스트레인 게이지 센서 (Strain Gauge Sensor)

한 줄 정의: 물체가 힘을 받아 변형될 때 발생하는 미세한 늘어남이나 줄어듦을 저항 변화로 측정하는 센서입니다.

대상의 물리량을 센서로 측정하고 신호로 기록하는 계측 개념을 나타냅니다.

쉽게 풀면

스트레인 게이지는 얇은 금속선이나 박막이 늘어나면 전기 저항이 아주 조금 커지고, 눌려서 줄어들면 저항이 조금 작아지는 성질을 이용합니다. 이 센서를 측정하고자 하는 구조물 표면에 단단히 붙여두면, 구조물이 힘을 받아 미세하게 휘거나 늘어날 때마다 저항 변화를 통해 그 변형량을 전기 신호로 알아낼 수 있습니다. 마치 고무줄이 늘어난 정도로 그 안에 걸린 장력을 짐작하는 것과 비슷한 원리입니다.

왜 중요한가

구조물의 응력이나 하중을 직접 측정하기 어려운 경우가 많기 때문에, 스트레인 게이지는 로드셀, 압력센서, 토크센서 등 다양한 힘 측정 장치의 핵심 소자로 활용됩니다. 교량이나 항공기 구조 건전성 모니터링부터 로봇 관절의 힘 감지까지 폭넓게 응용되어 전기전자 및 계측공학 논문에서 자주 등장합니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"Strain gauges were bonded to the beam surface to measure bending strain under varying load conditions."

다양한 하중 조건에서 보의 굽힘 변형을 측정하기 위해 스트레인 게이지를 빔 표면에 부착했다는 의미입니다.

"A Wheatstone bridge circuit was used to convert the small resistance change of the strain gauge into a measurable voltage signal."

스트레인 게이지의 미세한 저항 변화를 측정 가능한 전압 신호로 바꾸기 위해 휘트스톤 브리지 회로를 사용했다는 내용입니다.

조금 더 깊게 보면

스트레인 게이지는 저항 변화가 매우 작기 때문에 일반적으로 휘트스톤 브리지 회로를 이용해 이를 증폭 가능한 전압 신호로 변환하며, 온도 변화에 따른 오차를 줄이기 위해 여러 게이지를 조합한 하프 브리지나 풀 브리지 구성이 사용되기도 합니다. 재료의 변형량과 저항 변화율의 비율을 게이지율(gauge factor)이라고 부릅니다.

주의할 점

스트레인 게이지는 온도 변화에도 저항이 변하기 때문에, 실제 변형이 아닌 온도 영향이 측정값에 섞이지 않도록 온도 보상 회로나 보상용 게이지를 함께 고려해야 합니다.