KR102268310B1 - Fabric type multi sensor sheet - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직물형 멀티 센서 시트에 관한 것이다. 본 발명에 의한 직물형 멀티 센서 센서는, 구조재 역할을 할 수 있는 섬유 재질로 이루어지고, 서로 직조됨으로써 상기 구조재의 틀을 형성시키는 베이스 섬유 유닛; 상기 베이스 섬유 유닛과 함께 직조되어서 상기 틀의 일부를 형성하는 것으로, 외력에 의해 전압을 형성시키는 재질을 포함하여 이루어지는 동하중 센싱 유닛; 및 상기 동하중 센싱 유닛과 함께 상기 틀의 일부를 형성하고, 변형에 의해 임피던스가 변화되는 재질을 포함하여 이루어져서 정적 변형도를 센싱할 수 있게 하는 것으로, 상기 동하중 센싱 유닛들이 서로 교차됨으로써 형성되는 격자공간에 위치하는 정하중 및 변형량 센싱 유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a fabric-type multi-sensor sheet. The fabric-type multi-sensor sensor according to the present invention comprises: a base fiber unit made of a fiber material that can serve as a structural material, and forming a frame of the structural material by weaving each other; a dynamic load sensing unit that is woven together with the base fiber unit to form a part of the frame, and includes a material for forming a voltage by an external force; and a lattice space formed by forming a part of the frame together with the dynamic load sensing unit and including a material whose impedance is changed by deformation so as to sense a static deformation degree, wherein the dynamic load sensing units intersect each other It characterized in that it comprises a; static load and deformation amount sensing unit located in the.
Description
본 발명은 직물형 멀티 센서 시트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직물 형태로 직조하여 형성시킨 센서 시트에 있어서, 요구되는 설계 스펙에 따라 시트의 일부분을 압전소재 또는 기능성 폴리머 등의 다양한 조합으로 대체하여 직조시킴으로써, 동적 하중뿐만 아니라 정적 하중 또는 온도 등을 센싱할 수 있도록, 구조가 개선된 직물형 멀티 센서 시트에 관한 것이다.The present invention relates to a fabric-type multi-sensor sheet, and more particularly, in a sensor sheet formed by weaving in a fabric form, a part of the sheet is replaced with various combinations such as piezoelectric material or functional polymer according to required design specifications. By weaving, it relates to a fabric-type multi-sensor sheet having an improved structure so as to sense not only a dynamic load but also a static load or temperature.
복합재료를 포함하는 구조물 등의 객체는, 기존의 금속 구조물과는 달리, 에너지 충격 등에 의해 변형된 부분이 탄성력에 의해 복원되기 때문에, 겉으로는 변형이 이루어지지 않아 정상 상태를 유지하는 것으로 보일 수 있으나, 내부의 미세층 간 분리 및 미세 균열 등의 결함이 발생할 수 있다. 이러한 결함이 구조물의 운행 중, 결함의 확대나 성장으로 이어지거나, 결함에 심한 하중이 작용하면, 객체의 갑작스런 파괴 및 손상이 발생할 수 있어, 객체의 안전을 위해 손상부위의 위치를 초기에 감지하여 적절한 유지 보수를 수행함으로써, 원상으로 복구해야 한다.Objects such as structures including composite materials, unlike conventional metal structures, are not deformed from the outside because the deformed part is restored by elastic force, but it can be seen to maintain a normal state. , defects such as separation between microlayers and microcracks inside may occur. If such a defect leads to the expansion or growth of the defect during operation of the structure, or if a severe load is applied to the defect, sudden destruction and damage of the object may occur. By performing proper maintenance, it must be restored to its original condition.
이러한 손상부위의 위치 및 손상여부를 파악하는 기술로서, 구조물 안전성 모니터링 기술이 사용되고 있다. 대표적인 구조물안전성 모니터링 기술로는, 광섬유 센서, 음향방출, 마이크로파 센서 등을 이용하는 시험법이 사용되고 있다.As a technology for identifying the location of the damaged area and whether or not it is damaged, a structure safety monitoring technology is used. As a representative structure safety monitoring technology, a test method using an optical fiber sensor, sound emission, microwave sensor, etc. is used.
특히 광섬유 센서(FBG sensor)의 경우, 반영구적인 수명, 전자기파 등 외란에 대한 강한 저항특성 등 여러 장점을 가지고 있지만 실리카 유리를 사용하는 센서의 소재 특성 상 일방향 인장력을 제외하고 굽힘력 등 여러 종류의 외력에 대한 강성은 매우 약하다는 치명적인 단점을 가지고 있다. 다시 말해, 취성이 매우 강하여 곡률이 큰구조물 표면에 부착하거나 삽입이 필요한 경우에 그 사용성이 대단히 제한된다. 또한 지속적인 센서 작동을 위해 전력공급이 필수이기 때문에 경제적 측면도 고려하지 않을 수 없다.In particular, in the case of an optical fiber sensor (FBG sensor), it has several advantages such as semi-permanent lifespan and strong resistance to disturbances such as electromagnetic waves. However, due to the material characteristics of the sensor using silica glass, except for unidirectional tensile force, there are several types of external force such as bending force. It has a fatal disadvantage that its rigidity is very weak. In other words, it is very brittle and its usability is very limited when it is attached to the surface of a structure with a large curvature or when insertion is required. In addition, since power supply is essential for continuous sensor operation, economic aspects cannot but be considered.
이에 따라서 한국 공개특허 2012-0083261호 등의 기존의 기술에서는 압전센서와 센서 상하부에 도포된 전극을 이용하여 구조물의 모니터링을 수행할 수 있는 소형 센서에 대해서 제시하고 있다. 이러한 압전센서 역시 세라믹 재질로 인한 취성은 폭 넓은 활용에 방해가 되고 있는 실정이다. 결국 광섬유 센서(FBG sensor)와 PZT센서 등과 같이 다양한 외력에 대한 유연성이 결여된 센서는 구조물의 건전성 파악 및 평가에 그 활용범위가 매우 제한되어 있음을 의미한다.Accordingly, existing technologies such as Korean Patent Application Laid-Open No. 2012-0083261 propose a small sensor capable of monitoring a structure using a piezoelectric sensor and electrodes applied to upper and lower parts of the sensor. Such a piezoelectric sensor is also brittle due to the ceramic material, which is a hindrance to its wide application. In the end, it means that sensors lacking flexibility for various external forces, such as fiber optic sensors (FBG sensors) and PZT sensors, have a very limited range of applications for understanding and evaluating the soundness of structures.
이와 같이, 스트레인게이지, 광섬유 센서, 필름형 압전 센서는 급격한 굴곡을 가지는 3차원 구조물의 구조 건전성 모니터링 시스템을 구축하기 위해 적용되는 경우 센서 자체의 취성과 형태로 인해 센서에 파손 및 구김이 발생할 가능성이 높기 때문에, 해당 센서를 통해 측정되는 신호의 신뢰성을 보장할 수 없게 된다.As such, when strain gauges, fiber optic sensors, and film-type piezoelectric sensors are applied to build a structural health monitoring system of a three-dimensional structure with sharp bends, there is a possibility that the sensor may be damaged or wrinkled due to the brittleness and shape of the sensor itself. Because it is high, the reliability of the signal measured through the corresponding sensor cannot be guaranteed.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 출원인이 등록특허공보 등록번호 제10-1653061호와 같은 직물 센서를 제안한 바 있으나, 이러한 센서의 경우에도 실제 구조물의 변형을 초래하는 다양한 요소들, 즉 강한 충격과 같은 동적하중 뿐만 아니라 정적하중을 고려하여 그 적용 가능범위를 넓게 확장할 수 있도록 설계될 필요성이 제기되었다.In order to solve this problem, the present applicant has proposed a fabric sensor such as Patent Registration No. 10-1653061, but even in the case of such a sensor, various factors that cause deformation of the actual structure, that is, dynamic such as strong impact Considering the static load as well as the load, the need for a design to expand the applicable range was raised.
또한, 자동차나 비행기 동체와 같은 3차원 구조체 뿐만 아니라 사용자가 착용하는 웨어러블 디바이스의 경우에도 사용자 또는 외력에 의해 그 웨어러블 디바이스에 가해지는 동적하중 및 정적하중을 정밀하게 센싱할 수 있는 기술 개발의 필요성이 제기되고 있는 실정이다.In addition, in the case of a wearable device worn by a user as well as a three-dimensional structure such as a car or airplane body, the need for technology development that can precisely sense the dynamic and static loads applied to the wearable device by the user or an external force is necessary. It is being raised.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 3차원 객체의 모니터링 시스템 구축을 위해 적용되는 경우 섬유 재질의 다른 직물과 함께 직조되고, 강한 충격과 같은 동적인 변형 뿐만 아니라 하중 및 환경적 요인에 의한 정적인 변형을 정밀하게 센싱할 수 있게 하는 직물형 멀티 센서 시트를 제공하고자 하는 것이다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to be woven together with other fabrics of fiber material when applied to build a monitoring system for a three-dimensional object, and not only dynamic deformation such as strong impact Rather, it is intended to provide a fabric-type multi-sensor sheet that can precisely sense static deformation caused by load and environmental factors.
본 발명의 다른 목적은 요구되는 설계 스펙에 따라 사용자 맞춤형 센서 시스템 구축을 가능하게 하고, 구조의 간소화 및 센싱의 정밀도를 향상시킬 수 있게 하는 직물형 멀티 센서 시트를 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a fabric-type multi-sensor sheet that enables the construction of a user-customized sensor system according to required design specifications, and improves the simplification of the structure and the precision of sensing.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 직물형 멀티 센서 시트는, 구조재 골격의 일부분을 형성하는 것으로, 외력에 의해 전압을 형성시키는 재질을 포함하여 이루어지는 동하중 센싱 유닛; 및 상기 동하중 센싱 유닛과 함께 상기 구조재의 골격을 형성하고, 변형에 의해 임피던스나 커패시턴스가 변화되는 재질을 포함하여 이루어져서 정적 변형도를 센싱할 수 있게 하는 것으로, 상기 동하중 센싱 유닛들이 서로 교차됨으로써 형성되는 격자공간에 위치하는 정하중 및 변형량 센싱 유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Fabric-type multi-sensor sheet according to the present invention for achieving the above object, which forms a part of the structural material skeleton, a dynamic load sensing unit comprising a material for forming a voltage by an external force; and a material of which impedance or capacitance is changed by deformation to form a skeleton of the structural material together with the dynamic load sensing unit to enable sensing of static deformation, wherein the dynamic load sensing units are formed by crossing each other It characterized in that it comprises a; static load and deformation amount sensing unit located in the grid space.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 구조재 골격의 일부분을 형성하는 것으로, 외력에 의해 전압을 형성시키는 재질을 포함하여 이루어지는 동하중 센싱 유닛; 및 상기 동하중 센싱 유닛과 함께 상기 구조재의 골격을 형성하고, 변형에 의해 임피던스나 커패시턴스가 변화되는 재질을 포함하여 이루어져서 정적 변형도를 센싱할 수 있게 하는 것으로, 상기 동하중 센싱 유닛들의 교차 부위에 위치하는 정하중 및 변형량 센싱 유닛;을 포함하여 이루어지는 것도 가능하다. The present invention for achieving the above object, to form a part of the structural material skeleton, dynamic load sensing unit comprising a material for forming a voltage by an external force; and a material that forms a skeleton of the structural material together with the dynamic load sensing unit and whose impedance or capacitance is changed by deformation to enable sensing of a static deformation degree, which is located at the intersection of the dynamic load sensing units It is also possible to include a; static load and deformation amount sensing unit.
본 발명은, 상기 구조재 역할을 할 수 있는 섬유 재질로 이루어지고, 서로 직조됨으로써 상기 구조재의 골격의 기본틀을 형성시키는 베이스 섬유 유닛;을 더 포함하여 이루어지고, 상기 동하중 센싱 유닛과 정하중 및 변형량 센싱 유닛은, 상기 베이스 섬유 유닛에 의해 형성되는 기본틀과 함께 상기 구조재의 전체적인 골격을 형성시키는 것이 바람직하다. The present invention further comprises; a base fiber unit made of a fiber material that can serve as the structural material and forming a framework of the skeleton of the structural member by weaving each other, and the dynamic load sensing unit and the static load and deformation amount sensing The unit preferably forms the overall skeleton of the structural material together with the framework formed by the base fiber unit.
상기 정하중 및 변형량 센싱 유닛은, 인접한 요소들이 선택적으로 연결됨으로써 서로 다른 조합의 센싱 그룹을 형성할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. The static load and deformation amount sensing unit is preferably configured to form sensing groups of different combinations by selectively connecting adjacent elements.
상기 동하중 센싱 유닛은, 각각 외력에 의해 전압을 생성시키는 재질을 포함하여 이루어지고, 그리드 형태로 서로 교차되게 직조됨으로써 교차된 부위에서 외력 작용에 따른 전압을 형성시키는 한 쌍의 전극 유닛들을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. The dynamic load sensing unit includes a pair of electrode units each made of a material that generates a voltage by an external force, and is woven to cross each other in a grid shape to form a voltage according to the action of an external force at the crossed portion it is preferable
상기 정하중 및 변형량 센싱 유닛은, Carbon black, Graphene nanoplatelets, ZnO nanorods, AgNWs, Graphene Oxide 중 적어도 하나를 포함한 실리콘 계열이나 아크릴 계열 고분자 소재를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. The static load and strain sensing unit preferably includes a silicon-based or acrylic-based polymer material including at least one of carbon black, graphene nanoplatelets, ZnO nanorods, AgNWs, and graphene oxide.
상기 정하중 및 변형량 센싱 유닛은, 동하중 센싱 유닛의 대향 배치된 PVDF층들 사이에, 그 PVDF층들 간의 선택적 접촉을 방해하지 않는 위치에 배치되는 것이 바람직하다. Preferably, the static load and deformation amount sensing unit is disposed between the PVDF layers facing each other of the dynamic load sensing unit at a position that does not prevent selective contact between the PVDF layers.
상기 정하중 및 변형량 센싱 유닛은, 상기 동하중 센싱 유닛의 외력이 가해지는 가압면에 적층되되, 그 가압면의 일부가 노출되도록 적층됨으로써, 상기 가압면의 노출된 부분을 통해 상기 동하중 센싱 유닛에 의한 센싱이 이루어지게 하고, 나머지 부분을 통해 상기 정적 변형도를 센싱할 수 있도록 구성되는 것도 가능하다. The static load and deformation amount sensing unit is stacked on the pressing surface to which the external force of the dynamic load sensing unit is applied, and by being laminated so that a part of the pressing surface is exposed, sensing by the dynamic load sensing unit through the exposed portion of the pressing surface It is also possible to make this happen, and to be configured to sense the static strain through the remaining part.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 직물형 멀티 센서 시트는, 패시브 센서를 이용하여 임피던스 혹은 커패시턴스 변화에 따른 전반적인 압력 분포 정보를 획득함으로써 사용자의 움직임 또는 구조의 건전성을 효과적으로 모니터링할 수 있게 하고, 더불어 동적인 움직임에 보다 민감하게 반응할 수 있는 액티브 센서(PVDF 섬유와 같은 압전섬유)에서 나오는 신호를 바탕으로 사용자의 동적 움직임이나 구조물에 가해진 충격 등을 정밀하게 센싱할 수 있게 하여, 앉아있는 자세와 수면의 질 뿐만 아니라, 구조물 건정성을 정확하게 평가할 수 있는 장점을 가진다. Fabric-type multi-sensor sheet according to the present invention having the configuration as described above, by using a passive sensor to obtain overall pressure distribution information according to impedance or capacitance change, it is possible to effectively monitor the health of the user's movement or structure, In addition, based on the signal from the active sensor (piezoelectric fiber such as PVDF fiber) that can respond more sensitively to dynamic movement, it is possible to precisely sense the user's dynamic movement or the impact applied to the structure. It has the advantage of accurately evaluating not only posture and sleep quality, but also structural integrity.
그리고, 사용자가 원하는 성능에 맞는 멀티 센서 시트를 설계하기 위해 경사와 위사를 서로 다른 다양한 센서 섬유나 리본들(e.g. 충격센서, 변형률센서, 굽힘센서, 압력센서, 온도센서)로 구성할 수 있어서, 사용자 맞춤형 센서 시스템 구축을 가능하게 한다.And, in order to design a multi-sensor sheet suitable for the performance desired by the user, the warp and weft can be composed of different sensor fibers or ribbons (eg impact sensor, strain sensor, bending sensor, pressure sensor, temperature sensor), It enables the construction of a user-customized sensor system.
또한, 본 실시예는, 액티브 센서들의 교차부위에서만 동적 하중이 센싱되게 함으로써 어느 위치에서 동적 변형이 발생했는지 국부적인 센싱 정밀도를 높일 수 있게 하고, 패시브 센서들은 액티브 센서들이 교차됨으로써 형성된 격자공간내 혹은 교차점 등에 배치시킴으로써 상대적으로 넓은 면적에 걸쳐 정하중 또는 변형량을 센싱할 수 있게 하며, 액티브 센서들과 패시브 센서들이 인접하게 배치되어 있어서 전기적 신호 전달을 위한 회로 구성을 비교적 간소하게 구현할 수 있는 장점을 기대할 수 있게 한다.In addition, the present embodiment allows the dynamic load to be sensed only at the intersection of the active sensors, thereby increasing the local sensing precision at which position the dynamic deformation occurs, and the passive sensors are located within the grid space formed by the intersection of the active sensors or By placing it at the intersection, it is possible to sense static load or deformation over a relatively large area, and since active sensors and passive sensors are arranged adjacently, the advantage of relatively simple implementation of a circuit configuration for electrical signal transmission can be expected. let there be
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 직물형 멀티 센서 시트의 평면도.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 단면도.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 단면도.
도 4는 본 발명 일실시예를 능직 방식으로 직조한 경우의 장점을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직물형 멀티 센서 시트의 평면도.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 단면도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 직물형 멀티 센서 시트의 평면도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 직물형 멀티 센서 시트의 평면도.
도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ 단면도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 직물형 멀티 센서 시트의 평면도.
도 11은 도 11의 ⅩⅠ-ⅩⅠ 단면도.1 is a plan view of a fabric-type multi-sensor sheet according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a sectional view II-II of Figure 1;
3 is a Ⅲ-III cross-sectional view of FIG.
Figure 4 is a view for explaining the advantages of woven in a twill method in an embodiment of the present invention.
5 is a plan view of a fabric-type multi-sensor sheet according to another embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view VI-VI of FIG.
7 is a plan view of a fabric-type multi-sensor sheet according to another embodiment of the present invention.
8 is a plan view of a fabric-type multi-sensor sheet according to another embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view IX-IX of FIG.
10 is a plan view of a fabric-type multi-sensor sheet according to another embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional view taken along line XⅠ-XⅠ of FIG. 11;
이하의 설명에서 본 발명에 대한 이해를 명확히 하기 위하여, 본 발명의 특징에 대한 공지의 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.In the following description, in order to clarify the understanding of the present invention, descriptions of well-known techniques for the features of the present invention will be omitted. The following examples are detailed descriptions to help the understanding of the present invention, and it will be of course not to limit the scope of the present invention. Accordingly, equivalent inventions performing the same functions as the present invention will also fall within the scope of the present invention.
그리고, 이하의 설명에서 동일한 식별 기호는 동일한 구성을 의미하며, 불필요한 중복적인 설명 및 공지 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 상기 발명의 배경이 되는 기술에 대한 기재 내용과 중복되는 이하의 본 발명의 각 실시예에 관한 설명 역시 생략하기로 한다.In addition, in the following description, the same identification symbols mean the same configuration, and unnecessary redundant descriptions and descriptions of well-known technologies will be omitted. In addition, the description of each embodiment of the present invention that overlaps with the description of the technology that is the background of the invention will also be omitted.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 직물형 멀티 센서 시트를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a fabric-type multi-sensor sheet according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 직물형 멀티 센서 시트의 평면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 단면도이며, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 단면도이며, 도 4는 본 발명 일실시예를 능직 방식으로 직조한 경우의 장점을 설명하기 위한 도면이다.1 is a plan view of a fabric-type multi-sensor sheet according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a II-II cross-sectional view of FIG. 1, FIG. 3 is a III-III cross-sectional view of FIG. 1, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the present invention It is a view for explaining the advantages of the embodiment in the case of weaving in a twill method.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 직물형 멀티 센서 시트는, 예컨대 비행기 동체나 자동차 바디와 같은 3차원 객체의 구조 건전성 모니터링 시스템 구축 또는 웨어러블 기기로써 사용자의 움직임과 자세 모니터링 시스템 구축을 위해 사용되는 것으로, 베이스 섬유 유닛(1)과 동하중 센싱 유닛(이하 '액티브 센서(2)'라 함)과 정하중 및 변형량 센싱 유닛(이하 '패시브 센서(3)'함)을 포함하여 이루어져서, 압전 섬유나 리본(Piezoelectric fibers or ribbons)을 직조하여 충격신호를 측정할 수 있게 하고, 기능성 나노 분말이 함유된 유연 폴리머의 터널링 효과(Tunneling effect)와 전도 경로(Conduction path)의 변화를 전기저항 및 임피던스나 커패시턴스의 변화로 감지하여 굽힘이나 변형률을 측정할 수 있게 하며, 설계 스펙에 따라 선택적으로 추가적인 기능성 분말을 함침하여 온도와 압력을 측정할 수 있게 한다. As shown in these drawings, the fabric-type multi-sensor sheet according to an embodiment of the present invention is used to construct a structural health monitoring system of a three-dimensional object such as an airplane fuselage or a car body, or to monitor the movement and posture of a user as a wearable device As used for system construction, including a base fiber unit (1), a dynamic load sensing unit (hereinafter referred to as 'active sensor (2)'), and a static load and deformation amount sensing unit (hereinafter referred to as 'passive sensor (3)') By weaving piezoelectric fibers or ribbons, the impact signal can be measured, and the tunneling effect of the flexible polymer containing functional nanopowders and the change in the conduction path are electric. By sensing changes in resistance and impedance or capacitance, bending or strain can be measured, and temperature and pressure can be measured by selectively impregnating additional functional powder according to design specifications.
이러한 기능을 발휘할 수 있도록, 본 발명의 일실시예에 채용된 베이스 섬유 유닛(1)은, 비행기 동체나 자동차 바디와 같은 3차원 구조물의 구조재 또는 사용자 착용을 가능하게 하는 피복재 역할을 하는 것으로, 탄소섬유 또는 유리섬유와 같이 구조재를 형성할 수 있는 다양한 섬유 재질에 의해 구현이 가능하고, 서로 직조됨으로써 상기 구조재의 틀을 형성시킨다.In order to exhibit such a function, the
한편, 본 실시예는 베이스 섬유 유닛(1)이 액티브 센서(2)와 패시브 센서(3)와 함께 구조재의 전체적인 골격을 형성하도록 구성되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 베이스 섬유 유닛(1) 없이 액티브 센서(2)와 패시브 센서(3)만으로 구조재 골격을 형성시키는 것도 가능하다. Meanwhile, in this embodiment, the
상기 베이스 섬유 유닛(1)은 상기 액티브 센서(2) 및 패시브 센서(3)와 함께 다양한 방식으로 직조될 수 있음은 물론이나, 압전 섬유에서의 에너지 하베스팅 효율 또는 센싱 효율을 향상시킬 수 있도록, 능직 방식으로 직조되는 것이 바람직하다. The
즉, 도 4와 같은 실험 결과로 확인된 바와 같이, 능직으로 직물을 제작하는 경우 평직 구조에 비해 약 2~3배 높은 압전 신호가 발생함을 확인하였다. 또한, 능직으로 멀티 센서 시트를 제작하는 경우 직물의 유연성이 향상되므로 좀 더 부드럽고 유연한 기능성 시트의 제작이 가능하다.That is, as confirmed by the experimental results as shown in FIG. 4 , it was confirmed that when the fabric was made of twill, a piezoelectric signal that was about 2 to 3 times higher than that of the plain fabric was generated. In addition, when the multi-sensor sheet is made of twill, the flexibility of the fabric is improved, so that a softer and more flexible functional sheet can be manufactured.
상기 액티브 센서(2)는, 3차원 구조물 또는 사용자가 착용하는 피복재에 물체가 부딪히는 것과 같은 충격이나 압력 등의 동적 하중을 센싱하기 위한 것으로, 도 1에 잘 도시된 바와 같이, 상기 베이스 섬유 유닛(1)과 함께 직조되어서 상기 틀의 일부를 형성하고, 예컨대 전기활성고분자 물질 또는 압전체와 같은 외력에 의한 변형에 의해 전압을 형성시키는 재질을 포함하여 이루어진다.The
상기 전기활성고분자 물질은, 외력에 의해 변형되는 경우 전압을 생성하는 특징을 갖는 모든 물질을 의미하는 것으로, 예를 들어, 이완 강유전성(Relaxor ferroelectric)의 기작으로 거동하는 PVDF 계열의 전기활성고분자 물질로 구성될 수 있다. 다만 이에 제한되지 않으며, 상기 동하중 센싱 유닛은 외력에 의해 전원을 생성하고, 외력 제거 시 복원될 수 있는 물질에 의해 구현할 수 있음은 물론이다.The electroactive polymer material refers to any material having the characteristic of generating a voltage when it is deformed by an external force. For example, it is an electroactive polymer material of the PVDF series that behaves by a mechanism of relaxation ferroelectricity. can be configured. However, the present invention is not limited thereto, and of course, the dynamic load sensing unit may be implemented using a material that generates power by an external force and can be restored when the external force is removed.
그리고, 상기 압전체(piezoelectric effect element)는 기계적 응력을 걸면 전압이 발생하고 반대로 전압을 걸면 일그러짐이 발생하는 수정이나 압전 세라믹스 등을 사용한 소자로, 압력을 가하면 전압이 변화하고(압전 효과), 반대로 전압을 가하면 팽창되거나 수축되는 성질을 가진 소자를 말한다.In addition, the piezoelectric effect element is an element using crystal or piezoelectric ceramics that generates a voltage when mechanical stress is applied and distortion occurs when a voltage is applied on the contrary, and the voltage changes when pressure is applied (piezoelectric effect), and vice versa It refers to an element that expands or contracts when applied.
이러한 액티브 센서(2)는, 도 2에 잘 도시된 바와 같이, 한 쌍의 전극(22a)(22b)들 사이에 PVDF층(21a)(21b)이 위치됨으로써, 외력에 의한 변형시 전기 에너지 생성을 가능하게 하고, 상기 액티브 센서(2)와 함께 평직, 주자직 및 능직 구조를 포함하여 다양한 직물 형태로 직조됨으로써, 변형에 대한 적응성이 뛰어난 직물 구조의 센서를 제작할 수 있게 한다.As shown in FIG. 2 , the
이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 직물 센서가 설치되는 구조물이나 직물 센서가 착용되는 사용자에 가해진 외력의 종류, 외부환경의 조건 등에 따라서 다양한 구조로 구현할 수 있고, 2차원 직물 구조 이외에, 3차원의 쉘구조 및 구체 구조 등 일반적으로 직물이 가질 수 있는 모든 형태로 적용 가능한 장점을 가진다.This embodiment having such a configuration can be implemented in various structures depending on the type of external force applied to the structure in which the fabric sensor is installed or the user on which the fabric sensor is worn, the conditions of the external environment, etc., in addition to the two-dimensional fabric structure, the three-dimensional It has the advantage of being applicable to all types of fabrics, such as shell structures and spherical structures, in general.
상기 패시브 센서(3)는 상기 액티브 센서(2) 및 베이스 섬유 유닛(1)과 함께 직조되어서 구조재의 일부를 형성하고, 변형에 의해 임피던스 혹은 커패시턴스가 변화되는 재질을 포함하여 이루어져서, 동체에 가해지는 강한 충격이 아닌 정적인 하중 및 환경변화에 의한 변형도 센싱을 가능하게 한다. The
한편, 위에서 언급한 임피던스나 커패시턴스 변화에 기초하여 정적인 변형을 센싱하는 패시브 센서(3)의 예시로는 기능성 재료(Carbon black, Graphene nanoplatelets, ZnO nanorods, AgNWs, Graphene Oxide 등) 기반 실리콘이나 아크릴 계열 고분자(PDMS, polydimethylsiloxane)로 제작한 유연 센서를 들 수 있다. On the other hand, as an example of the
대표적 예시로 Carbon black과 같은 기능성 재료를 사용하는 경우 압저항 효과를 바탕으로 물리량을 측정하게 된다. 압저항 효과는 크게 터널링 효과와 전도 경로의 파괴 및 형성 이 두 가지 메커니즘에 기인한다. 첫 번째로 위 유연 센서에 하중이 가해지는 경우 카본 블랙과 PDMS의 압축성 차이에 의해 도전성 입자 간의 간격(절연막의 두께)이 달라져 터널링(전자가 에너지 장벽을 넘어 이동하는 현상을 의미함)의 가능성이 변화한다. 두 번째로 유연 센서가 신축 또는 압축되는 과정에서 기존의 전도 경로가 파괴되거나 혹은 새로운 전도 경로가 형성됨으로써 센서 내 전도 경로의 수를 변화시킬 수 있다. 이 두 가지 메커니즘을 바탕으로 센서의 구조적 변형으로 인한 저항(임피던스) 변화가 발생하게 된다. As a representative example, when a functional material such as carbon black is used, a physical quantity is measured based on the piezoresistive effect. The piezoresistive effect is mainly due to two mechanisms: the tunneling effect and the destruction and formation of the conduction path. First, when a load is applied to the flexible sensor above, the gap between the conductive particles (thickness of the insulating film) changes due to the difference in compressibility between carbon black and PDMS, so the possibility of tunneling (meaning the movement of electrons beyond the energy barrier) is increased. change Second, in the process of stretching or compressing a flexible sensor, the number of conduction paths in the sensor can be changed by destroying an existing conduction path or forming a new conduction path. Based on these two mechanisms, a change in resistance (impedance) occurs due to structural deformation of the sensor.
위 두 가지 메커니즘 외에 기능성 센서의 구동 메커니즘으로는 전도성 액체로 채워진 실리콘 고무의 미세 접촉-가역 효과에 기초한 저항 변화 메커니즘, 그리고 물질의 압전 분극을 해당 물질의 반도체 특성과 결합하여 센서 소자와 물리적 자극 사이의 능동적인 상호작용을 가능하게 하는 piezotronic 메커니즘이 있다. In addition to the above two mechanisms, the driving mechanism of the functional sensor includes a resistance change mechanism based on the microcontact-reversible effect of a silicone rubber filled with a conductive liquid, and a piezoelectric polarization of a material by combining it with the semiconductor property of the material to form a gap between the sensor element and the physical stimulus. There is a piezotronic mechanism that enables the active interaction of
이러한 패시브 센서(3)의 정하중 및 환경적인 요인에 의한 변형에 대한 감도를 향상시키기 위해 주석아연(Zinc Stannate, ZnSnO3) 나노큐브를 배합하는 방법이 있다. 해당 물질을 배합하는 경우 상기 패시브 센서(3) 내부의 유효 전도 경로의 수를 효과적으로 바꿀 수 있기 때문에 기능성 재료 기반 센서의 감도를 크게 향상시킬 수 있다.To improve the sensitivity of the
본 실시예에서 상기 패시브 센서(3)는, 상기 액티브 센서(2)들이 서로 교차됨으로써 형성되는 격자공간에 위치한다. 그리고, 상기 패시브 센서(3)는, 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 위에서 언급한 기능성 재료 기반 실리콘 계열 고분자 소재를 포함하여 이루어지는 한 쌍의 정하중 센싱층(31a)(31b)들을 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 각 정하중 센싱층(31a)(31b)은, 상기 동하중 센싱 유닛의 한 쌍의 전극(21a)(22a)들 각각에 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다. In this embodiment, the
이러한 구성을 가지는 본 실시예는 상기 패시브 센서(3)를 이용하여 임피던스 혹은 커패시턴스의 변화에 따른 전반적인 압력 분포 정보를 획득함으로써 사용자의 움직임 또는 구조의 건전성을 효과적으로 모니터링할 수 있게 하고, 더불어 동적인 움직임에 보다 민감하게 반응할 수 있는 상기 액티브 센서(2)(PVDF 섬유와 같은 압전섬유)에서 나오는 신호를 바탕으로 사용자의 동적 움직임이나 구조물에 가해진 충격 등을 정밀하게 센싱할 수 있게 하여, 앉아있는 자세와 수면의 질 뿐만 아니라, 구조물 건전성을 정확하게 평가할 수 있다. 더불어, 액티브 센서(2)의 전극을 패시브 센서(3)의 전원공급용 전극으로 활용함에 따라 구조를 간소화할 수 있는 장점이 있다.The present embodiment having such a configuration makes it possible to effectively monitor the user's movement or the soundness of the structure by acquiring overall pressure distribution information according to the change in impedance or capacitance using the
그리고, 본 실시예는, 사용자가 원하는 성능에 맞는 멀티 센서 시트를 설계하기 위해 경사와 위사를 서로 다른 다양한 센서 섬유들(e.g. 충격센서, 변형률센서, 굽힘센서, 압력센서, 온도센서)로 구성할 수 있어서, 사용자 맞춤형 센서 시스템 구축을 가능하게 한다.And, in this embodiment, in order to design a multi-sensor sheet suitable for the performance desired by the user, the warp and weft yarns are composed of different sensor fibers (eg impact sensor, strain sensor, bending sensor, pressure sensor, temperature sensor). Therefore, it is possible to build a user-customized sensor system.
예컨대, 본 실시예는, 충격센서, 변형률센서, 굽힘센서, 압력센서, 온도센서를 리본이나 섬유를 직조한 형태로 구현하여, 대상 구조의 기능에 맞는 센서조합을 구성할 수 있다. 즉, 의자의 경우 충격보다는 정적 변형률과 굽힘, 압력을 측정하는 것이 유용하며, 주기적으로 충격을 받는 구조물의 경우에는 구조물 건전성 모니터링을 위해 반드시 충격센서가 포함되는 것이 바람직하다. 예들 들어, 본 실시 예를 각 리본센서가 삽입될 슬롯이 있는 플랫폼 형태로 구성하는 경우에는 용도에 맞는 센서들을 삽입하여 다양한 조합의 만능 멀티센서 시트 구현도 가능하다. For example, in this embodiment, the impact sensor, the strain sensor, the bending sensor, the pressure sensor, and the temperature sensor are implemented in the form of woven ribbons or fibers, so that a sensor combination suitable for the function of the target structure can be configured. That is, in the case of a chair, it is useful to measure static strain, bending, and pressure rather than an impact, and in the case of a structure that is subjected to periodic impact, it is preferable that an impact sensor is necessarily included for monitoring the health of the structure. For example, when the present embodiment is configured in the form of a platform having a slot into which each ribbon sensor is inserted, it is possible to implement a versatile multi-sensor sheet of various combinations by inserting sensors suitable for the purpose.
또한, 본 실시 예는, 액티브 센서(2)들의 교차부위에서만 동적 하중이 센싱되게 함으로써 어느 위치에서 동적 변형이 발생했는지 국부적인 센싱 정밀도를 높일 수 있게 하고, 패시브 센서(3)들은 액티브 센서(2)들이 교차됨으로써 형성된 격자공간 내에 배치시킴으로써 상대적으로 넓은 면적에 걸쳐 정하중 또는 변형량을 센싱할 수 있게 하며, 액티브 센서(2)들과 패시브 센서(3)들이 인접하게 배치되어 있어서 전기전 신호 전달을 위한 회로 구성을 비교적 간소하게 구현할 수 있는 장점을 기대할 수 있게 한다. In addition, according to the present embodiment, by allowing the dynamic load to be sensed only at the intersection of the
한편, 본 실시예 채용된 액티브 센서(2)는, 도 2에 잘 도시된 바와 같이, 각각 전기활성고분자 물질 또는 압전소재와 전극(22a)(22b)을 구비하는 한 쌍의 전극 유닛을 포함하여 이루어진다. 상기 각 전극 유닛은, 전극(22a)(22b)을 사이에 두고 형성된 한 쌍의 PVDF층(21a)(21b)을 포함하여 이루어져서, 충격에 의한 전압 형성을 가능하게 한다.On the other hand, the
상기 패시브 센서(3)는, 정적 변형에 의한 압전거동이 민감하게 발생할 수 있도록, ZnSnO6와 같은 페로브스카이트 계열의 파우더를 이용하여 섬유 형태 또는 리본 형태로 제작된 이후 상기 베이스 섬유 유닛(1)과 함께 직조되거나 슬롯 구조를 가진 플랫폼에 선택적으로 삽입될 수 있다. The
이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 상기 패시브 센서(3)를, 정하중에 의한 형상 변형 및 복원이 가능한 재질에 상기 페로브스카이트와 같은 압전 성능이 우수한 재질을 함께 사용하여 형성시킴으로써, 정적인 변형도를 원활하게 센싱할 수 있게 한다.In this embodiment having such a configuration, the
이러한 정적인 변형도를 더욱 정밀하게 센싱할 수 있도록, 상기 패시브 센서(3)는 은나노와이어 물질을 포함하여 제작되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 ZnSnO6는 나노크기의 육면체 형상(3D)이고, 은나노와이어는 섬유형태(1D)이므로, 볼륨당 표면적 비율이 매우 크며, 전도성 패스가 우수하여 전하가 잘 이동할 수 있기 때문에, 정적 하중에 의한 변형률도 정밀하게 측정할 수 있게 한다.In order to more precisely sense this static strain, the
도면 중 미설명부호 23a,23b는 상기 PVDF층과 동일한 재질 및 구조를 가지는 PVDF층이다. In the drawings,
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직물형 멀티 센서 시트를 도 5 및 도 6을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a fabric-type multi-sensor sheet according to another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6 .
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직물형 멀티 센서 시트의 평면도이고, 도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 단면도이다. 5 is a plan view of a fabric-type multi-sensor sheet according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view VI-VI of FIG. 5 .
본 실시예는 베이스 섬유 유닛과 동하중 센싱 유닛(액티브 센서;4)에 관한 구성은 앞에서 설명한 실시예와 동일하나, 정하중 및 변형량 센싱 유닛(패시브 센서;5)의 구성은 차이점이 있다.In this embodiment, the configuration of the base fiber unit and the dynamic load sensing unit (active sensor) 4 is the same as the previous embodiment, but the configuration of the static load and deformation amount sensing unit (passive sensor) 5 is different.
즉, 본 실시예에 채용된 패시브 센서(5)는, 상기 액티브 센서(4)들의 교차 부위에 위치하여, 그 액티브 센서(4)들의 전극(41,42) 라인을 활용할 수 있도록 구성됨으로써, 구성의 간소화 및 부품의 최적배치를 가능하게 하는 장점을 기대할 수 있게 한다. That is, the
한편, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 직물형 멀티 센서의 평면도이다.Meanwhile, FIG. 7 is a plan view of a fabric-type multi-sensor according to another embodiment of the present invention.
본 실시예에 채용된 정하중 및 변형량 센싱 유닛(패시브 센서;7)은, 인접한 요소들이 연결체(8)를 통해 선택적으로 전기적으로 연결됨으로써 서로 다른 조합(CASE 1, CASE 2, CASE 3, CASE 4)의 센싱 그룹을 형성할 수 있도록 구성됨으로써, 측정 목적에 맞게 접촉면적을 커스터마이징 할 수 있는 장점을 기대할 수 있게 한다. 이러한 구성의 장점은 연결체(8)를 통해 연결된 센싱그룹들은 동일한 신호를 출력함으로써 사용 용도에 따라 센싱되는 면적이나 기타 성능을 조절할 수 있다는 것이다.The static load and deformation amount sensing unit (passive sensor) 7 employed in this embodiment is a combination of different combinations (
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 직물형 멀티 센서 시트의 평면도이고, 도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ 단면도이다.8 is a plan view of a fabric-type multi-sensor sheet according to another embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken in IX-IX of FIG. 8 .
본 실시예에 채용된 정하중 및 변형량 센싱 유닛(패시브 센서;97)은, 동하중 센싱 유닛(액티브 센서;95,96)의 대향 배치된 PVDF층들(951,961) 사이에, 그 PVDF층들(951,961) 간의 선택적 접촉을 방해하지 않는 위치에 배치된다.The static load and deformation amount sensing unit (passive sensor) 97 employed in this embodiment is selected between the PVDF layers 951 and 961 disposed opposite to each other of the dynamic load sensing unit (active sensor) 95 and 96, and between the PVDF layers 951 and 961. It is placed in a position that does not interfere with contact.
예컨대, 상기 패시브 센서(97,97')는 상기 PVDF층(951,961)의 가장자리 부분에 서로 간격을 두고 대향 배치(a타입)되거나 PVDF층(951,961)의 가장자리를 둘러서 'ㅁ'자 형태(b타입)로 배치됨으로써, 상기 액티브 센서(95,96)의 교차 부위에 동하중 또는 정하중이 인가된 경우 가해진 하중에 맞는 센싱 기능을 원활하게 수행할 수 있게 한다. For example, the
이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 정하중 또는 변형량을 센싱하기 위한 패시브 센서(97)를, 액티브 센서(95,96)와 별개로 구성하지 않고, 한 쌍의 액티브 센서(95,96)를 교차 배치하는 과정에서 패시브 센서(97)의 배치도 함께 이루어질 수 있도록 구성됨으로써, 구조의 간소화 및 부품의 최적배치를 가능하게 하고 상기 액티브 센서(95,96)와 패시브 센서(97)의 회로를 간소하게 구현시킬 수 있는 장점을 기대할 수 있게 한다.In this embodiment having such a configuration, the
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 직물형 멀티 센서 시트의 평면도이고, 도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ 단면도이다.10 is a plan view of a fabric-type multi-sensor sheet according to another embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line XII-XI of FIG. 10 .
본 실시예에 채용된 정하중 및 변형량 센싱 유닛(패시브 센서;93)은, 동하중 센싱 유닛(액티브 센서;91,92)의 외력이 가해지는 가압면에 적층되되, 그 가압면의 일부가 노출되도록 적층된다.The static load and deformation amount sensing unit (passive sensor) 93 employed in this embodiment is stacked on the pressing surface to which the external force of the dynamic load sensing unit (active sensor) 91 and 92 is applied, and a part of the pressing surface is exposed. do.
즉, 상기 패시브 센서(93)는, 액티브 센서(91,92)의 최상단에 위치한 가압면 중 일부면을 차지하는 밴드 형태로 형성되어서, 상기 가압면에 적층되는 경우 적층된 일부면을 제외하고 나머지 면들을 외부로 노출시킨다.That is, the
이러한 구성을 가지는 본 실시예는 상기 액티브 센서(91,92)의 가압면의 노출된 부분(911)을 통해 그 액티브 센서(91,92)에 의한 센싱이 이루어지게 하고, 상기 패시브 센서(93)가 위치한 부분을 통해 정적 변형도를 센싱할 수 있게 함으로써, 적층구조에 기인한 센싱 민감도 저해 현상을 극복하여 액티브 센서(91,92) 및 패시브 센서(93)의 센싱 민감도 및 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있는 장점을 가진다. In this embodiment having such a configuration, sensing is made by the
이상 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.Although various embodiments of the present invention have been described above, this embodiment and the drawings attached to this specification only clearly show a part of the technical idea included in the present invention, and the drawings included in the specification and drawings of the present invention are only clearly shown. It will be apparent that all modifications and specific embodiments that can be easily inferred by those skilled in the art within the scope of the technical spirit are included in the scope of the present invention.
1:베이스 섬유 유닛 2:동하중 센싱 유닛(액티브 센서)
21a,21b: PVDF층 22a,22b:전극
23a,23b: PVDF층 3:정하중 및 변형량 센싱 유닛(패시브 센서)
31a,31b:정하중 센싱층1: Base fiber unit 2: Dynamic load sensing unit (active sensor)
21a, 21b:
23a, 23b: PVDF layer 3: static load and deformation amount sensing unit (passive sensor)
31a, 31b: static load sensing layer
Claims (9)
상기 동하중 센싱 유닛과 함께 상기 구조재의 골격을 형성하고, 변형에 의해 임피던스나 커패시턴스가 변화되는 재질을 포함하여 이루어져서 정적 변형도를 센싱할 수 있게 하는 것으로, 상기 동하중 센싱 유닛들이 서로 교차됨으로써 형성되는 격자공간에 위치하는 정하중 및 변형량 센싱 유닛;을 포함하고,
상기 정하중 및 변형량 센싱 유닛은, 인접한 요소들이 선택적으로 연결됨으로써 서로 다른 조합의 센싱 그룹을 형성할 수 있도록 구성되고,
센싱되는 면적을 조절할 수 있도록, 상기 정하중 및 변형량 센싱 유닛들을 선택적이며 전기적으로 서로 연결시켜 센싱 그룹을 형성시키고, 상기 센싱 그룹 별로 동일한 신호를 출력되게 하는 연결체;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직물형 멀티 센서 시트.a dynamic load sensing unit that forms a part of the structural material skeleton and includes a material that generates a voltage by an external force; and
A lattice formed by forming a skeleton of the structural material together with the dynamic load sensing unit and including a material whose impedance or capacitance is changed by deformation to sense a static deformation degree, wherein the dynamic load sensing units cross each other Including; static load and deformation amount sensing unit located in space;
The static load and deformation amount sensing unit is configured to form sensing groups of different combinations by selectively connecting adjacent elements,
In order to control the area to be sensed, the static load and deformation amount sensing units are selectively and electrically connected to each other to form a sensing group, and a connector for outputting the same signal for each sensing group; fabric comprising: Type multi-sensor seat.
상기 동하중 센싱 유닛과 함께 상기 구조재의 골격을 형성하고, 변형에 의해 임피던스나 커패시턴스가 변화되는 재질을 포함하여 이루어져서 정적 변형도를 센싱할 수 있게 하는 것으로, 상기 동하중 센싱 유닛들의 교차 부위에 위치하는 정하중 및 변형량 센싱 유닛;을 포함하고,
상기 정하중 및 변형량 센싱 유닛은, 인접한 요소들이 선택적으로 연결됨으로써 서로 다른 조합의 센싱 그룹을 형성할 수 있도록 구성되고,
센싱되는 면적을 조절할 수 있도록, 상기 정하중 및 변형량 센싱 유닛들을 선택적이며 전기적으로 서로 연결시켜 센싱 그룹을 형성시키고, 상기 센싱 그룹 별로 동일한 신호를 출력되게 하는 연결체;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직물형 멀티 센서 시트.a dynamic load sensing unit that forms a part of the structural material skeleton and includes a material that generates a voltage by an external force; and
It forms a skeleton of the structural material together with the dynamic load sensing unit, and includes a material whose impedance or capacitance is changed by deformation to sense the static deformation, and a static load located at the intersection of the dynamic load sensing units. and a deformation amount sensing unit;
The static load and deformation amount sensing unit is configured to form sensing groups of different combinations by selectively connecting adjacent elements,
In order to control the area to be sensed, the static load and deformation amount sensing units are selectively and electrically connected to each other to form a sensing group, and a connector for outputting the same signal for each sensing group; fabric comprising: Type multi-sensor seat.
상기 구조재 역할을 할 수 있는 섬유 재질로 이루어지고, 서로 직조됨으로써 상기 구조재의 골격의 기본틀을 형성시키는 베이스 섬유 유닛;을 더 포함하여 이루어지고,
상기 동하중 센싱 유닛과 정하중 및 변형량 센싱 유닛은, 상기 베이스 섬유 유닛에 의해 형성되는 기본틀과 함께 상기 구조재의 전체적인 골격을 형성시키는 것을 특징으로 하는 직물형 멀티 센서 시트.3. The method of claim 1 or 2,
A base fiber unit made of a fiber material that can serve as the structural material, and woven with each other to form a framework of the skeleton of the structural member;
The fabric-type multi-sensor sheet, characterized in that the dynamic load sensing unit and the static load and deformation sensing unit form the overall skeleton of the structural material together with the basic frame formed by the base fiber unit.
상기 동하중 센싱 유닛은,
각각 외력에 의해 전압을 생성시키는 재질을 포함하여 이루어지고, 그리드 형태로 서로 교차되게 직조됨으로써 교차된 부위에서 외력 작용에 따른 전압을 형성시키는 한 쌍의 전극 유닛들을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직물형 멀티 센서 시트. 3. The method of claim 1 or 2,
The dynamic load sensing unit,
Textile type, characterized in that it comprises a pair of electrode units each comprising a material that generates a voltage by an external force, and is woven to cross each other in a grid form to form a voltage according to the action of an external force at the crossed portion Multi-sensor sheet.
상기 정하중 및 변형량 센싱 유닛은, Carbon black, Graphene nanoplatelets, ZnO nanorods, AgNWs, Graphene Oxide 중 적어도 하나를 포함한 실리콘 계열이나 아크릴 계열 고분자 소재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직물형 멀티 센서 시트.3. The method of claim 1 or 2,
The static load and deformation amount sensing unit, Carbon black, Graphene nanoplatelets, ZnO nanorods, AgNWs, fabric-type multi-sensor sheet, characterized in that it comprises a silicone-based or acrylic-based polymer material including at least one of Graphene Oxide.
상기 정하중 및 변형량 센싱 유닛은, Carbon black, Graphene nanoplatelets, ZnO nanorods, AgNWs, Graphene Oxide 중 적어도 하나를 포함한 실리콘 계열이나 아크릴 계열 고분자 소재를 포함하여 이루어지는 한 쌍의 정하중 센싱층들을 포함하여 이루어지고,
상기 각 정하중 센싱층은, 상기 동하중 센싱 유닛의 한 쌍의 전극 유닛들 각각에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 직물형 멀티 센서 시트.3. The method of claim 2,
The static load and strain sensing unit includes a pair of static load sensing layers made of a silicon-based or acrylic-based polymer material including at least one of Carbon black, Graphene nanoplatelets, ZnO nanorods, AgNWs, and Graphene Oxide,
Each of the static load sensing layer is a fabric-type multi-sensor sheet, characterized in that it is electrically connected to each of the pair of electrode units of the dynamic load sensing unit.
상기 정하중 및 변형량 센싱 유닛(패시브 센서)은, 동하중 센싱 유닛의 대향 배치된 PVDF층들 사이에, 그 PVDF층들 간의 선택적 접촉을 방해하지 않는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 직물형 멀티 센서 시트. 3. The method of claim 2,
The static load and deformation amount sensing unit (passive sensor) is disposed between the PVDF layers facing each other of the dynamic load sensing unit, characterized in that the fabric-type multi-sensor sheet is disposed at a position that does not interfere with the selective contact between the PVDF layers.
상기 정하중 및 변형량 센싱 유닛은, 상기 동하중 센싱 유닛의 외력이 가해지는 가압면에 적층되되, 그 가압면의 일부가 노출되도록 적층됨으로써, 상기 가압면의 노출된 부분을 통해 상기 동하중 센싱 유닛에 의한 센싱이 이루어지게 하고, 나머지 부분을 통해 상기 정적 변형도를 센싱할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 직물형 멀티 센서 시트.3. The method of claim 2,
The static load and deformation amount sensing unit is stacked on the pressing surface to which the external force of the dynamic load sensing unit is applied, and by being laminated so that a part of the pressing surface is exposed, sensing by the dynamic load sensing unit through the exposed portion of the pressing surface Fabric-type multi-sensor sheet, characterized in that it is made, and it is possible to sense the static strain through the remaining part.
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