은, 전선(10); 상기 전선을 감싸도록 배치된 제 1 패키징 물질(41); 상기 제 1 패키징 물질을 감싸도록 배치된 제 1 전극(11); 상기 제 1 전극을 감싸도록 배치된 초전체 물질층(30); 상기 초전체 물질층을 감싸도록 배치된 제 2 전극(12); 상기 제 2 전극을 감싸도록 배치된 제 2 패키징 물질(42); 및 상기 제 2 패키징 물질을 감싸도록 배치된 전선 피복(20)을 포함한다. 초전체 물질층은 외부 전기장을 인가하여 분극 현상에 의해 강유전성 특성을 나타낸다.An electric wire including a pyroelectric sensor according to a further embodiment of the present invention includes: an electric wire 10; A first packaging material 41 disposed to surround the electric wire; A
도 4 및 도 5의 실시예에서는 도 2의 실시예와 다르게 상부 전극/하부 전극으로 된 형태가 아니라 전선에 삽입된 형태를 이룬다. 따라서, 전선의 온도 변화시, 초전체 물질층에 의한 전기적 출력 변화를 통해 온도 변화의 감지가 가능하게 된다. 초전체 물질은 티탄산 지르콘산 연(PZT, lead zirconate titanate), BaTiO3, 강유전성 세라믹 또는 PVDF계 폴리머 중 어느 하나가 이용된다.In the embodiments of FIGS. 4 and 5, unlike the embodiment of FIG. 2, the upper electrode/lower electrode is not formed but is inserted into the wire. Therefore, when the temperature of the wire changes, it is possible to detect the temperature change through the change in the electrical output by the pyroelectric material layer. As the pyroelectric material, any one of lead zirconate titanate (PZT), BaTiO 3 , ferroelectric ceramic or PVDF polymer is used.
패키징 물질은 절연성을 가지면서 열 전달이 뛰어난 물질이 이용되며, Kapton이 이용될 수 있다. 이러한 패키징은 도 2의 실시예에서도 패키징이 필요한 경우 이용될 수 있다.As the packaging material, a material having insulation and excellent heat transfer is used, and Kapton may be used. Such packaging may be used when packaging is required even in the embodiment of FIG. 2.
한편, 추가적인 실시예에서 초전체 센서를 포함한 전선을 포함한 소자로서 응용이 가능하며, 이러한 초전체 센서를 포함한 전선을 포함한 소자는, 소자; 상기 소자에 이용된 초전체 센서를 포함한 전선; 및 상기 센서와 연결된 제어부를 포함하고, 상기 소자의 온도 변화시 상기 센서에 의해 온도 변화의 감지가 가능하며, 미리 설정된 온도 이상을 초과하는 경우, 상기 제어부에 의해 소자의 전원을 차단하거나 또는 알림 경고를 발생시킨다. On the other hand, in an additional embodiment, it can be applied as an element including an electric wire including a pyroelectric sensor, and the element including an electric wire including such a pyroelectric sensor includes: an element; A wire including a pyroelectric sensor used in the device; And a control unit connected to the sensor, and when the temperature of the element changes, the temperature change can be detected by the sensor, and when the temperature exceeds a preset temperature, the control unit shuts off power to the element or a notification alert Occurs.
이하에서는 구체적인 실험예와 함께 본 발명의 내용을 추가적으로 설명하도록 하겠다.Hereinafter, the contents of the present invention will be additionally described together with specific experimental examples.
다음과 같이 소자를 제작하였다.The device was fabricated as follows.
1. 하단 전극은 ITO/PEN을 사용하였고, P(VDF-TrFE)를 일정 비율로 N,N-Dimethylformamide solvent에 섞어 24hr동안 stirring 진행하였다. 이후 만들어진 P(VDF-TrFE) solution을 automatic coater를 사용하여 ITO/PEN 위에 일정 두께로 coating한 이후 soft baking과 hard baking을 진행하였다.1. ITO/PEN was used as the lower electrode, and P (VDF-TrFE) was mixed in a N,N-Dimethylformamide solvent at a certain ratio and stirring was performed for 24 hours. After coating the P(VDF-TrFE) solution to a certain thickness on the ITO/PEN using an automatic coater, soft baking and hard baking were performed.
2. Soft baking의 경우 P(VDF-TrFE) solution에 있는 solvent를 제거해주기 위한 과정이며 Hard baking의 경우, P(VDF-TrFE)의 분극 정렬의 효과를 극대화 시키기위해 해주는 과정이다.2. In the case of soft baking, it is a process to remove the solvent in the P(VDF-TrFE) solution, and in the case of hard baking, it is a process in order to maximize the effect of polarization alignment of P(VDF-TrFE).
3. Hard baking을 끝낸 P(VDF-TrFE)위에 thermal evaporator를 이용하여 Au를 증착하였다.(200nm 이상). 이후 만들어진 상단전극 및 하단전극에 power supply를 이용하여 외부 전압을 걸어주어 내부 dipole을 정렬시켜준다. 이 과정을 통하여, 더욱 미세한 열 변화를 통해 높은 전하 이동을 얻을 수 있다. 따라서 더 높은 sensitivity의 센서를 제작할 수 있다.3. Au was deposited on the P(VDF-TrFE) after hard baking using a thermal evaporator (200nm or more). Afterwards, an external voltage is applied to the upper electrode and the lower electrode by using a power supply to align the internal dipole. Through this process, it is possible to obtain high charge transfer through finer thermal changes. Therefore, a sensor with a higher sensitivity can be manufactured.
4. 이후 저항, 전선 등에 주는 영향을 없애기 위해 초전소자를 패키징한다. 패키징 물질은 저항이나 전선에서 생기는 열을 최대한 잘 전달시켜주기 위해 높은 열 전도율을 가진 물질로 선정한다.4. Afterwards, the pyroelectric element is packaged to eliminate the influence on resistance and wires. The packaging material is selected as a material with high thermal conductivity in order to transfer heat generated from resistance or wires as well as possible.
실제 저항체에 일정 이상의 전류를 흘려주어 발생시킨 열을 측정할 수 있을지를 알아보기 위해 기초실험을 진행하였다. power supply를 통해 저항체에 걸어주는 전압, 전류를 높이면 저항체의 온도가 급격하게 올라가기 시작하였다. 이에 따라 초전 소자에 열에너지가 가해지게 되고 전자의 이동이 일어났다.A basic experiment was conducted to find out whether it is possible to measure the heat generated by passing a certain or more current through the actual resistor. When the voltage and current applied to the resistor were increased through the power supply, the temperature of the resistor began to rise rapidly. Accordingly, thermal energy is applied to the pyroelectric device and electrons move.
동일 시간 내에 저항체에 가해주는 전압, 전류의 크기를 달리해줌에 따라 소자에서 나오는 출력의 변화가 있는지를 확인하였으며, 소자에 높은 출력을 가해줌에 따라 저항체의 온도 상승의 역시 높아짐을 확인하였다. 따라서 초전 소자에 가해지는 열에너지 역시 높아지게 되어 더욱 높은 출력을 확인할 수 있었다. 따라서 초전 소자에서 나오는 출력의 정도에 따라 단순히 과전류 경고를 보낼 것인지, 회로를 차단할지를 결정할 수 있다.By varying the magnitude of the voltage and current applied to the resistor within the same time, it was checked whether there was a change in the output from the device, and it was confirmed that the temperature rise of the resistor also increased as a high output was applied to the device. Therefore, the thermal energy applied to the pyroelectric element also increased, and a higher output could be confirmed. Therefore, depending on the level of output from the pyroelectric device, it is possible to decide whether to simply send an overcurrent warning or cut off the circuit.
도 6은 일정 수준의 외부 전압을 걸어주었을 때의 초전 소자에서부터 발생하는 전기적 에너지를 측정한 데이터이고, 도 7은 일정 수준의 외부 전압을 걸어주었을 때 발생되는 열을 측정한 데이터이다.6 is data obtained by measuring electrical energy generated from a pyroelectric element when an external voltage of a predetermined level is applied, and FIG. 7 is data obtained by measuring heat generated when an external voltage of a predetermined level is applied.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다. The description of the presented embodiments is provided to enable any person skilled in the art to use or practice the present invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those of ordinary skill in the art, and general principles defined herein can be applied to other embodiments without departing from the scope of the present invention. Thus, the present invention is not to be limited to the embodiments presented herein, but is to be construed in the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.
Claims (8)
상기 전선을 감싸도록 배치된 제 1 패키징 물질;
상기 제 1 패키징 물질을 감싸도록 배치된 제 1 전극;
상기 제 1 전극을 감싸도록 배치된 초전체 물질층;
상기 초전체 물질층을 감싸도록 배치된 제 2 전극;
상기 제 2 전극을 감싸도록 배치된 제 2 패키징 물질; 및
상기 제 2 패키징 물질을 감싸도록 배치된 전선 피복을 포함하고,
상기 초전체 물질층은 외부 전기장을 인가하여 분극 현상에 의해 강유전성 특성을 나타내는,
초전체 센서를 포함한 전선.
wire;
A first packaging material disposed to surround the electric wire;
A first electrode disposed to surround the first packaging material;
A pyroelectric material layer disposed to surround the first electrode;
A second electrode disposed to surround the pyroelectric material layer;
A second packaging material disposed to surround the second electrode; And
Including an electric wire sheath disposed to surround the second packaging material,
The pyroelectric material layer exhibits ferroelectric properties by polarization by applying an external electric field,
Wires including pyroelectric sensors.
상기 전선의 온도 변화시,
상기 초전체 물질층에 의한 전기적 출력 변화를 통해 온도 변화의 감지가 가능한,
초전체 센서를 포함한 전선.
The method of claim 5,
When the temperature of the wire changes,
It is possible to detect a temperature change through a change in electrical output by the pyroelectric material layer,
Wires including pyroelectric sensors.
상기 초전체 물질은 티탄산 지르콘산 연(PZT, lead zirconate titanate), BaTiO3, 강유전성 세라믹 또는 PVDF계 폴리머 중 어느 하나인,
초전체 센서를 포함한 전선.
The method of claim 5,
The pyroelectric material is any one of lead zirconate titanate titanate (PZT, lead zirconate titanate), BaTiO 3 , ferroelectric ceramic or PVDF-based polymer,
Wires including pyroelectric sensors.
상기 소자에 이용된, 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 초전체 센서를 포함한 전선; 및
상기 센서와 연결된 제어부를 포함하고,
상기 소자의 온도 변화시 상기 센서에 의해 온도 변화의 감지가 가능하며,
미리 설정된 온도 이상을 초과하는 경우, 상기 제어부에 의해 소자의 전원을 차단하거나 또는 알림 경고를 발생시키는,
초전체 센서를 포함한 전선을 포함한 소자.device;
A wire including the pyroelectric sensor according to any one of claims 5 to 7, used in the device; And
Including a control unit connected to the sensor,
When the temperature of the element changes, it is possible to detect the temperature change by the sensor,
When the temperature exceeds a preset temperature or more, powering off the device or generating a notification warning by the control unit,
Devices including wires including pyroelectric sensors.
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