A Study on Impact Monitoring Using a Piezoelectric Paint Sensor

Abstract

압전 페인트 센서는 압전 세라믹의 주성분인 압전 파우더와 에폭시의 결합으로 이루어진 페인트형 센서이다. 이 센서는 일반 페인트와 같이 구조물에 도포되기 때문에 다른 어느 센서보다 구조물에 부착이 용이하다. 본 연구에서는 압전 페인트센서가 도포된 구조물의 충격 감지 정도를 판단하고자 하였다. 특히, 철도차량을 대상으로 연구를 진행하고자 하였다. 철도차량 운용 중에 발생하는 자갈 비산으로 인해 발생하는 충격손상이 많이 보고되고 있고, 이러한 충격손상을 방지하고자 차량 하부구조물 전체 표면에 발생하는 충격신호를 실시간으로 감지할 필요가 있다. 철도차량이 운행되는 환경을 고려하여 압전 페인트시편을 <TEX>$-20{\sim}60^{\circ}C$</TEX>의 열사이클 환경에 노출시켜 센서의 감도 변화를 측정하였다. 알루미늄 시편에 압전 페인트센서를 도포하여 감도 측정을 수행한 결과, 열사이클 환경 전후에 감도 차이가 크지 않음을 확인하였고 이를 통해 환경 노출 후에도 압전 페인트센서로 충격 감지가 가능함을 확인하였다. The piezoelectric paint sensor is a paint type sensor comprising of an epoxy and piezoelectric powder, which is the main component of a piezoelectric material. This sensor can be easily attached to any type of structure as compared to other sensors because it is viable to directly apply it on structures, as in the case with a typical paint. In this study, the capability of piezoelectric paint sensor for impact detection was evaluated. In Particular, the applications of the piezoelectric paint sensor for railroad vehicles were considered. There have been various cases reported about the damages caused by flying gravel to the under-cover of the railroad vehicle during operation. In order to prevent this, real-time monitoring of the large under-cover surface of the railroad vehicle is unavoidable. Under the assumption of vehicle application, sensor sensitivities were measured after multiple and prolonged exposure to thermal cycle environment <TEX>$-20{\sim}60^{\circ}C$</TEX>). Sensitivity evaluation of paint sensor under environmental conditions was conducted in an aluminum specimen. In results, despite the small variations in sensitivity, we could confirm the applicability of this paint sensor for impact detection even after a severe environmental exposure test.