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논문 기본 정보

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한국전기전자재료학회 전기전자재료학회논문지 전기전자재료학회논문지 제29권 제12호
발행연도
2016.1
수록면
769 - 775 (7page)

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IDE (Interdigitated Electrode) 패턴 임베디드 압전 캔틸레버 발전 소자를 제작한 후, 이를 이용하여 진동 구조물에서 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 무선 센서의 전원으로서 응용가능한지를 평가하고자 하였다. 진동 구조물로는 화력발전소에서 사용되는 석탄 원료를 이송하는 운탄 컨베이어(conveyor) 시스템을 활용하였으며 저전력 무선 통신 (LoRa) 칩셋을 탑재하여 자체 제작한 무선 센서 모듈을 적용하였다. 제작한 무선 센서 모듈은 슬립 모드(sleep mode)에서 소비 전류는 약 4 ㎂이며, 통신을 위한 연산 수행 시 0.2초 동안 약 42.46 mA, 통신 시 0.4초 동안 약 40.56 mA의 전류를 주기적으로 소비하도록 설계되었다. 화력 발전의 운탄 컨베이어의 진동 환경은 아이들러 서포터의 최상단 부분에서 Z축 방향으로 126 Hz, 1.57 G의 평균 주파수와 가속도를 각각 나타내었다. 이러한 진동 조건에서 본 연구에서 제작한 IDE (Interdigitated Electrode) 패턴 임베디드 압전 캔틸레버 발전 소자는 160 Ω의 부하 저항에서 최대 2.81 mW를 나타내었다. 이렇게 생성된 전력은 전기용량 0.68 패럿(farad), 3.8 V의 에너지 저장용 캐패시터에 초 동안 시간이 경과한 후 완전히 충전됨을 확인하였고, 5분 단위로 센서 신호를 송신하도록 설계 및 제작한 무선 센서 모듈의 통신 동작 시 캐패시터에서 나타나는 전압 변화로부터 통신이 가능함을 확인하였다. 이로부터 본 연구에서 제작한 IDE 임베디드 압전 캔틸레버 발전 소자는 화력발전 컨베이어의 운탄 시 진동 에너지를 변환하여 IoT 무선 센서의 전원으로 응용이 가능하다.
#Piezoelectrics #IDE #Generator #Actuator #Wireless sensor #Vibration #Conveyor

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D. Culler / 2004 / IEEE Computer Society 37:41 Crossref E. M. Yeatman / 2004 / Proc. Int’1 Workshop Wearable and Implantable Body Sensor Networks :20 google schola S. W. Arms / 2005 / Proc. SPIE Int’1 Symposium on Smart Structures & Smart Materials :267 google schola S. Priya / 2009 / Energy Harvesting Technologies / Springer :195 google schola J. M. Gilbert / 2008 / International Journal of Automation and Computing 5:334 Crossref

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