Integration of piezoelectric energy harvester, mechanical sensors, super capacitor and conditioning circuits
압전 에너지 수확 소자, 센서, 슈퍼 커패시터 및 관리 회로의 통합
- 주제(키워드) energy harvester , mechanical sensor , conditioning circuit
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 윤광석
- 발행년도 2021
- 학위수여년월 2021. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- UCI I804:11029-000000066068
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
본 논문에서는 에너지 하베스터와 센서 어레이를 하나의 장치에 통합된 자가 발전형 다기능 센서 어레이를 제안한다. 제안하는 소자는 저항 인장 센서, 정전 용량 촉각 센서와 압전 에너지 수확 소자로 구성되어 있다. 소자는 갈린스탄과 PDMS를 사용하여 제작한 센서를 직물 구조로 제작을 하고 압전 스트랩을 행과 열로 메쉬 구조로 짜서 제작했다. 제작된 소자는 7 7 어레이 형태를 가지고 있고 130 130 mm2의 면적을 가지며 유연하고 신축성이 있다. 에너지 하베스터로부터 수확되는 에너지를 통해 실 형태 슈퍼 커패시터에 저장을 하기 위해 SSHI 회로와 스위치드 커패시터 회로를 추가하였다. 마지막으로 제안 된 소자는 24%의 횡력에서 약 13%의 변화율과 5N의 수직 힘에서 12.5%의 변화율을 보였다. 이 소자는 3 MΩ부하 저항에서 440 W의 전력을 얻었다. 압전 에너지 하베스터로 슈퍼 커패시터를 충전했을 때 부하의 낮은 전압을 해결하기 위해 배전압 회로를 추가하여 1 V 의 전압을 1.6 V까지 증가시켰다. SSHI회로를 통해 압전 에너지 하베스터의 내부 커패시터에서 손실되는 전류를 감소시켜 부하로 더 많은 에너지를 보내준다.
more초록/요약
In this paper, we propose a self-powered multifunctional sensor array that integrates an energy harvester and a sensor array into one device. The proposed device consists of a resistive tension sensor, a capacitive tactile sensor, and a piezoelectric energy harvesting device. The device was fabricated by fabricating a sensor fabricated using galinstan and PDMS and woven piezoelectric straps into a mesh structure in rows and columns. The fabricated device has a 7 7 array shape, has an area of 130 130 mm2, and is flexible and stretchable. An SSHI circuit and a voltage doubler circuit were added to store the energy harvested from the energy harvester in a fiber shaped super capacitor. Finally, the proposed device showed a rate of change of about 13 % at a lateral force of 24 % and a rate of change of 12.5 % at a normal force of 5 N. The maximum power was obtained 6 PVDF straps and was about 440 W at 3 MΩ load resistance. When the super capacitor is charged with the piezoelectric energy harvester, the voltage of 1 V is increased to 1.6 V by adding a voltage doubler circuit to solve the low voltage of the load. The SSHI circuit reduces the current lost in the internal capacitor of the piezoelectric energy harvester, sending more energy to the load.
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