KR102361871B1 - Strain gauge and load cell module comprising the same - Google Patents

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KR102361871B1
KR102361871B1 KR1020210110454A KR20210110454A KR102361871B1 KR 102361871 B1 KR102361871 B1 KR 102361871B1 KR 1020210110454 A KR1020210110454 A KR 1020210110454A KR 20210110454 A KR20210110454 A KR 20210110454A KR 102361871 B1 KR102361871 B1 KR 102361871B1
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전동환
김성수
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(재)한국나노기술원
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Abstract

The present invention relates to a strain gauge and a load cell module including the same, comprising: a sensing member having the electrical resistance changed by deformation and a gauge factor adjusted by light in a target wavelength region; a light source that irradiates light in the target wavelength region to the sensing member and is switched from an off state to an on state when the size of the deformation is less than or equal to a preset reference; and a molding member formed to surround at least a partial surface of the sensing member and guiding light of the target wavelength region to the inside of the sensing member, thereby capable of having high sensitivity to a wide range of external forces, and varying the sensitivity or measurement band.

Description

스트레인 게이지 및 이를 포함하는 로드 셀 모듈{STRAIN GAUGE AND LOAD CELL MODULE COMPRISING THE SAME}Strain gauge and load cell module including same

본 발명은 스트레인 게이지 및 이를 포함하는 로드 셀 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 넓은 범위의 외력에 대해 높은 민감도를 갖고, 감도 또는 측정 대역을 가변할 수 있는 스트레인 게이지 및 이를 포함하는 로드 셀 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a strain gauge and a load cell module including the same, and more particularly, to a strain gauge having high sensitivity to a wide range of external forces and having a variable sensitivity or measuring band, and a load cell module including the same it's about

물리 센서(또는 압력 센서, 로드 셀)는 외부에서 가해지는 물리적인 힘(압력 또는 하중)의 변화를 감지하여 이를 전기적인 신호로 변환하는 장치이다. 물리 센서는 하중이나 압력의 측정이 요구되는 전자 저울에서부터 자동차, 선박, 항공, 공업 계측, 제동 제어 등 다양한 응용 분야에서 이용되고 있다. A physical sensor (or pressure sensor, load cell) is a device that detects a change in a physical force (pressure or load) applied from the outside and converts it into an electrical signal. Physical sensors are used in various application fields, from electronic scales that require measurement of load or pressure, to automobiles, ships, aviation, industrial measurement, and braking control.

현재 가장 많이 사용되고 있는 스트레인 게이지 방식의 물리 센서는 외부에서 가해지는 힘(압력 또는 하중)의 변화에 비례적으로 변하는 탄성 부재와 이를 전기적인 신호로 바꿔주는 감지 부재인 스트레인 게이지(strain gauge)로 구성된다. The strain gauge type physical sensor that is currently most used is composed of an elastic member that changes proportionally to the change in external force (pressure or load) and a strain gauge, a sensing member that converts it into an electrical signal. do.

일반적으로 물리 센서는 가해지는 최대 외력에 따라 동작 범위가 결정되고, 이 범위 내에서 외력에 비례하는 변형이 발생하는 구조로 이루어져 있다. 이러한 구조에서는 가해지는 외력이 작을 경우나 큰 경우 모두 동일한 전기 저항의 변화량이 발생하기 때문에 특정 범위의 외력, 특히 외력이 작은 경우에 대해 전기 저항의 변화량으로 추정할 수 있는 힘에 대한 민감도가 상대적으로 낮아질 수 있다.In general, a physical sensor has a structure in which an operating range is determined according to a maximum external force applied, and a deformation proportional to the external force occurs within this range. In this structure, the same amount of change in electrical resistance occurs when the external force applied is small or large, so the sensitivity to the force that can be estimated as the change in electrical resistance for a specific range of external force, especially when the external force is small, is relatively low. can be lowered

이를 해결하기 위해 외력의 크기를 감지하는 추가적인 센싱 부재를 구비하고, 외력의 크기에 따라 다른 경로를 통해 힘을 감지하는 구조로 외력에 대한 변형의 변화량을 비선형적으로 구현하여 측정 대역을 늘리는 방법이 한국 등록특허 제10-1541247(2015.07.27)호에 개시되어 있다. 그러나, 이러한 구조는 추가적인 센싱 부재가 복수 개 필요하므로 구조가 복잡하다.To solve this problem, a method of increasing the measurement band by non-linearly realizing the amount of change in deformation with respect to the external force is provided with an additional sensing member for sensing the magnitude of the external force and sensing the force through a different path depending on the magnitude of the external force. It is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1541247 (2015.07.27). However, this structure is complicated because a plurality of additional sensing members are required.

한국 등록특허 제10-1541247(2015.07.27)호Korean Patent Registration No. 10-1541247 (2015.07.27) 한국 출원번호 제10-2021-0005539(2021.01.14)호Korean Application No. 10-2021-0005539 (2021.01.14)

본 발명의 일 실시예는 넓은 범위의 외력에 대해 높은 민감도를 갖고, 감도 또는 측정 대역을 가변할 수 있는 스트레인 게이지 및 이를 포함하는 로드 셀 모듈을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a strain gauge that has high sensitivity to a wide range of external force and can vary sensitivity or measurement band, and a load cell module including the same.

실시예들 중에서, 스트레인 게이지는 변형에 의해 전기 저항이 변하고, 목표 파장 영역의 광에 의해 게이지 팩터가 조절되는 감지 부재; 상기 감지 부재에 상기 목표 파장 영역의 광을 조사하고, 상기 변형의 크기가 미리 설정된 기준 이하인 경우 오프(off) 상태에서 온(on) 상태로 전환되는 광원; 및 상기 감지 부재의 적어도 일부면을 감싸도록 형성되고, 상기 목표 파장 영역의 광을 상기 감지 부재의 내부로 가이드하는 몰딩 부재를 포함한다.In embodiments, the strain gauge may include: a sensing member whose electrical resistance is changed by deformation and whose gauge factor is adjusted by light in a target wavelength region; a light source irradiating light in the target wavelength region to the sensing member and switching from an off state to an on state when the size of the deformation is less than or equal to a preset reference; and a molding member formed to surround at least a partial surface of the sensing member and guiding the light of the target wavelength region into the sensing member.

실시예들 중에서, 로드셀 모듈은 변형에 의해 전기 저항이 변하고, 목표 파장 영역의 광에 의해 게이지 팩터가 조절되는 적어도 하나의 스트레인 게이지를 포함하는 스트레인 감지부; 상기 스트레인 게이지의 전기 저항을 측정하여 상기 변형을 검출하는 검출부; 및 상기 광을 제어하는 광 제어부를 포함하고, 상기 스트레인 게이지는 상기 변형에 의해 상기 전기 저항이 변하고, 상기 목표 파장 영역의 광에 의해 게이지 팩터가 조절되는 감지 부재; 상기 감지 부재에 상기 목표 파장 영역의 광을 조사하는 광원; 상기 감지 부재의 적어도 일부면을 감싸도록 형성되고, 상기 목표 파장 영역의 광을 상기 감지 부재의 내부로 가이드하는 몰딩 부재; 및 상기 감지 부재에 접하여 형성된 전극 단자를 포함하며, 상기 광 제어부는 상기 변형의 크기가 미리 설정된 기준 이하인 경우 상기 광원을 오프(off) 상태에서 온(on) 상태로 전환한다.In embodiments, the load cell module may include: a strain sensing unit including at least one strain gauge whose electrical resistance is changed by deformation and whose gauge factor is adjusted by light of a target wavelength region; a detector for detecting the strain by measuring the electrical resistance of the strain gauge; and a light controller for controlling the light, wherein the strain gauge includes: a sensing member in which the electrical resistance is changed by the deformation and a gauge factor is adjusted by the light in the target wavelength region; a light source irradiating light of the target wavelength region to the sensing member; a molding member formed to surround at least a partial surface of the sensing member and guiding the light of the target wavelength region into the sensing member; and an electrode terminal formed in contact with the sensing member, wherein the light control unit switches the light source from an off state to an on state when the size of the deformation is less than or equal to a preset reference.

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology may have the following effects. However, it does not mean that a specific embodiment should include all of the following effects or only the following effects, so the scope of the disclosed technology should not be understood as being limited thereby.

본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지 및 이를 포함하는 로드 셀 모듈은 넓은 범위의 외력에 대해 높은 민감도를 가질 수 있고, 감도 또는 측정 대역을 가변할 수 있다.A strain gauge and a load cell module including the same according to an embodiment of the present invention may have high sensitivity to a wide range of external force, and may have a variable sensitivity or a measurement band.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지를 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 로드셀 모듈을 도시한 도면이다.
도 12는 도 11에 도시된 스트레인 감지부의 전기적 연결 상태를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 13은 도 11에 도시된 스트레인 감지부의 동작을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 1 and 2 are views showing a strain gauge according to an embodiment of the present invention.
3 to 10 are views illustrating strain gauges according to another embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating a load cell module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a view for explaining an electrical connection state of the strain sensing unit shown in FIG. 11 .
13 is a view for explaining the operation of the strain sensor shown in FIG. 11 .

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.

명세서 및 청구범위에서 용어 "포함하는"과 함께 사용될 때 단수 단어의 사용은 "하나"의 의미일 수도 있고, 또는 "하나 이상", "적어도 하나", 및 "하나 또는 하나보다 많은"의 의미일 수도 있다.The use of the word singular when used in conjunction with the term "comprising" in the specification and claims may mean "a," or "one or more," "at least one," and "one or more than one." may be

청구항들에서의 용어 "또는"의 사용은 본 개시 내용이 단지 선택가능한 것들 및 "및/또는"을 나타내는 정의를 지지하더라도, 선택가능한 것은 상호 배타적이거나 단지 선택가능한 것들을 나타내는 것으로 명백하게 표시되지 않는 한 "및/또는"을 의미하기 위해 사용된다.The use of the term “or” in the claims means that, although this disclosure supports a definition indicating only the selectables and “and/or,” the selectable are mutually exclusive or unless expressly indicated as indicating merely the selectable. and/or".

본 발명의 특징 및 이점은 다음 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위 내 다양한 변경들 및 변형들이 본 상세한 설명으로부터 해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 분명해질 것이기 때문에, 상세한 설명 및 구체적인 예들은 본 발명의 구체적인 실시예들을 나타내지만, 단지 예로서 주어진다는 것이 이해되어야 한다.The features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description. However, the detailed description and specific examples represent specific embodiments of the invention, but only, since various changes and modifications within the spirit and scope of the invention will become apparent to those skilled in the art from this detailed description. It should be understood that they are given as examples.

본 발명의 다양한 예시적인 실시예들은 본 발명의 예시적인 실시예들이 도시되는, 첨부 도면들에 대하여 아래에서 상세하게 논의된다. 구체적인 구현예들이 논의되지만, 이는 단지 예시 목적들을 위해 행해진다. 관련 기술분야에서의 통상의 기술자는 다른 구성요소들 및 구성들이 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 같은 번호들은 전체에 걸쳐 같은 요소들을 나타낸다.Various exemplary embodiments of the invention are discussed in detail below with respect to the accompanying drawings, in which exemplary embodiments of the invention are shown. While specific implementations are discussed, this is done for illustration purposes only. A person skilled in the art will recognize that other elements and configurations may be used without departing from the spirit and scope of the present invention. Like numbers refer to like elements throughout.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지를 도시한 도면이며, 도 1은 평면도이며, 도 2는 측면도이다.1 and 2 are views showing a strain gauge according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a plan view, and FIG. 2 is a side view.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지(100)는 광원(110), 감지 부재(120), 전극 단자(130), 몰딩 부재(140) 및 본체(150)를 포함할 수 있다. 광원(110)은 감지 부재(120)에 목표 파장 영역의 광(L1)을 조사한다. 여기에서, 목표 파장 영역은 감지 부재(120)가 흡수할 수 있는 파장 영역일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광원(110)은 변형의 크기가 미리 설정된 기준 이하인 경우 오프(off) 상태에서 온(on) 상태로 전환될 수 있다.1 and 2 , the strain gauge 100 according to an embodiment of the present invention includes a light source 110 , a sensing member 120 , an electrode terminal 130 , a molding member 140 , and a body 150 . may include The light source 110 irradiates the light L1 of the target wavelength region to the sensing member 120 . Here, the target wavelength region may be a wavelength region that the sensing member 120 can absorb. The light source 110 according to an embodiment of the present invention may be switched from an off state to an on state when the amount of deformation is less than or equal to a preset reference.

광원(110)은 전면 발광하는 면 발광 소자를 포함할 수 있고, 예를 들어 Ⅲ족, Ⅳ족, Ⅴ족, Ⅵ족 원소 및 이들의 화합물 중 어느 하나를 포함하는 발광 다이오드(light emitting diode; LED) 또는 레이저 다이오드(laser diode; LD)를 포함할 수 있다. The light source 110 may include a surface light emitting device that emits top light, for example, a light emitting diode (LED) including any one of a group III, group IV, group V, group VI element and a compound thereof; ) or a laser diode (LD).

광원(110)은 본체(150) 내부에 수용되고, 감지 부재(120)와 인접한 위치에 배치될 수 있다. 여기에서, 광원(110)의 위치는 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게 감지 부재(120)를 통해 흐르는 전류(Ids)의 방향과 수직한 방향에 배치될 수 있다. 이 경우 광원(110)으로부터 조사되는 광(L1)에 의해 감지 부재(120) 내에 생성되는 캐리어가 전류(Ids)의 방향과 평행하거나 동일한 방향으로 확산되어 전류(Ids)의 흐름을 방해하는 노이즈가 발생하는 것을 방지할 수 있다. The light source 110 may be accommodated in the body 150 and disposed adjacent to the sensing member 120 . Here, the position of the light source 110 is not particularly limited, but may preferably be disposed in a direction perpendicular to the direction of the current Ids flowing through the sensing member 120 . In this case, carriers generated in the sensing member 120 by the light L1 irradiated from the light source 110 are diffused in parallel or the same direction as the direction of the current Ids, so that noise interfering with the flow of the current Ids is reduced. can be prevented from occurring.

본 발명의 일 실시예는 광원(110)이 한 개만 배치되는 것으로 도시하였으나, 광원(110)의 개수는 적어도 한 개 이상일 수 있고, 바람직하게 2개의 광원(110)이 감지 부재(120)의 일측과 타측 방향에 각각 배치될 수 있다. 또한, 2개 이상의 광원(110)이 감지 부재(120)의 일측, 타측 등 다양한 방향에 배치될 수 있고, 이 경우 균일한 광 생성 캐리어를 유도하여 전류(Ids)의 흐름을 방해하는 노이즈가 발생하는 것을 방지할 수 있다. Although the embodiment of the present invention shows that only one light source 110 is disposed, the number of light sources 110 may be at least one, and preferably, two light sources 110 are provided on one side of the sensing member 120 . and may be disposed in the other direction, respectively. In addition, the two or more light sources 110 may be disposed in various directions, such as one side and the other side of the sensing member 120 , and in this case, noise is generated that induces a uniform light generating carrier to obstruct the flow of the current Ids. can be prevented from doing

광원(110)이 감지 부재(120)의 일측과 타측 방향에 각각 배치되는 경우 감지 부재(120)의 일측에서 광(L1)을 조사하는 경우에 비해 감지 부재(120)의 전체 영역으로 광(L1)이 균일하게 분포되어 일부 영역에서 캐리어 농도 차이가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 캐리어의 농도 차이로 인해 국부적인 확산 전류가 생성되어 전류(Ids)의 흐름을 방해하는 노이즈가 발생하는 것을 방지할 수 있다. When the light source 110 is disposed in the direction of one side and the other side of the sensing member 120 , respectively, compared to the case where the light L1 is irradiated from one side of the sensing member 120 , the light L1 is applied to the entire area of the sensing member 120 . ) can be uniformly distributed to prevent a carrier concentration difference from occurring in some regions. Accordingly, it is possible to prevent the generation of a local diffusion current due to the difference in the concentration of carriers, thereby preventing the generation of noise interfering with the flow of the current Ids.

감지 부재(120)는 본체(150) 내부에 수용되고, 변형(strain)에 의해 전기 저항이 변하는 저항체로 동작한다. 감지 부재(120)는 지그재그 형태로 형성될 수 있다. 감지 부재(120)는 광원(110)으로부터 조사된 목표 파장 영역의 광(L1)을 도파시키는 도파로의 코어(core)로 동작한다. 즉, 목표 파장 영역의 광(L1)은 감지 부재(120) 내에서 전파될 수 있다. 이를 위해, 감지 부재(120)는 몰딩 부재(140)보다 높은 굴절율을 갖도록 형성될 수 있다. The sensing member 120 is accommodated in the body 150 and operates as a resistor whose electrical resistance is changed by strain. The sensing member 120 may be formed in a zigzag shape. The sensing member 120 operates as a core of a waveguide that guides the light L1 of the target wavelength region irradiated from the light source 110 . That is, the light L1 of the target wavelength region may propagate within the sensing member 120 . To this end, the sensing member 120 may be formed to have a higher refractive index than that of the molding member 140 .

감지 부재(120)는 목표 파장 영역의 광(L1)을 흡수하여 캐리어를 생성한다. 감지 부재(120)는 도전성을 갖고, 목표 파장 영역의 광(L1)을 흡수할 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 감지 부재(120)는 n형 불순물 또는 p형 불순물이 도핑된 반도체 물질로 형성될 수 있다. 여기에서, 반도체 물질은 Ⅱ족, Ⅲ족, Ⅳ족, Ⅴ족, Ⅵ족, Ⅶ족 원소 및 이들의 화합물 중 어느 하나를 포함할 수 있다.The sensing member 120 absorbs the light L1 of the target wavelength region to generate a carrier. The sensing member 120 may be formed of a material having conductivity and absorbing light L1 of a target wavelength region. For example, the sensing member 120 may be formed of a semiconductor material doped with an n-type impurity or a p-type impurity. Here, the semiconductor material may include any one of Group II, Group III, IV, V, VI, and VII elements and compounds thereof.

본 발명의 일 실시예는 이에 한정되지 않고, 반도체 물질의 도전성이 낮은 경우 감지 부재(120)는 반도체 물질에 유기물 및 금속 입자 중 적어도 어느 하나를 혼합한 합성 물질로 형성될 수 있다. 여기에서, 유기물은 전도성 폴리머 등을 포함할 수 있다. 또한, 감지 부재(120)는 유기물에 반도체 입자 및 금속 입자 중 적어도 어느 하나를 혼합한 합성 물질로 형성될 수 있다. 여기에서, 반도체 입자는 Ⅱ족, Ⅲ족, Ⅳ족, Ⅴ족, Ⅵ족, Ⅶ족 원소 및 이들의 화합물 중 어느 하나를 포함할 수 있다.One embodiment of the present invention is not limited thereto, and when the semiconductor material has low conductivity, the sensing member 120 may be formed of a semiconductor material mixed with at least one of organic materials and metal particles. Here, the organic material may include a conductive polymer or the like. Also, the sensing member 120 may be formed of a synthetic material in which at least one of semiconductor particles and metal particles is mixed with an organic material. Here, the semiconductor particles may include any one of a group II, III, IV, V, VI, VII element and a compound thereof.

감지 부재(120)는 결정 또는 비정질의 고체 및 겔(gel) 중 적어도 어느 하나의 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 감지 부재(120)는 약 100nm 이하의 두께로 형성될 수 있다. The sensing member 120 may be formed in the form of at least one of crystalline or amorphous solid and gel. In addition, the sensing member 120 may be formed to a thickness of about 100 nm or less.

본 발명의 일 실시예에 따른 감지 부재(120)는 광원(110)의 동작 상태에 따라 게이지 팩터(gauge factor; GF)가 조절된다. 감지 부재(120)는 광원(110)이 온(on) 상태일 경우 게이지 팩터(GF)가 상대적으로 크게 조절되고, 광원(110)이 오프(off) 상태일 경우 게이지 팩터(GF)가 상대적으로 작게 형성된다. 게이지 팩터(GF)는 아래의 [수학식 1]과 같다.In the sensing member 120 according to an embodiment of the present invention, a gauge factor (GF) is adjusted according to the operating state of the light source 110 . In the sensing member 120 , when the light source 110 is in an on state, the gauge factor GF is relatively large, and when the light source 110 is in an off state, the gauge factor GF is relatively large. formed small. The gauge factor (GF) is as shown in [Equation 1] below.

Figure 112021096404279-pat00001
Figure 112021096404279-pat00001

여기에서, s는 변형 팩터이고, R은 저항율이다. R0는 변형이 없을 때 저항율이고, v는 가로 변형과 세로 변형과의 비를 의미하는 푸아송비(poisson ratio)이다. 즉, 게이지 팩터(GF)는 아래의 [수학식 2]와 같이, 도전율(σ)에 비례한다. Here, s is the strain factor and R is the resistivity. R 0 is the resistivity when there is no strain, and v is the Poisson ratio, which means the ratio between the transverse strain and the longitudinal strain. That is, the gauge factor GF is proportional to the conductivity σ as shown in Equation 2 below.

Figure 112021096404279-pat00002
Figure 112021096404279-pat00002

도전율(σ)은 n 타입으로 도핑된 반도체 물질의 경우 아래의 [수학식 3]과 같다.The conductivity (σ) is as shown in [Equation 3] below in the case of the n-type doped semiconductor material.

Figure 112021096404279-pat00003
Figure 112021096404279-pat00003

여기에서, q는 전자 농도이고, p는 홀 농도이다. μn은 전자 이동도이고, μp는 홀 이동도이다. Nd는 도너 원소(donor atom)의 도핑 농도이다. 즉, 캐리어 농도가 증가할수록 도전율이 증가하고, 도전율이 증가할수록 게이지 팩터(GF)가 증가한다. 따라서, 광원(110)이 온(on) 상태일 때 게이지 팩터(GF)가 오프(off) 상태 보다 증가하므로 작은 변형에서도 민감도가 증가할 수 있다. 이로 인해, 광원(110)을 이용하는 간단한 구성만으로 측정 대역을 증가시킬 수 있다.Here, q is the electron concentration and p is the hole concentration. μ n is the electron mobility and μ p is the hole mobility. Nd is the doping concentration of the donor atom. That is, the conductivity increases as the carrier concentration increases, and the gauge factor GF increases as the conductivity increases. Accordingly, when the light source 110 is in the on state, the gauge factor GF increases than in the off state, so that sensitivity can be increased even with a small deformation. For this reason, it is possible to increase the measurement band only with a simple configuration using the light source 110 .

전극 단자(130)는 감지 부재(120)의 일단 및 타단에 각각 접하도록 형성되고, 외부로부터 전원을 공급받는다. 전극 단자(130)로 전원이 공급되면 전극 단자(130)의 양단에 흐르는 전류에 의해 감지 부재(120)의 저항 변화를 측정하고, 감지 부재(120)의 저항 변화에 대응하는 변형을 감지할 수 있다. 여기에서, 전극 단자(130)는 도전성을 갖는 전극 물질, 예를 들어 금속 등으로 형성될 수 있다. 또한, 감지 부재(120)의 일단 및 타단에 접하는 전극 단자(130)의 일단은 감지 부재(120)의 폭보다 넓게 형성되고, 다각형 형태로 형성될 수 있다.The electrode terminal 130 is formed to contact one end and the other end of the sensing member 120, respectively, and receives power from the outside. When power is supplied to the electrode terminal 130 , a change in resistance of the sensing member 120 is measured by the current flowing through both ends of the electrode terminal 130 , and a deformation corresponding to the change in resistance of the sensing member 120 can be detected. have. Here, the electrode terminal 130 may be formed of an electrode material having conductivity, for example, a metal. In addition, one end of the sensing member 120 and one end of the electrode terminal 130 in contact with the other end are formed wider than the width of the sensing member 120 , and may be formed in a polygonal shape.

몰딩 부재(140)는 감지 부재(120)의 적어도 일부를 감싸도록 형성되고, 목표 파장 영역의 광(L1)을 감지 부재(120) 내부로 가이드하는 도파로의 클래드(clad)로 동작할 수 있다. 바람직하게, 몰딩 부재(140)는 감지 부재(120)의 전면을 감싸도록 형성될 수 있다. 또한, 몰딩 부재(140)는 전극 단자(130)의 탈착을 방지하기 위해 전극 단자(130)의 일단을 감싸도록 형성될 수 있다. 몰딩 부재(140)는 절연 물질로 형성될 수 있다. The molding member 140 is formed to surround at least a portion of the sensing member 120 , and may operate as a clad of a waveguide that guides the light L1 of a target wavelength region into the sensing member 120 . Preferably, the molding member 140 may be formed to surround the front surface of the sensing member 120 . In addition, the molding member 140 may be formed to surround one end of the electrode terminal 130 to prevent detachment of the electrode terminal 130 . The molding member 140 may be formed of an insulating material.

본체(150)는 광원(110), 감지 부재(120), 전극 단자(130)의 일단 및 몰딩 부재(140)를 내부 공간에 수용한다. 본체(150)의 형태는 특별히 한정되지 않으나, 대략 사각형 형태로 형성될 수 있다. The body 150 accommodates the light source 110 , the sensing member 120 , one end of the electrode terminal 130 , and the molding member 140 in the internal space. The shape of the body 150 is not particularly limited, but may be formed in a substantially rectangular shape.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지를 도시한 도면이다.3 is a view showing a strain gauge according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지(200)는 광원(210), 감지 부재(220), 전극 단자(230), 몰딩 부재(240), 본체(250) 및 반사체(260)를 포함할 수 있다. 여기에서, 광원(210), 감지 부재(220), 전극 단자(230), 몰딩 부재(240) 및 본체(250) 각각은 도 1에 도시된 광원(110), 감지 부재(120), 전극 단자(130), 몰딩 부재(140) 및 본체(150)와 동일하므로, 설명 상의 편의를 위해 자세한 설명은 생략한다.3, the strain gauge 200 according to another embodiment of the present invention includes a light source 210, a sensing member 220, an electrode terminal 230, a molding member 240, a body 250, and a reflector ( 260) may be included. Here, each of the light source 210 , the sensing member 220 , the electrode terminal 230 , the molding member 240 , and the body 250 is the light source 110 , the sensing member 120 , and the electrode terminal shown in FIG. 1 . Since 130, the molding member 140, and the main body 150 are the same, a detailed description will be omitted for convenience of description.

반사체(260)는 감지 부재(220)의 상측 및 하측 각각에 배치되고, 감지 부재(220)를 투과한 광(L1)을 감지 부재(220)로 반사시킨다. 여기에서, 반사체(260)는 몰딩 부재(240)의 상면 및 하면 상에 각각 접착 부재(미도시)를 통해 접착될 수 있다. 또한, 반사체(260)는 감지 부재(220)에 대면하는 반사면을 포함하고, 반사면은 편평하거나 요철 패턴을 포함할 수 있다. 반사체(260)는 금속 포일 등으로 형성될 수 있다.The reflector 260 is disposed on the upper and lower sides of the sensing member 220 , and reflects the light L1 passing through the sensing member 220 to the sensing member 220 . Here, the reflector 260 may be adhered to the upper and lower surfaces of the molding member 240 through an adhesive member (not shown), respectively. In addition, the reflector 260 may include a reflective surface facing the sensing member 220 , and the reflective surface may be flat or include an uneven pattern. The reflector 260 may be formed of a metal foil or the like.

즉, 반사체(260)는 감지 부재(220)로 광(L1)을 재입사시켜 감지 부재(220)에서 흡수하는 광량을 증가시킬 수 있다. 또한, 반사체(260)는 감지 부재(220)에 광(L1)을 균일하게 입사시킬 수 있다. 감지 부재(220)로 광(L1)이 균일하게 입사되면 감지 부재(120)의 전체 영역으로 광(L1)이 균일하게 분포되어 특정 영역에서 캐리어 농도 차이가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 캐리어의 농도 차이로 인해 국부적인 확산 전류가 생성되어 전류(Ids)의 흐름을 방해하는 노이즈가 발생하는 것을 방지할 수 있다. That is, the reflector 260 may increase the amount of light absorbed by the sensing member 220 by re-entering the light L1 to the sensing member 220 . In addition, the reflector 260 may uniformly incident the light L1 to the sensing member 220 . When the light L1 is uniformly incident on the sensing member 220 , the light L1 is uniformly distributed over the entire area of the sensing member 120 to prevent a carrier concentration difference from occurring in a specific area. Accordingly, it is possible to prevent the generation of a local diffusion current due to the difference in the concentration of carriers, thereby preventing the generation of noise interfering with the flow of the current Ids.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지를 도시한 도면이다.4 is a view showing a strain gauge according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지(300)는 광원(310), 감지 부재(320), 전극 단자(330), 몰딩 부재(340), 본체(350) 및 반사체(360)를 포함할 수 있다. 여기에서, 감지 부재(320), 전극 단자(330), 몰딩 부재(340), 본체(350) 및 반사체(360) 각각은 도 3에 도시된 감지 부재(220), 전극 단자(230), 몰딩 부재(240), 본체(250) 및 반사체(260)와 동일하므로, 설명 상의 편의를 위해 자세한 설명은 생략한다.4, the strain gauge 300 according to another embodiment of the present invention includes a light source 310, a sensing member 320, an electrode terminal 330, a molding member 340, a body 350, and a reflector ( 360) may be included. Here, each of the sensing member 320 , the electrode terminal 330 , the molding member 340 , the body 350 , and the reflector 360 includes the sensing member 220 , the electrode terminal 230 , and the molding shown in FIG. 3 . Since it is the same as the member 240, the body 250, and the reflector 260, a detailed description will be omitted for convenience of description.

광원(310)은 도 3에 도시된 광원(210)과 동일하나, 감지 부재(320)의 방향으로 광(L1)을 조사하는 대신 반사체(360)의 방향으로 목표 파장 영역의 광(L1)을 조사하는 것이 차이가 있다. 광원(310)의 개수는 특별히 한정되지 않으나, 감지 부재(320)의 상측 및 하측에 배치된 반사체(360)의 방향으로 광(L1)을 각각 조사하기 위해 적어도 2개의 광원(310)을 배치할 수 있다. 또한, 감지 부재(320)의 일측 및 타측 각각에 광원(310)을 2개씩 배치하여 적어도 4개의 광원(310)으로 구성될 수 있다. The light source 310 is the same as the light source 210 shown in FIG. 3 , but instead of irradiating the light L1 in the direction of the sensing member 320 , the light L1 of the target wavelength region is emitted in the direction of the reflector 360 . Investigation is different. The number of light sources 310 is not particularly limited, but at least two light sources 310 to irradiate the light L1 in the direction of the reflector 360 disposed above and below the sensing member 320, respectively. can In addition, two light sources 310 may be disposed on each of one side and the other side of the sensing member 320 to include at least four light sources 310 .

즉, 목표 파장 영역의 광(L1)은 감지 부재(320)로 직접 입사되지 않고, 반사체(360)에 의해 반사되어 간접적으로 감지 부재(320)로 입사된다. 이로 인해, 감지 부재(320)의 전체 영역으로 광(L1)이 균일하게 분포되어 특정 영역에서 캐리어 농도 차이가 발생하는 것을 방지할 수 있다. That is, the light L1 of the target wavelength region is not directly incident on the sensing member 320 , but is reflected by the reflector 360 and is indirectly incident on the sensing member 320 . Accordingly, the light L1 is uniformly distributed over the entire area of the sensing member 320 to prevent a carrier concentration difference from occurring in a specific area.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지를 도시한 도면이다.5 is a view showing a strain gauge according to another embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지(400)는 광원(410), 감지 부재(420), 전극 단자(430), 몰딩 부재(440), 본체(450) 및 반사체(460)를 포함할 수 있다. 여기에서, 광원(410), 감지 부재(420), 전극 단자(430), 몰딩 부재(440) 및 본체(450) 각각은 도 4에 도시된 광원(310), 감지 부재(320), 전극 단자(330), 몰딩 부재(340) 및 본체(350)와 동일하므로, 설명 상의 편의를 위해 자세한 설명은 생략한다.5, the strain gauge 400 according to another embodiment of the present invention includes a light source 410, a sensing member 420, an electrode terminal 430, a molding member 440, a body 450, and a reflector ( 460) may be included. Here, each of the light source 410 , the sensing member 420 , the electrode terminal 430 , the molding member 440 , and the main body 450 is the light source 310 , the sensing member 320 , and the electrode terminal shown in FIG. 4 . (330), the molding member 340, and the same as the main body 350, detailed description will be omitted for convenience of description.

반사체(460)는 본체(450)의 상면 및 하면에 각각 배치되고, 광원(410)으로부터 조사된 광을 감지 부재(420)로 반사시킨다. 반사체(460)는 몰딩 부재(440) 상에 접착 부재(미도시)를 통해 접착될 수 있다. 반사체(460)는 금속 포일 등으로 형성될 수 있다. 반사체(460)는 감지 부재(420)에 대면하는 반사면을 포함하고, 반사면은 요철 패턴(462)을 포함할 수 있다. 반사면에 형성된 요철 패턴(462)에 의해 광원(410)으로부터 조사된 광은 감지 부재(420)로 더욱 균일하게 입사될 수 있다. The reflector 460 is disposed on the upper and lower surfaces of the body 450 , respectively, and reflects the light irradiated from the light source 410 to the sensing member 420 . The reflector 460 may be adhered to the molding member 440 through an adhesive member (not shown). The reflector 460 may be formed of a metal foil or the like. The reflector 460 may include a reflective surface facing the sensing member 420 , and the reflective surface may include an uneven pattern 462 . The light irradiated from the light source 410 by the concave-convex pattern 462 formed on the reflective surface may be more uniformly incident on the sensing member 420 .

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지를 도시한 도면이다.6 is a view showing a strain gauge according to another embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지(500)는 광원(510), 지지체(520), 감지 부재(530), 전극 단자(540), 몰딩 부재(550) 및 본체(560)를 포함할 수 있다. 광원(510)은 감지 부재(530)에 목표 파장 영역의 광(L1)을 공급한다. 여기에서, 목표 파장 영역은 감지 부재(530)가 흡수할 수 있는 파장 영역일 수 있다. 광원(510)은 전면 발광하는 면 발광 소자를 포함할 수 있고, 예를 들어 Ⅲ족, Ⅳ족, Ⅴ족, Ⅵ족 원소 및 이들의 화합물 중 어느 하나를 포함하는 발광 다이오드(light emitting diode; LED) 또는 레이저 다이오드(laser diode; LD)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the strain gauge 500 according to another embodiment of the present invention includes a light source 510 , a support 520 , a sensing member 530 , an electrode terminal 540 , a molding member 550 and a body ( 560) may be included. The light source 510 supplies the light L1 of the target wavelength region to the sensing member 530 . Here, the target wavelength region may be a wavelength region that the sensing member 530 can absorb. The light source 510 may include a top-emitting surface light emitting device, for example, a light emitting diode (LED) including any one of a group III, group IV, group V, group VI element, and a compound thereof. ) or a laser diode (LD).

광원(510)은 본체(560) 내부에 수용되고, 감지 부재(530)와 인접한 위치에 배치될 수 있다. 여기에서, 광원(510)의 위치는 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게 감지 부재(530)를 통해 흐르는 전류(Ids)의 방향과 수직한 방향에 배치될 수 있다. 이 경우 광원(510)으로부터 조사되는 광(L1)에 의해 감지 부재(530) 내에 생성되는 캐리어가 전류(Ids)의 방향과 평행하거나 동일한 방향으로 확산되어 전류(Ids)의 흐름을 방해하는 노이즈가 발생하는 것을 방지할 수 있다. The light source 510 may be accommodated in the body 560 and disposed adjacent to the sensing member 530 . Here, the location of the light source 510 is not particularly limited, but may be preferably disposed in a direction perpendicular to the direction of the current Ids flowing through the sensing member 530 . In this case, carriers generated in the sensing member 530 by the light L1 irradiated from the light source 510 are diffused in parallel or the same direction as the direction of the current Ids, so that noise interfering with the flow of the current Ids is reduced. can be prevented from occurring.

도 6에서 광원(510)은 한 개만 도시하였으나, 광원(510)의 개수는 적어도 한 개 이상일 수 있고, 바람직하게 2개의 광원(510)이 감지 부재(530)의 일측과 타측 방향에 각각 배치될 수 있다. 또한, 2개 이상의 광원(510)이 감지 부재(530)의 일측, 타측 등 다양한 방향에 배치될 수 있다.Although only one light source 510 is illustrated in FIG. 6 , the number of light sources 510 may be at least one, and preferably, two light sources 510 are disposed on one side and the other side of the sensing member 530 , respectively. can In addition, two or more light sources 510 may be disposed in various directions, such as one side and the other side of the sensing member 530 .

적어도 2개의 광원(510)이 감지 부재(530)의 일측과 타측 방향에 각각 배치되는 경우 감지 부재(530)의 일측에서 광(L1)을 조사하는 경우에 비해 감지 부재(530)의 전체 영역으로 광(L1)이 균일하게 분포되어 일부 영역에서 캐리어 농도 차이가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 캐리어의 농도 차이로 인해 국부적인 확산 전류가 생성되어 전류(Ids)의 흐름을 방해하는 노이즈가 발생하는 것을 방지할 수 있다. When the at least two light sources 510 are respectively disposed in one side and the other direction of the sensing member 530, the entire area of the sensing member 530 is compared to a case in which the light L1 is irradiated from one side of the sensing member 530. Since the light L1 is uniformly distributed, it is possible to prevent a difference in carrier concentration from occurring in some regions. Accordingly, it is possible to prevent the generation of a local diffusion current due to the difference in the concentration of carriers, thereby preventing the generation of noise interfering with the flow of the current Ids.

지지체(520)는 판 형태로 형성된다. 지지체(520)는 감지 부재(530)가 나노 스케일의 두께로 형성될 경우 감지 부재(530)를 성장시키기 위한 성장 기판이나 감지 부재(530)를 지지하는 지지 기판의 역할을 수행할 수 있다. The support 520 is formed in a plate shape. When the sensing member 530 is formed to have a nanoscale thickness, the support 520 may serve as a growth substrate for growing the sensing member 530 or a support substrate supporting the sensing member 530 .

지지체(520)는 절연 물질, 예를 들어 유리, 플라스틱, 반도체 물질 등으로 형성될 수 있다. 지지체(520)를 금속 등을 포함하는 기판, 즉 전도도를 갖는 기판으로 형성할 경우 표면에 절연체가 코팅된 기판으로 형성할 수 있다. The support 520 may be formed of an insulating material, for example, glass, plastic, or a semiconductor material. When the support 520 is formed of a substrate including a metal, that is, a substrate having conductivity, it may be formed of a substrate coated with an insulator on the surface.

감지 부재(530)는 지지체(520) 상에 배치되고, 변형에 의해 전기 저항이 변하는 저항체로 동작한다. 감지 부재(530)는 지그재그 형태로 배치될 수 있다. 감지 부재(530)는 광원(510)으로부터 공급된 목표 파장 영역의 광(L1)을 도파시키는 도파로의 코어(core)로 동작한다. 이를 위해, 감지 부재(530)는 몰딩 부재(550)보다 높은 굴절율을 갖도록 형성될 수 있다. The sensing member 530 is disposed on the support 520 and operates as a resistor whose electrical resistance is changed by deformation. The sensing member 530 may be disposed in a zigzag shape. The sensing member 530 operates as a core of a waveguide that guides the light L1 of the target wavelength region supplied from the light source 510 . To this end, the sensing member 530 may be formed to have a higher refractive index than that of the molding member 550 .

감지 부재(530)는 광원(510)의 동작 상태에 따라 게이지 팩터(gauge factor; GF)가 조절된다. 감지 부재(530)는 광원(510)이 온(on) 상태일 경우 게이지 팩터(GF)가 상대적으로 크게 조절되고, 광원(510)이 오프(off) 상태일 경우 게이지 팩터(GF)가 상대적으로 작게 형성된다.In the sensing member 530 , a gauge factor (GF) is adjusted according to the operating state of the light source 510 . In the sensing member 530 , when the light source 510 is on, the gauge factor GF is relatively large, and when the light source 510 is off, the gauge factor GF is relatively large. formed small.

감지 부재(530)는 나노 스케일의 두께를 갖는 박막층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 감지 부재(530)는 이차원 물질층으로 형성할 수 있다. 여기에서, 이차원 물질층은 결정 구조의 차원수가 이차원인 물질로 이루어진 층으로서, 금속 칼코게나이드계 물질(metal chalcogenide based material), 탄소 함유 물질 및 산화물 반도체 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The sensing member 530 may be formed of a thin film layer having a thickness of a nanoscale. For example, the sensing member 530 may be formed of a two-dimensional material layer. Here, the two-dimensional material layer is a layer made of a material having a two-dimensional crystal structure, and may include at least one of a metal chalcogenide based material, a carbon-containing material, and an oxide semiconductor material.

금속 칼코게나이드계 물질은 전이 금속(transition metal)과 칼코겐(chalcogen) 물질을 포함하는 TMDC(transition metal dichalcogenide) 물질일 수 있다. 여기에서, 전이 금속은 Mo, W, Nb, V, Ta, Ti, Zr, Hf, Tc, Re 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 칼코겐 물질은 S, Se, Te 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 탄소 함유 물질은 그래핀(graphene) 등을 포함할 수 있고, 산화물 반도체 물질은 Ga 산화물 반도체, Zn 산화물 반도체, 또는 In 산화물 반도체를 포함하는 물질일 수 있다. The metal chalcogenide-based material may be a transition metal dichalcogenide (TMDC) material including a transition metal and a chalcogen material. Here, the transition metal may include at least one of Mo, W, Nb, V, Ta, Ti, Zr, Hf, Tc, and Re, and the chalcogen material includes at least one of S, Se, and Te can do. In addition, the carbon-containing material may include graphene and the like, and the oxide semiconductor material may be a material including a Ga oxide semiconductor, a Zn oxide semiconductor, or an In oxide semiconductor.

본 발명의 다른 실시예는 이에 한정되지 않고, 감지 부재(530)를 Ⅱ족, Ⅲ족, Ⅳ족, Ⅴ족, Ⅵ족, Ⅶ족 원소 및 이들의 화합물 중 어느 하나로 형성하고, 이차원 물질층과 같이 얇은 두께, 예를 들어 약 100nm 이하의 최대 두께를 갖도록 형성할 수 있다. 이를 위해, 본 발명자의 선출원 특허인 제10-2021-0005539(2021.01.14)호의 나노 스케일 박막 구조 및 이의 구현 방법에 개시된 박막층과 같이 감지 부재(530)를 양자화(quantization)된 두께로 형성할 수 있다.Another embodiment of the present invention is not limited thereto, and the sensing member 530 is formed of any one of a group II, group III, group IV, group V, group VI, group VII element and a compound thereof, and a two-dimensional material layer and It can be formed to have a thin thickness, for example, a maximum thickness of about 100 nm or less. To this end, the sensing member 530 may be formed with a quantized thickness like the thin film layer disclosed in the nanoscale thin film structure and the implementation method of the present inventor's prior patent No. 10-2021-0005539 (2021.01.14). have.

즉, 감지 부재(530)를 물리 기상 증착법(PVD; Physical Vapor Deposition) 및 화학 기상 증착법(CVD; Chemical Vaper Deposition) 중 적어도 어느 하나의 공정을 이용하여 지지체(520) 상에 성장시키고, 이때 감지 부재(530)를 성장 방향에 대한 최소 단위 두께의 정수배로 형성할 수 있다. 여기에서, 최소 단위 두께는 이차원 물질층을 구성하는 원소의 개수 및 결정 구조에 따라 설정될 수 있다. That is, the sensing member 530 is grown on the support 520 by using at least one of a physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (CVD) process, and in this case, the sensing member 530 may be formed as an integer multiple of the minimum unit thickness with respect to the growth direction. Here, the minimum unit thickness may be set according to the number and crystal structure of elements constituting the two-dimensional material layer.

예를 들어, 감지 부재(530)를 단일 원소로 구성할 경우 최소 단위 두께는 성장 방향으로 기준 성장면에 대한 가장 인접한 원자와 기준 성장면 사이의 거리에 대응하여 설정될 수 있다. 여기에서, 기준 성장면은 성장 방향의 원점 위치에 대응하는 원자가 성장 방향과 수직하게 형성하는 평면에 해당할 수 있다.For example, when the sensing member 530 is formed of a single element, the minimum unit thickness may be set to correspond to a distance between the reference growth plane and an atom closest to the reference growth plane in the growth direction. Here, the reference growth plane may correspond to a plane in which atoms corresponding to the origin of the growth direction are formed perpendicular to the growth direction.

또한, 감지 부재(530)를 두 가지 종류 이상의 원소로 구성할 경우 최소 단위 두께는 기준 성장면과 단위 성장면 사이의 거리에 대응하여 설정될 수 있다. 여기에서, 단위 성장면은 성장 방향으로 기준 성장면에 가장 인접한 원자 및 해당 원자와 가장 인접한 다른 원자가 성장 방향과 수직하게 형성하는 평면에 해당할 수 있다. 이러한 방법으로 감지 부재(530)를 의도적으로 얇은 두께로 형성할 수 있다. 감지 부재(530)의 두께가 얇을수록 감지 부재(530) 내에 생성되는 캐리어가 균일한 농도로 분포되어 캐리어의 농도 차이로 인한 국부적인 확산 전류에 의해 전류(Ids) 흐름에 노이즈가 발생하는 것을 방지할 수 있다. In addition, when the sensing member 530 is formed of two or more kinds of elements, the minimum unit thickness may be set to correspond to the distance between the reference growth plane and the unit growth plane. Here, the unit growth plane may correspond to a plane in which the atom closest to the reference growth plane in the growth direction and other atoms closest to the atom are formed perpendicular to the growth direction. In this way, the sensing member 530 may be intentionally formed to have a thin thickness. As the thickness of the sensing member 530 is reduced, the carriers generated in the sensing member 530 are distributed at a uniform concentration to prevent noise in the current Ids flow due to the local diffusion current due to the difference in carrier concentration. can do.

전극 단자(540)는 감지 부재(530)의 일단 및 타단에 각각 접하도록 형성되고, 외부로부터 전원을 공급받는다. 전극 단자(540)로 전원이 공급되면 전극 단자(540)의 양단에 흐르는 전류에 의해 감지 부재(530)의 저항 변화를 측정하고, 감지 부재(530)의 저항 변화에 대응하는 변형을 감지할 수 있다. 여기에서, 전극 단자(540)는 도전성을 갖는 전극 물질, 예를 들어 금속 등으로 형성될 수 있다. 또한, 감지 부재(530)의 일단 및 타단에 접하는 전극 단자(540)의 일단은 감지 부재(530)의 폭보다 넓게 형성되고, 다각형 형태로 형성될 수 있다.The electrode terminal 540 is formed to contact one end and the other end of the sensing member 530 , respectively, and receives power from the outside. When power is supplied to the electrode terminal 540 , a change in resistance of the sensing member 530 is measured by the current flowing through both ends of the electrode terminal 540 , and a deformation corresponding to the change in resistance of the sensing member 530 can be detected. have. Here, the electrode terminal 540 may be formed of an electrode material having conductivity, for example, a metal. In addition, one end of the electrode terminal 540 in contact with one end and the other end of the sensing member 530 is formed wider than the width of the sensing member 530 , and may be formed in a polygonal shape.

몰딩 부재(550)는 감지 부재(530)의 상면 및 측면을 감싸도록 형성된다. 즉, 감지 부재(530)를 이차원 물질층으로 형성할 경우 몰딩 부재(550)의 하면은 지지체(520)로 대체될 수 있다. 이에 따라, 몰딩 부재(550)는 도 6에 도시된 몰딩 부재(440)와 달리 감지 부재(530)의 상면 및 측면만 감싸도록 형성된다. 여기에서, 몰딩 부재(550)는 목표 파장 영역의 광(L1)을 감지 부재(530) 내부로 가이드하는 도파로의 클래드(clad)로 동작할 수 있다. 또한, 몰딩 부재(550)는 전극 단자(540)의 탈착을 방지하기 위해 전극 단자(540)의 일단을 감싸도록 형성될 수 있다. 몰딩 부재(550)는 절연 물질로 형성될 수 있다. The molding member 550 is formed to surround the upper surface and the side surface of the sensing member 530 . That is, when the sensing member 530 is formed of a two-dimensional material layer, the lower surface of the molding member 550 may be replaced with the support 520 . Accordingly, unlike the molding member 440 illustrated in FIG. 6 , the molding member 550 is formed to cover only the upper surface and the side surface of the sensing member 530 . Here, the molding member 550 may operate as a clad of the waveguide that guides the light L1 of the target wavelength region into the sensing member 530 . In addition, the molding member 550 may be formed to surround one end of the electrode terminal 540 to prevent detachment of the electrode terminal 540 . The molding member 550 may be formed of an insulating material.

본체(570)는 광원(510), 지지체(520), 감지 부재(530), 전극 단자(540) 및 몰딩 부재(550)의 일측 단부를 내부 공간에 수용한다. 본체(570)는 대략 사각형 형태로 형성될 수 있다.The body 570 accommodates one end of the light source 510 , the support 520 , the sensing member 530 , the electrode terminal 540 , and the molding member 550 in the internal space. The body 570 may be formed in a substantially rectangular shape.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지를 도시한 도면이다.7 is a view showing a strain gauge according to another embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지(600)는 광원(610), 지지체(620), 감지 부재(630), 전극 단자(640), 몰딩 부재(650), 본체(660) 및 반사체(670)를 포함할 수 있다. 여기에서, 광원(610), 지지체(620), 감지 부재(630), 전극 단자(640), 몰딩 부재(650) 및 본체(660) 각각은 도 6에 도시된 광원(510), 지지체(520), 감지 부재(530), 전극 단자(540), 몰딩 부재(550) 및 본체(560)와 동일하므로, 설명 상의 편의를 위해 자세한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 7 , the strain gauge 600 according to another embodiment of the present invention includes a light source 610 , a support 620 , a sensing member 630 , an electrode terminal 640 , a molding member 650 , and a body ( 660 ) and a reflector 670 . Here, the light source 610 , the support 620 , the sensing member 630 , the electrode terminal 640 , the molding member 650 , and the main body 660 are the light source 510 and the support 520 shown in FIG. 6 , respectively. ), the sensing member 530 , the electrode terminal 540 , the molding member 550 , and the main body 560 , so a detailed description will be omitted for convenience of description.

반사체(670)는 감지 부재(630)의 상측 및 하측에 각각 배치되고, 감지 부재(630)를 투과한 광(L1) 또는 지지체(620)를 투과한 광(L1)을 감지 부재(630)로 반사시킨다. 반사체(670)는 몰딩 부재(650)의 상면과 지지체(620)의 하면에 접착 부재(미도시)를 통해 접착될 수 있다. 반사체(670)는 감지 부재(630)에 대면하는 반사면을 포함하고, 반사면은 편평하거나 요철 패턴을 포함할 수 있다. 반사체(670)는 금속 포일 등으로 형성될 수 있다.The reflector 670 is disposed above and below the sensing member 630 , respectively, and transmits the light L1 transmitted through the sensing member 630 or the light L1 transmitted through the support 620 to the sensing member 630 . reflect The reflector 670 may be adhered to the upper surface of the molding member 650 and the lower surface of the support 620 through an adhesive member (not shown). The reflector 670 includes a reflective surface facing the sensing member 630 , and the reflective surface may be flat or include a concave-convex pattern. The reflector 670 may be formed of a metal foil or the like.

즉, 반사체(670)는 감지 부재(630)로 광(L1)을 재입사시켜 감지 부재(630)에서 흡수하는 광량을 증가시키고, 감지 부재(630)의 전체 영역으로 광(L1)을 균일하게 입사시킬 수 있다.That is, the reflector 670 re-enters the light L1 to the sensing member 630 to increase the amount of light absorbed by the sensing member 630 , and uniformly distributes the light L1 to the entire area of the sensing member 630 . can be hired.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지를 도시한 도면이다.8 is a view showing a strain gauge according to another embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지(700)는 광원(710), 지지체(720), 감지 부재(730), 전극 단자(740), 몰딩 부재(750), 본체(760) 및 반사체(770)를 포함할 수 있다. 여기에서, 광원(710), 지지체(720), 감지 부재(730), 전극 단자(740), 몰딩 부재(750) 및 본체(760) 각각은 도 7에 도시된 광원(610), 지지체(620), 감지 부재(630), 전극 단자(640), 몰딩 부재(650) 및 본체(660)와 동일하므로, 설명 상의 편의를 위해 자세한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 8 , the strain gauge 700 according to another embodiment of the present invention includes a light source 710 , a support body 720 , a sensing member 730 , an electrode terminal 740 , a molding member 750 , and a body ( 760) and a reflector 770 may be included. Here, the light source 710 , the support 720 , the sensing member 730 , the electrode terminal 740 , the molding member 750 , and the body 760 are the light source 610 and the support 620 shown in FIG. 7 , respectively. ), the sensing member 630 , the electrode terminal 640 , the molding member 650 , and the main body 660 , so a detailed description will be omitted for convenience of description.

반사체(770)는 도 7에 도시된 반사체(670)와 동일하나, 감지 부재(730)에 대면하는 반사면에 요철 패턴(772)을 포함하는 것이 차이가 있다. 요철 패턴(772)에 의해 광원(710)으로부터 조사된 광은 감지 부재(730)로 더욱 균일하게 입사될 수 있다. The reflector 770 is the same as the reflector 670 shown in FIG. 7 , except that the reflective surface facing the sensing member 730 includes the concave-convex pattern 772 . The light irradiated from the light source 710 by the concavo-convex pattern 772 may be more uniformly incident on the sensing member 730 .

상기와 같은 구성을 갖는 스트레인 게이지(100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) 중 적어도 어느 하나는 하중을 측정하는 로드 셀에 적용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 이에 한정되지 않고, 압력의 변화를 감지하는 압력 센서에 적용될 수 있다. 즉, 외력이 하중이 아닌 압력일 경우에도 적용 가능한 구조로 구성될 수 있다. 구체적으로, 도 9 및 도 10을 참조하여 이하에서 설명한다.At least one of the strain gauges 100 , 200 , 300 , 400 , 500 , 600 , and 700 having the above configuration may be applied to a load cell for measuring a load. An embodiment of the present invention is not limited thereto, and may be applied to a pressure sensor that detects a change in pressure. That is, even when the external force is a pressure rather than a load, it may be configured to have a structure applicable to it. Specifically, it will be described below with reference to FIGS. 9 and 10 .

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지를 도시한 도면이다.9 is a view showing a strain gauge according to another embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지(800)는 광원(810), 지지체(820), 감지 부재(830), 전극 단자(840), 몰딩 부재(850), 본체(860), 반사체(870) 및 탄성 기판(880)을 포함할 수 있다. 여기에서, 광원(810), 지지체(820), 감지 부재(830), 전극 단자(840), 몰딩 부재(850), 본체(860) 및 반사체(870)는 도 8에 도시된 광원(710), 지지체(720), 감지 부재(730), 전극 단자(740), 몰딩 부재(750), 본체(760) 및 반사체(770)와 동일하므로, 설명 상의 편의를 위해 자세한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 9 , the strain gauge 800 according to another embodiment of the present invention includes a light source 810 , a support 820 , a sensing member 830 , an electrode terminal 840 , a molding member 850 , and a body ( 860 , a reflector 870 , and an elastic substrate 880 may be included. Here, the light source 810 , the support 820 , the sensing member 830 , the electrode terminal 840 , the molding member 850 , the body 860 and the reflector 870 are the light sources 710 shown in FIG. 8 . , the support 720 , the sensing member 730 , the electrode terminal 740 , the molding member 750 , the main body 760 , and the reflector 770 , and thus a detailed description will be omitted for convenience of description.

본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지(800)는 도 8에 도시된 스트레인 게이지(700)와 달리 감지 부재(830)의 타측에 반사체(870)를 배치하는 대신 압력을 직접 인가받는 탄성 기판(880)을 배치한다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지(800)는 탄성 기판(880)을 통해 압력을 직접 인가받아 압력 센서에 적용될 수 있다. 탄성 기판(880)은 지지체(820)의 하면에 배치되고, 압력을 직접 인가받아 변형될 수 있다. 탄성 기판(880)의 변형에 의해 감지 부재(830)의 전기 저항이 변할 수 있다. 탄성 기판(880)은 접착 부재에 의해 본체(860)에 접착될 수 있다.The strain gauge 800 according to another embodiment of the present invention is different from the strain gauge 700 shown in FIG. 8 , instead of disposing the reflector 870 on the other side of the sensing member 830, an elastic substrate ( 880) is placed. That is, the strain gauge 800 according to another embodiment of the present invention may be applied to the pressure sensor by directly applying pressure through the elastic substrate 880 . The elastic substrate 880 is disposed on the lower surface of the support 820 and may be deformed by directly applying pressure. The electrical resistance of the sensing member 830 may change due to the deformation of the elastic substrate 880 . The elastic substrate 880 may be adhered to the main body 860 by an adhesive member.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지를 도시한 도면이다.10 is a view showing a strain gauge according to another embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레인 게이지(900)는 광원(910), 지지체(920), 감지 부재(930), 전극 단자(940), 몰딩 부재(950), 본체(960), 반사체(970) 및 탄성 기판(980)을 포함할 수 있다. 10 , a strain gauge 900 according to another embodiment of the present invention includes a light source 910 , a support 920 , a sensing member 930 , an electrode terminal 940 , a molding member 950 , and a body ( 960 ), a reflector 970 , and an elastic substrate 980 .

여기에서, 광원(910), 지지체(920), 감지 부재(930), 전극 단자(940), 몰딩 부재(950), 본체(960) 및 반사체(970) 각각은 도 9에 도시된 광원(810), 지지체(820), 감지 부재(830), 전극 단자(840), 몰딩 부재(850), 본체(860) 및 반사체(870)와 동일하므로, 설명 상의 편의를 위해 자세한 설명은 생략한다.Here, each of the light source 910 , the support 920 , the sensing member 930 , the electrode terminal 940 , the molding member 950 , the body 960 , and the reflector 970 is the light source 810 shown in FIG. 9 . ), the support 820 , the sensing member 830 , the electrode terminal 840 , the molding member 850 , the main body 860 , and the reflector 870 , and thus a detailed description will be omitted for convenience of description.

탄성 기판(980)은 지지체(920)의 하면에 배치되고, 압력을 직접 인가받아 변형될 수 있다. 탄성 기판(980)의 변형에 의해 감지 부재(930)의 전기 저항이 변할 수 있다. 탄성 기판(980)은 접착 부재에 의해 본체(960)에 접착될 수 있다. 탄성 기판(980)은 일부 영역에 홀(982)을 포함할 수 있다. 홀(982)은 압력이 인가되는 영역에 형성될 수 있고, 홀(982)을 통해 압력이 집중되어 압력을 쉽게 감지할 수 있다.The elastic substrate 980 is disposed on the lower surface of the support 920 and may be deformed by directly applying pressure. The electrical resistance of the sensing member 930 may change due to the deformation of the elastic substrate 980 . The elastic substrate 980 may be adhered to the body 960 by an adhesive member. The elastic substrate 980 may include holes 982 in some regions. The hole 982 may be formed in an area to which a pressure is applied, and the pressure is concentrated through the hole 982 so that the pressure can be easily sensed.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 로드셀 모듈을 도시한 도면이고, 도 12는 도 11에 도시된 스트레인 감지부의 전기적 연결 상태를 설명하기 위해 도시한 도면이며, 도 13은 도 11에 도시된 스트레인 감지부의 동작을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 11 is a view showing a load cell module according to an embodiment of the present invention, FIG. 12 is a view for explaining an electrical connection state of the strain sensing unit shown in FIG. 11, and FIG. 13 is shown in FIG. It is a diagram for explaining the operation of the strain sensing unit.

도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로드셀 모듈(1000)은 스트레인 감지부(1100), 검출부(1200) 및 광 제어부(1300)를 포함할 수 있다. 스트레인 감지부(1100)는 하중에 의해 변형되어 전기 저항이 변하고, 전기 저항의 변화에 대응하는 출력 신호를 출력한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인 감지부(1100)는 광 제어부(1300)에 의해 제어되어 게이지 팩터(GF)가 조절될 수 있다. Referring to FIG. 11 , the load cell module 1000 according to an embodiment of the present invention may include a strain detection unit 1100 , a detection unit 1200 , and an optical control unit 1300 . The strain sensing unit 1100 is deformed by a load to change electrical resistance, and outputs an output signal corresponding to the change in electrical resistance. The strain sensing unit 1100 according to an embodiment of the present invention may be controlled by the light control unit 1300 to adjust the gauge factor GF.

스트레인 감지부(1100)는 도 1 내지 도 10에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 스트레인 게이지(100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900)의 구성 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이하에서는 스트레인 감지부(1100)가 도 1 및 도 2에 도시된 스트레인 게이지(100)를 포함하는 경우를 예를 들어 설명한다.The strain sensing unit 1100 includes at least one of the configurations of the strain gauges 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, and 900 according to the embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 1 to 10 . can do. Hereinafter, a case in which the strain sensing unit 1100 includes the strain gauge 100 illustrated in FIGS. 1 and 2 will be described as an example.

스트레인 감지부(1100)는 휘스톤 브릿지 형태로 스트레인 게이지(100)가 연결되어 구현될 수 있다. 즉, 휘스톤 브릿지를 구성하는 4개의 저항체(R1~R4) 중 적어도 어느 하나를 스트레인 게이지(100)로 구현하거나, 4개의 저항체(R1~R4) 모두를 스트레인 게이지(100)로 구현할 수 있다. 예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, 휘스톤 브릿지를 구성하는 4개의 저항체(R1~R4) 중 하나의 저항체(R4)를 스트레인 게이지(100)로 구현하고, 변형에 의해 전기 저항이 변하는 가변 저항체로 구성할 수 있다. The strain sensing unit 1100 may be implemented by connecting the strain gauge 100 in the form of a Wheatstone bridge. That is, at least one of the four resistors R1 to R4 constituting the Wheatstone bridge may be implemented as the strain gauge 100 , or all of the four resistors R1 to R4 may be implemented as the strain gauge 100 . For example, as shown in FIG. 12 , one resistor R4 among the four resistors R1 to R4 constituting the Wheatstone bridge is implemented as a strain gauge 100 , and the electrical resistance is changed by deformation. It can be composed of a variable resistor.

스트레인 게이지(100)는 광원(110)이 온(on) 상태일 때 감지 부재(120)에 목표 파장 영역의 광(L1)이 흡수되어 캐리어가 생성된다. 캐리어 농도가 높아질수록 도전율이 높아지고, 도전율이 높아지면 게이지 팩터(GF)가 증가한다. 이때, 저항 값은 도전율에 반비례하므로, 도 13에 도시된 바와 같이, 광원(110)이 온(on) 상태일 때의 전기 저항(Ron)은 광원(110)이 오프(off) 상태일때의 전기 저항(Roff) 보다 작다. 즉, 저항체(R1~R3)의 전기 저항(R0) 값이 고정일 때 저항체(R4)의 전기 저항의 변화량(ΔR)은 광원(110)이 온(on) 상태일 경우가 광원(110)이 오프(off) 상태인 경우보다 커지게 된다. In the strain gauge 100 , when the light source 110 is in an on state, the light L1 of the target wavelength region is absorbed by the sensing member 120 to generate carriers. The higher the carrier concentration, the higher the conductivity, and the higher the conductivity, the higher the gauge factor (GF). At this time, since the resistance value is inversely proportional to the conductivity, as shown in FIG. 13 , the electrical resistance Ron when the light source 110 is in the on state is the electric resistance Ron when the light source 110 is in the off state. less than the resistance (Roff). That is, when the electrical resistance (R 0 ) value of the resistors (R1 to R3) is fixed, the amount of change (ΔR) in the electrical resistance of the resistor (R4) is when the light source 110 is in the on state. It becomes larger than the case of this off (off) state.

가변 저항이 하나일 때 휘스톤 브릿지의 출력 전압(VEX)은 Vo/4*(ΔR/(R0+ΔR/2))이므로, 광원(110)이 온(on) 상태일 때의 스트레인 감지부(1110)의 출력 전압(VEX)은 광원(110)이 오프(off) 상태일 때 보다 크게 나타난다. 이때, 입력 전압(Vo)의 크기는 고정되므로 측정 대역폭은 감소될 수 있으나, 해당 측정 대역폭에서 스트레인 감지부(1110)의 측정 감도는 향상될 수 있다. When the variable resistor is one, the output voltage (V EX ) of the Wheatstone bridge is V o /4*(ΔR/(R 0 +ΔR/2)), so the strain when the light source 110 is on The output voltage V EX of the sensing unit 1110 is greater than when the light source 110 is in an off state. In this case, since the magnitude of the input voltage V o is fixed, the measurement bandwidth may be reduced, but the measurement sensitivity of the strain sensing unit 1110 may be improved in the corresponding measurement bandwidth.

검출부(1200)는 스트레인 감지부(1110)의 출력 신호를 측정하여 변형을 검출한다. 여기에서, 검출부(1200)는 전원부(1210), 저잡음 증폭기(1220) 및 아날로그-디지털 컨버터(1230)를 포함할 수 있다. 전원부(1210)는 스트레인 감지부(1110)에 전기적으로 연결되어 전원을 공급한다. The detection unit 1200 detects deformation by measuring an output signal of the strain detection unit 1110 . Here, the detection unit 1200 may include a power supply unit 1210 , a low noise amplifier 1220 , and an analog-to-digital converter 1230 . The power supply unit 1210 is electrically connected to the strain sensing unit 1110 to supply power.

저잡음 증폭기(1220)는 스트레인 감지부(1110)의 전극 단자, 예를 들어 전극 단자(130) 사이에 연결되고, 스트레인 감지부(1110)의 출력 신호를 증폭시킨다. 아날로그-디지털 컨버터(1230)는 저잡음 증폭기(1220)로부터 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. The low noise amplifier 1220 is connected between the electrode terminals of the strain sensing unit 1110 , for example, between the electrode terminals 130 , and amplifies the output signal of the strain sensing unit 1110 . The analog-to-digital converter 1230 converts the signal output from the low noise amplifier 1220 into a digital signal and outputs the converted signal.

광 제어부(1300)는 스트레인 감지부(1110)에 포함된 광원, 예를 들어 광원(110)의 온/오프 동작을 제어하고, 광원(110)의 광량을 제어할 수 있다. 여기에서, 광 제어부(1300)는 센싱부(1310), 스위칭부(1320) 및 구동부(1330)를 포함할 수 있다. 센싱부(1310)는 스트레인 감지부(1110)에 포함된 광원, 예를 들어 광원(110)으로부터 조사되는 목표 파장 영역의 광(L1)의 세기(intensity)를 감지할 수 있다.The light control unit 1300 may control an on/off operation of a light source included in the strain sensing unit 1110 , for example, the light source 110 , and may control the amount of light of the light source 110 . Here, the optical control unit 1300 may include a sensing unit 1310 , a switching unit 1320 , and a driving unit 1330 . The sensing unit 1310 may sense the intensity of the light L1 in the target wavelength region irradiated from the light source included in the strain sensing unit 1110 , for example, the light source 110 .

스위칭부(1320)는 광원(110)의 온/오프 동작을 제어한다. 여기에서, 스위칭부(1320)는 전기적, 물리적 방법에 의해 광원(110)의 온/오프 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 스위칭부(1320)는 본체(150)의 외부에 배치된 스위치(미도시)를 포함하고, 스위치를 물리적으로 조작하여 광원(110)을 온/오프 시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 이에 한정되지 않고, 스위칭부(1320)는 구동부(1330)에 의해 전기적으로 제어되어 광원(110)의 온/오프 동작을 제어할 수 있다. The switching unit 1320 controls the on/off operation of the light source 110 . Here, the switching unit 1320 may control the on/off operation of the light source 110 by an electrical or physical method. For example, the switching unit 1320 may include a switch (not shown) disposed on the outside of the main body 150 , and physically manipulate the switch to turn on/off the light source 110 . The exemplary embodiment of the present invention is not limited thereto, and the switching unit 1320 may be electrically controlled by the driving unit 1330 to control the on/off operation of the light source 110 .

구동부(1330)는 센싱부(1310)로부터 광원(110)의 세기를 피드백 받아 광원(110)의 세기를 일정 레벨로 제어할 수 있다. 구동부(1330)는 초기에 설정된 기본 모드 시 광원(110)을 오프(off) 상태로 제어하고, 정밀 측정이 필요한 감도 조절 모드 시 광원(110)을 온(on) 상태로 제어할 수 있다. 즉, 구동부(1330)는 변형의 크기가 미리 설정된 기준 이하인 경우 정밀 측정이 필요한 것으로 판단하여 광원(110)을 오프(off) 상태에서 온(on) 상태로 전환시킬 수 있다.The driving unit 1330 may receive feedback of the intensity of the light source 110 from the sensing unit 1310 to control the intensity of the light source 110 to a predetermined level. The driving unit 1330 may control the light source 110 to be in an off state in an initially set basic mode, and may control the light source 110 to an on state in a sensitivity control mode requiring precise measurement. That is, the driving unit 1330 may determine that precise measurement is necessary when the amount of deformation is less than or equal to a preset standard, and may switch the light source 110 from an off state to an on state.

구체적으로, 구동부(1330)는 아날로그-디지털 컨버터(1230)의 출력이 미리 설정된 기준 레벨보다 낮은 경우 구동 모드를 감도 조절 모드로 전환하여 스위칭부(1320)를 통해 광원(110)을 온(on) 상태로 구동시킬 수 있다. 또한, 구동부(1330)는 아날로그-디지털 컨버터(1230)의 출력에 따라 광원(110)의 세기를 중간 레벨로 제어하여 측정 감도를 연속적으로 증가시킬 수 있다.Specifically, when the output of the analog-to-digital converter 1230 is lower than a preset reference level, the driving unit 1330 switches the driving mode to the sensitivity control mode and turns on the light source 110 through the switching unit 1320 . state can be driven. Also, the driving unit 1330 may continuously increase the measurement sensitivity by controlling the intensity of the light source 110 to an intermediate level according to the output of the analog-to-digital converter 1230 .

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 로드셀 모듈(1000)은 대상체의 하중이 미리 설정된 기준보다 높은 경우 광원(110)을 오프(off) 상태로 유지하여 넓은 측정 대역폭으로 측정하고, 대상체의 하중이 미리 설정된 기준 이하로 낮은 경우 광원(110)을 온(on) 상태로 전환하여 측정 감도를 증가시킬 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 로드셀 모듈(1000) 내의 전기 회로는 다양한 형태 및 구성으로 구현될 수 있다.Therefore, the load cell module 1000 according to an embodiment of the present invention measures with a wide measurement bandwidth by maintaining the light source 110 in an off state when the load of the object is higher than a preset reference, and the load of the object is When it is lower than the preset reference, the light source 110 may be turned on to increase the measurement sensitivity. Meanwhile, the electric circuit in the load cell module 1000 according to an embodiment of the present invention may be implemented in various shapes and configurations.

100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900: 로드셀
110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810, 910: 광원
120, 220, 320, 420, 530, 630, 730, 830, 930: 감지 부재
130, 230, 330, 430, 540, 640, 740, 840, 940: 전극 단자
140, 240, 340, 440, 550, 650, 750, 850, 950: 몰딩 부재
150, 250, 350, 450, 560, 660, 760, 860, 960: 본체
260, 360, 460, 670, 770, 870, 970: 반사체
520, 620, 720, 820, 920: 지지체
880, 980: 탄성 기판
1000: 로드셀 모듈
1100: 로드셀
1200: 검출부
1300: 광 제어부100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900: load cell
110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810, 910: light source
120, 220, 320, 420, 530, 630, 730, 830, 930: sensing member
130, 230, 330, 430, 540, 640, 740, 840, 940: electrode terminal
140, 240, 340, 440, 550, 650, 750, 850, 950: molding member
150, 250, 350, 450, 560, 660, 760, 860, 960: main body
260, 360, 460, 670, 770, 870, 970: reflector
520, 620, 720, 820, 920: support
880, 980: elastic substrate
1000: load cell module
1100: load cell
1200: detection unit
1300: light control unit

Claims (35)

변형에 의해 전기 저항이 변하고, 목표 파장 영역의 광에 의해 게이지 팩터가 조절되는 감지 부재;
상기 감지 부재에 상기 목표 파장 영역의 광을 조사하고, 상기 변형의 크기가 미리 설정된 기준 이하인 경우 오프(off) 상태에서 온(on) 상태로 전환되는 광원; 및
상기 감지 부재의 적어도 일부면을 감싸도록 형성되고, 상기 목표 파장 영역의 광을 상기 감지 부재의 내부로 가이드하는 몰딩 부재를 포함하는 스트레인 게이지.a sensing member whose electrical resistance is changed by deformation and whose gauge factor is adjusted by light in a target wavelength region;
a light source irradiating light in the target wavelength region to the sensing member and switching from an off state to an on state when the size of the deformation is less than or equal to a preset reference; and
and a molding member formed to surround at least a partial surface of the sensing member and guiding the light of the target wavelength region into the sensing member. 제1항에 있어서, 상기 감지 부재는
상기 목표 파장 영역의 광을 흡수하여 캐리어를 생성하는 스트레인 게이지.According to claim 1, wherein the sensing member is
A strain gauge that generates carriers by absorbing light in the target wavelength region. 제1항에 있어서, 상기 감지 부재는
도전성을 갖고, 상기 목표 파장 영역의 광을 흡수하는 물질로 형성되는 스트레인 게이지.According to claim 1, wherein the sensing member is
A strain gauge formed of a material having conductivity and absorbing light in the target wavelength region. 제3항에 있어서, 상기 감지 부재는
불순물이 도핑된 반도체 물질과 상기 불순물이 도핑된 반도체 물질에 유기물 및 금속 입자 중 적어도 어느 하나를 혼합한 합성 물질 중 어느 하나를 포함하는 스트레인 게이지.The method of claim 3, wherein the sensing member is
A strain gauge comprising any one of a semiconductor material doped with impurities and a synthetic material obtained by mixing at least one of organic material and metal particles in the semiconductor material doped with impurities. 제4항에 있어서, 상기 반도체 물질은
Ⅱ족, Ⅲ족, Ⅳ족, Ⅴ족, Ⅵ족, Ⅶ족 원소 및 이들의 화합물 중 어느 하나를 포함하는 스트레인 게이지.5. The method of claim 4, wherein the semiconductor material is
A strain gauge comprising any one of a group II, III, IV, V, VI, and VII element and a compound thereof. 제3항에 있어서, 상기 감지 부재는
전도성 폴리머에 반도체 입자 및 금속 입자 중 적어도 어느 하나가 혼합된 혼합물로 형성되는 스트레인 게이지.The method of claim 3, wherein the sensing member is
A strain gauge formed of a mixture in which at least one of semiconductor particles and metal particles is mixed in a conductive polymer. 제6항에 있어서, 상기 반도체 입자는
Ⅱ족, Ⅲ족, Ⅳ족, Ⅴ족, Ⅵ족, Ⅶ족 원소 및 이들의 화합물 중 어느 하나를 포함하는 스트레인 게이지.7. The method of claim 6, wherein the semiconductor particles are
A strain gauge comprising any one of a group II, III, IV, V, VI, and VII element and a compound thereof. 제1항에 있어서, 상기 감지 부재는
결정 또는 비정질의 고체 및 겔 중 적어도 어느 하나의 형태로 형성되는 스트레인 게이지.According to claim 1, wherein the sensing member is
A strain gauge formed in the form of at least one of crystalline or amorphous solid and gel. 제1항에 있어서, 상기 감지 부재는
상기 몰딩 부재보다 높은 굴절율을 갖는 스트레인 게이지.According to claim 1, wherein the sensing member is
A strain gauge having a higher refractive index than that of the molding member. 제1항에 있어서, 상기 광원은
상기 감지 부재를 흐르는 전류의 방향과 수직한 방향에 배치되는 스트레인 게이지.According to claim 1, wherein the light source
A strain gauge disposed in a direction perpendicular to a direction of a current flowing through the sensing member. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 감지 부재의 일측 및 타측 중 적어도 어느 하나에 배치된 반사체를 더 포함하는 스트레인 게이지.The method of claim 1,
The strain gauge further comprising a reflector disposed on at least one of one side and the other side of the sensing member. 제12항에 있어서, 상기 반사체는
상기 감지 부재에 대면하는 반사면을 포함하고, 상기 반사면은 요철 패턴을 포함하는 스트레인 게이지.13. The method of claim 12, wherein the reflector is
and a reflective surface facing the sensing member, wherein the reflective surface includes an uneven pattern. 제12항에 있어서, 상기 광원은
상기 반사체의 방향으로 상기 목표 파장 영역의 광을 조사하는 스트레인 게이지.13. The method of claim 12, wherein the light source is
A strain gauge irradiating light in the target wavelength region in the direction of the reflector. 제12항에 있어서, 상기 광원은
Ⅲ족, Ⅳ족, Ⅴ족, Ⅵ족 원소 및 이들의 화합물 중 어느 하나를 포함하는 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드를 포함하는 스트레인 게이지.13. The method of claim 12, wherein the light source is
A strain gauge comprising a light emitting diode or a laser diode comprising any one of a group III, group IV, group V, group VI element and a compound thereof. 제1항에 있어서, 상기 몰딩 부재는
상기 감지 부재의 전면을 감싸고, 절연 물질로 형성되는 스트레인 게이지.According to claim 1, wherein the molding member is
A strain gauge that surrounds the front surface of the sensing member and is formed of an insulating material. 제1항에 있어서,
상기 몰딩 부재는 상기 감지 부재의 상면 및 측면을 감싸고,
상기 감지 부재를 지지하는 지지체를 더 포함하는 스트레인 게이지.The method of claim 1,
The molding member surrounds the upper surface and the side surface of the sensing member,
The strain gauge further includes a support for supporting the sensing member. 제17항에 있어서, 상기 지지체는
유리, 플라스틱 및 반도체 물질 중 적어도 어느 하나로 형성되는 스트레인 게이지.18. The method of claim 17, wherein the support
A strain gauge formed from at least one of glass, plastic, and a semiconductor material. 제17항에 있어서, 상기 감지 부재는
100nm 이하의 두께로 형성되는 스트레인 게이지.The method of claim 17, wherein the sensing member is
Strain gauges formed to a thickness of 100 nm or less. 제19항에 있어서, 상기 감지 부재는
이차원 물질층으로 형성되는 스트레인 게이지.The method of claim 19, wherein the sensing member is
A strain gauge formed from a two-dimensional material layer. 제20항에 있어서, 상기 이차원 물질은
금속 칼코게나이드계 물질, 탄소 함유 물질 및 산화물 반도체 물질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 스트레인 게이지.21. The method of claim 20, wherein the two-dimensional material is
A strain gauge comprising at least one of a metal chalcogenide-based material, a carbon-containing material, and an oxide semiconductor material. 제1항에 있어서,
상기 감지 부재 상에 형성된 전극 단자; 및
상기 감지 부재, 상기 광원 및 상기 몰딩 부재를 수용하는 본체를 더 포함하는 스트레인 게이지.The method of claim 1,
electrode terminals formed on the sensing member; and
The strain gauge further comprising a body accommodating the sensing member, the light source, and the molding member. 변형에 의해 전기 저항이 변하고, 목표 파장 영역의 광에 의해 게이지 팩터가 조절되는 적어도 하나의 스트레인 게이지를 포함하는 스트레인 감지부;
상기 스트레인 게이지의 전기 저항을 측정하여 상기 변형을 검출하는 검출부; 및
상기 광을 제어하는 광 제어부를 포함하고,
상기 스트레인 게이지는
상기 변형에 의해 상기 전기 저항이 변하고, 상기 목표 파장 영역의 광에 의해 게이지 팩터가 조절되는 감지 부재;
상기 감지 부재에 상기 목표 파장 영역의 광을 조사하는 광원;
상기 감지 부재의 적어도 일부면을 감싸도록 형성되고, 상기 목표 파장 영역의 광을 상기 감지 부재의 내부로 가이드하는 몰딩 부재; 및
상기 감지 부재에 접하여 형성된 전극 단자를 포함하며,
상기 광 제어부는
상기 변형의 크기가 미리 설정된 기준 이하인 경우 상기 광원을 오프(off) 상태에서 온(on) 상태로 전환하는 로드셀 모듈.a strain sensing unit including at least one strain gauge whose electrical resistance is changed by deformation and whose gauge factor is adjusted by light of a target wavelength region;
a detector for detecting the strain by measuring the electrical resistance of the strain gauge; and
and a light control unit for controlling the light;
The strain gauge is
a sensing member in which the electrical resistance is changed by the deformation and a gauge factor is adjusted by the light in the target wavelength region;
a light source irradiating light of the target wavelength region to the sensing member;
a molding member formed to surround at least a partial surface of the sensing member and guiding the light of the target wavelength region into the sensing member; and
and an electrode terminal formed in contact with the sensing member,
The light control unit
A load cell module for switching the light source from an off state to an on state when the size of the deformation is less than or equal to a preset standard. 삭제delete 제23항에 있어서, 상기 감지 부재는
상기 목표 파장 영역의 광을 흡수하여 캐리어를 생성하는 로드셀 모듈.The method of claim 23, wherein the sensing member is
A load cell module for generating carriers by absorbing light in the target wavelength region. 제23항에 있어서, 상기 감지 부재는
도전성을 갖고, 상기 목표 파장 영역의 광을 흡수하는 물질로 형성되는 로드셀 모듈.The method of claim 23, wherein the sensing member is
A load cell module formed of a material having conductivity and absorbing light in the target wavelength region. 제23항에 있어서, 상기 감지 부재는
상기 몰딩 부재보다 높은 굴절율을 갖는 로드셀 모듈.The method of claim 23, wherein the sensing member is
A load cell module having a higher refractive index than that of the molding member. 제23항에 있어서, 상기 광원은
상기 감지 부재를 흐르는 전류의 방향과 수직한 방향에 배치되는 로드셀 모듈.24. The method of claim 23, wherein the light source is
A load cell module disposed in a direction perpendicular to a direction of a current flowing through the sensing member. 제23항에 있어서,
상기 감지 부재의 일측 및 타측 중 적어도 어느 하나에 배치된 반사체를 더 포함하는 로드셀 모듈.24. The method of claim 23,
The load cell module further comprising a reflector disposed on at least one of one side and the other side of the sensing member. 제29항에 있어서, 상기 광원은
상기 반사체의 방향으로 상기 목표 파장 영역의 광을 조사하는 로드셀 모듈.30. The method of claim 29, wherein the light source is
A load cell module irradiating the light of the target wavelength region in the direction of the reflector. 제23항에 있어서, 상기 몰딩 부재는
상기 감지 부재의 전면을 감싸고, 절연 물질로 형성되는 로드셀 모듈.24. The method of claim 23, wherein the molding member is
A load cell module surrounding the front surface of the sensing member and formed of an insulating material. 제23항에 있어서,
상기 몰딩 부재는 상기 감지 부재의 상면 및 측면을 감싸고,
상기 감지 부재를 지지하는 지지체를 더 포함하는 로드셀 모듈.24. The method of claim 23,
The molding member surrounds the upper surface and the side surface of the sensing member,
The load cell module further comprising a support for supporting the sensing member. 제23항에 있어서, 상기 감지 부재는
100nm 이하의 두께로 형성되는 로드셀 모듈.The method of claim 23, wherein the sensing member is
A load cell module formed with a thickness of 100 nm or less. 제33항에 있어서, 상기 감지 부재는
이차원 물질층으로 형성되는 로드셀 모듈.34. The method of claim 33, wherein the sensing member is
A load cell module formed of a two-dimensional material layer. 삭제delete
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150007322A (en) * 2012-04-30 2015-01-20 코닝 인코포레이티드 Pressure-sensing touch system utilizing total-internal reflection
KR101541247B1 (en) 2014-08-26 2015-08-03 명지대학교 산학협력단 Load cell structure using nonlinear strain
JP2017011230A (en) * 2015-06-26 2017-01-12 株式会社島津製作所 Photodetector
KR101990193B1 (en) * 2017-04-28 2019-09-30 고려대학교 산학협력단 Strain gauge and method of manufacturing the same
KR20210005539A (en) 2017-06-13 2021-01-14 에프. 호프만-라 로슈 아게 Fatty acid binding protein 3 for the evaluation of atrial fibrillation (AF)

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150007322A (en) * 2012-04-30 2015-01-20 코닝 인코포레이티드 Pressure-sensing touch system utilizing total-internal reflection
KR101541247B1 (en) 2014-08-26 2015-08-03 명지대학교 산학협력단 Load cell structure using nonlinear strain
JP2017011230A (en) * 2015-06-26 2017-01-12 株式会社島津製作所 Photodetector
KR101990193B1 (en) * 2017-04-28 2019-09-30 고려대학교 산학협력단 Strain gauge and method of manufacturing the same
KR20210005539A (en) 2017-06-13 2021-01-14 에프. 호프만-라 로슈 아게 Fatty acid binding protein 3 for the evaluation of atrial fibrillation (AF)

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