• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2014년도 추계학술대회
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• pp.585-588
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• 2014

본 논문에서는 빛 에너지와 진동에너지 하베스팅을 이용한 자가발전 센서노드 회로를 제안한다. 솔라셀과 진동소자(PZT)에서 변환된 에너지는 저장 커패시터에 저장된다. 저장된 에너지는 PMU(Power Management Unit)를 통해 관리되고, 일정한 전압을 공급하기 위해 LDO(Low Drop Out Regulator)를 사용한다. LDO를 통해 공급된 안정된 전압으로 온도센서와 SAR ADC(Successive Approximate Register Analog-to-Digital Converter)를 구동시켜서 10bit 디지털 신호에 해당하는 온도정보를 출력한다. 제안된 회로는 0.35um CMOS 공정으로 설계되었으며, 설계된 회로의 칩 면적은 패드를 포함하여 $1.1mm{\times}0.95mm$ 이다.

• 멤브레인
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• 제33권2호
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• pp.53-60
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• 2023

기계적 에너지는 생물학 및 환경 시스템에서 트라이보 전기 나노제너레이터(TENG)로 얻을 수 있다. 웨어러블 전자제품에서 TENG는 진동 센서에 적용된 인간의 움직임에서 생체역학적 에너지를 수확할 수 있다는 점에서 많은 의미를 지닌다. 웨어러블 TENG은 습기에 취약하며, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)은 이러한 용도에 사용되는 우수한 소수성 물질이다. 높은 전기 음성 불소 원자의 존재는 매우 낮은 표면 에너지로 이어진다. 동시에 미세다공막 표면에 전자를 효율적으로 포획함으로써 소자의 성능이 증가한다. PTFE에 비해 상대적으로 적은 플루오라이드 원자의 존재로 인해 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)에서도 유사한 거동을 보인다.

• 센서학회지
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• 제19권4호
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• pp.313-319
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• 2010

Vibration energy harvesting is an attractive technique for potential powering of low power devices such as wireless sensors and portable electronic applications. Most energy generator developed to date are single vibration frequency based, and while some efforts have been made to broaden the frequency range of energy harvester. In this work, The effect of energy harvesting were investigated at various vibration frequencies, vibration beams, vibration point and test masses. The maximum output voltage of the bimorph piezoelectric cantilever was shifted according to vibration point. Vibration frequency with maximum output voltage decreased with the increasing length of vibration beam and increasing test mass. The sample with vibration beam length 0.5 L generated a peak output voltage of 32 $V_{rms}$ and shows a 45 % increase in voltage output in comparison to the corresponding original bimorph. It was found that a piezoelectric bimorph has a possibility to be as the energy harvesting cantilever, which is successfully tuned over a vibration frequency range to enable a maximum harvesting energy.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2011년도 추계학술대회
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• pp.419-422
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• 2011

본 논문에서는 초저전력 어플리케이션을 위한 이중입력 자가 전력관리 시스템을 제안한다. 자가 발전 시스템의 전력 공급원으로는 PZT와 solar cell소자를 병합하여 사용한다. 제한된 전력관리 회로는 solar cell 출력 전압을 승압하기 위한 charge pump 회로, PZT의 출력을 DC로 변환하기 위한 rectifier, 수확된 에너지를 병합 및 관리하기 위한 전력관리회로로 구성된다. 설계된 회로는 CMOS 0.18um technology를 이용하여 성능을 검증하였다. 설계된 회로의 칩 면적은 $295um{\times}275um$ 이다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2014년도 추계학술대회 논문집
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• pp.544-544
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• 2014

Energy harvesting technology, which scavenges electric power from ambient, otherwise wasted, energy sources, has been explored to develop self-powered wireless sensors and possibly eliminate the battery replacement cost for wireless sensors. Among ambient energy sources, vibration energy can be converted into electric power through a piezoelectric energy harvester. For the last decade, although tremendous advances have been made in design methodology to maximize harvestable electric power under a given vibration condition, the research in reliability assessment to ensure durability has been stagnant due to the complicated nature of the multiple failure modes of a piezoelectric energy harvester, such as the interfacial delamination, fatigue failure, and dynamic fracture. Therefore, this study presents the first-ever system reliability analysis for multiple failure modes of a piezoelectric energy harvester using the Generalized Complementary Intersection Method (GCIM), while accounts for the energy conversion performance. The GCIM enables to decompose the probabilities of high-order joint failure events into probabilities of complementary intersection events. The electromechanically-coupled analytical model is implemented based on the Kirchhoff plate theory to analyze its output performances of a piezoelectric energy harvester. Since a durable as well as efficient design of a piezoelectric energy harvester is significantly important in sustainably utilizing self-powered electronics, we believe that technical development on system reliability analysis will have an immediate and major impact on piezoelectric energy harvesting technology.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권1호
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• pp.79-87
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• 2015

요요 진동시스템을 이용한 파력발전 장치의 모델링 및 성능해석을 수행하였다. 본 연구의 파력발전 시스템은 기계적 요소인 요요진동 시스템, 모션정류 시스템, 동력전달 시스템과 전기적 요소인 발전시스템으로 구성된다. 특히 요요 진동시스템을 적용하여 파랑의 입력을 회전운동으로 변환하였으며 입력되는 파랑의 크기가 공진현상에 의해 증폭되어 높은 에너지 변환효율을 갖도록 구성되었다. 기계적 시스템과 전기적 시스템의 임피던스 연결(Impedance matching)을 통해 기계-전기 통합 해석 모델을 수립하였다. 일정 입력 가속도 0.14g 에서 다양한 파랑 주파수와 시스템 감쇠비에 대한 수치적 성능 해석을 진행하였다. 최대 전기적 출력은 공진주파수에서 부하저항이 최적 부하 조건을 만족할 때 발생하였으며, 이때 최대 전기 출력은 290W, 발전 효율은 48%이다. 해석 결과를 통해 공진 현상을 이용하여 파력발전장치의 출력을 크게 증가시킬 수 있음을 확인하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제10권3호
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• pp.15-22
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• 2016

The on-board appendages of satellites with mechanical moving parts such as the fly-wheel, the control-moment gyro, the cryocooler, and the gimbal-type directional antenna can generate an undesirable micro-vibration disturbance, which is one of the main causes of the image-quality degradation that affects high-resolution observation satellites. Consequently, the isolation of the micro-vibration issue has always been considered as salient, and the micro-vibration is therefore the focus of this study wherein a complex system that can provide the dual functions of a guaranteed vibration-isolation performance and electrical energy harvesting is proposed. The vibration-isolation and energy-harvesting performances of the complex system are predicted through a numerical analysis based on the characteristics that are obtained from component-level tests. In addition, the effectiveness of the complex system that is proposed in this study is verified through an assembly-level functional-performance test.

• 토지주택연구
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• 제7권4호
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• pp.307-314
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• 2016

이 연구는 평소에 주변에 상존하지만 버려지는 미활용 에너지를 수확하여 전기로 생산하는 에너지하베스팅에 관한 것이다. 이 연구에서는 다양한 에너지원들 중에서 도로나 주차장을 주행하는 차량의 진동과 압력을 동시에 활용하는 하이브리드 방식의 에너지 하베스터를 개발하였다. 1단계 연구에서는 프로토타입 에너지하베스터, 이를 개선된 하이브리드 모듈, 그리고 하이브리드 모듈의 성능을 개선한 최종 모듈을 개발하였으며, 그 결과는 이전 논문으로 발표하였다. 본 논문은 최종 개발된 하이브리드 모듈을 실제 주차장에 설치하여 차량의 주행에 따른 압력과 진동, 그리고 차량주행 속도에 따른 발전성능을 측정하고 앞서 발표된 실험실 조건에서의 측정결과와 비교하였다. 선행연구에서 수행한 실험실 조건에서의 에너지블록의 최대전력은 1회 가진시 1.066W, 5회연속 가진시 1.830W로 측정되었다. 반면에 이 연구에서 실시한 실제 주차장 주행차량 속도별 측정결과는 5km/h 주행시 평균 0.310W, 10km/h에서 0.670W, 20km/h에서 1.250W, 30km/h에서 2.1600W로 측정되었다. 즉, 차량의 주행속도가 높을수록 발전성능은 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 실험실조건에 대비해서 주행속도 20km/h까지는 발전성능이 떨어지며, 실험실 조건의 1회 가진시 대비해서는 20km/h이상, 그리고 5회연속가진에 대비해서는 30km/h 이상일 때 발전성능이 높은 것으로 측정되었다. 이는 실험실과 실제차량이라는 재하조건의 차이로 사료된다. 따라서 향후 도로용 에너지블록의 적용은 주차장 조건보다는 주행도로용으로 활용하는 것이 효과적일 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권12호
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• pp.883-893
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• 2023

2020년 기준 한국의 곡물자급률은 20.2%에 불과하지만 곡물수출국에서 발생하는 가뭄이 국내에 미치는 영향은 아직 면밀히 분석되지 않았다. 본 연구에서는 증발산 기반 가뭄지수인 Evaporative Stress Index (ESI)를 이용해 세계 주요 곡물생산지역의 농업가뭄의 발생빈도, 장기추세, 자연진동과의 상관성을 분석하였다. 또한 국제 곡물거래가격과 작물생산지역의 가뭄면적을 비교하여 해외에서 발생한 가뭄이 한국 경제에 미치는 영향을 정성적으로 평가하였다. ERA5 기후재분석자료로 산정된 ESI는 전지구적으로 토양수분과 강한 상관성을 보였으며 특히 작물재배 지역에서의 둘의 상관성이 매우 강하게 나타났다. 작물재배지역에서의 높은 상관성은 강한 지면-대기결합을 의미하며, 이 때문에 작은 토양수분 부족이 상대적으로 큰 수확량 손실로 연결될 가능성이 크다. 1991-2022 기간 작물재배지역에서 ESI는 뚜렷한 감소추세를 보였으며 지구온난화와 함께 가뭄면적이 증가할 가능성이 있다. 2012년과 2022년에 급격히 상승한 국제곡물가격은 수출국에서 발생한 대규모 가뭄과 밀접한 관계가 있는 것으로 분석되었으며 한국의 생산자물가지수를 상승시킨 주요 원인 중 하나로 판단된다. 본 연구는 해외지역에서 일어나는 가뭄의 영향을 줄이기 위해 감시와 위험관리 전략이 필요함을 시사한다.