EBS 수능특강 독서 049 진동 센서 기술 (feat 압전 효과) [중]

진동 센서 기술 (feat 압전 효과)

1. 물체가 [기준 위치]에 대해 [반복 운동]을 할 때 [진동]한다고 말한다. 그리고 이런 진동의 [패턴]이 [반복] 되는 [시간]을 [주기]라고 하며 [1초] 동안 주기가 반복되는 [횟수]를 [주파수라(Hz)]고 한다. 그런데 산업 현장에서 발생하는 진동은 쓸 수 있는 제품의 비율[(수율)]을 [낮] 추고, 특히 초미세 공정에서는 [불량품의 비율] [증] 가와 생산 [비용] [증]가 등의 문제를 일으키며 [작업자]에게 [피해]를 입힐 수 있다. 결국 [진동 센서 기술]이 중요한 기술이다.
2. 진동 센서는 압전 효과를 이용한다. [압전 효과]는 [외력]에 의해 [재료가 변형]되어 [전압]이 발생하는 [1차 압전 효과(직접 효과)]와 반대로 재료에 [전기]를 가하면 재료에 [변형]이 생기는 [2차 압전 효과(역압전 효과)]로 나뉜다. [진동 센서]는 이중 [1차 압전 효과](직접 효과)를 이용한다.
   
   
3. 진동 센서의 [원리]는 이렇다. 압전 물질인 [수정 결정]에 <그림>처럼 [인장이나 압축]의 힘이 가해지면 [음이온과 양이온]의 [상대적 위치]가 [변화]하여 쏠리는 [분극 현상]이 생겨 [전기장]이 형성된다. [인장과 압축에 따라] [전기장의 방향]은 [반대]이고 결정의 [변형]이 [클] 수록 형성되는 [전기장]은 더 [크]다. 이제 형성된 [전기장]을 [측정]하면 된다. 진동 센서의 [민감도]는 두 가지 방법으로 표현된다. ㄱ. 일반적으로 생성된 [전기장]의 크기를 가해진 [힘]으로 [나눈] 값으로 표현되지만 ㄴ. [단위 압력당] [생성된 전압]으로 표현하기도 한다. 그런데 압전 물질이 같고 가해진 힘이 같아도 [압전 물질]의 [크기]가 [다르면] 생성되는 [전압]이 [달라] 지기에 [크기와 상관없이] [민감도]를 [비교]하려면 [ㄴ.으로] 민감도를 표현하는 것이 더 [바람직]하다.
   
   
4. 최근 [민감도]가 [우수]한 [거미 모방 진동 센서]가 주목 받는다. 이 센서의 [원리]는 거미의 발목 근처에 있는 미세한 [균열 사이 거리]가 [진동]에 따라 [변화]하는 것을 [감지]해 내는 원리를 [모방]한다. [플라스틱 기판 ] 위에 [백금 판막]을 쌓고 [미세 균열]을 만든다. [일부] 영역은 [접촉]되어 있고 [다른 영역]은 [틈]이 있다. [진동]이 가해지면 [틈]은 [벌어져] [접촉면]이 [변]한다.. 여기에 일정한 [전압]이 가해지면 [진동]이 [커] 짐에 따라 전기 [저항]이 [커] 진다. 이제 [저항 변화]를 측정하거나 저항에 반비례하는 [전류 양]을 [측정]하면 된다. 이 세선의 [민감도]는 [저항 변화 값]을 [센서 물질]이 [늘어난 정도]로 [나누어] 구한다. 이를 [게이지 펙터]라고도 부른다.
   
   
5. [반도체]처럼 [초미세] 구조를 만드는 [공정]에서는 [진동]이 [불량 소자]를 만들어 내는 원인이 된다. 그러므로 [민감도]가 [뛰어난 센서]는 불량을 미리 막기 위한 [필수] 장치이다.

  압전 효과는 힘이 가해져 전기를 일으키거나 반대로 전기가 가해져 힘을 발생시키는 효과를 말한다. 진동을 감지하는 센서는 이 원리를 이용한다. 진동 즉 힘이 가해지면 전기가 발생될 압전 물질을 이용해 얼마나 전기가 발생하는지를 측정하여 진동을 알아내는 것이다. 보통 수정이 압전 물질로 많이 사용된다.
  그런데 반도체처럼 미세한 구조를 만드는 공정은 민감도가 높은 센서가 필수 적이다. 최근에는 거미 다리 감각 기관을 모방한 거미 모방 진동 센서가 주목을 받는다. 가판에 백금 판막을 쌓고 미세한 틈을 만들어 진동에 따라 전압이나 전류 변화를 측정하는 방식의 센서다.
  올해의 수특에 두 번째 압전 효과가 등장했다. 압전 효과에 대해 살짝 친해지는 것이 필요하겠다.

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