파라메트릭 증폭을 이용한 압전 에너지 하베스팅에 관한 연구
A Study on the Piezoelectric Energy Harvesting Using Parametric Amplification
- 주제(키워드) 도움말 에너지하베스팅 , 압전효과 , 파라메트릭 증폭 현상
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 최범규
- 발행년도 2014
- 학위수여년월 2014. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000053524
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록/요약 도움말
압전효과(piezoelectric effect)는 기계적 변형이 가해질 때 전위차가 발생하거나, 또는 그 반대의 효과가 나타나는 현상이다. 따라서 압전효과를 이용하면 기계적 변형을 감지하는 센서나 기계적 변형으로 전기에너지를 획득하는 에너지 하베스터를 제작할 수 있다. 최근에는 압전물질을 에너지 하베스팅에 적용하는 연구가 많이 진행되고 있다. 압전물질을 이용한 에너지 하베스팅에는 캔틸레버 형상이 많이 이용된다. 압전 캔틸레버가 외부 가진을 받으면 진동하며, 교류의 전기에너지를 발생시킨다. 특히, 외부 가진 주파수와 압전 캔틸레버의 공진 주파수가 일치하게 되면, 압전 캔틸레버는 공진하게 되어 보다 높은 전기에너지를 발생시킨다. 그러나 압전 캔틸레버의 공진을 이용한 에너지 하베스팅은 두 가지 단점을 가지고 있다. 첫째, 에너지 하베스팅이 가능한 대역폭 좁다. 둘째, 발생하는 전력이 낮다. 파라메트릭 증폭(parametric amplification) 현상을 이용하면 위의 단점을 해결할 수 있다. 그 이유는 압전 캔틸레버가 파라메트릭 증폭을 하면 대역폭이 증가함은 물론, 변형량의 증폭으로 인해 높은 전압이 얻어지기 때문이다. 이러한 이점은 가진 가속도가 증가할수록 커진다. 본 논문에서는 높은 가속도가 발생하는 차량 타이어 내부조건에서 압전 캔틸레버의 파라메트릭 증폭을 이용한 에너지 하베스팅에 관한 연구를 진행하였다. PVDF 압전물질을 이용하여 압전 캔틸레버를 제작하고, 이론적 해석과 실험적 결과를 도출하였다. 이를 통해 압전 캔틸레버의 파라메트릭 증폭을 이용한 에너지 하베스팅의 가능성을 확인하고 특성을 파악하였다. 최종적으로 임피던스 매칭을 통해 발생전력을 도출하였다.
more초록/요약 도움말
The piezoelectric effect is a phenomenon of inducing potential difference with the presence of mechanical deformation, or the opposite phenomenon. Therefore, the piezoelectric effect is used as the deformation sensor or energy harvester. Recently, many researches on energy harvesting using piezoelectric effect had been carried out. The cantilever shape is often used in energy harvesting using piezoelectric materials. With a piezoelectric cantilever vibration, AC electricity is generated. Especially, when external excitation frequency matches the resonant frequency of the piezoelectric cantilever, high electrical energy is generated. However, the piezoelectric energy harvesting using a resonance of the piezoelectric cantilever has two disadvantages. First, the available bandwidth is narrow. Second, the generated power is low. The above disadvantages can be solved using parametric amplification phenomenon. The reason is that parametric amplification of a piezoelectric cantilever increases the generated voltage and the bandwidth. But parametric amplification requires a high acceleration. In this paper, we generated electrical energy using parametric amplification of piezoelectric cantilevers with tire inner acceleration for operating tire monitoring sensors. We fabricated the piezoelectric cantilevers using PVDF and analyzed the characteristics and generated powers.
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