케이블 교량에 적용 가능한 압전 에너지 하비스터 개발

Abstract

본 논문에서는 압전 에너지 하비스팅 기술을 이용해 무선센서를 영종대교 케이블 행어에서 발생되는 진동으로 교량에 장착 되는 무선 센서 네트워크를 구동할 수 있는 압전장치의 개발과 단결정 압전재료의 사용을 제안하였다. 영종대교 행어 케이블에 적용성을 검토하기 위해, Matlab을 이용하여 영종대교 행어 케이블의 FFT 분석을 하여 영종대교 행어 케이블의 지배 공진 주파수를 10Hz 내외임을 확인 하였다. 토목구조물에서 생산 가능한 전기에너지의 양이 매우 작기 때문에 고효율의 단결정 소자를 선택하여 압전장치를 개발하였다. 압전장치의 제작을 위해 기계 및 전기 특히 압전에 널리 사용되고 있는 ANSYS 해석 프로그램을 이용해 설계 목표인 8Hz의 지배공진 주파수를 갖는 압전장치의 최적 설계를 수행하였고, 압전 에너지 하비스터 제작을 하였다. 또한, 제작된 압전 에너지 하비스터의 실험으로 공진주파수 탐색을 하여 제작과정의 오차를 검토하고, 압전 에너지 하비스터의 출력을 공인기관에서 검증을 받아 내었고, 영종대교 케이블 행어의 진동 가속도에 적용하여 발생되는 출력을 검토하여 실제 무선 센서의 전원공급의 가능성 여부를 판단해 보았다.