압전센서 및 스트레인게이지

ⅰ.압전센서 압전(piezoelectric) 센서는 인장하거나 압축시키면 전하를 발생시켜 그림과 같이 한쪽 면은 양으로 대전되고, 반대편은 음으로 대전되어 양쪽 면 간에 전위차가 발생된다. 압전 센서 각 표면의 총 전하량 q는 전하이동변위 x에 비례하고, 이 x는 가해진 힘에 비례하여 가 성립한다. 여기서, k는 상수, S는 전하감도이다. 이 전하 감도는 물질에 따라 다르고, 결정의 방향에 따라 달라진다. 발생된 전압은 인가된 압력에 비례하며, 전압 감도는 수정의 경우 약 0.055V/mPa, 바륨 타이타네이트는 약 0.xxxV/mPa 정도이다. 압전 센서는 압력, 힘, 가속도의 계측에 사용된다. 그런데, 압력 변화에 의하여 생성된 전하는 오래 유지되지 않고 곧 사라지므로 과도 변화의 계측에 이용된다. 스트레인게이지 그림 2.55와 같은 전기 저항형 스트레인 게이지는 금속선, 금속박막띠 또는 웨이퍼 같은 반도체 띠로 제조되어 있으며, 계측하고자 하는 물체의 표면에 부착시켜 사용한다. 이 표면이 변형(strain)을 받으면, 그 저항값이 변화하게 되고, 전체 저항에 대한 저항변화의 비율 ΔR/R이 변형량 ε에 비례한다. 여기서, G는 게이지 상수이다. 변형량은 원래 길이에 대한 길이 변화의 비이므로 스트레인 게이지가 부착되어 있는 물체의 길이 변화를 저항의 변화를 통해 계측하는 것이다. 일반적으로 사용되는 금속선이나 박막을 이용한 형태는 게이지 상수가 약 2 정도가 된다. 반면에 실리콘 반도체의 경우는 p 타입은 +100 이상 n 타입은 -100 이하가 된다. 스트레인 게이 지의 문제점 중의 하나는 저항 변화가 변형량뿐만 아니라 온도에 의해서도 변화한다는 것이다. 특히 반도체의 경우 온도에 대한 감도가 금속형보다 훨씬 크다. (a) 금속선 (b) 금속 박막 (c) 반도체 그림 2.55 스트레인 게이지 저항이 100Ω이고, 게이지 상수가 2.0인 전기 저항형 스…
저항이 10…