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KR101943891B1 - Apparatus for measuring piezoelectric properties of piezoelectric fiber - Google Patents

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KR101943891B1
KR101943891B1 KR1020170010580A KR20170010580A KR101943891B1 KR 101943891 B1 KR101943891 B1 KR 101943891B1 KR 1020170010580 A KR1020170010580 A KR 1020170010580A KR 20170010580 A KR20170010580 A KR 20170010580A KR 101943891 B1 KR101943891 B1 KR 101943891B1
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piezoelectric
piezoelectric fiber
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fiber
measuring
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최교준
황희윤
김성수
황상균
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 원형 또는 코어셀 구조의 압전 섬유의 압전 물성을 측정하는 압전 물성 측정 장치에 관한 것으로, 상부 및 하부 전극이 형성된 압전 섬유; 고정판 상부에 형성된 동판에 상기 압전 섬유를 배치하는 고정부; 저면으로부터 길이 방향으로 연장된 상부 팁을 통해 상기 압전 섬유의 상부 전극에 하중 또는 진동을 인가하는 구동부; 및 상기 압전 섬유에 하중 또는 진동이 인가될 때 압전 섬유의 종류에 따라 상부 팁과 동판 또는 상부 팁과 압전 섬유를 관통하는 연결핀을 통하여 상기 압전 섬유의 상부 및 하부 전극의 신호를 수집하여 압전 물성을 측정하는 계측부;를 포함한다. The present invention relates to a piezoelectric physical property measuring apparatus for measuring piezoelectric properties of a piezoelectric fiber having a circular or core cell structure, the piezoelectric fiber having upper and lower electrodes formed thereon; A fixing part for disposing the piezoelectric fiber on a copper plate formed on an upper part of a fixing plate; A driving unit for applying a load or a vibration to the upper electrode of the piezoelectric fiber through an upper tip extending in the longitudinal direction from the bottom surface; And a controller for collecting signals of the upper and lower electrodes of the piezoelectric fiber through a connection pin passing through the upper tip and the copper plate or the upper tip and the piezoelectric fiber depending on the type of the piezoelectric fiber when a load or vibration is applied to the piezoelectric fiber, And a measurement unit for measuring the temperature.

Description

압전 섬유의 압전 물성 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING PIEZOELECTRIC PROPERTIES OF PIEZOELECTRIC FIBER}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an apparatus for measuring piezoelectric properties of piezoelectric fibers,

본 발명은 원형 또는 코어셀 구조의 압전 섬유의 압전 물성을 측정하는 압전 물성 측정 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a piezoelectric physical property measuring apparatus for measuring piezoelectric properties of a piezoelectric fiber having a circular or core cell structure.

일반적으로 압전 소재는 에너지 수확 소자의 핵심 소재로서 다양한 응용 분야를 가진다. 따라서, 실용적인 에너지 수확 소자, 액츄에이터, 압력센서 등의 압전 소자로 사용할 수 있는 고효율의 압전 소재 개발과 함께 다양한 압전 소재의 압전 물성 측정 방법들이 활용되고 있다.In general, piezoelectric materials have various applications as core materials of energy harvesting devices. Therefore, in addition to the development of high-efficiency piezoelectric materials that can be used as piezoelectric elements such as practical energy harvesting elements, actuators, and pressure sensors, methods of measuring piezoelectric properties of various piezoelectric materials are utilized.

종래의 압전 소재의 압전 물성 측정 방법의 일 예로는 판 형상의 압전 소자의 위와 아랫면에 전극을 형성하고 해당 면에 진동을 가하여 발생하는 전기적 신호를 측정하는 d33 방향 압전 물성 측정 방법이 있다. 이 방법은 압전 소재의 압전 물성을 측정하는데 가장 보편적으로 사용되는 d33 meter 장비의 방법으로 간편하고 빠르게 압전 물성을 측정할 수 있는 장점이 있다. As an example of a conventional method of measuring piezoelectric properties of a piezoelectric material, there is a d33 direction piezoelectric property measuring method in which an electrode is formed on the upper and lower surfaces of a plate-shaped piezoelectric element, and an electrical signal generated by applying vibration to the surface is measured. This method is advantageous in that it can measure the piezoelectric properties easily and quickly by the d33 meter method which is most commonly used to measure the piezoelectric properties of the piezoelectric material.

종래의 압전 소재의 압전 물성 측정 기법의 다른 예로는 횡 방향의 압전 물성(d31, d32) 측정 방법이 있다. 이 방법은 d33 방향의 압전 물성 측정 방법과는 다르게 소재에 인장력을 가하여 변위, 변형률 및 전하량을 측정하고 이로부터 압전 상수를 계산한다. Another example of a conventional piezoelectric material property measuring method is a method of measuring the piezoelectric properties (d31, d32) in the transverse direction. In this method, unlike the d33 direction piezoelectric property measurement method, tensile force is applied to the material, displacement, strain and charge amount are measured and the piezoelectric constant is calculated therefrom.

그 밖에도 압축기와 진공 펌프를 사용하여 d31과 d33의 방향의 압전 물성을 한 번에 측정할 수 있는 압전 물성 측정 방법이 있으며, 압전 세라믹의 박막 형상이 아닌 압전 나노 분말 소재의 경우 투과 전자 현미경을 측정 장비에 적용시켜 나노 분말에 가해지는 압입 하중과 위치를 제어하는 시스템 및 방법이 있다.In addition, there is a piezoelectric property measurement method that can measure the piezoelectric properties in the direction of d31 and d33 at one time by using a compressor and a vacuum pump. In the case of a piezoelectric nano powder, which is not a thin film of piezoelectric ceramics, There is a system and a method for controlling the indentation load and position applied to the nano powder by applying to the apparatus.

그런데, 상술한 종래의 압전 물성 측정 방법들은 판 혹은 필름, 그리고 나노 입자 형상의 압전 구조체의 물성을 측정하는 방법이기 때문에 원형 형상 혹은 코어쉘 구조를 갖는 압전 섬유의 압전 물성 측정에 적용하기 어려운 문제가 있다.However, since the above-described conventional methods for measuring piezoelectric properties are methods for measuring physical properties of a plate, film, and nanoparticle piezoelectric structure, there is a problem that is difficult to apply to measurement of piezoelectric properties of a piezoelectric fiber having a circular or core- have.

본 발명의 목적은 원형 형상 혹은 코어쉘 구조를 갖는 압전 섬유의 압전 물성을 측정할 수 있는 압전 섬유의 압전 물성 측정 장치를 제공하는데 있다. An object of the present invention is to provide an apparatus for measuring piezoelectric properties of a piezoelectric fiber capable of measuring piezoelectric properties of a piezoelectric fiber having a circular shape or a core shell structure.

본 발명의 다른 목적은 마이크로 혹은 나노 단위의 원형 압전 섬유의 d33 방향 압전 물성을 정밀하게 측정할 수 있는 압전 섬유의 압전 물성 측정 장치를 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide an apparatus for measuring piezoelectric properties of piezoelectric fibers capable of precisely measuring the d33 direction piezoelectric properties of micro or nano-unit circular piezoelectric fibers.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 섬유의 압전 물성 측정 장치는, 상부 및 하부 전극이 형성된 원형 압전 섬유; 고정판 상부에 형성된 동판에 상기 압전 섬유를 배치하는 고정부; 상부 팁을 통해 상기 압전 섬유의 상부 전극에 하중 또는 진동을 인가하는 구동부; 및 상기 압전 섬유에 하중 또는 진동이 인가될 때 상부 팁과 동판을 통하여 상기 압전 섬유의 상부 및 하부 전극의 신호를 수집하여 압전 물성을 측정하는 계측부;를 포함하며, 상기 상부 전극은, 상기 원형 압전 섬유 표면에 도포되어, 상기 원형 압전 섬유 표면의 형상을 따라 곡면으로 형성되며, 상기 상부 팁은, 소형 로드셀이 배치된 저면으로부터 길이 방향으로 연장되도록 형성되고 단부가 반구형과 침형으로 형성되어, 상기 상부 팁과 접촉되는 상기 곡면으로 형성된 상기 상부 전극의 일 지점에 상기 하중 또는 진동을 인가하는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring piezoelectric properties of a piezoelectric fiber, the apparatus including: a circular piezoelectric fiber having upper and lower electrodes; A fixing part for disposing the piezoelectric fiber on a copper plate formed on an upper part of a fixing plate; A driving unit for applying a load or a vibration to the upper electrode of the piezoelectric fiber through the upper tip; And a measuring unit for collecting signals of the upper and lower electrodes of the piezoelectric fiber through the upper tip and the copper plate when a load or vibration is applied to the piezoelectric fiber to measure the piezoelectric property, The upper tip is formed to extend in the longitudinal direction from the bottom surface on which the small load cell is disposed and the end portion is formed in a hemispherical shape and an acute shape, And the load or vibration is applied to one point of the upper electrode formed of the curved surface which is in contact with the tip.

본 발명의 실시예에 따라 상기 원형 압전 섬유는 축(shaft) 형상의 유전체와 상기 유전체의 상면과 하면에 각각 배치된 상부 전극과 하부 전극으로 구성될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the circular piezoelectric fiber may be composed of a shaft-shaped dielectric material and upper and lower electrodes respectively disposed on upper and lower surfaces of the dielectric material.

본 발명의 실시예에 따라 상기 고정부는 고정부의 측면에 배치되어, 하중 인가시 원형 압전 섬유와 상부 팁의 접촉 위치와 변형되는 원형 압전 섬유의 상태를 확인하는 현미경과, 상기 고정부의 X축과 Y축 위치를 제어하는 2축 스페이지를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the fixing portion is disposed on a side surface of the fixing portion and includes a microscope for confirming a contact position between the circular piezoelectric fiber and the upper tip and a state of the circular piezoelectric fiber to be deformed when a load is applied, And a two-axis switch for controlling the Y-axis position.

본 발명의 실시예에 따라 상기 구동부는 수직 하중 또는 진동을 인가하는 리니어 액츄에이터; 상기 리니어 액츄에이터와 상부 팁 사이에 장착되어 상기 리니어 액츄에이터가 인가하는 하중의 크기를 측정하는 로드셀; 및 상기 리니어 액츄에이터의 측면에 장착되어 리니어 액츄에이터의 위치와 원형 압전 섬유의 변형량을 측정하는 레이저 변위센서;를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the driving unit includes a linear actuator for applying a vertical load or vibration; A load cell mounted between the linear actuator and the upper tip for measuring a magnitude of a load applied by the linear actuator; And a laser displacement sensor mounted on a side surface of the linear actuator for measuring a position of the linear actuator and an amount of deformation of the circular piezoelectric fiber.

본 발명의 실시예에 따라 상기 상부 팁은 반구형과 침형으로 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the upper tip may be hemispherical and needle-shaped.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 섬유의 압전 물성 측정 장치는, 상부 및 하부 전극이 형성된 코어셀 구조의 압전 섬유; 고정판 상부에 형성된 동판에 상기 압전 섬유를 배치하는 고정부; 상부 팁을 통해 상기 압전 섬유의 상부 전극에 하중 또는 진동을 인가하는 구동부; 및 상기 압전 섬유에 하중 또는 진동이 인가될 때 상부 팁과 상기 압전 섬유를 관통하는 연결핀을 통해 압전 섬유의 상부 및 하부 전극의 신호를 수집하여 압전 물성을 측정하는 계측부;를 포함하며, 상기 상부 전극은, 상기 코어셀 구조의 압전 섬유 표면에 도포되어, 상기 코어셀 구조의 압전 섬유 표면의 형상을 따라 곡면으로 형성되며, 상기 상부 팁은, 소형 로드셀이 배치된 저면으로부터 길이 방향으로 연장되도록 형성되고 단부가 반구형과 침형으로 형성되어, 상기 상부 팁과 접촉되는 상기 곡면으로 형성된 상기 상부 전극의 일 지점에 상기 하중 또는 진동을 인가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따라 상기 연결핀이 관통하는 지점에는 상부 전극이 형성되지 않는다. According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring piezoelectric properties of a piezoelectric fiber, comprising: a piezoelectric fiber having a core cell structure in which upper and lower electrodes are formed; A fixing part for disposing the piezoelectric fiber on a copper plate formed on an upper part of a fixing plate; A driving unit for applying a load or a vibration to the upper electrode of the piezoelectric fiber through the upper tip; And a measuring unit for collecting signals of the upper and lower electrodes of the piezoelectric fiber through the upper tip and the connecting pin passing through the piezoelectric fiber when a load or vibration is applied to the piezoelectric fiber to measure the piezoelectric property, The electrode is formed on the surface of the piezoelectric fiber of the core cell structure and is curved along the shape of the surface of the piezoelectric fiber of the core cell structure. The upper tip is formed to extend in the longitudinal direction from the bottom surface where the small- And the end portion is formed into a hemispherical shape and an acicular shape so that the load or vibration is applied to one point of the upper electrode formed with the curved surface that is in contact with the upper tip.
According to an embodiment of the present invention, an upper electrode is not formed at a point where the connection pin passes through.

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본 발명의 실시예에 따라상기 코어셀 구조의 압전 섬유는 축(shaft) 형상의 하부 전극; 상기 하부 전극 위에 형성된 유전체; 및 상기 유전체 위에 형성된 상부 전극;으로 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the piezoelectric fibers of the core cell structure include a shaft-shaped lower electrode; A dielectric formed on the lower electrode; And an upper electrode formed on the dielectric.

본 발명의 실시예에 따라 상기 상부 팁은 반구형과 침형을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the upper tip may comprise hemispherical and needle-shaped.

본 발명의 실시예에 따라 상기 고정부는 고정부의 측면에 배치되어, 하중 인가시 코어셀 구조의 압전 섬유와 상부 팁의 접촉 위치와 변형되는 코어셀 구조의 압전 섬유의 상태를 확인하는 현미경과, 상기 고정판의 X축과 Y축 위치를 제어하는 2축 스페이지를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the fixing portion is disposed on a side surface of the fixing portion and includes a microscope for confirming the state of the piezoelectric fiber of the core cell structure and the contact position of the piezoelectric fiber and the upper tip of the core cell structure, And a two-axis switch for controlling the X-axis and Y-axis positions of the fixing plate.

본 발명의 실시예에 따라 상기 구동부는 수직 하중 또는 진동을 인가하는 리니어 액츄에이터; 상기 리니어 액츄에이터와 상부 팁 사이에 장착되어 상기 리니어 액츄에이터가 인가하는 하중의 크기를 측정하는 로드셀; 및 상기 리니어 액츄에이터의 측면에 장착되어 리니어 액츄에이터의 위치와 원형 압전 섬유의 변형량을 측정하는 레이저 변위센서;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the driving unit includes a linear actuator for applying a vertical load or vibration; A load cell mounted between the linear actuator and the upper tip for measuring a magnitude of a load applied by the linear actuator; And a laser displacement sensor mounted on a side surface of the linear actuator for measuring a position of the linear actuator and an amount of deformation of the circular piezoelectric fiber.

본 발명은 원형 형상 혹은 코어쉘 구조를 갖는 압전 섬유의 압전 물성을 측정할 수 있는 압전 섬유의 압전 물성 측정 장치를 제공함으로써 마이크로 혹은 나노 단위의 원형 압전 섬유의 d33 방향 압전 물성을 측정할 수 있으며, 특히 원형 압전 섬유뿐만 아니라 박판 형상의 압전 물성도 측정이 가능하며, 소형 현미경 및 2축 스테이지를 이용하여 압전 섬유의 측정 위치를 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있다. The present invention provides a device for measuring piezoelectric properties of a piezoelectric fiber capable of measuring piezoelectric properties of a piezoelectric fiber having a circular shape or a core shell structure, thereby measuring the piezoelectric property of the microfine or nano unit circular piezoelectric fiber in the d33 direction, In particular, it is possible to measure not only the circular piezoelectric fiber but also the piezoelectric properties of the thin plate shape, and it is possible to precisely control the measurement position of the piezoelectric fiber by using the small microscope and the two-axis stage.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유의 압전 물성 측정 장치의 정면 구성도.
도 2는 상부 팁의 일 실시예를 나타낸 도면
도 3은 본 발명에 따른 압전 물성 측정 시스템의 고정부를 측면으로 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 원형 압전 섬유 구조 및 압전 물성을 측정하는 방법을 설명하기 위한 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 코어 쉘 구조의 압전 섬유 구조 및 압전 물성을 측정 방법을 설명을 하기 위한 사시도.1 is a front structural view of an apparatus for measuring piezoelectric properties of a piezoelectric fiber according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating one embodiment of an upper tip;
3 is a perspective view showing a side of a fixed portion of a piezoelectric physical property measuring system according to the present invention.
4 is a perspective view illustrating a circular piezoelectric fiber structure and a method of measuring piezoelectric properties according to an embodiment of the present invention.
5 is a perspective view for explaining a piezoelectric fiber structure and a method of measuring piezoelectric properties of a core shell structure according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일.유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which like or similar elements are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.

본 발명은 압전 섬유의 압전 물성을 정밀하게 측정하고 압전 섬유의 측정 위치를 정밀하게 제어할 수 압전 섬유의 압전 물성 측정 장치를 제안하며, 상기 제안된 압전 물성 측정 장치 적용시 압전 섬유의 종류(타입)에 맞는 배치 구조를 사용하여 압전 섬유의 물성을 용이하게 측정할 수 있는 방안을 제안한다. The present invention proposes a piezoelectric property measuring device for accurately measuring a piezoelectric property of a piezoelectric fiber and precisely controlling the measurement position of the piezoelectric fiber. In the proposed piezoelectric property measuring device, ) Of the piezoelectric fiber can be easily measured by using the arrangement structure corresponding to the piezoelectric fiber.

일 실시예로 본 발명은 압전 섬유의 종류가 중실 원형 압전 섬유의 경우 제1전극(+ 전극)은 하중 인가 핀을 사용하여 물성을 측정하고, 제2전극(- 전극)은 고정판 위에 얇은 동판을 배치하여 압전 물성을 측정한다. According to one embodiment of the present invention, the physical properties of the piezoelectric fiber are measured by using a first electrode (+ electrode) and a load applying pin in case of a solid circular piezoelectric fiber, and the second electrode (- electrode) And the piezoelectric properties are measured.

다른 실시예로, 본 발명은 압전 섬유의 종류가 중공 형상의 코어 쉘 구조 섬유인 경우에는 제1전극(+ 전극)은 하중 인가 핀을 사용하고, 제2전극(- 전극)은 섬유 내부에 삽입되어 있는 전극을 사용한다. 섬유 내부에 삽입된 전극은 고정판 끝에 핀을 섬유에 관통시켜 하부 전극 판에 연결시켜 물성을 측정한다. In another embodiment, when the piezoelectric fiber is a core-shell structure fiber of a hollow type, the first electrode (+ electrode) uses a load applying pin and the second electrode (- electrode) The electrode is used. The electrode inserted into the fiber is passed through the fiber at the end of the fixing plate and connected to the lower electrode plate to measure the physical properties.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유의 압전 물성 측정 장치의 정면 구성도이고, 도 2는 상부 팁의 일 실시예를 나타낸다.FIG. 1 is a front view of an apparatus for measuring piezoelectric properties of a piezoelectric fiber according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an embodiment of an upper tip.

도 1에 도시된 바와같이, 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유의 압전 물성 측정 장치는 압전 섬유가 고정되는 고정부(101), 압전 섬유에 수직 하중을 인가하는 구동부(102) 및 수직 하중인 인가된 압전 섬유에서 발생되는 전기 신호를 측정하여 압전 섬유의 압전 물성을 측정하는 계측부(103)으로 구성된다. 1, an apparatus for measuring piezoelectric properties of a piezoelectric fiber according to an embodiment of the present invention includes a fixed portion 101 to which a piezoelectric fiber is fixed, a driving portion 102 for applying a vertical load to the piezoelectric fiber, And a measuring unit 103 for measuring an electric signal generated from the applied piezoelectric fiber and measuring the piezoelectric property of the piezoelectric fiber.

상기 고정부(101)는 압전 섬유(4)가 고정되는 고정판(6)과, 상기 고정판(6)위에 배치되어 압전 섬유의 하부 전극(14)의 신호를 수집하는 동판(7)과, 상기 고정부의 측면에 배치되어, 하중 인가시 압전 섬유(4)와 상부 핀(하중 인가핀)의 접촉 위치와 변형되는 압전 섬유(4)의 상태를 확인하는 소형 현미경(8)과, 상기 고정부의 X축과 Y축 위치를 제어하는 2축 스페이지(9)로 구성된다. The fixing portion 101 includes a fixing plate 6 to which the piezoelectric fibers 4 are fixed, a copper plate 7 disposed on the fixing plate 6 to collect signals of the lower electrode 14 of the piezoelectric fibers, A small microscope 8 disposed on the side of the fixing part for confirming the contact position between the piezoelectric fiber 4 and the upper pin (load applying pin) and the state of the piezoelectric fiber 4 to be deformed when a load is applied, And a two-axis scan page 9 for controlling the X-axis and Y-axis positions.

상기 구동부(102)는 압전 섬유(4)에 수직 하중 또는 진동을 인가하는 리니어 액츄에이터(1)와, 리니어 액츄에이터(1)의 측면에 장착되어 리니어 액츄에이터(1)의 움직임(위치)과 압전 섬유의 변형량을 측정하는 레이저 변위센서(2)와, 리니어 액츄에이터(1)가 인가하는 하중의 크기를 측정하는 소형 로드셀(3)과, 저면으로부터 길이 방향으로 연장되도록 형성되어, 압전 섬유(4)에 직접 하중을 인가하고 압전 섬유(40)의 상부 전극(13)의 신호를 수집하는 상부 팁(5)으로 구성된다. The driving unit 102 includes a linear actuator 1 for applying a vertical load or vibration to the piezoelectric fibers 4 and a linear actuator 2 mounted on the side of the linear actuator 1 for moving the linear actuator 1 A small load cell 3 for measuring the magnitude of the load applied by the linear actuator 1 and a piezoelectric element 3 which is formed so as to extend in the longitudinal direction from the bottom surface and which is directly connected to the piezoelectric fiber 4 And an upper tip 5 for applying a load and collecting signals of the upper electrode 13 of the piezoelectric fibers 40. [

상기 상부 팁(5)은 하중 인가핀으로 도 2에 도시된 바와같이, 단부의 형태에 따라 반구형과 침형으로 형성될 수 있으며, 본 발명에서는 반구형 상부 팁을 예로들어 설명한다. As shown in FIG. 2, the upper tip 5 may be formed into a hemispherical shape and an iris shape according to the shape of the end portion, as shown in FIG. 2, and a hemispherical upper tip will be exemplified in the present invention.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 압전 섬유의 압전 물성 측정 시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다. The operation of the piezoelectric property measuring system of the piezoelectric fiber according to the embodiment of the present invention will be described as follows.

리니어 액츄에이터(1)로 압전 섬유(4)에 수직 하중이 인가되면 상부 팁(5)과 하부 동판(7)은 압전 섬유의 상부 전극(+ 전극)(13)과 하부 전극(- 전극)(14)에서 발생되는 전기신호를 계측한다. 상기 계측된 전기신호는 전하 증폭기(10)에서 증폭된 후 A/D변환기(11)에서 디지털 신호를 변환되어 컴퓨터(e.g., PC)(12)로 입력되고, 상기 컴퓨터(12)는 입력된 전기신호를 표시함으로써 실시간 모니터링이 가능하게 된다. When the linear actuator 1 applies a vertical load to the piezoelectric fibers 4, the upper tip 5 and the lower copper plate 7 are connected to the upper electrode (positive electrode) 13 and the lower electrode (negative electrode) 14 ) Is measured. The measured electrical signal is amplified by a charge amplifier 10 and then converted into a digital signal by an A / D converter 11 and input to a computer 12 (e.g., a PC) By displaying a signal, real-time monitoring becomes possible.

도 3은 본 발명에 따른 압전 물성 측정 시스템의 고정부를 측면으로 나타낸 사시도이다. 도 3을 참조하면, 운용자는 동판(7) 위에 압전 섬유(4)가 배치될 때 소형 현미경(8)을 통해 배치 위치를 확인하거나 또는 하중 인가 시 압전 섬유(4)의 변화된 모습을 관찰할 수 있다. FIG. 3 is a perspective view showing a fixed portion of the piezoelectric physical property measuring system according to the present invention as a side view. 3, when the piezoelectric fiber 4 is placed on the copper plate 7, the operator can observe the position of the piezoelectric fiber 4 through the miniature microscope 8 or observe the changed state of the piezoelectric fiber 4 when the load is applied have.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 원형 압전 섬유 구조 및 압전 물성을 측정하는 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 4 is a perspective view illustrating a circular piezoelectric fiber structure and a method of measuring piezoelectric properties according to an embodiment of the present invention.

일반적인 원형 압전 섬유는 압전 물성을 측정하기 위해 압전 섬유 표면에 전극을 도포한다. 상기 원형 압전 섬유(40)는 축(shaft) 형상의 유전체(16)와 상기 유전체(16)의 상면과 하면에 각각 배치된 상부 전극(13)과 하부 전극(14)을 포함한다. 상기 유전체는 테프론(teflon), 실리콘, 유리섬유 중 어느 하나일 수 있다. Conventional circular piezoelectric fibers apply electrodes to the surface of piezoelectric fibers to measure piezoelectric properties. The circular piezoelectric fiber 40 includes a dielectric body 16 having a shaft shape and an upper electrode 13 and a lower electrode 14 disposed on upper and lower surfaces of the dielectric body 16, respectively. The dielectric may be any one of teflon, silicone, and glass fiber.

원형 단면에 상부 전극(13)과 하부 전극(14)으로 나눠서 도포한다. 따라서, 동판(7)위에 원형 압전 섬유(40)를 배치할 때 상부 전극(13)은 상부 팁(5)에 접촉할 수 있도록 배치하고, 하부 전극(14)은 동판(7)에 접촉할 수 있도록 배치하여 압전 물성을 측정한다.The upper electrode 13 and the lower electrode 14 are applied on the circular cross section. Therefore, when the circular piezoelectric fiber 40 is disposed on the copper plate 7, the upper electrode 13 is arranged to be in contact with the upper tip 5, and the lower electrode 14 can be brought into contact with the copper plate 7 So that the piezoelectric properties are measured.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 코어 쉘 구조의 압전 섬유 구조 및 압전 물성을 측정 방법을 설명을 하기 위한 사시도이다. 5 is a perspective view for explaining a piezoelectric fiber structure and a method of measuring piezoelectric properties of a core shell structure according to an embodiment of the present invention.

코어쉘 구조의 압전 섬유(4)는 축(shaft) 형상의 하부 전극(14)과, 상기 하부 전극(14) 위에 형성된 유전체(16)와, 상기 유전체(16) 위에 형성된 상부 전극(13)을 포함한다. 즉, 상부 전극(13)은 압전 섬유 표면 전체를 코팅하여 형성할 수 있다. The piezoelectric fiber 4 of the core shell structure includes a shaft-shaped lower electrode 14, a dielectric 16 formed on the lower electrode 14, and an upper electrode 13 formed on the dielectric 16 . That is, the upper electrode 13 can be formed by coating the entire surface of the piezoelectric fiber.

본 발명은 압전 섬유 표면에 형성된 상부 전극(13)은 상부 팁(5)에 접촉시키고 내부에 형성된 하부 전극(14)은 수직방향으로 압전 섬유(50)를 관통하는 전극 연결용 핀(15)을 연결시킨다. 이때, 상기 전극 연결용 핀(15)이 관통하는 지점의 압전 섬유 표면에는 상부 전극(13)이 형성되지 않도록 하여 통전되는 것을 방지한다. The upper electrode 13 formed on the surface of the piezoelectric fiber is brought into contact with the upper tip 5 and the lower electrode 14 formed therein is connected to the electrode connecting pin 15 passing through the piezoelectric fiber 50 in the vertical direction . At this time, the top electrode 13 is not formed on the surface of the piezoelectric fiber at the point where the electrode connecting pin 15 passes, thereby preventing the current from flowing.

따라서, 리니어 액츄에이터(1)로 압전 섬유(4)에 수직 하중이 인가될 때 상부 팁(5)과 전극 연결 용 핀(15)을 통해 압전 섬유(50)의 상부 전극(13)과 하부 전극(14)에서 발생되는 전기신호를 계측한다. 상기 계측된 전기신호는 전하 증폭기(10)에서 증폭된 후 A/D변환기(11)에서 디지털 신호를 변환되어 컴퓨터(e.g., PC)(12)로 입력되고, 상기 컴퓨터(12)는 입력된 전기신호를 표시함으로써 실시간 모니터링이 가능하게 된다. The upper electrode 13 and the lower electrode 13 of the piezoelectric fiber 50 are connected to each other through the upper tip 5 and the electrode connecting pin 15 when a linear load is applied to the piezoelectric fibers 4 with the linear actuator 1. [ 14). The measured electrical signal is amplified by a charge amplifier 10 and then converted into a digital signal by an A / D converter 11 and input to a computer 12 (e.g., a PC) By displaying a signal, real-time monitoring becomes possible.

상술한 바와같이 본 발명은 원형 형상 혹은 코어쉘 구조를 갖는 압전 섬유의 압전 물성을 측정할 수 있는 압전 섬유의 압전 물성 측정 장치를 제공함으로써 마이크로 혹은 나노 단위의 원형 압전 섬유의 d33 방향 압전 물성을 측정할 수 있으며, 특히 원형 압전 섬유뿐만 아니라 박판 형상의 압전 물성도 측정이 가능하며, 소형 현미경 및 2축 스테이지를 이용하여 압전 섬유의 측정 위치를 정밀하게 제어할 수 있다. As described above, the present invention provides an apparatus for measuring piezoelectric properties of piezoelectric fibers capable of measuring piezoelectric properties of piezoelectric fibers having a circular shape or a core-shell structure, thereby measuring the piezoelectric properties of the microfibers or the nano- In particular, it is possible to measure not only the circular piezoelectric fiber but also the piezoelectric property of the thin plate shape, and the measurement position of the piezoelectric fiber can be precisely controlled by using a small microscope and a two-axis stage.

또한, 본 발명에 따른 압전 섬유의 압전 물성 측정 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들에 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. Further, the apparatus and method for measuring piezoelectric properties of a piezoelectric fiber according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, but the embodiments may be embodied in other specific forms without changing their technical ideas or essential characteristics. It can be understood that Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive.

Claims (11)

상부 및 하부 전극이 형성된 원형 압전 섬유;
고정판 상부에 형성된 동판에 상기 압전 섬유를 배치하는 고정부;
상부 팁을 통해 상기 압전 섬유의 상부 전극에 하중 또는 진동을 인가하는 구동부; 및
상기 압전 섬유에 하중 또는 진동이 인가될 때 상부 팁과 동판을 통하여 상기 압전 섬유의 상부 및 하부 전극의 신호를 수집하여 압전 물성을 측정하는 계측부;를 포함하며,
상기 상부 전극은,
상기 원형 압전 섬유 표면에 도포되어, 상기 원형 압전 섬유 표면의 형상을 따라 곡면으로 형성되며,
상기 상부 팁은,
소형 로드셀이 배치된 저면으로부터 길이 방향으로 연장되도록 형성되고 단부가 반구형과 침형으로 형성되어, 상기 상부 팁과 접촉되는 상기 곡면으로 형성된 상기 상부 전극의 일 지점에 상기 하중 또는 진동을 인가하는 것을 특징으로 하는 압전 섬유의 압전 물성 측정 장치. A circular piezoelectric fiber having upper and lower electrodes formed thereon;
A fixing part for disposing the piezoelectric fiber on a copper plate formed on an upper part of a fixing plate;
A driving unit for applying a load or a vibration to the upper electrode of the piezoelectric fiber through the upper tip; And
And a measuring unit for collecting signals of the upper and lower electrodes of the piezoelectric fiber through the upper tip and the copper plate when a load or vibration is applied to the piezoelectric fiber to measure the piezoelectric property,
The upper electrode includes:
Wherein the circular piezoelectric fiber is coated on the surface of the circular piezoelectric fiber and formed into a curved surface along the shape of the surface of the circular piezoelectric fiber,
The upper tip,
And the load or vibration is applied to one point of the upper electrode formed of the curved surface which is in contact with the upper tip, the end being formed in a semispherical shape and an acute shape, extending from the bottom surface in which the small load cell is disposed, Wherein the piezoelectric material is a piezoelectric material. 제1항에 있어서, 상기 원형 압전 섬유는
축(shaft) 형상의 유전체와 상기 유전체의 상면과 하면에 각각 배치된 상부 전극과 하부 전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 압전 섬유의 압전 물성 측정 장치. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the circular piezoelectric fiber
Wherein the piezoelectric material is constituted by a shaft-shaped dielectric material and upper and lower electrodes disposed on the upper and lower surfaces of the dielectric material, respectively. 제1항에 있어서, 상기 고정부는
고정부의 측면에 배치되어, 하중 인가시 원형 압전 섬유와 상부 팁의 접촉 위치와 변형되는 원형 압전 섬유의 상태를 확인하는 현미경과, 상기 고정부의 X축과 Y축 위치를 제어하는 2축 스페이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 섬유의 압전 물성 측정 장치. 2. The apparatus of claim 1,
A microscope arranged on the side of the fixing part for checking the contact position between the circular piezoelectric fiber and the upper tip and the state of the circular piezoelectric fiber to be deformed when the load is applied, Wherein the piezoelectric material is a piezoelectric material. 제1항에 있어서, 상기 구동부는
수직 하중 또는 진동을 인가하는 리니어 액츄에이터;
상기 리니어 액츄에이터와 상부 팁 사이에 장착되어 상기 리니어 액츄에이터가 인가하는 하중의 크기를 측정하는 로드셀; 및
상기 리니어 액츄에이터의 측면에 장착되어 리니어 액츄에이터의 위치와 원형 압전 섬유의 변형량을 측정하는 레이저 변위센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 섬유의 압전 물성 측정 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the driving unit
A linear actuator for applying a vertical load or vibration;
A load cell mounted between the linear actuator and the upper tip for measuring a magnitude of a load applied by the linear actuator; And
And a laser displacement sensor mounted on a side surface of the linear actuator for measuring a position of the linear actuator and an amount of deformation of the circular piezoelectric fiber. 삭제delete 상부 및 하부 전극이 형성된 코어셀 구조의 압전 섬유;
고정판 상부에 형성된 동판에 상기 압전 섬유를 배치하는 고정부;
상부 팁을 통해 상기 압전 섬유의 상부 전극에 하중 또는 진동을 인가하는 구동부; 및
상기 압전 섬유에 하중 또는 진동이 인가될 때 상부 팁과 상기 압전 섬유를 관통하는 연결핀을 통해 압전 섬유의 상부 및 하부 전극의 신호를 수집하여 압전 물성을 측정하는 계측부;를 포함하며,
상기 상부 전극은,
상기 코어셀 구조의 압전 섬유 표면에 도포되어, 상기 코어셀 구조의 압전 섬유 표면의 형상을 따라 곡면으로 형성되며,
상기 상부 팁은,
소형 로드셀이 배치된 저면으로부터 길이 방향으로 연장되도록 형성되고 단부가 반구형과 침형으로 형성되어, 상기 상부 팁과 접촉되는 상기 곡면으로 형성된 상기 상부 전극의 일 지점에 상기 하중 또는 진동을 인가하는 것을 특징으로 하는 압전 섬유의 압전 물성 측정 장치. A piezoelectric fiber of a core cell structure in which upper and lower electrodes are formed;
A fixing part for disposing the piezoelectric fiber on a copper plate formed on an upper part of a fixing plate;
A driving unit for applying a load or a vibration to the upper electrode of the piezoelectric fiber through the upper tip; And
And a measuring unit for collecting signals of the upper and lower electrodes of the piezoelectric fiber through a connection pin passing through the upper tip and the piezoelectric fiber when a load or vibration is applied to the piezoelectric fiber,
The upper electrode includes:
Wherein the core-shell structure is formed on the surface of the piezoelectric fiber of the core cell structure and has a curved surface along the shape of the surface of the piezoelectric fiber of the core-
The upper tip,
And the load or vibration is applied to one point of the upper electrode formed of the curved surface which is in contact with the upper tip, the end being formed in a semispherical shape and an acute shape, extending from the bottom surface in which the small load cell is disposed, Wherein the piezoelectric material is a piezoelectric material. 제6항에 있어서, 상기 연결핀이 관통하는 지점에는 상부 전극이 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 압전 섬유의 압전 물성 측정 장치. The apparatus of claim 6, wherein an upper electrode is not formed at a point where the connection pin passes. 제6항에 있어서, 상기 코어셀 구조의 압전 섬유는
축(shaft) 형상의 하부 전극;
상기 하부 전극 위에 형성된 유전체; 및
상기 유전체 위에 형성된 상부 전극;으로 구성된 것을 특징으로 하는 압전 섬유의 압전 물성 측정 장치. The piezoelectric element according to claim 6, wherein the piezoelectric fiber
A shaft-shaped lower electrode;
A dielectric formed on the lower electrode; And
And an upper electrode formed on the dielectric layer. 삭제delete 제6항에 있어서, 상기 고정부는
고정부의 측면에 배치되어, 하중 인가시 코어셀 구조의 압전 섬유와 상부 팁의 접촉 위치와 변형되는 코어셀 구조의 압전 섬유의 상태를 확인하는 현미경과, 상기 고정부의 X축과 Y축 위치를 제어하는 2축 스페이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 섬유의 압전 물성 측정 장치. 7. The apparatus of claim 6, wherein the fixed portion
A microscope arranged on a side surface of the fixing part for confirming the state of the piezoelectric fiber of the core cell structure and the contact position of the piezoelectric fiber and the upper tip of the core cell structure when the load is applied; And a two-axis switch for controlling the piezoelectric properties of the piezoelectric fiber. 제6항에 있어서, 상기 구동부는
수직 하중 또는 진동을 인가하는 리니어 액츄에이터;
상기 리니어 액츄에이터와 상부 팁 사이에 장착되어 상기 리니어 액츄에이터가 인가하는 하중의 크기를 측정하는 로드셀; 및
상기 리니어 액츄에이터의 측면에 장착되어 리니어 액츄에이터의 위치와 원형 압전 섬유의 변형량을 측정하는 레이저 변위센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 섬유의 압전 물성 측정 장치.7. The apparatus of claim 6, wherein the driving unit
A linear actuator for applying a vertical load or vibration;
A load cell mounted between the linear actuator and the upper tip for measuring a magnitude of a load applied by the linear actuator; And
And a laser displacement sensor mounted on a side surface of the linear actuator for measuring a position of the linear actuator and an amount of deformation of the circular piezoelectric fiber.
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