• Smart Structures and Systems
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• 제6권5_6호
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• pp.641-659
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• 2010

Structural Health Monitoring (SHM) gradually becomes a technique for ensuring the health and safety of civil infrastructures and is also an important approach for the research of the damage accumulation and disaster evolving characteristics of civil infrastructures. It is attracting prodigious research interests and the active development interests of scientists and engineers because a great number of civil infrastructures are planned and built every year in mainland China. In a SHM system the sheer number of accompanying wires, fiber optic cables, and other physical transmission medium is usually prohibitive, particularly for such structures as offshore platforms and long-span structures. Fortunately, with recent advances in technologies in sensing, wireless communication, and micro electro mechanical systems (MEMS), wireless sensor technique has been developing rapidly and is being used gradually in the SHM of civil engineering structures. In this paper, some recent advances in the research, development, and implementation of wireless sensors for the SHM of civil infrastructures in mainland China, especially in Dalian University of Technology (DUT) and Harbin Institute of Technology (HIT), are introduced. Firstly, a kind of wireless digital acceleration sensors for structural global monitoring is designed and validated in an offshore structure model. Secondly, wireless inclination sensor systems based on Frequency-hopping techniques are developed and applied successfully to swing monitoring of large-scale hook structures. Thirdly, wireless acquisition systems integrating with different sensing materials, such as Polyvinylidene Fluoride(PVDF), strain gauge, piezoresistive stress/strain sensors fabricated by using the nickel powder-filled cement-based composite, are proposed for structural local monitoring, and validating the characteristics of the above materials. Finally, solutions to the key problem of finite energy for wireless sensors networks are discussed, with future works also being introduced, for example, the wireless sensor networks powered by corrosion signal for corrosion monitoring and rapid diagnosis for large structures.

• Composites Research
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• 제22권6호
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• pp.1-6
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• 2009

탄소나노튜브 고분자 복합체는, 외력에 의한 변형에 따라 전기적 저항이 변화하는 피에조저항(piezoresistivity) 거동을 나타낸다. 피에조저항은 고분자 모재 내에서 탄소나노튜브가 형성하는 전기전도망(conductive network)의 변화에 의해서 발현된다. 피에조저항 낮은 탄소나노튜브 함유량에서 더 현저하게 나타난다. 탄소섬유, 카본블랙 등 타 탄소기반 소재에 비해 전기전도도와 길이 대 직경비(aspect ratio)가 월등히 우수하기 때문에, 낮은 탄소나노튜브의 함유량에서도 스트레인 센싱시스템을 구현할 수 있다. 본 연구에서는, 구조물에 부착 또는 임베드 시켜서 구조물의 건전성을 실시간을 진단할 수 있는 탄소나노튜브 고분자 복합체 기반 센싱시스템을 개발하였다. 센서는 열가소성 수지와 다중벽 탄소나노튜브를 사용하여 필름 형태로 제조되었으며, 센싱 성능은 나노복합체를 구조물에 부착한 후 인장, 굽힘, 압축 등의 다양한 형태의 하중을 가하면서 평가하였다.

• 센서학회지
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• 제10권3호
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• pp.148-155
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• 2001

생체 내 압력을 in-situ로 측정하기 위해 삽입하는 카테터의 내부에 탑재될 압력센서를 설계, 제조하여 그 특성을 측정하였다. 카테터의 내경 1mm에 맞도록 $150\;{\mu}m$(두께) ${\times}$ (600, 700, 800, 900, 1000) ${\mu}m$(폭) ${\times}2\;mm$(길이)로 제조하였고, SDB 웨이퍼의 두꺼운 쪽을 KOH수용액을 이용하여 $134\;{\mu}m$로 식각하여 폭이 1 mm이하인 소자의 제조가 가능하도록 하였다. 기존의 휘트스톤 브리지와는 다르게 단일 압저항과 기준 저항을 형성시켜 보다 소형으로 제조하였다. 단일 압저항을 사용하기 때문에 감도가 휘트스톤 브리지형 센서 보다 감소하므로 ANSYS 55.1로 시뮬레이션하여 압력 센서의 감도가 최대가 되도록 압저항체의 형태와 위치를 최적화 시켰다. 또한 다이아프램 변에 수직인 저항과 수평인 저항을 넣은 쌍 압저항 센서도 동시에 제조하여 특성을 비교한 결과 다이아프램이 소형일수록 단일 압저항 센서의 감도가 우수함을 알 수 있었다. 센서의 압력에 대한 변화를 측정하기 위해 압저항에 정전류원을 인가하여 증폭회로로 측정한 단일 압저항 센서의 최대 감도는 $1.6\;{\mu}V/V/mmHg$였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제25권3호
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• pp.55-59
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• 2018

본 연구에서는 Si/$SiO_2$/Si-sub 구조의 SDB (silicon-direct-bonding) 웨어퍼 상에 형성된 다이아프램(diaphragm)에 제조된 전단응력형 압전저항 특성을 분석하였다. 다이아프램은 MEMS (Microelectromechanical System) 기술을 이용해 형성하였다. TMAH 수용액을 이용해 웨이퍼 후면을 식각하여 형성된 다이아프램 구조는 각종 센서제작에 활용할 수 있다. 본 연구에서는 다이아프램 상에 형성시킨 전단응력형 압전저항의 최적의 형상조건을 ANSYS 시뮬레이션을 통하여 찾고 실제 반도체 미세가공기술을 이용해 다이아프램 구조를 형성시키고 이에 붕소(boron)을 주입하여 형성시킨 전단응력형 압전저항의 특성을 시뮬레이션 결과와 비교 분석하였다. 압력감지 다이아프램은 정방형으로 제조되었다. 다이아프램의 모서리의 중심부에서 동일한 압력에 대한 최대 전단응력은 구조물이 정방형일 때 발생한다는 것을 실험으로 확인할 수 있었다. 따라서 압전저항은 다이아프램의 가장자리 중앙에 위치시켰다. 제조된 전단응력형 압전저항은 시뮬레이션 결과와 잘 일치하였고 $2200{\mu}m{\times}2200{\mu}m$ 크기의 다이아프램에 형성된 압전저항의 감도는 $183.7{\mu}V/kPa$로 나타났으며 0~100 kPa 범위의 압력에서 1.3%FS의 선형성을 가졌으며 감도의 대칭성 또한 우수하게 나타났다.

• 센서학회지
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• 제6권5호
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• pp.346-355
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• 1997

본 논문에서는 범용 유한요소 구조해석 프로그램인 ANSYS를 이용하여 가속도센서의 미세기계구조부의 스트레스 분포와 주파수특성을 해석하였다. 해석된 결과로 부터 자동차의 에어백 시스템에 들어가는 가속도센서의 사양에 적합한 새로운 형태의 6빔 압저항형 가속도센서의 파라미터 값을 설정하였다. 이때, 설계된 가속도 센서의 매스 패드의 반경 및 빔 길이, 빔 폭, 빔 두께의 각 파라미터 값은 $500{\mu}m$, $350{\mu}m$, $100{\mu}m$, $5{\mu}m$였으며, 그리고 같은 구조의 센서에서 진동질량은 0.4 mg과 0.8mg인 두가지 종류로 정의하였다. 설계된 구조를 가지고 (111)면 n 실리콘웨이퍼에 $n^{+}$ 영역이 선택적으로 확산된 $n/n^{+}/n$ 3층 구조를 사용하여 6빔 압저항형 실리콘 가속도센서를 제조하고, 특성을 조사하였다. 이때, 센서의 미세기계구조를 형성하기 위하여 다공질 실리콘 에칭법을 이용한 마이크로머시닝 기술을 사용하였다.

• 감성과학
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• 제24권2호
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• pp.49-56
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• 2021

본 연구의 목적은 생체 신호 측정 압력 및 인장 직물 센서의 전극을 자수 공정을 이용하여 제작할 때 전도사의 필요 물성을 파악하는 것이다. 스마트 웨어러블 제품의 전극을 전도사를 이용한 자수 공정을 통해 전극 및 회로 등을 제작하면 불필요한 재료 손실이 없고 복잡한 전극 모양이나 회로 디자인을 컴퓨터 자수기를 이용하여 추가 공정 없이 제작할 수 있다. 하지만 보통의 전도사는 자수 공정 내의 부하를 못 이기고 사절 현상이 발생하기에 본 연구에서는 silver coated multifilament yarn 3종류의 기계적 물성인 S-S curve, 두께, 꼬임 구조 등을 분석하고 동시에 자수기의 실의 부하를 측정하여 자수 공정 내 전도사의 필요 물성을 분석하였다. 실제 샘플 제작에서 S-S curve의 측정 결과가 가장 낮은 silver coated polyamide/polyester가 아닌 silver coated multifilament의 사절이 발생하였으며 그 차이는 실의 꼬임 구조와 사절이 일어난 부분을 관찰한 결과 수직으로 반복적인 부하가 일어나는 자수 공정에서 꼬임이 풀리면서 사절이 일어나는 것을 알 수 있었다. 추가적으로 압저항 압력/인장 센서를 제작하여 생체 신호 측정용 지표인 gauge factor를 측정하였으며 스마트 웨어러블 제품의 대량 생산화에 중요한 부분인 자수 전극 제작으로의 적용 가능성을 확인하였다.