KR101353388B1 - Strain measuring method using multiple electrode - Google Patents

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박영빈
김동욱
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국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a method for measuring a strain by using multiple electrodes and, more specifically, a method for measuring a strain measuring change of electric resistance by using a nano complex sensor including conductive nanoparticles and using multiple electrodes measuring the strain according to the measured change in the electric resistance.

Description

다전극을 이용한 스트레인 측정 방법{Strain measuring method using multiple electrode}Strain measuring method using multiple electrodes

본 발명은 다전극을 이용한 스트레인 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전도성 나노입자를 포함하는 나노 복합체 센서를 이용해 전기 저항의 변화를 측정하고, 측정된 전기 저항의 변화에 따라 스트레인을 측정하는 다전극을 이용한 스트레인 측정 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for measuring strain using a multi-electrode, and more particularly, to measure a change in electrical resistance using a nanocomposite sensor including conductive nanoparticles, and to measure strain according to the measured change in electrical resistance. A strain measuring method using an electrode.

일반적으로 항공기나 교량의 건전성을 진단하는 데 가장 널리 사용되는 기법은, 육안 검사, 음향 반출(Acoustic emission:AE), 와전류(Eddy current), 초음파(Ultrasonics), X선 투과시험(X-ray radiography) 등으로 검사 인력과 장비를 투입하여 정기적으로 검사를 수행한다. 이러한 구조물은 상태와 상관없이 정해진 일정에 맞춰 검사를 수행하므로 필요 이상의 인건비가 소모되고, 검사로 인한 구조물의 사용 중단 시간으로 인해 손실이 발생함에 따라 근래에는 내장형 센서들이 도입되고 있다. 주로 사용되는 센서는, 세라믹 기반 압전 센서, 스트레인 게이지, 광섬유, 표면탄성파센서 등이 있다. 이러한 센서들은 높은 정확도, 감도, 신뢰성 등을 갖지만, 센싱 소자를 부착하는 지점, 즉 국부적인 감지(Point sensing)만이 가능함으로 인해 구조물의 응력/변형 상태를 전체적으로 파악하기 어려운 문제점이 있다.Generally, the most widely used techniques for diagnosing the health of aircraft or bridges are visual inspection, acoustic emission (AE), eddy current, ultrasound, X-ray radiography ), Etc., and inspections are conducted periodically. Since these structures are inspected according to a predetermined schedule irrespective of the state, built-in sensors are being introduced in recent years as labor costs are consumed more than necessary and losses are caused by the use time of the structures due to the inspection. Commonly used sensors include ceramic-based piezoelectric sensors, strain gages, optical fibers, and surface acoustic wave sensors. These sensors have high accuracy, sensitivity, reliability, etc. However, there is a problem that it is difficult to grasp the stress / deformation state of the structure as a whole due to the point where the sensing element is attached, that is, only the local sensing (Point sensing) is possible.

KR 10-2012-0050740 AKR 10-2012-0050740 A

본 발명의 목적은, 구조체의 변형 상태를 보다 간편하고 정확하게 파악할 수 있는 다전극을 이용한 스트레인 측정 방법을 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a strain measuring method using a multi-electrode which can more easily and accurately grasp the deformation state of a structure.

본 발명에 따른 다전극을 이용한 스트레인 측정 방법은, 비전도성 폴리머 내부에 전도성 나노물질들이 배치된 센서부의 둘레를 따라 서로 이격되게 복수의 전극들을 배치하는 단계와, 상기 복수의 전극들의 위치에 따라 상기 센서부를 복수의 가상 구역으로 구분하는 단계와, 상기 복수의 전극들 사이의 저항 변화를 측정하는 단계와, 미리 저장된 저항값과 측정된 저항 변화값을 비교하고, 저항 변화가 측정된 전극 쌍들을 판단하는 단계와, 상기 복수의 가상 구역 중에서 상기 저항 변화가 측정된 전극 쌍들을 연결하는 전극 경로들이 공통으로 지나가는 가상 구역을 산출하여, 변형 위치를 판단하는 단계와, 상기에서 산출된 가상 구역의 저항값을 통해 유효 스트레인을 산출하는 단계를 포함한다. In the strain measuring method using the multi-electrode according to the present invention, disposing a plurality of electrodes spaced apart from each other along the periphery of the sensor portion in which the conductive nanomaterials are disposed in the non-conductive polymer, and the position of the plurality of electrodes Dividing a sensor into a plurality of virtual zones, measuring a resistance change between the plurality of electrodes, comparing a previously stored resistance value with a measured resistance change value, and determining electrode pairs for which the resistance change is measured. And calculating a virtual zone through which electrode paths connecting the electrode pairs of which the resistance change is measured are commonly passed among the plurality of virtual zones, determining a deformation position, and calculating the resistance value of the virtual zone. Comprising a step of calculating the effective strain through.

본 발명의 다른 측면에 따른 다전극을 이용한 스트레인 측정 방법은, 비전도성 폴리머 내부에 전도성 나노물질들이 배치된 센서부의 둘레를 따라 서로 이격되게 복수의 전극들을 배치하는 단계와, 상기 복수의 전극들의 위치에 따라 상기 센서부를 복수의 가상 구역으로 구분하는 단계와, 상기 복수의 전극들 사이의 저항 변화를 측정하는 단계와, 상기 한 쌍의 전극씩 연결하는 전극 경로들 중에서 상기 각 가상 구역을 지나가는 전극 경로에 있는 전극 쌍들의 저항 변화값을 이용해 각 전극 경로에 대한 스트레인 값들을 각각 계산하고, 계산된 스트레인 값들을 통해 상기 복수의 가상 구역들의 유효 스트레인을 각각 계산하는 단계와, 상기 가상 구역의 유효 스트레인에 따라 변형 분포 및 변형 형태를 판단하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a strain measuring method using a multi-electrode includes disposing a plurality of electrodes spaced apart from each other along a circumference of a sensor part in which conductive nanomaterials are disposed inside a non-conductive polymer, and the positions of the plurality of electrodes. Dividing the sensor unit into a plurality of virtual zones, measuring a change in resistance between the plurality of electrodes, and an electrode path passing through each virtual zone among electrode paths connecting the pair of electrodes; Computing the strain values for each electrode path using the change in the resistance of the electrode pairs in the step, and using the calculated strain values to calculate the effective strain of the plurality of virtual zones respectively, and to the effective strain of the virtual zone Determining the deformation distribution and deformation shape accordingly.

본 발명은, 소수의 전극으로 얻어지는 저항 값만으로도 구조체의 변형 상태를 보다 간단하고 정확하게 판단할 수 있는 이점이 있다. The present invention has the advantage that the deformation state of the structure can be more simply and accurately determined only by the resistance value obtained with a few electrodes.

또한, 나노 복합체 센서가 부착된 구조체의 변형을 국부적으로 감지하지 않고 전체적으로 파악할 수 있는 이점이 있다. In addition, there is an advantage that can be understood as a whole without locally sensing the deformation of the structure to which the nanocomposite sensor is attached.

또한, 변형 위치, 분포, 정도를 파악하기 위한 알고리즘이 단순하기 때문에 고성능의 컴퓨터가 필요하지 않은 이점이 있다.In addition, there is an advantage that a high performance computer is not necessary because the algorithm for identifying the deformation position, distribution, and degree is simple.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 나노 복합체 센서가 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다전극을 이용한 스트레인 측정방법을 위한 제어 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 디스플레이에서 변형 크기를 나타내기 위한 컬러차트의 일예이다.
도 4는 도 1에 도시된 나노 복합체 센서를 이용하여 변형 위치를 파악하는 방법이 도시된 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 나노 복합체 센서의 다른 예가 도시된 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 나노 복합체 센서를 이용하여 변형 분포 및 정도를 파악하는 방법이 도시된 순서도이다. 1 is a view showing a nanocomposite sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a control block diagram for a strain measuring method using a multi-electrode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an example of a color chart for indicating deformation size in the display shown in FIG. 2.
4 is a flowchart illustrating a method of determining a deformation position using the nanocomposite sensor illustrated in FIG. 1.
5 is a view showing another example of the nanocomposite sensor according to the present invention.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of determining strain distribution and degree using the nanocomposite sensor illustrated in FIG. 5.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 다전극을 이용한 스트레인 측정방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a strain measuring method using a multi-electrode according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다전극을 이용한 스트레인 측정방법은 나노 복합체 센서(S)를 이용해 스트레인을 측정하는 방법이다. 상기 나노 복합체 센서는, 센서부(100), 전극(20), 저항 측정기(30), 컴퓨터(40)를 포함한다. 1 and 2, a strain measuring method using a multi-electrode according to an exemplary embodiment of the present invention is a method of measuring strain using a nanocomposite sensor (S). The nanocomposite sensor includes a sensor unit 100, an electrode 20, a resistance meter 30, and a computer 40.

상기 센서부(100)는 폴리머 내부에 전도성 나노물질들이 배치된 나노 복합소재이고, 얇은 판 형상의 필름 센서이다. 상기 전도성 나노물질들은 상기 폴리머 내부에 분산 배치된다. 상기 폴리머는 상기 전도성 나노물질들이 고루 분산됨으로써 측정장치로써 필요한 성질을 나타낼 수 있는 소재를 적용할 수 있다. 상기 폴리머로는 폴리메틸 메타크리레이트(Polymethyl methacrylate)를 사용하는 것으로 예를 들어 설명하나, 이외에 에폭시(Epoxy), 폴리에틸렌(Polyethylene)나 섬유강화플라스틱(FRP)를 사용하는 것도 가능하고, 다양한 폴리머 소재를 적어도 2개 이상 혼합하여 사용하는 것도 물론 가능하다.The sensor unit 100 is a nanocomposite material in which conductive nanomaterials are disposed in a polymer, and is a film sensor having a thin plate shape. The conductive nanomaterials are dispersed and disposed within the polymer. The polymer may be a material that can exhibit the necessary properties as a measuring device by uniformly dispersing the conductive nanomaterials. For example, polymethyl methacrylate may be used as the polymer. However, in addition to epoxy, polyethylene, or fiber reinforced plastic (FRP) may be used, and various polymer materials may be used. It is also possible to use a mixture of at least two or more.

상기 전도성 나노물질들을 상기 폴리머 내부에 적절히 분산시키면 높은 전기전도성 및 선형성의 특징을 갖게 된다. 상기 전도성 나노물질들은, 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nano Tube)나 그래핀, 또는 상기 탄소나노튜브나 그래핀을 혼합하여 사용할 수도 있으며, 이하, 전도성 나노입자라 칭한다. 이에 한정되지 않고, 상기 전도성 나노물질들은 잘게 잘려진 탄소섬유 등이 사용될 수 있다. Appropriate dispersion of the conductive nanomaterials within the polymer results in high electrical conductivity and linearity. The conductive nanomaterials may be carbon nanotubes (CNTs) or graphenes, or may be mixed with the carbon nanotubes or graphenes. Hereinafter, the conductive nanomaterials are referred to as conductive nanoparticles. The conductive nanomaterials may be carbon fibers or the like.

이하, 도 1 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 다전극을 이용한 스트레인 측정방법에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, a strain measuring method using a multi-electrode according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 4.

먼저, 센서부(100)에 복수의 전극들(20)을 배치한다. 상기 복수의 전극들(20)의 개수와 상기 센서부(100)의 면적은 서로 상관관계를 가진다. 즉, 상기 센서부(100)의 면적이 커지나 상기 전극들(20)의 개수를 늘리지 않을 경우, 정확도가 낮아지게 된다. 따라서, 상기 센서부(100)의 면적이 커질 경우 상기 전극들(20)의 개수도 늘려줘야 한다. 즉, 상기 전극들(20)의 개수는 상기 센서부(100)의 면적에 비례하도록 설정한다. 일 예로서, 도 1을 참조하면, 상기 센서부(100)의 둘레를 따라 16개의 전극들(1~16)을 배치하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 전극들(1~16)은 서로 소정간격 이격되게 배치된다. 상기와 같이, 16개의 전극이 배치될 경우, 총 120쌍의 전극 쌍을 이루게 된다. First, the plurality of electrodes 20 are disposed in the sensor unit 100. The number of the plurality of electrodes 20 and the area of the sensor unit 100 have a correlation with each other. That is, if the area of the sensor unit 100 becomes large but the number of the electrodes 20 is not increased, the accuracy is lowered. Therefore, when the area of the sensor unit 100 increases, the number of the electrodes 20 should also be increased. That is, the number of the electrodes 20 is set to be proportional to the area of the sensor unit 100. As an example, referring to FIG. 1, the sixteen electrodes 1 to 16 are disposed along the circumference of the sensor unit 100, for example. The electrodes 1 to 16 are disposed to be spaced apart from each other by a predetermined interval. As described above, when 16 electrodes are arranged, a total of 120 pairs of electrodes are formed.

상기 복수의 전극들(1~16)의 위치에 따라 상기 센서부(100)를 복수의 가상 구역들(200)로 구분한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 60개의 균일한 가상 구역들(200)로 나눈 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 가상 구역들(200)의 개수는 상기 전극들(20)의 개수와 상관관계가 있다. 예를 들어, 상기 가상 구역들(200)의 크기를 너무 작게 나눌 경우, 특정 가상 구역을 지나가는 후술하는 전극 경로가 없는 경우가 발생하므로 특정 가상 구역에 대한 유효 스트레인 값을 계산할 수 없다. 따라서, 상기 가상 구역들(200)의 개수는 각 가상 구역마다 그 가상 구역을 지나가는 전극 경로의 수가 0이 아니도록 설정되어야 한다.The sensor unit 100 is divided into a plurality of virtual zones 200 according to positions of the plurality of electrodes 1 to 16. As shown in FIG. 1, it will be described by way of example by dividing into 60 uniform virtual zones 200. The number of the virtual zones 200 correlates with the number of the electrodes 20. For example, when the sizes of the virtual zones 200 are too small, there is no electrode path to pass through a specific virtual zone, so that an effective strain value for a specific virtual zone cannot be calculated. Therefore, the number of the virtual zones 200 should be set such that the number of electrode paths passing through the virtual zone in each virtual zone is not zero.

이후, 상기 복수의 전극들(1~16)을 저항 측정기에 연결하여, 모든 전극 쌍 간 저항값을 측정한다.(S1)Thereafter, the plurality of electrodes 1 to 16 are connected to a resistance meter to measure resistance values between all electrode pairs (S1).

각 전극 쌍들의 측정된 저항 값과 미리 저장된 저항값을 비교하여, 저항 변화값을 계산한다.(S2) 상기 미리 저장된 저항값은, 상기 컴퓨터(40)에 저장된 초기값이다. The resistance change value is calculated by comparing the measured resistance value of each electrode pair with the previously stored resistance value (S2). The previously stored resistance value is an initial value stored in the computer 40.

상기 저항 변화값을 계산하여, 저항 변화가 있는 전극 쌍들을 판단하고, 상기 전극 쌍들을 연결하는 전극 경로를 확인한다.(S3) The resistance change value is calculated to determine the electrode pairs having the resistance change, and to determine the electrode path connecting the electrode pairs (S3).

도 1을 참조하여, 4번 전극(4)과 8번 전극(8)사이에 저항 변화가 있고, 5번 전극(5)과 11번 전극(11)사이에 저항 변화가 있다고 예를 들어 설명한다. 상기 4번 전극(4)과 상기 8번 전극(8) 사이에 저항 변화가 있다고 판단되면, 상기 4번 전극(4)과 상기 8번 전극(8)을 연결하는 제4-8전극 경로(R4-8)가 지나가는 가상 구역에서 스트레인이 발생했다고 볼 수 있다. 또한, 상기 5번 전극(5)과 상기 11번 전극(11)을 연결하는 제5-11전극 경로(R5-11)가 지나가는 가상 구역에서도 스트레인이 발생했다고 볼 수 있다. 따라서, 상기 제4-8전극 경로(R4-8)와 상기 제5-11전극 경로(R5-11)가 공통으로 지나가는 가상 구역(A)을 산출하고, 산출된 가상 구역(A)에서 스트레인이 발생했다고 판단할 수 있다. 즉, 상기 산출된 가상 구역(A)이 변형 위치임을 판단할 수 있다. (S4)(S5) With reference to FIG. 1, it demonstrates, for example that there exists a resistance change between the 4th electrode 4 and the 8th electrode 8, and there exists a resistance change between the 5th electrode 5 and the 11th electrode 11. . When it is determined that there is a resistance change between the fourth electrode 4 and the eighth electrode 8, the fourth to eighth electrode path R connecting the fourth electrode 4 and the eighth electrode 8 is determined. Strain has occurred in the virtual zone passing by 4-8 ). In addition, it can be seen that the strain occurred in the virtual zone passing through the 5-11 electrode path (R 5-11 ) connecting the 5th electrode 5 and the 11th electrode (11). Therefore, the virtual zone A through which the 4-8th electrode path R 4-8 and the 5-11th electrode path R 5-11 pass in common is calculated, and the calculated virtual area A is calculated. It can be determined that strain has occurred. That is, it may be determined that the calculated virtual zone A is a deformation position. (S4) (S5)

상기 산출된 가상 구역에서 유효 스트레인을 계산한다.(S6) 상기 변형 위치에서의 변형 정도는, 상기 산출된 가상 구역을 지나는 전극 경로들의 저항 변화값들을 통해 얻어낼 수 있다. 즉, 상기 산출된 가상 구역을 지나는 전극 경로들의 저항 변화값들은 상기 산출된 가상 구역에서 발생하는 스트레인 값과 상관관계가 있다. 상기 유효 스트레인을 계산하는 방법에 대해서는 도 3을 참조하여 뒤에서 상세히 설명한다.Calculate the effective strain in the calculated virtual zone (S6). The degree of deformation at the strain location may be obtained through resistance change values of electrode paths passing through the calculated virtual zone. In other words, the resistance change values of the electrode paths passing through the calculated virtual zone are correlated with the strain values generated in the calculated virtual zone. The method of calculating the effective strain will be described later in detail with reference to FIG. 3.

상기 계산된 유효 스트레인 값에 따라 컬러 차트의 색을 이용해 디스플레이(50)에 표시한다.(S7)According to the calculated effective strain value, the color of the color chart is displayed on the display 50. (S7)

상기와 같이, 저항 변화가 측정된 전극 쌍들을 연결하는 전극 경로를 파악하고, 상기 전극 경로들이 공통으로 지나가는 가상 구역을 산출함으로써, 변형 위치를 파악할 수 있다. As described above, by identifying the electrode paths connecting the electrode pairs of the resistance change is measured, and calculating the virtual zone through which the electrode paths pass in common, it is possible to determine the deformation position.

한편, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 스트레인 측정방법을 이용하여, 전체적인 변형 분포 및 변형 정도를 확인하는 방법에 대해 설명한다. On the other hand, with reference to Figures 5 and 6, using the strain measuring method according to the present invention, a method for confirming the overall strain distribution and the degree of deformation will be described.

도 5를 참조하면, 상기 센서부(100)의 둘레를 따라 8개의 전극들(1~8)을 배치하는 것으로 예를 들어 설명한다. 물론 이에 한정되지 않고, 도 1에 도시된 나노 복합체 센서를 이용하는 것도 물론 가능하다.Referring to FIG. 5, the eight electrodes 1 to 8 are disposed along the circumference of the sensor unit 100, for example. Of course, the present invention is not limited thereto, and of course, the nanocomposite sensor illustrated in FIG. 1 may be used.

상기 센서부(100)는 상기 8개의 전극들(1~8)의 위치에 따라 복수의 가상 구역들로 나누어진다. 여기서는, 상기 가상 구역들은 3*3 직사각형 매트릭스 배열로 이루어진 것으로 예를 들어 설명한다. 즉, 상기 가상 구역들은 총 9개로 나누어진다. 상기 가상 구역들은 위치대로 (1,1), (1,2)...(3,3)으로 표시한다. 상기 전극들(1~8)은 상기 각 가상 구역당 하나 정도씩 배치된다. The sensor unit 100 is divided into a plurality of virtual zones according to the positions of the eight electrodes 1 to 8. Here, the virtual zones are described as an example of a 3 * 3 rectangular matrix arrangement. That is, the virtual zones are divided into nine in total. The virtual zones are denoted by (1,1), (1,2) ... (3,3) as position. The electrodes 1 to 8 are arranged at about one for each virtual zone.

상기 8개의 전극들(1~8)을 저항 측정기에 연결하여, 모든 전극 쌍 간 저항값을 측정하고, 각 전극 쌍들의 측정된 저항 값과 미리 저장된 저항값을 비교하여, 저항 변화값을 계산한다.(S11)(S12) 상기 미리 저장된 저항값은, 상기 컴퓨터(40)에 저장된 초기값이다. The eight electrodes 1 to 8 are connected to a resistance meter to measure resistance between all electrode pairs, and the resistance change value is calculated by comparing the measured resistance value of each electrode pair with a previously stored resistance value. (S11) (S12) The previously stored resistance value is an initial value stored in the computer 40.

상기에서 측정된 저항 변화값들을 통해 모든 전극 경로들에 대한 스트레인(ε)을 계산한다.(S13) 각 전극 경로에 대한 스트레인(ε)을 계산하는 방법은 수학식 1을 기반으로 한다.Strain ε for all electrode paths is calculated based on the measured resistance change values (S13). The method for calculating strain ε for each electrode path is based on Equation 1.

각 전극 경로에 대한 스트레인을 계산한 후, 모든 가상 구역에 대한 유효 스트레인(εeffective)을 계산한다.(S14) After calculating the strain for each electrode path, the effective strain (ε effective ) for all virtual zones is calculated (S14).

상기 전극 경로에 대한 스트레인(ε)과 상기 가상 구역에 대한 유효 스트레인(εeffective)을 계산하는 방법은 아래와 같다.The method of calculating the effective strain (ε effective) for the virtual area and the strain (ε) on the electrode path is as follows.

Figure 112012076360414-pat00001
Figure 112012076360414-pat00001

Figure 112012076360414-pat00002
Figure 112012076360414-pat00002

ε은 스트레인, R(α,β)는 전극 α와 전극 β 사이의 저항, N은 특정 가상 구역을 지나는 전극 경로의 수, k는 비례상수이다. ε is the strain, R (α, β) is the resistance between the electrode α and the electrode β, N is the number of electrode paths through a certain virtual zone, k is the proportional constant.

도 5를 참조하여, 가상 구역(1,1)에 대한 유효 스트레인(εeffective)을 구하는 방법에 대해 설명한다. 상기 가상 구역 (1,1)의 경우, R(1,8), R(2,8), R(3,8), R(4,8), R(5,8), R(6,8), R(7,8), R(1,7)과 관계가 있음을 알 수 있다. With reference to FIG. 5, the method of obtaining the effective strain ((epsilon) effective ) about the virtual zone (1,1) is demonstrated. For the virtual zone (1, 1), R (1, 8), R (2, 8), R (3, 8), R (4, 8), R (5, 8), R (6, 8), R (7,8), and R (1,7).

상기 수학식 2를 이용하여, 상기 가상 구역(1,1)의 유효 스트레인(εeffective)을 구하는 식은 다음과 같다. By using the equation (2), to obtain the effective strain (ε effective) of the virtual section (1, 1) expression as follows.

Figure 112012076360414-pat00003
Figure 112012076360414-pat00003

상기와 같이, 상기 가상 구역(1,1)의 유효 스트레인은 상기 가상 구역(1,1)을 지나는 전극 경로들의 스트레인의 평균값이다. As above, the effective strain of the virtual zone 1, 1 is the average value of the strain of the electrode paths through the virtual zone 1, 1.

상기와 같은 방법은, 상기 가상 구역(1,1)이외에 나머지 모든 가상 구역에 대한 유효 스트레인을 구할 수 있다. 모든 가상 구역에 대한 유효 스트레인을 구하면, 상기 컬러 챠트를 이용해 각 유효 스트레인 값에 맞는 컬러로 디스플레이(50)에 표시하면, 변형 분포 및 변형 정도를 알 수 있다. (S15)Such a method can find the effective strain for all the virtual zones other than the virtual zones (1,1). When the effective strains for all the virtual zones are obtained, the strain distribution and the degree of deformation can be known by displaying the display 50 in a color suitable for each effective strain value using the color chart. (S15)

한편, 상기와 같은 계산 방법의 정확도를 아래와 같이 검증할 수 있다.On the other hand, the accuracy of the above calculation method can be verified as follows.

정확도 검증방법은 스트레인 값을 먼저 주고 저항 변화값을 계산하여 유효 스트레인을 계산하는 방법이다. The accuracy verification method is a method of calculating the effective strain by giving the strain value first and calculating the resistance change value.

도 5와 같이 구성된 나노 복합체 센서에서 9개의 가상 구역들에 임의의 스트레인 값 ε1, ε2, ε3, ε4, ε5, ε6, ε7, ε8, ε9을 주었다. 스트레인 값을 알면, 상기 스트레인 값에 따른 저항 변화값을 알 수 있다. In the nanocomposite sensor configured as shown in FIG. 5, random strain values ε1, ε2, ε3, ε4, ε5, ε6, ε7, ε8, and ε9 were given to the virtual regions. Knowing the strain value, it is possible to know the resistance change value according to the strain value.

Figure 112012076360414-pat00004
Figure 112012076360414-pat00004

상기 식에 의해 각 전극 경로에 대한 저항 변화값을 계산하고, 상기 저항 변화값들을 이용하여 유효 스트레인을 계산한다. 각 가상구역에 대한 유효 스트레인은 다음과 같다.By the above equation, the resistance change value for each electrode path is calculated, and the effective strain is calculated using the resistance change values. The effective strain for each virtual zone is

Figure 112012076360414-pat00005
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상기 수학식 5에서 εeffective(1,1)는 가상 구역(1,1)의 유효 스트레인이고, 상기 εeffective(1,1)에 영향을 주는 가장 큰 요인은 가상 구역(1,1)의 실제 스트레인 값인 ε1임을 알 수 있었다. 또한, 상기 εeffective(1,1)을 구성하는 요인 중 가상 구역(1,1) 바로 옆의 가상 구역(1,2)의 스트레인 값인 ε2도 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 물리적으로 피검사물인 구조체의 각 가상 구역들은 서로 독립적이지 않고, 주변의 가상 구역과 의존적인 상관관계가 있으므로 이러한 결과가 타당하다. In Equation 5, ε effective (1,1) is the effective strain of the virtual zone (1,1), and the largest factor that affects ε effective (1,1) is the actual of the virtual zone (1,1). It was found that the strain value ε1. In addition, it can be seen that among the factors constituting the ε effective (1,1), ε2, which is a strain value of the imaginary zone (1,2) next to the imaginary zone (1,1), also influences. These results are valid because the virtual zones of the physically inspected structure are not independent of each other and have a dependent correlation with the surrounding virtual zones.

상기와 같이, 각 가상 구역마다 임의의 스트레인 값을 미리 주고, 상기 스트레인 값에 대한 저항 변화값을 계산하고, 계산된 저항 변화값을 통해 유효 스트레인 값을 계산하여, 계산된 유효 스트레인 값과 미리 준 스트레인 값을 비교하여 오차를 계산하고 정확도를 검증할 수 있다. As described above, an arbitrary strain value is given in advance for each virtual zone, a resistance change value for the strain value is calculated, and an effective strain value is calculated based on the calculated resistance change value, and the estimated effective strain value and a predetermined value are given in advance. By comparing the strain values, you can calculate the error and verify the accuracy.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

20: 전극 30: 저항 측정기
40: 컴퓨터 50: 디스플레이
100: 센서부 200: 가상 구역20: electrode 30: resistance meter
40: computer 50: display
100: sensor unit 200: virtual zone

Claims (11)

비전도성 폴리머 내부에 전도성 나노물질들이 배치된 센서부의 둘레를 따라 서로 이격되게 복수의 전극들을 배치하는 단계와;
상기 복수의 전극들의 위치에 따라 상기 센서부를 복수의 가상 구역으로 구분하는 단계와;
상기 복수의 전극들 사이의 저항 변화를 측정하는 단계와;
미리 저장된 저항값과 측정된 저항 변화값을 비교하고, 저항 변화가 측정된 전극 쌍들을 판단하는 단계와;
상기 복수의 가상 구역 중에서 상기 저항 변화가 측정된 전극 쌍들을 연결하는 전극 경로들이 공통으로 지나가는 가상 구역을 산출하여, 변형 위치를 판단하는 단계와;
상기 산출된 가상 구역을 지나는 전극 경로로 연결되는 전극 쌍간의 저항 변화값을 초기 저항으로 나눈 것에 미리 설정된 비례상수를 곱하여, 상기 각 전극 경로에 대한 스트레인 값들을 계산하고, 상기 각 전극 경로에 대한 스트레인 값들을 통해 상기 산출된 가상 구역의 유효 스트레인을 계산하는 단계를 포함하는 다전극을 이용한 스트레인 측정방법.Disposing a plurality of electrodes spaced apart from each other along a circumference of the sensor unit in which the conductive nanomaterials are disposed in the non-conductive polymer;
Dividing the sensor unit into a plurality of virtual zones according to positions of the plurality of electrodes;
Measuring a change in resistance between the plurality of electrodes;
Comparing the measured resistance change value with the previously stored resistance value and determining the electrode pairs in which the resistance change is measured;
Calculating a virtual zone through which electrode paths connecting the electrode pairs of which the resistance change is measured are commonly passed among the plurality of virtual zones, and determining a deformation position;
Calculate the strain values for each electrode path by multiplying the resistance change value between the pair of electrodes connected to the electrode path passing through the calculated virtual zone by the initial resistance, by a preset proportional constant, and for each electrode path. And calculating the effective strain of the calculated virtual zone through the values. 비전도성 폴리머 내부에 전도성 나노물질들이 배치된 센서부의 둘레를 따라 서로 이격되게 복수의 전극들을 배치하는 단계와;
상기 복수의 전극들의 위치에 따라 상기 센서부를 복수의 가상 구역으로 구분하는 단계와;
상기 복수의 전극들 사이의 저항 변화를 측정하는 단계와;
상기 한 쌍의 전극씩 연결하는 전극 경로들 중에서 상기 각 가상 구역을 지나가는 전극 경로에 있는 전극 쌍들의 저항 변화값을 초기 저항으로 나눈 것에 미리 설정된 비례상수를 곱하여 상기 각 전극 경로에 대한 스트레인 값들을 각각 계산하고, 계산된 스트레인 값들을 통해 상기 복수의 가상 구역들의 유효 스트레인을 각각 계산하는 단계와;
상기 가상 구역의 유효 스트레인에 따라 변형 분포 및 변형 형태를 판단하는 단계를 포함하는 다전극을 이용한 스트레인 측정 방법.Disposing a plurality of electrodes spaced apart from each other along a circumference of the sensor unit in which the conductive nanomaterials are disposed in the non-conductive polymer;
Dividing the sensor unit into a plurality of virtual zones according to positions of the plurality of electrodes;
Measuring a change in resistance between the plurality of electrodes;
The strain values for each electrode path are respectively multiplied by a predetermined proportional constant multiplied by the initial resistance divided by the resistance change of the electrode pairs in the electrode path passing through each virtual zone among the electrode paths connecting the pair of electrodes. Calculating and calculating effective strains of the plurality of virtual zones, respectively, from the calculated strain values;
And determining strain distribution and strain shape according to the effective strain of the virtual zone. 비전도성 폴리머 내부에 전도성 나노물질들이 배치된 센서부의 둘레를 따라 서로 이격되게 복수의 전극들을 배치하는 단계와;
상기 복수의 전극들의 위치에 따라 상기 센서부를 복수의 가상 구역으로 구분하는 단계와;
상기 복수의 전극들 사이의 저항 변화를 측정하는 단계와;
미리 저장된 저항값과 측정된 저항 변화값을 비교하고, 저항 변화가 측정된 전극 쌍들을 판단하는 단계와;
상기 복수의 가상 구역 중에서 상기 저항 변화가 측정된 전극 쌍들을 연결하는 전극 경로들이 공통으로 지나가는 가상 구역을 산출하여, 변형 위치를 판단하는 단계와;
상기에서 산출된 가상 구역의 저항값을 통해 유효 스트레인을 산출하는 단계와;
상기 복수의 가상 구역들에 각각 임의로 설정된 스트레인 값을 주고, 상기 스트레인 값에 대한 상기 각 가상 구역들의 저항 변화값을 계산하고, 상기 계산된 저항 변화값들을 통해 각 가상 구역들 유효 스트레인값을 계산하여, 상기 계산된 유효 스트레인값과 상기 설정된 스트레인 값을 비교하여, 정확도를 검증하는 단계를 포함하는 다전극을 이용한 스트레인 측정방법.Disposing a plurality of electrodes spaced apart from each other along a circumference of the sensor unit in which the conductive nanomaterials are disposed in the non-conductive polymer;
Dividing the sensor unit into a plurality of virtual zones according to positions of the plurality of electrodes;
Measuring a change in resistance between the plurality of electrodes;
Comparing the measured resistance change value with the previously stored resistance value and determining the electrode pairs in which the resistance change is measured;
Calculating a virtual zone through which electrode paths connecting the electrode pairs of which the resistance change is measured are commonly passed among the plurality of virtual zones, and determining a deformation position;
Calculating an effective strain based on the calculated resistance value of the virtual zone;
A strain value arbitrarily set to each of the plurality of virtual zones is calculated, a resistance change value of each of the virtual zones is calculated with respect to the strain value, and an effective strain value of each virtual zone is calculated from the calculated resistance change values. And comparing the calculated effective strain value with the set strain value, and verifying accuracy of the strain. 비전도성 폴리머 내부에 전도성 나노물질들이 배치된 센서부의 둘레를 따라 서로 이격되게 복수의 전극들을 배치하는 단계와;
상기 복수의 전극들의 위치에 따라 상기 센서부를 복수의 가상 구역으로 구분하는 단계와;
상기 복수의 전극들 사이의 저항 변화를 측정하는 단계와;
상기 한 쌍의 전극씩 연결하는 전극 경로들 중에서 상기 각 가상 구역을 지나가는 전극 경로에 있는 전극 쌍들의 저항 변화값을 이용해 각 전극 경로에 대한 스트레인 값들을 각각 계산하고, 계산된 스트레인 값들을 통해 상기 복수의 가상 구역들의 유효 스트레인을 각각 계산하는 단계와;
상기 가상 구역의 유효 스트레인에 따라 변형 분포 및 변형 형태를 판단하는 단계와;
상기 복수의 가상 구역들에 각각 임의로 설정된 스트레인 값을 주고, 상기 스트레인 값에 대한 상기 각 가상 구역들의 저항 변화값을 계산하고, 상기 계산된 저항 변화값들을 통해 각 가상 구역들 유효 스트레인값을 계산하여, 상기 계산된 유효 스트레인값과 상기 설정된 스트레인 값을 비교하여, 정확도를 검증하는 단계를 포함하는 다전극을 이용한 스트레인 측정방법.Disposing a plurality of electrodes spaced apart from each other along a circumference of the sensor unit in which the conductive nanomaterials are disposed in the non-conductive polymer;
Dividing the sensor unit into a plurality of virtual zones according to positions of the plurality of electrodes;
Measuring a change in resistance between the plurality of electrodes;
Strain values for each electrode path are respectively calculated using resistance change values of electrode pairs in the electrode paths passing through the virtual zones among the electrode paths connecting the pair of electrodes, and the plurality of electrodes are calculated through the calculated strain values. Calculating each of the effective strains of the hypothetical zones of;
Determining a deformation distribution and a deformation shape according to the effective strain of the virtual zone;
A strain value arbitrarily set to each of the plurality of virtual zones is calculated, a resistance change value of each of the virtual zones is calculated with respect to the strain value, and an effective strain value of each virtual zone is calculated from the calculated resistance change values. And comparing the calculated effective strain value with the set strain value, and verifying accuracy of the strain. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산출된 가상 구역의 유효 스트레인은, 상기 가상 구역을 지나가는 각 전극 경로에 대한 스트레인 값들의 평균값인 다전극을 이용한 스트레인 측정 방법. The method according to any one of claims 1 to 4,
The strain of the calculated virtual zone is a strain measurement method using a multi-electrode is an average value of the strain values for each electrode path passing through the virtual zone. 청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 가상 구역에 따른 유효 스트레인의 크기에 따라 색상을 다르게 적용하여, 변형 상태를 시각적으로 표시하는 단계를 더 포함하는 다전극을 이용한 스트레인 측정 방법. The method according to claim 2 or 4,
And applying color differently according to the size of the effective strain according to the virtual zone, thereby visually displaying a deformation state. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극들의 개수는 상기 센서부의 면적에 비례하도록 설정되는 다전극을 이용한 스트레인 측정 방법. The method according to any one of claims 1 to 4,
And a number of the electrodes is set to be proportional to the area of the sensor unit. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가상 구역의 개수는 상기 하나의 가상 구역을 지나가는 전극 경로의 개수가 0이 안되도록 설정되는 다전극을 이용한 스트레인 측정 방법. The method according to any one of claims 1 to 4,
And the number of the virtual zones is set such that the number of electrode paths passing through the one virtual zone is not zero. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가상 구역은 매트릭스 배열 구조를 갖는 다전극을 이용한 스트레인 측정 방법.The method according to any one of claims 1 to 4,
The virtual region is strain measurement method using a multi-electrode having a matrix array structure. 청구항 9에 있어서,
상기 가상 구역은 직사각형 매트릭스 배열 구조를 갖는 다전극을 이용한 스트레인 측정 방법.The method of claim 9,
The virtual region is strain measurement method using a multi-electrode having a rectangular matrix array structure. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 복수의 가상 구역들에 각각 임의로 설정된 스트레인 값을 주고,
상기 스트레인 값에 대한 상기 각 가상 구역들의 저항 변화값을 계산하고,
상기 계산된 저항 변화값들을 통해 각 가상 구역들 유효 스트레인값을 계산하여,
상기 계산된 유효 스트레인값과 상기 설정된 스트레인 값을 비교하여, 정확도를 검증하는 다전극을 이용한 스트레인 측정방법.The method according to claim 1 or 2,
Giving a randomly set strain value to each of the plurality of virtual zones,
Calculate a resistance change value of each of the virtual zones with respect to the strain value,
The effective strain value of each virtual zone is calculated from the calculated resistance change values,
The strain measuring method using the multi-electrode to verify the accuracy by comparing the calculated effective strain value and the set strain value.
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