Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea (한국지진공학회논문집)

Earthquake Engineering Society of Korea (한국지진공학회)
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Vibration Powered Generator System for Stand-Alone Health Monitoring Sensor Unit

건전도 감시용 자립형 계측유닛을 위한 진동발전시스템

  • 최남섭 (여수대학교 전자통신ㆍ전기공학부) ;
  • 김재민 (여수대학교 건설환경공학부)
  • Published : 2003.04.01
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Abstract

This paper presents an electric power generating system for stand-alone health monitoring sensor unit of bridge structure based on ambient vibration of bridge. In this paper, a novel electric power generator which has minimum effect of armature reaction is proposed. The related mechanical and electrical design equations are obtained, and a pilot generator has been implemented. In addition, the charging system for extremely low generator current is discussed, and some improvements are identified for the system. This investigation reveals that diode characteristics of rectifier is dominant factor in the charging process. Finally, both the simulation, which uses real measurement data of the Namhae bridge as input of the pilot generator, and indoor test are carried out. The results showed the applicability and effectiveness of the stand-alone vibration powered generator.

본 논문에서는 교량의 건전도 감시용 자립형 계측유닛을 위한 교량의 상시진동을 이용한 진동발전시스템을 제시하였다. 본 연구에서는 전기자 반작용의 영향을 최소화한 새로운 구조의 진동발전기를 제안하고, 기계적 및 전기적인 설계식을 유도한 다음, 시험용 진동발전기를 제작하였다. 또한, 매우 작은 발전 전류의 축전시스템에 대하여 고찰하고 개선점을 도출하였다. 축전시스템에 대한 고찰 결과, 정류기에 사용된 다이오드 특성이 충전과정에서 지배적임을 밝혔다. 마지막으로, 진동발전시스템 모델에 실측 남해대교 가속도 데이터를 적용한 시뮬레이션과 실내 실험을 수행하였고, 제작된 시험용 진동발전기의 적용성과 효용성을 확인할 수 있었다.

Keywords

References

  1. Kiremidjian, A. S., Straser, E. G., Meng, T, Law, K, and Soon, H., “Structural damage monitoring for civil structures,” Proceedings of the International Workshop on Structural Health Monitoring, Stanford, CA, 1997, pp. 371-382.
  2. Nigbor, R. L. and Diehl, J. G., “Two years' experience using OASIS real-time remote condition monitoring system on two large bridges,” Proceedings of the International Workshop on Structural Health Monitoring, Stanford, CA, 1997, pp. 410-417.
  3. Amirtharajah, R. and Chandrakasan, A., “Self-poweredsignal processing using vibration based power generation,”IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. 33, 1998, pp. 687-695. https://doi.org/10.1109/4.668982
  4. Ching, N. N. H., Wong, H. Y., Li, W. J., Leong, P. H. W., and Wen, Z., “A laser-micromachined multi-modal resonating power transducer for wireless sensing systems,” Sensors and Actuators, 2002, pp. 685-690. https://doi.org/10.1016/S0924-4247(02)00033-X
  5. Williams, C. B., Pavic, A., Crouch, R. S., and Woods, R.C., “Feasibility study of vibration-electric generator for bridge vibration sensors,” Proceedings of the 16th International Modal Analysis Conference(IMAC XVI), 1998, pp. 1111-1117.
  6. Kim, C. Y., Kim, N. S., Yoon, J. G., and Jung, D. S., “Monitoring system and ambient vibration test on Namhae suspension bridge,” Proceedings of the First Workshop on Structural Health Monitoring and Assessment, KEERC, Seoul, Korea, 2000, pp. 219-227.
  7. 현대건설 기술연구소, 남해대교 계측보고서, 1997, p. 296
  8. 박창옥 역, 전기자기학, 동일출판사, 1996.
  9. Slemon, G. R. and Straughen, A., Electric Machines, Addison-Wesley Publishing Company, 1980, p. 575.
  10. 김원찬, 전자회로의 이해, 대영사, 2000, p. 1015.
  11. 최호응, 정상응, 정현교, 최양승, 김규만, “휴대용 기기 충전용 선형 발전기 특성 해석”, 2000년도 대한전기학회 추계부문 학술대회 논문집, 2000, pp. 297-299.