KR20240008210A - Yarn type sensor for discerning types of stress and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 얀타입 변형모드 구별센서 및 이의 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압전와이어와 압저항와이어를 상호 꼬아 얀타입 구조로 형성함으로써 인장 및 비틀림모드를 구별할 수 있는 얀타입 변형모드 구별센서 및 이의 제작방법에 관한 것이다.The present invention relates to a yarn-type deformation mode discrimination sensor and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a yarn-type deformation mode distinction that can distinguish between tension and torsion modes by twisting piezoelectric wire and piezoresistive wire together to form a yarn-type structure. It relates to sensors and their manufacturing methods.
Description
본 발명은 얀타입 변형모드 구별 센서 및 이의 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압전와이어와 압저항와이어를 상호 꼬아 얀타입 구조로 형성함으로써 인장 및 비틀림모드를 구별할 수 있는 얀타입 변형모드 구별센서 및 이의 제작방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor for distinguishing yarn-type deformation modes and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a sensor for distinguishing tensile and torsional modes by forming a yarn-type structure by twisting piezoelectric wires and piezoresistive wires together to distinguish yarn-type deformation modes. It relates to sensors and their manufacturing methods.
신체 움직임을 신호로 활용할 수 있는 센서 기술은 다양한 분야에서 광범위하게 연구되고 있다. 그 중 신축성 있는 기판재료를 사용하여 인장, 굽힘, 비틀림, 압력 등 다양한 변위를 측정하는 여러 가지 유연 센서의 개발이 가속화되고 있다. Sensor technology that can use body movements as signals is being extensively researched in various fields. Among them, the development of various flexible sensors that measure various displacements such as tension, bending, twisting, and pressure using elastic substrate materials is accelerating.
그러나 이러한 유연 센서들은 하나의 센서로 다양한 모드의 변형을 구별할 수 없으며, 여러 방향과 각도의 회전이 가능한 목이나 어깨, 손목 등에서 변형모드를 구별하기 위해 별도의 센서가 필요하거나 부가적인 회로 등이 더 필요한 실정이다. However, these flexible sensors cannot distinguish between various modes of deformation with a single sensor, and separate sensors or additional circuits are required to distinguish deformation modes in necks, shoulders, and wrists that can rotate in various directions and angles. There is a need for more.
종래기술(특허문헌 1)은 직물형 멀티 센서 시트에 관한 것으로 센싱 물질이 섬유재질의 직물과 함께 직조되어 센서 시트의 유연성이 높으며, 압전 물질과 압저항 물질을 포함하여 센서 시트가 구성되므로 센싱 정밀도가 높아진다. 그러나 이러한 직물형 멀티 센서 시트는 사용자의 목적에 맞게 선택된 센싱 물질이 위사와 경사로 직조되어 충격, 굽힘, 변형률 또는 온도 센서로 구성될 수 있으나, 하나의 센서 시트로 다양한 변형 모드의 구별이 불가능하여 사용자가 여러 개의 직물형 멀티 센서 시트를 적용해야 하는 문제점이 있었다. The prior art (Patent Document 1) relates to a fabric-type multi-sensor sheet. The sensing material is woven together with a fibrous fabric, so the flexibility of the sensor sheet is high, and the sensor sheet is composed of piezoelectric and piezoresistive materials, so sensing precision is improved. rises. However, these fabric-type multi-sensor sheets can be composed of impact, bending, strain, or temperature sensors by weaving sensing materials selected according to the user's purpose into wefts and warps, but it is impossible to distinguish between various deformation modes with a single sensor sheet, so the user There was a problem in that multiple fabric-type multi-sensor sheets had to be applied.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 압전와이어의 전압 변화와 압저항와이어의 전기저항 변화의 조합에 의하여 인장모드 또는 비틀림모드를 구별할 수 있는 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is intended to solve the problems of the prior art as described above, and its purpose is to provide a sensor capable of distinguishing a tension mode or a twisting mode by a combination of the voltage change of the piezoelectric wire and the electrical resistance change of the piezoresistive wire. There is.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서는 압전 물질을 포함하는 압전와이어와 압저항 물질을 포함하는 압저항와이어를 포함하되, 상기 압전와이어와 상기 압저항와이어가 상호 꼬여 얀타입 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above-described problem, the yarn-type deformation mode discrimination sensor according to the present invention includes a piezoelectric wire containing a piezoelectric material and a piezoresistive wire containing a piezoresistive material, wherein the piezoelectric wire and the piezoresistive wire mutually It is characterized by being made of a twisted yarn-type structure.
여기서, 상기 압전와이어에서 측정되는 전압 변화와 상기 압저항와이어에서 측정되는 전기저항 변화의 조합에 의하여 인장모드 또는 비틀림모드를 구별하는 것을 특징으로 한다.Here, the tension mode or the twist mode is distinguished by a combination of the voltage change measured in the piezoelectric wire and the electrical resistance change measured in the piezoresistive wire.
여기서, 상기 인장모드는 상기 얀타입 구조가 신장되는 플러스 인장모드와 상기 얀타입 구조가 수축되는 마이너스 인장모드를 포함하되, 상기 플러스 인장모드는 상기 전기저항이 증가하고 상기 전압이 증가하되 상기 전기저항보다 느리게 증가하고, 상기 마이너스 인장모드는 상기 전기저항이 감소하고 상기 전압이 감소하되 상기 전기저항보다 느리게 감소하는 것을 특징으로 한다.Here, the tensile mode includes a positive tensile mode in which the yarn-type structure is stretched and a negative tensile mode in which the yarn-type structure contracts. In the positive tensile mode, the electrical resistance increases and the voltage increases, but the electrical resistance increases. It increases more slowly, and the negative tension mode is characterized in that the electrical resistance decreases and the voltage decreases more slowly than the electrical resistance.
여기서, 상기 비틀림모드는 상기 얀타입 구조의 꼬임에 동일한 방향의 비틀림이 가해지는 플러스 비틀림모드와 상기 얀타입 구조의 꼬임에 반대 방향의 비틀림이 가해지는 마이너스 비틀림모드를 포함하되, 상기 플러스 비틀림모드는 상기 전압은 증가하고 상기 전기저항이 증가하되 상기 전압보다 느리게 증가하고, 상기 마이너스 비틀림모드는 상기 전압이 감소하고 상기 전기저항은 감소하되 상기 전압보다 느리게 감소하는 것을 특징으로 한다.Here, the twist mode includes a plus twist mode in which twist in the same direction is applied to the twist of the yarn-type structure and a minus twist mode in which twist in the opposite direction is applied to the twist of the yarn-type structure. The plus twist mode is The voltage increases and the electrical resistance increases but increases more slowly than the voltage, and the negative torsion mode is characterized in that the voltage decreases and the electrical resistance decreases but more slowly than the voltage.
여기서, 압전 물질을 포함하는 보조 압전와이어를 더 포함하되, 상기 보조 압전와이어는 상기 얀타입 구조의 상하좌우 방향에 각각 결합되는 것을 특징으로 한다.Here, it further includes an auxiliary piezoelectric wire containing a piezoelectric material, wherein the auxiliary piezoelectric wire is coupled to the upper, lower, left, and right directions of the yarn-type structure, respectively.
여기서, 상기 보조 압전와이어에서 측정되는 전압 변화의 조합에 의하여 굽힘모드를 구별하는 것을 특징으로 한다.Here, the bending mode is distinguished by a combination of voltage changes measured at the auxiliary piezoelectric wire.
여기서, 상기 굽힘모드는 상기 얀타입 구조의 상면이 볼록한 곡면으로 변형되는 상 굽힘모드, 상기 얀타입 구조의 하면이 볼록한 곡면으로 변형되는 하 굽힘모드, 상기 얀타입 구조의 좌면이 볼록한 곡면으로 변형되는 좌 굽힘모드 및 상기 얀타입 구조의 우면이 볼록한 곡면으로 변형되는 우 굽힘모드를 포함하되, 상기 상 굽힘모드는 상기 얀타입 구조의 상면에 결합되는 보조 압전와이어의 전압이 증가하고 상기 하면에 결합되는 보조 압전와이어의 전압은 감소하고 상기 좌면과 우면에 결합되는 두 보조 압전와이어의 전압은 증가하되 상기 상면에 결합하는 보조 압전와이어의 전압보다 느리게 증가하며, 상기 하 굽힘모드, 상기 좌 굽힘모드 및 상기 우 굽힘모드도 방향에 따라 동일한 양상으로 전압이 변화하는 것을 특징으로 한다.Here, the bending mode is an upper bending mode in which the upper surface of the yarn-type structure is transformed into a convex curved surface, a lower bending mode in which the lower surface of the yarn-type structure is transformed into a convex curved surface, and a left surface of the yarn-type structure is transformed into a convex curved surface. It includes a left bending mode and a right bending mode in which the right side of the yarn-type structure is transformed into a convex curved surface, wherein the upper bending mode increases the voltage of the auxiliary piezoelectric wire coupled to the upper surface of the yarn-type structure and is coupled to the lower surface. The voltage of the auxiliary piezoelectric wire decreases, and the voltage of the two auxiliary piezoelectric wires coupled to the left and right surfaces increases, but increases more slowly than the voltage of the auxiliary piezoelectric wire coupled to the upper surface, and the lower bending mode, the left bending mode, and the The right bending mode is also characterized in that the voltage changes in the same manner depending on the direction.
또한, 여기서, 압저항 물질을 포함하는 보조 압저항와이어를 더 포함하되, 상기 보조 압저항와이어는 상기 얀타입 구조의 상하좌우 방향에 각각 결합되는 것을 특징으로 한다.In addition, here, it further includes an auxiliary piezoresistive wire containing a piezoresistive material, wherein the auxiliary piezoresistive wire is coupled to the up, down, left, and right directions of the yarn-type structure, respectively.
여기서, 상기 보조 압저항와이어에서 측정되는 전기저항 변화의 조합에 의하여 굽힘모드를 구별하는 것을 특징으로 한다. Here, the bending mode is distinguished by a combination of changes in electrical resistance measured in the auxiliary piezoresistive wire.
여기서, 상기 굽힘모드는 상기 얀타입 구조의 상면이 볼록한 곡면으로 변형되는 상 굽힘모드, 상기 얀타입 구조의 하면이 볼록한 곡면으로 변형되는 하 굽힘모드, 상기 얀타입 구조의 좌면이 볼록한 곡면으로 변형되는 좌 굽힘모드 및 상기 얀타입 구조의 우면이 볼록한 곡면으로 변형되는 우 굽힘모드를 포함하되, 상기 상 굽힘모드는 상기 얀타입 구조의 상면에 결합되는 보조 압저항와이어의 전기저항이 증가하고 상기 하면에 결합되는 보조 압저항와이어의 전기저항은 감소하고 상기 좌면과 우면에 결합되는 두 보조 압전와이어의 전기저항은 증가하되 상기 상면에 결합하는 보조 압저항와이어의 전기저항보다 느리게 증가하며, 상기 하 굽힘모드, 상기 좌 굽힘모드 및 상기 우 굽힘모드도 방향에 따라 동일한 양상으로 전압이 변화하는 것을 특징으로 한다.Here, the bending mode is an upper bending mode in which the upper surface of the yarn-type structure is transformed into a convex curved surface, a lower bending mode in which the lower surface of the yarn-type structure is transformed into a convex curved surface, and a left surface of the yarn-type structure is transformed into a convex curved surface. It includes a left bending mode and a right bending mode in which the right side of the yarn-type structure is transformed into a convex curved surface, wherein the upper bending mode increases the electrical resistance of the auxiliary piezoresistive wire coupled to the upper surface of the yarn-type structure and The electrical resistance of the auxiliary piezoresistive wire combined decreases, and the electrical resistance of the two auxiliary piezoresistive wires connected to the left and right surfaces increases, but increases more slowly than the electrical resistance of the auxiliary piezoresistive wire connected to the upper surface, and the lower bending mode , the left bending mode and the right bending mode are characterized in that the voltage changes in the same manner depending on the direction.
또한, 얀타입 변형모드 구별 센서의 제작방법은 압전 물질을 포함하는 재료를 사용하여 와이어 형상으로 몰딩하는 압전와이어 성형 단계, 압저항 물질을 포함하는 재료를 사용하여 와이어 형상으로 몰딩하는 압저항와이어 성형 단계 및 상기 압전와이어와 상기 압저항와이어를 상호 꼬아 얀타입 구조를 형성하는 합사 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the manufacturing method of the yarn-type deformation mode discrimination sensor includes a piezoelectric wire forming step of molding into a wire shape using a material containing a piezoelectric material, and a piezoresistive wire forming step of molding into a wire shape using a material containing a piezoresistive material. and a plying step of twisting the piezoelectric wire and the piezoresistive wire to form a yarn-type structure.
여기서, 상기 압전와이어 성형 단계는 쌍극자 방향을 상기 압전와이어의 두께방향으로 정렬하는 분극처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. Here, the piezoelectric wire forming step is characterized by including a polarization treatment step of aligning the dipole direction in the thickness direction of the piezoelectric wire.
본 발명에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서 및 이의 제작방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.According to the yarn type deformation mode discrimination sensor and its manufacturing method according to the present invention, one or more of the following effects are achieved.
첫째, 본 발명에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서는 압전와이어의 전압 변화와 압저항와이어의 전기저항 변화의 조합에 의해 인장모드 또는 비틀림모드가 구별되어 변형에 대한 센싱 정확도 가 높아지는 이점이 있다.First, the yarn-type deformation mode discrimination sensor according to the present invention has the advantage of increasing the sensing accuracy for deformation by distinguishing tensile mode or torsion mode by a combination of the voltage change of the piezoelectric wire and the electrical resistance change of the piezoresistive wire.
둘째, 압전와이어와 압저항와이어가 상호 꼬인 얀타입 구조로 형성되어 센서 디바이스의 구성이 단순하다는 이점이 있다.Second, there is an advantage that the configuration of the sensor device is simple because the piezoelectric wire and piezoresistive wire are formed in a mutually twisted yarn-type structure.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned may be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 2(a),(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서의 인장모드의 전압 및 전기저항변화 그래프를 나타낸 도면이다.
도 3(a),(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서의 비틀림모드의 전압 및 전기저항변화 그래프를 나타낸 도면이다.
도 4(a)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 얀타입 구조의 상하좌우 방향에 보조 압전와이어를 추가 결합한 얀타입 변형모드 구별센서의 전체 구성을 나타낸 도면이며, 도 4(b)는 (a)의 단면도이다.
도 5(a),(b),(c),(d)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 얀타입 구조에 보조 압전와이어를 추가 결합한 얀타입 변형모드 구별 센서의 상, 하, 좌, 우 굽힘모드의 전압 및 전기저항변화 그래프를 나타낸 도면이다.
도 6(a)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 얀타입 구조의 상하좌우 방향에 보조 압저항와이어를 추가 결합한 얀타입 변형모드 구별 센서의 전체 구성을 나타낸 도면이며, 도 6(b)는 (a)의 단면도이다.
도 7(a),(b),(c),(d)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 얀타입 구조에 보조 압저항와이어를 추가 결합한 얀타입 변형모드 구별 센서의 상, 하, 좌, 우 굽힘모드의 전압 및 전기저항변화 그래프를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서의 제작방법을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서의 제작방법 중 압전와이어의 성형단계에 포함되는 쌍극자 정렬과정을 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram showing the overall configuration of a yarn-type deformation mode discrimination sensor according to an embodiment of the present invention.
Figures 2(a) and (b) are diagrams showing voltage and electrical resistance change graphs in the tensile mode of the yarn-type deformation mode discrimination sensor according to an embodiment of the present invention.
Figures 3(a) and (b) are diagrams showing voltage and electrical resistance change graphs in the twist mode of the yarn-type deformation mode discrimination sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 4(a) is a diagram showing the overall configuration of a yarn-type deformation mode discrimination sensor in which auxiliary piezoelectric wires are additionally coupled to the up, down, left, and right directions of the yarn-type structure according to another embodiment of the present invention, and Figure 4(b) is (a) ) is a cross-sectional view of
Figures 5(a), (b), (c), and (d) show the top, bottom, left, and right of a yarn-type deformation mode discrimination sensor in which an auxiliary piezoelectric wire is additionally combined with a yarn-type structure according to another embodiment of the present invention. This is a diagram showing a graph of voltage and electrical resistance changes in bending mode.
Figure 6(a) is a diagram showing the overall configuration of a yarn-type deformation mode discrimination sensor in which auxiliary piezoresistive wires are additionally combined in the up, down, left, and right directions of the yarn-type structure according to another embodiment of the present invention, and Figure 6(b) is (a) is a cross-sectional view.
Figure 7(a), (b), (c), and (d) show the top, bottom, and left sides of a yarn-type deformation mode discrimination sensor in which an auxiliary piezoresistive wire is additionally combined with a yarn-type structure according to another embodiment of the present invention. , This is a diagram showing the voltage and electrical resistance change graph in right bending mode.
Figure 8 is a diagram showing a method of manufacturing a yarn-type deformation mode discrimination sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a diagram showing the dipole alignment process included in the piezoelectric wire forming step in the method of manufacturing a yarn-type deformation mode discrimination sensor according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to be understood by those skilled in the art. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 명세서에 첨부된 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의성을 위하여 과장되게 도시될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기술의 기능 및 구성에 관한 상세한 설명은 생략될 수 있다.The sizes and shapes of components shown in the drawings attached to this specification may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. It should be noted that the same configuration may be indicated by the same reference numeral in each drawing. Additionally, detailed descriptions of the functions and configurations of known technologies that are judged to unnecessarily obscure the gist of the present invention may be omitted.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.The terms used herein are used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. As used herein, the singular forms include the plural forms unless the context clearly indicates otherwise. In addition, throughout this specification, when a part “includes” a certain element, this means that it may further include other elements unless specifically stated to the contrary.
어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 또는 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is said to be “connected” or “connected” to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to that other component, but that other components may exist in between. It should be. On the other hand, when a component is said to be “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between. Other expressions to describe relationships between components should be interpreted similarly.
본 명세서에서 사용되는 상단, 하단, 상면, 하면 또는 상부, 하부 등의 용어는 구성 요소들에 있어서 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것이다. 예를 들어, 편의 상 도면상의 위쪽을 상부, 도면상의 아래쪽을 하부로 명명하는 경우 실제에 있어서는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 상부는 하부로 명명될 수 있고, 하부는 상부로 명명될 수 있다.Terms such as top, bottom, upper surface, lower surface, top, bottom, etc. used in this specification are used to distinguish the relative positions of components. For example, for convenience, if the upper part of the drawing is called upper and the lower part of the drawing is called lower, in reality, the upper part can be called lower, and the lower part can be called upper, without departing from the scope of the present invention. .
본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 각 구성요소가 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭한 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.Terms containing ordinal numbers, such as ~first~, ~second~, etc. described in this specification may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are only used to distinguish each component from another, and are not limited by the manufacturing order, and the names may not match in the detailed description and claims of the invention.
본 명세서에서 사용되는 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms, including technical or scientific terms, used in this specification have the same meaning as generally understood by those skilled in the art to which the present invention pertains, unless otherwise defined. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless clearly defined in this specification, should not be interpreted in an idealized or overly formal sense. No.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 얀타입 변형모드 구별센서 및 이의 제작방법을 설명하기 위하여 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings to explain a yarn-type deformation mode discrimination sensor and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서의 전체 구성을 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram showing the overall configuration of a yarn-type deformation mode discrimination sensor according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서는 압전 물질을 포함하는 압전와이어(100)와, 압저항 물질을 포함하는 압저항와이어(200)를 포함하되, 상기 압전와이어(100)와 상기 압저항와이어(200)가 상호 꼬여 얀타입 구조로 이루어진다.Referring to Figure 1, the yarn-type deformation mode discrimination sensor according to the present invention includes a piezoelectric wire 100 containing a piezoelectric material, and a piezoresistive wire 200 containing a piezoresistive material, wherein the piezoelectric wire 100 ) and the piezoresistive wire 200 are twisted together to form a yarn-type structure.
상기 압전와이어(100)는 압전 물질을 포함하여 이루어지되, 압전 물질은 압전효과를 가지는 나노입자인 티탄산바륨(BaTiO 3 ), 산화아연(ZnO) 등이 사용될 수 있다. 이러한 압전 물질은 외부에서 힘을 가하면 물질의 결정구조에 변화가 생겨 전기적 성질이 나타난다. 상기 압전와이어(100)에 가해지는 압력이 커지면 전압이 증가하고, 압력이 줄어들면 전압이 감소한다. The piezoelectric wire 100 is made of a piezoelectric material, and the piezoelectric material may be nanoparticles having a piezoelectric effect, such as barium titanate (BaTiO 3 ) or zinc oxide (ZnO) . When external force is applied to these piezoelectric materials, the crystal structure of the material changes and electrical properties appear. When the pressure applied to the piezoelectric wire 100 increases, the voltage increases, and when the pressure decreases, the voltage decreases.
상기 압저항와이어(200)는 압저항 물질을 포함하여 이루어지되, 압저항 물질은 전도성 나노물질인 카본나노튜브(CNT), 은 나노와이어(Ag), 은 나노입자(Ag NP), 구리 나노입자(Cu NP) 등이 사용될 수 있다. 이러한 압저항 물질은 금속 혹은 반도체로 이루어지며 외부에서 힘을 가하면 형상 또는 비저항에 변화가 생겨 전기저항이 변화한다. 상기 압저항와이어(200)에 가해지는 압력이 커지면 전기저항이 증가하고, 압력이 줄어들면 전기저항이 감소한다. The piezoresistive wire 200 is made of a piezoresistive material, and the piezoresistive material is a conductive nanomaterial such as carbon nanotubes (CNTs), silver nanowires (Ag), silver nanoparticles (Ag NPs), and copper nanoparticles. (Cu NP) etc. may be used. These piezoresistive materials are made of metal or semiconductor, and when an external force is applied, the shape or resistivity changes and the electrical resistance changes. When the pressure applied to the piezoresistive wire 200 increases, the electrical resistance increases, and when the pressure decreases, the electrical resistance decreases.
압전 물질을 포함하여 긴 와이어 형태로 압전와이어(100)를 형성하고, 압저항 물질을 포함하는 동일한 형상의 압저항와이어(200)를 형성한다. 바람직하게는 압전와이어(100)의 단면이 각진 형태, 보다 바람직하게는 사각형으로 형성되면 와이어의 전기적 특성 활용이 용이하다. 특히, 압전와이어의 사각형 단면은 본 발명의 제작과정 중 분극처리 단계에서 쌍극자 방향을 정렬하는데 효과적이다. A piezoelectric wire 100 is formed in the form of a long wire including a piezoelectric material, and a piezoresistive wire 200 of the same shape is formed including a piezoresistive material. Preferably, if the cross-section of the piezoelectric wire 100 is formed in an angular shape, more preferably in a square shape, it is easy to utilize the electrical properties of the wire. In particular, the square cross-section of the piezoelectric wire is effective in aligning the dipole direction during the polarization process during the manufacturing process of the present invention.
상기 압전와이어(100)와 상기 압저항와이어(200)를 상호 꼬아 얀타입 구조로 제작된다. 상기 얀타입 구조에 의해 변형에 대한 센싱 감도가 높아진다. 또한, 압전와이어(100)와 압저항와이어(200)를 동시에 사용함으로써 발생하는 전압 변화와 전기저항 변화의 차이가 변형모드의 구분요소로 활용될 수 있다. 손쉽게 압전와이어와 압저항와이어의 얀타입 결합만으로 높은 감도의 변형모드 구별 센서를 만들 수 있다. The piezoelectric wire 100 and the piezoresistive wire 200 are twisted together to produce a yarn-type structure. Sensing sensitivity to deformation is increased by the yarn-type structure. In addition, the difference between the voltage change and the electrical resistance change that occurs when the piezoelectric wire 100 and the piezoresistive wire 200 are used simultaneously can be used as a distinguishing factor for the deformation mode. It is possible to easily create a sensor for distinguishing strain modes with high sensitivity simply by combining a piezoelectric wire and a piezoresistive wire.
아래 표 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서는 상기 압전와이어(100)에서 측정되는 전압 변화와 상기 압저항와이어(200)에서 측정되는 전기저항 변화의 조합에 의하여 인장모드 또는 비틀림모드를 구별할 수 있다. Referring to Table 1 below, the yarn-type deformation mode discrimination sensor according to an embodiment of the present invention is based on a combination of the voltage change measured in the piezoelectric wire 100 and the electrical resistance change measured in the piezoresistive wire 200. Tensile mode or torsion mode can be distinguished by this.
즉, 상기 인장모드 및 비틀림모드에 따라 압전와이어(100)의 전압 변화와 압저항와이어(200)의 전기저항 변화의 조합이 각각 다르다.That is, the combination of the voltage change of the piezoelectric wire 100 and the electrical resistance change of the piezoresistive wire 200 is different depending on the tensile mode and the twisting mode.
표 1. 얀타입 변형모드 구별 센서의 전압 및 전기저항 변화Table 1. Voltage and electrical resistance changes of sensor for distinguishing yarn type deformation modes.
여기서, 압저항와이어(200)의 전기저항 변화가 압전와이어(100)의 전압변화보다 큰 비율로 변화하면 인장 변형모드로 식별할 수 있다. 압전와이어(100)의 전압변화가 압저항와이어(200)의 전기저항 변화보다 큰 비율로 변화하면 비틀림 변형모드로 구별할 수 있다. 인장 및 비틀림모드를 세분하는 플러스, 마이너스 분류에 관련하여서는 후술하기로 한다. Here, if the change in electrical resistance of the piezoresistive wire 200 changes at a rate greater than the change in voltage of the piezoresistive wire 100, it can be identified as a tensile strain mode. If the voltage change of the piezoelectric wire 100 changes at a greater rate than the electrical resistance change of the piezoresistive wire 200, it can be distinguished as a torsional deformation mode. The plus and minus classifications that subdivide tensile and torsional modes will be described later.
도 2(a),(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서의 인장모드의 전압 및 전기저항 변화 그래프를 나타낸 도면이다.Figures 2(a) and (b) are diagrams showing voltage and electrical resistance change graphs in the tensile mode of the yarn-type deformation mode discrimination sensor according to an embodiment of the present invention.
도 2(a),(b)를 참조하면, 본 발명에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서의 상기 인장모드는 상기 얀타입 구조가 신장되는 플러스 인장모드 및 상기 얀타입 구조가 수축되는 마이너스 인장모드를 포함하되, 상기 플러스 인장모드는 상기 전기저항이 증가하고 상기 전압이 증가하되 상기 전기저항보다 느리게 증가하고, 상기 마이너스 인장모드는 상기 전기저항이 감소하고 상기 전압이 감소하되 상기 전기저항보다 느리게 감소한다. Referring to Figures 2(a) and (b), the tension mode of the yarn type deformation mode discrimination sensor according to the present invention includes a plus tension mode in which the yarn type structure is stretched and a minus tension mode in which the yarn type structure contracts. Including, in the positive tensile mode, the electrical resistance increases and the voltage increases more slowly than the electrical resistance, and in the negative tensile mode, the electrical resistance decreases and the voltage decreases but more slowly than the electrical resistance. .
여기서, 움직임이나 외력에 의해 센서의 변형이 발생할 때 전압과 전기저항이 증가하면 두 와이어가 신장되는 플러스 인장모드로 식별될 수 있다. 마찬가지로 전압과 전기저항이 감소하면 두 와이어가 수축되는 마이너스 인장모드로 간단하게 구별될 수 있다. Here, when the sensor is deformed by movement or external force, the voltage and electrical resistance increase and the two wires are stretched, which can be identified as a positive tension mode. Likewise, it can be simply distinguished as a negative tension mode, in which both wires contract as voltage and electrical resistance decrease.
도 3(a),(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 얀타입 변형모드 구별센서의 비틀림모드의 전압 및 전기저항 변화 그래프를 나타낸 도면이다.Figures 3(a) and (b) are diagrams showing voltage and electrical resistance change graphs in the twist mode of the yarn-type strain mode discrimination sensor according to an embodiment of the present invention.
도 3(a),(b)를 참조하면, 본 발명에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서의 상기 비틀림모드는 상기 얀타입 구조의 꼬임에 동일한 방향의 비틀림이 가해지는 플러스 비틀림모드와 상기 얀타입 구조의 꼬임에 반대 방향의 비틀림이 가해지는 마이너스 비틀림모드를 포함하되, 상기 플러스 비틀림모드는 상기 전압은 증가하고 상기 전기저항이 증가하되 상기 전압보다 느리게 증가하고, 상기 마이너스 비틀림모드는 상기 전압이 감소하고 상기 전기저항은 감소하되 상기 전압보다 느리게 감소한다. Referring to Figures 3 (a) and (b), the torsion mode of the yarn type deformation mode discrimination sensor according to the present invention is a plus twist mode in which twist in the same direction is applied to the twist of the yarn type structure and the yarn type structure. Includes a minus twist mode in which twist in the opposite direction is applied to the twist, wherein the positive twist mode increases the voltage and the electrical resistance increases but increases more slowly than the voltage, and in the minus twist mode, the voltage decreases The electrical resistance decreases, but more slowly than the voltage.
압전와이어(100)와 압저항와이어(200)의 얀타입 구조의 꼬임 방향이 비틀림모드의 플러스와 마이너스 방향을 구분하는 기준이 된다. 얀타입 구조의 꼬임에 동일한 방향의 비틀림이 가해지면 두 와이어의 결합력이 증가한다. 결합력의 변화로 상기 전압은 증가하고 상기 전기저항이 증가하되 상기 전압보다 느리게 증가한다. 상기 두 와이어에서 측정되는 전압의 증가 비율이 전기저항의 증가 비율보다 클 경우는 플러스 비틀림모드로 구분될 수 있다. The twisting direction of the yarn-type structure of the piezoelectric wire 100 and the piezoresistive wire 200 serves as a standard for distinguishing the plus and minus directions of the twist mode. When twist in the same direction is applied to the twist of the yarn-type structure, the bonding force of the two wires increases. As the coupling force changes, the voltage increases and the electrical resistance increases, but increases more slowly than the voltage. If the rate of increase in voltage measured in the two wires is greater than the rate of increase in electrical resistance, it can be classified as a positive twist mode.
또한, 얀타입 구조의 꼬임에 반대 방향의 비틀림이 가해지면 두 와이어의 결합력이 감소한다. 상기 전압이 감소하고 상기 전기저항은 감소하되 상기 전압보다 느리게 감소하는 경우는 얀타입의 꼬임 구조가 풀리게 되는 마이너스 비틀림모드로 구분된다.Additionally, when twist in the opposite direction is applied to the twist of the yarn-type structure, the bonding force between the two wires decreases. When the voltage decreases and the electrical resistance decreases more slowly than the voltage, it is classified into a negative twist mode in which the yarn-type twisted structure is unraveled.
도 4(a)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 얀타입 구조의 상하좌우 방향에 보조 압전와이어를 추가 결합한 얀타입 변형모드 구별센서의 전체 구성을 나타낸 도면이며, 도 4(b)는 (a)의 단면도이다. Figure 4(a) is a diagram showing the overall configuration of a yarn-type deformation mode discrimination sensor in which auxiliary piezoelectric wires are additionally coupled to the up, down, left, and right directions of the yarn-type structure according to another embodiment of the present invention, and Figure 4(b) is (a) ) is a cross-sectional view of
도 4(a),(b)를 참조하면, 본 발명에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서는 압전 물질을 포함하는 보조 압전와이어(300)를 더 포함하되, 상기 보조 압전와이어(300)는 상기 얀타입 구조의 상하좌우 방향에 각각 결합될 수 있다. Referring to Figures 4 (a) and (b), the yarn-type deformation mode discrimination sensor according to the present invention further includes an auxiliary piezoelectric wire 300 containing a piezoelectric material, wherein the auxiliary piezoelectric wire 300 is the yarn. It can be combined in the up, down, left, and right directions of the type structure.
즉, 센서의 중심부에 압전와이어(100)와 압저항와이어(200)의 얀타입 구조를 구성하고 외부에 보조 압전와이어(300)를 결합하여 복합적인 구조를 형성한다. 보조 압전와이어를 추가한 센서는 중심부와 외부의 구조적인 특징에 의해 센싱 정밀도가 높아져 굽힘모드의 구별이 가능하다. That is, a yarn-type structure of the piezoelectric wire 100 and the piezoresistive wire 200 is formed in the center of the sensor, and an auxiliary piezoelectric wire 300 is combined on the outside to form a complex structure. The sensor with the addition of an auxiliary piezoelectric wire has improved sensing precision due to the structural characteristics of the center and the outside, making it possible to distinguish bending modes.
상기 얀타입 구조의 외측 상하좌우 방향에 추가하는 네 개의 보조 압전와이어를 상 보조 압전와이어(310), 하 보조 압전와이어(320), 좌 보조 압전와이어(330), 우 보조 압전와이어(340)로 구분하여 명명한다. Four auxiliary piezoelectric wires added to the outside of the yarn-type structure in the up, down, left, and right directions are composed of an upper auxiliary piezoelectric wire (310), a lower auxiliary piezoelectric wire (320), a left auxiliary piezoelectric wire (330), and a right auxiliary piezoelectric wire (340). Name them separately.
또한 센서에 적용하는 굽힘방향을 구분하기 위해, 센서의 양끝 단면이 벽에 고정되어 있다는 가정하에 센서의 중심부에서 길이방향에 수직하게 힘을 가하여 센서가 상하좌우 네 방향으로 볼록하게 휘어지는 굽힘을 각각 상 굽힘모드, 하 굽힘모드, 좌 굽힘모드, 우 굽힘모드로 정의한다. In addition, in order to distinguish the bending direction applied to the sensor, under the assumption that both ends of the sensor are fixed to the wall, a force is applied perpendicular to the longitudinal direction from the center of the sensor to bend the sensor convexly in four directions, up, down, left, and right. It is defined as bending mode, lower bending mode, left bending mode, and right bending mode.
아래 표2를 참조하면, 본 발명에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서는 상기 보조 압전와이어(300)에서 측정되는 전압 변화의 조합에 의하여 굽힘모드를 구별할 수 있다. 네 방향 상하좌우 굽힘모드에 대한 상하좌우 보조 압전와이어(310, 320, 330, 340)에 측정되는 전압은 증가 및 감소 변화가 혼재되어 굽힘모드로 식별할 수 있다. Referring to Table 2 below, the yarn-type deformation mode discrimination sensor according to the present invention can distinguish bending modes by a combination of voltage changes measured in the auxiliary piezoelectric wire 300. The voltage measured on the up-down, left-right, and left-right auxiliary piezoelectric wires (310, 320, 330, and 340) for the four-way up-down, left-right bending mode shows a mixture of increase and decrease changes, so it can be identified as a bending mode.
참고로 센서의 중심부 압전와이어(100)의 전압과 압저항와이어(200)의 전기저항은 굽힘의 상하좌우 방향에 관계없이 증가한다. 상기 상하좌우 보조 압전와이어의 전압변화의 조합으로 굽힘모드의 방향을 결정하는 방법은 후술하도록 한다. For reference, the voltage of the piezoelectric wire 100 and the electrical resistance of the piezoresistive wire 200 at the center of the sensor increase regardless of the up, down, left, and right directions of bending. A method of determining the direction of the bending mode by combining the voltage changes of the up, down, left, and right auxiliary piezoelectric wires will be described later.
표 2. 보조 압전와이어를 추가한 얀타입 변형모드 구별 센서의 전압 및 전기저항 변화 Table 2. Changes in voltage and electrical resistance of the sensor distinguishing between yarn type deformation modes with the addition of auxiliary piezoelectric wire.
도 5(a),(b),(c),(d)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 얀타입 구조에 보조 압전와이어를 추가 결합한 얀타입 변형모드 구별 센서의 상, 하, 좌, 우 굽힘모드의 전압 및 전기저항변화 그래프를 나타낸 도면이다.Figures 5(a), (b), (c), and (d) show the top, bottom, left, and right of a yarn-type deformation mode discrimination sensor in which an auxiliary piezoelectric wire is additionally combined with a yarn-type structure according to another embodiment of the present invention. This is a diagram showing a graph of voltage and electrical resistance changes in bending mode.
도 5(a),(b),(c),(d)를 참조하면, 본 발명에 따른 얀타입 변형모드 구별센서의 상기 굽힘모드는 상기 얀타입 구조의 상면이 볼록한 곡면으로 변형되는 상 굽힘모드, 상기 얀타입 구조의 하면이 볼록한 곡면으로 변형되는 하 굽힘모드, 상기 얀타입 구조의 좌면이 볼록한 곡면으로 변형되는 좌 굽힘모드 및 상기 얀타입 구조의 우면이 볼록한 곡면으로 변형되는 우 굽힘모드를 포함하되, 상기 상 굽힘모드는 상기 얀타입 구조의 상면에 결합되는 보조 압전와이어의 전압이 증가하고 상기 하면에 결합되는 보조 압전와이어의 전압은 감소하고 상기 좌면과 우면에 결합되는 두 보조 압전와이어의 전압은 증가하되 상기 상면에 결합하는 보조 압전와이어의 전압보다 느리게 증가하며, 상기 하 굽힘모드, 상기 좌 굽힘모드 및 상기 우 굽힘모드도 방향에 따라 동일한 양상으로 전압이 변화한다. Referring to Figures 5(a), (b), (c), and (d), the bending mode of the yarn-type deformation mode discrimination sensor according to the present invention is upper bending in which the upper surface of the yarn-type structure is transformed into a convex curved surface. mode, a lower bending mode in which the lower surface of the yarn-type structure is transformed into a convex curved surface, a left bending mode in which the left surface of the yarn-type structure is transformed into a convex curved surface, and a right bending mode in which the right surface of the yarn-type structure is transformed into a convex curved surface. Including, in the upper bending mode, the voltage of the auxiliary piezoelectric wire coupled to the upper surface of the yarn-type structure increases, the voltage of the auxiliary piezoelectric wire coupled to the lower surface decreases, and the voltage of the two auxiliary piezoelectric wires coupled to the left and right surfaces is increased. The voltage increases, but more slowly than the voltage of the auxiliary piezoelectric wire coupled to the upper surface, and the voltages of the lower bending mode, the left bending mode, and the right bending mode also change in the same manner depending on the direction.
여기서, 상기 상하좌우 보조 압전와이어(310, 320, 330, 340)의 전압변화의 조합으로 상하좌우 굽힘모드의 방향을 구별할 수 있다. 대표로 도 5(a) 그래프를 확인해 보면, 상 보조 압전와이어(310)의 전압이 증가하고 하 보조 압전와이어(320)의 전압은 감소한다. 나머지 좌우 보조 압전와이어(330, 340)의 전압은 증가하되, 상기 상 보조 압전와이어(310)의 전압보다 느리게 증가한다. 부가적으로 센서 중심부의 압전와이어(100)의 전압과 압저항와이어(200)의 전기저항은 증가하되, 상기 상 보조 압전와이어(310)의 전압보다 느리고 좌우 보조 압전와이어(330, 340)의 전압보다 빠르게 증가한다. 상기 상하좌우 보조 압전와이어(310, 320, 330, 340)의 전압변화의 조합으로 상 굽힘모드를 식별할 수 있다. Here, the direction of the up, down, left, and right bending modes can be distinguished by a combination of voltage changes of the up, down, left, and right auxiliary piezoelectric wires (310, 320, 330, and 340). Looking at the graph of FIG. 5(a) as a representative example, the voltage of the upper auxiliary piezoelectric wire 310 increases and the voltage of the lower auxiliary piezoelectric wire 320 decreases. The voltage of the remaining left and right auxiliary piezoelectric wires 330 and 340 increases, but increases more slowly than the voltage of the upper auxiliary piezoelectric wire 310. Additionally, the voltage of the piezoelectric wire 100 and the electrical resistance of the piezoresistive wire 200 at the center of the sensor increase, but are slower than the voltage of the upper auxiliary piezoelectric wire 310 and the voltage of the left and right auxiliary piezoelectric wires 330 and 340. increases more rapidly. The upper bending mode can be identified by combining the voltage changes of the up, down, left, and right auxiliary piezoelectric wires 310, 320, 330, and 340.
마찬가지로 다른 방향의 굽힘모드도 상하좌우 보조 압전와이어(310, 320, 330, 340)의 전압변화의 조합으로 구별가능하다. Likewise, bending modes in different directions can be distinguished by a combination of voltage changes of the up, down, left, and right auxiliary piezoelectric wires (310, 320, 330, and 340).
도 6(a)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 얀타입 구조의 상하좌우 방향에 보조 압저항와이어를 추가 결합한 얀타입 변형모드 구별 센서의 전체 구성을 나타낸 도면이며, 도 6(b)는 (a)의 단면도이다.Figure 6(a) is a diagram showing the overall configuration of a yarn-type deformation mode discrimination sensor in which auxiliary piezoresistive wires are additionally combined in the up, down, left, and right directions of the yarn-type structure according to another embodiment of the present invention, and Figure 6(b) is (a) is a cross-sectional view.
도 6(a),(b)를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서는 압저항 물질을 포함하는 보조 압저항와이어(400)를 더 포함하되, 상기 보조 압저항와이어(400)는 상기 얀타입 구조의 상하좌우 방향에 각각 결합될 수 있다. Referring to Figures 6(a) and (b), the yarn-type deformation mode discrimination sensor according to another embodiment of the present invention further includes an auxiliary piezoresistive wire 400 containing a piezoresistive material, wherein the auxiliary pressure The resistance wire 400 may be coupled to the up, down, left, and right directions of the yarn-type structure, respectively.
보조 압저항와이어(400)를 결합하는 구조적인 특징은 보조 압전와이어(300)를 결합하는 구성과 동일하므로 설명은 갈음한다. Since the structural features for combining the auxiliary piezoresistive wire 400 are the same as those for combining the auxiliary piezoresistive wire 300, the description is omitted.
여기서, 얀타입 구조의 상하좌우에 추가하는 네 개의 보조 압저항와이어를 상 보조 압저항와이어(410), 하 보조 압저항와이어(420), 좌 보조 압저항와이어(430), 우 보조 압저항와이어(440)로 구분하여 명명한다. Here, the four auxiliary piezoresistive wires added to the top, bottom, left, and right sides of the yarn-type structure are the upper auxiliary piezoresistive wire (410), the lower auxiliary piezoresistive wire (420), the left auxiliary piezoresistive wire (430), and the right auxiliary piezoresistive wire. It is named separately by (440).
아래 표3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서의 상기 보조 압저항와이어(400)에서 측정되는 전기저항 변화의 조합에 의하여 굽힘모드를 구별할 수 있다. 네 방향 상하좌우 굽힘모드에 대한 상하좌우 보조 압저항와이어(410, 420, 430, 440)에 측정되는 전기저항은 증가 및 감소 변화가 혼재되어 굽힘모드로 식별할 수 있다. Referring to Table 3 below, the bending mode can be distinguished by a combination of the electrical resistance changes measured in the auxiliary piezoresistive wire 400 of the yarn-type deformation mode discrimination sensor according to another embodiment of the present invention. The electrical resistance measured on the up-down, left-right, and left-right auxiliary piezoresistive wires (410, 420, 430, and 440) for the four-way up-down, left-right bending mode shows a mixture of increase and decrease changes, so it can be identified as a bending mode.
표 3. 보조 압저항와이어를 추가한 얀타입 변형모드 구별 센서의 전압 및 전기저항변화Table 3. Voltage and electrical resistance changes of the sensor distinguishing the yarn type deformation mode with the addition of auxiliary piezoresistive wire.
도 7(a),(b),(c),(d)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 얀타입 구조의 상하좌우 방향에 보조 압저항와이어(400)를 추가 결합한 얀타입 변형모드 구별 센서의 굽힘모드에 대한 전압 및 전기저항변화 그래프를 나타낸 도면이다. Figure 7(a), (b), (c), and (d) distinguish the yarn type deformation mode in which auxiliary piezoresistive wires 400 are additionally combined in the up, down, left, and right directions of the yarn type structure according to another embodiment of the present invention. This is a diagram showing the voltage and electrical resistance change graph for the bending mode of the sensor.
도 7(a),(b),(c),(d)를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서의 상기 굽힘모드는 상기 얀타입 구조의 상면이 볼록한 곡면으로 변형되는 상 굽힘모드, 상기 얀타입 구조의 하면이 볼록한 곡면으로 변형되는 하 굽힘모드, 상기 얀타입 구조의 좌면이 볼록한 곡면으로 변형되는 좌 굽힘모드 및 상기 얀타입 구조의 우면이 볼록한 곡면으로 변형되는 우 굽힘모드를 포함하되, 상기 상 굽힘모드는 상기 얀타입 구조의 상면에 결합되는 보조 압저항와이어의 전기저항이 증가하고 상기 하면에 결합되는 보조 압저항와이어의 전기저항은 감소하고 상기 좌면과 우면에 결합되는 두 보조 압저항와이어의 전기저항은 증가하되 상기 상면에 결합하는 보조 압저항와이어의 전기저항보다 느리게 증가하며, 상기 하 굽힘모드, 상기 좌 굽힘모드 및 상기 우 굽힘모드도 방향에 따라 동일한 양상으로 전기저항이 변화한다. Referring to Figures 7(a), (b), (c), and (d), the bending mode of the yarn type deformation mode discrimination sensor according to another embodiment of the present invention is a curved surface where the upper surface of the yarn type structure is convex. An upper bending mode in which the lower surface of the yarn-type structure is transformed into a convex curved surface, a lower bending mode in which the left surface of the yarn-type structure is transformed into a convex curved surface, and a left-side bending mode in which the left surface of the yarn-type structure is transformed into a convex curved surface. Including a right bending mode, wherein the upper bending mode increases the electrical resistance of the auxiliary piezoresistive wire coupled to the upper surface of the yarn-type structure, the electrical resistance of the auxiliary piezoresistive wire coupled to the lower surface decreases, and the left surface and The electrical resistance of the two auxiliary piezoresistive wires coupled to the right surface increases, but increases more slowly than the electric resistance of the auxiliary piezoresistive wire coupled to the upper surface, and the lower bending mode, the left bending mode, and the right bending mode also depend on the direction. Electrical resistance changes in the same manner.
상기 상하좌우 보조 압저항와이어(410, 420, 430, 440)의 전기저항변화의 조합으로 굽힘모드 방향을 식별하는 방법은 상술한 상기 보조 압전와이어(310, 320, 330, 340)의 전압변화의 조합으로 식별하는 방법과 동일하므로 설명은 갈음한다. The method of identifying the bending mode direction by combining the electrical resistance changes of the up, down, left, and right auxiliary piezoresistive wires (410, 420, 430, and 440) is based on the voltage change of the auxiliary piezoelectric wires (310, 320, 330, and 340) described above. Since it is the same as the identification method by combination, the explanation is replaced.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서의 제작방법을 나타낸 도면이다. Figure 8 is a diagram showing a method of manufacturing a yarn-type deformation mode discrimination sensor according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서를 제작하는 방법에 있어서 압전 물질을 포함하는 재료를 사용하여 와이어 형상으로 몰딩하는 압전와이어 성형 단계(s110), 압저항 물질을 포함하는 재료를 사용하여 와이어 형상으로 몰딩하는 압저항와이어 성형 단계(s120) 및 상기 압전와이어와 상기 압저항와이어를 상호 꼬아 얀타입 구조를 형성하는 합사 단계(s130)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 8, in the method of manufacturing a yarn-type deformation mode discrimination sensor according to an embodiment of the present invention, a piezoelectric wire forming step (s110) of molding into a wire shape using a material containing a piezoelectric material, piezoresistance It may include a piezoresistive wire forming step (s120) of molding the piezoresistive wire into a wire shape using a material containing the substance, and a plying step (s130) of twisting the piezoelectric wire and the piezoresistive wire together to form a yarn-type structure.
구체적으로는 압전와이어 성형단계(s110)는 티탄산바륨(BaTiO 3 ) 과 PDMS를 혼합한 재료물질을 사각 와이어 형상의 몰드에 주입하여 70 내지 90°C 의 온도에서 1시간 이상 3시간 이하, 바람직하게는 80°C 의 온도에서 2시간 동안 경화하는 과정을 포함한다. Specifically, the piezoelectric wire forming step (s110) is performed by injecting a mixed material of barium titanate (BaTiO 3 ) and PDMS into a square wire-shaped mold and forming the piezoelectric wire at a temperature of 70 to 90 ° C for more than 1 hour and less than 3 hours, preferably. involves curing at a temperature of 80°C for 2 hours.
압저항와이어 성형단계(s120)는 은 나노입자(AgNP) 와 PDMS를 혼합한 재료물질을 사각 와이어 형상의 몰드에 주입하여 70 내지 90°C 의 온도에서 1시간 이상 3시간 이하, 바람직하게는 80°C 의 온도에서 2시간 동안 경화하는 과정을 포함한다. In the piezoresistive wire forming step (s120) , a mixture of silver nanoparticles (AgNP) and PDMS is injected into a square wire-shaped mold and heated at a temperature of 70 to 90 ° C for more than 1 hour and less than 3 hours, preferably 80 ° C. It involves curing for 2 hours at a temperature of °C.
얀타입 구조를 형성하는 합사 단계(s130)는 상기 압전와이어와 상기 압저항와이어를 상호 꼬아서 얀타입으로 결합하는 과정을 포함한다. The plying step (s130) of forming a yarn-type structure includes a process of twisting the piezoelectric wire and the piezoresistive wire together to combine them into a yarn-type structure.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서의 제작방법 중 압전와이어의 성형단계에 포함되는 쌍극자 정렬과정을 나타낸 도면이다.Figure 9 is a diagram showing the dipole alignment process included in the piezoelectric wire forming step in the method of manufacturing a yarn-type deformation mode discrimination sensor according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 얀타입 변형모드 구별 센서의 제작방법 중 상기 압전와이어 성형 단계는 쌍극자를 상기 압전와이어의 두께방향으로 정렬하는 분극처리 단계를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 9, in the method of manufacturing a yarn-type deformation mode discrimination sensor according to an embodiment of the present invention, the piezoelectric wire forming step may include a polarization treatment step of aligning dipoles in the thickness direction of the piezoelectric wire.
인장 및 비틀림에 대한 전압의 변화가 일관성을 유지하기 위한 처리방법으로 압전와이어의 쌍극자 정렬 과정을 나타낸다. 쌍극자 정렬 과정은 압전와이어 길이방향의 양쪽 단면에 와이어 길이의 전극을 접촉시킨 채, 압전물질의 퀴리온도 이상에서 3 내지 10kV의 전압으로 5 내지 15시간 동안, 바람직하게는 5 내지 8kV의 전압으로 8 내지 12시간 동안 지속하여 압전와이어의 두께방향으로 쌍극자를 정렬하는 방법을 포함한다. The dipole alignment process of the piezoelectric wire is shown as a processing method to maintain consistency in voltage changes in response to tension and twist. The dipole alignment process involves contacting wire-length electrodes to both end surfaces in the longitudinal direction of the piezoelectric wire, at a voltage of 3 to 10 kV above the Curie temperature of the piezoelectric material, for 5 to 15 hours, preferably at a voltage of 5 to 8 kV for 8 hours. It includes a method of aligning dipoles in the thickness direction of the piezoelectric wire for from 12 hours to 12 hours.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.As described above, preferred embodiments of the present invention have been shown and described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the present invention is not limited to the above-described specific embodiments, and the present invention can be modified without departing from the gist of the present invention as claimed in the patent claims. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art in the technical field to which the invention belongs, and these modifications should not be understood individually from the technical idea or perspective of the present invention.
100: 압전와이어
200: 압저항와이어
300: 보조 압전와이어
310: 상 보조 압전와이어
320: 하 보조 압전와이어
330: 좌 보조 압전와이어
340: 우 보조 압전와이어
400: 보조 압저항와이어
410: 상 보조 압저항와이어
420: 하 보조 압저항와이어
430: 좌 보조 압저항와이어
440: 우 보조 압저항와이어
500: 전극
510: 절연유100: Piezoelectric wire
200: Piezoresistive wire
300: Auxiliary piezoelectric wire
310: Phase auxiliary piezoelectric wire
320: Lower auxiliary piezoelectric wire
330: Left auxiliary piezoelectric wire
340: Right auxiliary piezoelectric wire
400: Auxiliary piezoresistive wire
410: Phase auxiliary piezoresistive wire
420: Lower auxiliary piezoresistive wire
430: Left auxiliary piezoresistive wire
440: Right auxiliary piezoresistive wire
500: electrode
510: insulating oil
Claims (6)
압저항 물질을 포함하는 압저항와이어를 포함하되,
상기 압전와이어와 상기 압저항와이어가 상호 꼬여 얀타입 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 얀타입 변형모드 구별 센서. A piezoelectric wire containing a piezoelectric material; and
Including a piezoresistive wire containing a piezoresistive material,
A yarn-type deformation mode discrimination sensor, characterized in that the piezoelectric wire and the piezoresistive wire are twisted together to form a yarn-type structure.
상기 압전와이어에서 측정되는 전압 변화와 상기 압저항와이어에서 측정되는 전기저항 변화의 조합에 의하여 인장모드 또는 비틀림모드를 구별하는 것을 특징으로 하는 얀타입 변형모드 구별 센서. According to paragraph 1,
A yarn-type strain mode discrimination sensor, characterized in that the tension mode or the twist mode is distinguished by a combination of the voltage change measured in the piezoelectric wire and the electrical resistance change measured in the piezoresistive wire.
상기 인장모드는,
상기 얀타입 구조가 신장되는 플러스 인장모드; 및
상기 얀타입 구조가 수축되는 마이너스 인장모드를 포함하되,
상기 플러스 인장모드는 상기 전기저항이 증가하고 상기 전압이 증가하되 상기 전기저항보다 느리게 증가하고, 상기 마이너스 인장모드는 상기 전기저항이 감소하고 상기 전압이 감소하되 상기 전기저항보다 느리게 감소하는 것을 특징으로 하는 얀타입 변형모드 구별 센서.
According to paragraph 2,
The tensile mode is,
A positive tension mode in which the yarn-type structure is stretched; and
Including a negative tension mode in which the yarn-type structure contracts,
In the positive tensile mode, the electrical resistance increases and the voltage increases more slowly than the electrical resistance, and in the negative tensile mode, the electrical resistance decreases and the voltage decreases more slowly than the electrical resistance. A sensor that distinguishes between yarn-type deformation modes.
상기 비틀림모드는,
상기 얀타입 구조의 꼬임에 동일한 방향의 비틀림이 가해지는 플러스 비틀림모드; 및
상기 얀타입 구조의 꼬임에 반대 방향의 비틀림이 가해지는 마이너스 비틀림모드를 포함하되,
상기 플러스 비틀림모드는 상기 전압은 증가하고 상기 전기저항이 증가하되 상기 전압보다 느리게 증가하고, 상기 마이너스 비틀림모드는 상기 전압이 감소하고 상기 전기저항은 감소하되 상기 전압보다 느리게 감소하는 것을 특징으로 하는 얀타입 변형모드 구별 센서.According to paragraph 2,
The torsion mode is,
Plus twist mode in which twist in the same direction is applied to the twist of the yarn-type structure; and
Including a negative twist mode in which twist in the opposite direction is applied to the twist of the yarn-type structure,
In the positive twist mode, the voltage increases and the electrical resistance increases more slowly than the voltage, and in the negative twist mode, the voltage decreases and the electrical resistance decreases but more slowly than the voltage. Type deformation mode discrimination sensor.
압전 물질을 포함하는 재료를 사용하여 와이어 형상으로 몰딩하는 압전와이어 성형 단계;
압저항 물질을 포함하는 재료를 사용하여 와이어 형상으로 몰딩하는 압저항와이어 성형 단계; 및
상기 압전와이어와 상기 압저항와이어를 상호 꼬아 얀타입 구조를 형성하는 합사 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 얀타입 변형모드 구별 센서의 제작방법. In the method of manufacturing a yarn type deformation mode discrimination sensor,
A piezoelectric wire forming step of molding a material containing a piezoelectric material into a wire shape;
A piezoresistive wire forming step of molding a material containing a piezoresistive material into a wire shape; and
A method of manufacturing a yarn-type deformation mode discrimination sensor, comprising the step of twisting the piezoelectric wire and the piezoresistive wire to form a yarn-type structure.
상기 압전와이어 성형 단계는 쌍극자 방향을 상기 압전와이어의 두께방향으로 정렬하는 분극처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 얀타입 변형모드 구별 센서의 제작방법.
According to clause 5,
The piezoelectric wire forming step includes a polarization process of aligning the dipole direction in the thickness direction of the piezoelectric wire.
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| KR102268310B1 (en) | 2019-05-13 | 2021-06-23 | 중앙대학교 산학협력단 | Fabric type multi sensor sheet |
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