July 15, 2025
석영이란 무엇인가?
석영은 자연에서 널리 발견되는 광물입니다. 일반 모래, 수정 및 기타 재료와 마찬가지로 주요 성분은 이산화 규소(화학식 SiO2)입니다. 그러나 분자 배열이 다르기 때문에 외관과 특성이 다릅니다.
순수한 석영은 무색 투명하며 열적, 화학적, 기계적 특성이 뚜렷한 이방성을 나타냅니다. 융점은 1750℃입니다. 석영은 강한 압전 특성을 가지고 있어, 세게 치거나 문지르면 불꽃이 발생하는데, 이것이 부싯돌로 불을 지피는 방법입니다.
석영 압전 효과의 개발
1880년, 자크와 피에르 퀴리 형제는 우연히 석영 결정의 마법 같은 압전 효과를 발견했습니다. 그들은 석영 결정에 강한 압력을 가하면 표면에 전하가 생성되고, 생성되는 전하의 양이 물질의 질량에 비례한다는 것을 발견했습니다.
그러나 전하의 수집과 유지를 위해서는 매우 높은 임피던스 조건이 필요하며, 그렇지 않으면 방전되기 쉽고 측정조차 어려워집니다. 1950년대에 이르러서야 전하 증폭기(CA, Charge Amplifier)가 발명되어 전하를 해당 전압 신호로 변환하여 기존의 기기와 장치로 전하를 측정하고 처리할 수 있게 되었고, 이로써 압전 측정 분야가 탄생했습니다.
1960년대에는 취리히의 스위스 연방 공과대학에서 압전 석영 힘 센서를 개발했습니다.
1970년대에는 압전 석영 3성분 힘 측정 시스템이 엔지니어링, 자동차 산업 및 생체역학 분야에 사용되었습니다.
석영 중량 센서의 응용
1990년대에는 스위스에서 도로에서 사용할 수 있는 석영 결정을 감지 요소로 하는 동적 중량 센서를 개발했습니다. 소형, 낮은 높이, 경량, 높은 강성, 높은 고유 진동수, 넓은 동적 범위 및 높은 감도를 가지고 있습니다. 따라서 차량 과적 축중량 예측, 교량 과적 경보, 터널 보호 및 차량 축중량 측정 분야에서 좋은 응용 결과를 얻었습니다.
미국, 영국, 독일, 호주, 한국, 일본 등 많은 국가에서 널리 사용되고 있습니다. 지난 세기 말부터 국내 화물 운송 상황의 발전과 과적 및 과적에 대한 국가적 관리의 필요성에 따라, 우리나라에서도 도로 적용에 적합한 석영 중량 센서를 개발했습니다.
석영 중량 센서의 중량 측정 원리
석영 중량 센서는 석영 결정의 압전 효과를 이용하여 중량 신호를 전기 신호로 변환하는 장치입니다.
1). 석영 결정 감지 요소는 동적 타이어 힘을 전하 신호로 변환합니다.
2). 전하 증폭기를 통해 아날로그 전압으로 변환됩니다.
3). 아날로그 신호는 A/D 변환기를 통해 디지털 신호로 변환됩니다.
4). 마지막으로, 임베디드 컴퓨터와 전용 소프트웨어를 통해 중량 측정 결과를 얻습니다.
석영 로드 셀의 구조
석영 로드 셀의 외관
석영 중량 센서의 장점
1) 넓은 유효 동적 감지 속도 범위: 높은 강성, 무거운 하중에서도 변형 없음, 높은 주파수 응답, 급격하게 변화하는 동적 하중을 정확하게 측정할 수 있습니다.
2) 강력한 내구성: 50KN 하중 내구성 테스트를 5400000번 통과했으며 손상 징후가 없습니다.
3) 긴 수명: 수명이 1억 축 이상입니다.
4) 정확한 동적 중량 측정 성능: 우수한 선형성, 반복성 및 안정성.
5) 넓은 온도 적응성 범위: 온도 변화가 중량 측정 정확도에 영향을 미치지 않으며 재보정이 필요하지 않습니다.
6) 쉬운 설치 및 빠른 시공: 작은 시공 부피, 적은 도로 손상, 짧은 사이클.
7) 강력한 은폐성: 설치 후 도로 표면과 일체화되어 운전자가 특정 위치를 정확하게 판단하기 어렵습니다.
8) 유지 보수 불필요: 배수가 필요 없어 일상적인 유지 보수가 필요 없습니다.
