Seo, Yo-han;Lee, Myeong-han;Jung, Sung-hyun;Yang, Min-Jae;Yoon, Eun-jung;Yu, Chong-gun
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2014.10a
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pp.585-588
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2014
This paper presents a self-powered sensor node circuit using photovoltaic and vibration energy harvesting. The harvested energy from a solar cell and a vibration device(PZT) is stored in a storage capacitor. The stored energy is managed by a PMU(Power Management Unit). In order to supply a stable voltage to the sensor node, an LDO(Low Drop Out Regulator) is used. The LDO drives a temperature sensor and a SAR ADC(Successive Approximate Register Analog-to-Digital Converter), and 10-bit digital output data corresponding to current temperature is obtained. The proposed circuit is designed in a 0.35um CMOS process, and the designed chip size including PADs is $1.1mm{\times}0.95mm$.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.11a
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pp.1059-1066
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2003
A power generation system are proposed to convert ambient mechanical vibration into electrical energy using cantilever-type piezoelectric materials. The vibration-based power device can be used for self-powered systems without batteries. This paper presents the theoretical analysis for the coupled equations of piezoelectric and structural motions and investigates the dynamic characteristics of the self-power system using transfer function method. The theoretical model is verified by the finite element analysis of the resonance frequency, the dynamic response of the structure and the sensor sensibility. Experimental results measured using a prototype system agrees with the theoretical predictions. The system is shown to produce 2.53㎼ in average. Finally, we perform the optimal design for system variables to maximize output power.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.6
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pp.717-725
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2004
A power generation systems are proposed to convert ambient mechanical vibration into electrical energy using cantilever-type piezoelectric materials. The vibration-based power device can be used for self-powered systems without batteries. This paper presents the theoretical analysis for the coupled equations of piezoelectric and structural motions and investigates the dynamic characteristics of the self-power system using transfer function method. The theoretical model is verified by the finite element analysis of the resonance frequency, the dynamic response of the structure and the sensor sensibility. Experimental results measured using a prototype system agree with the theoretical predictions. The system is shown to produce 34.5 ㎼ in average. Finally, we perform the optimal design for system variables to maximize output power.
A hybrid switch that uses a microelectromechanical system (MEMS) switch as a gate driver of a MOSFET is applied to an energy harvesting system. The power management circuit adopting the hybrid switch provides ultralow leakage, self-referencing, and high current handling capability. Measurements show that solar energy harvester circuit utilizing the MEMS-MOSFET hybrid switch accumulates energy and charges a battery or drive a resistive load without any constant power supply and reference voltage. The leakage current during energy accumulation is less than 10 pA. The power management circuit adopting the proposed hybrid switch is believed to be an ideal solution to self-powered wireless sensor nodes in smart grid systems.
The best method is selected among the 3 digital dynamic compensation methods which are developed or applied for the Rhodium self-powered neutron detector. The three digital dynamic compensation methods are the existing Dominant Pol Tustin method of the COLSS(Core Operating Limit Supervisory System), the Direct Inversion method and Kalman Filter method. The Direct Inversion method is an improved method of D. Hoppe and R. Maletti and the Kalman Filter method is developed using the Kalman Filter. Response times of the compensated signals to achieve 90% of a step input are 28.1, 17.2 and 6.5 seconds respectively for the same noise gain telling that the Kalman Filter method is the best amens the 3 methods.
We developed a highly efficient organic photovoltaic (OPV) cell with a poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-)-2-carboxylate-2-6-diyl)]:[6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester active layer for harvesting lower-intensity indoor light energy to power various self-powered sensor systems that require power in the microwatt range. In order to achieve higher power conversion efficiency (PCE), we first optimized the thickness of the active layer of the OPV cell through optical simulations. Next, we fabricated an OPV cell with optimized active layer thickness. The device exhibited a PCE of 12.23%, open circuit voltage of 0.66 V, short-circuit current density of 97.7 ㎂/cm2, and fill factor of 60.53%. Furthermore, the device showed a maximum power density of 45 ㎼/cm2, which is suitable for powering a low-power (microwatt range) sensor system.
This paper presents the dynamic excitation control of a siphon-turbine coupled pico-hydro powered cage rotor induction generator and load matching for off-grid electricity generation. Through the proposed dual-role of the current-controlled voltage source converter (VSC), acting as static synchronous compensator and load controller, real and reactive power are dynamically controlled in a decoupled manner with a self supported DC-bus. The proposed scheme entails minimal computation for ensuring the rated (set) capacity of real power. The scheme also exhibits fault immunity for protection, thus enabling the effective handling of constant power electrical loads presented by base telecom station towers in remote locations. The performance of the system is evaluated under MATLAB/Simulink and is experimented through a developed hardware prototype. Simulation and experimental results show close conformity and validate the effectiveness of the proposed scheme.
Kim, Min-Jun;Byun, Do-Young;Kumar, Vijay;Breuer, Kenneth S.
Proceedings of the KSME Conference
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2008.11a
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pp.1433-1436
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2008
Flagellate bacteria such as Escherichia coli or Serratia marcescens possess a remarkable motility system based on a reversible rotary motor. We have employed S. marcescens as microactuators in low Reynolds number fluidic environments to move a larger engineering element around. Microstructures fabricated using conventional microfabrication techniques are blotted on the swarm plate, which leaves a bacterial monolayer on the surface of the microstructure. We have investigated microstructures powered by bacteria to determine how cell orientation on the microstructure surface relates to the swarming patterns as well as how the orientation is affected by the blotting process. This study will help to refine directional control of bacterial transporters by exploiting bacterial sensory mechanisms.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology
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v.5
no.5
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pp.643-650
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2018
A self-powered electrochromic device was fabricated on an indium tin oxide-polyethylene naphthalate flexible substrate using a dye-sensitized solar cell (DSSC) as a self-harvesting source; the electrochromic device was naturally bleached and operated under outdoor light conditions. The color of the organic electrochromic polymer, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate, was shifted from pale blue to deep blue with an antimony tin oxide film as a charge-balanced material. Electrochromic performance was enhanced by secondary doping using dimethyl sulfoxide. As a result, the device showed stable switching behavior with a high transmittance change difference of 40% at its specific wavelength of 630 nm for 6 hrs. To improve the efficiency of the solar cell, 1.0 wt.% of Ag NWs in the photoanode was applied to the $TiO_2$ photoanode. It resulted in an efficiency of 3.3%, leading to an operating voltage of 0.7 V under xenon lamp conditions. As a result, we built a standalone self-harvesting electrochromic system with the performance of transmittance switching of 29% at 630 nm, by connecting with two solar cells in a device. Thus, a self-harvesting and flexible device was fabricated to operate automatically under the irradiated/dark conditions.
Kim, I.S.;Joo, H.K.;Song, J.S.;Kim, M.S.;Jeong, S.J.;Lee, D.S.
Proceedings of the KIEE Conference
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2008.07a
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pp.1246-1247
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2008
With recent advanced in portable electric devices, wireless sensor, MEMS and bio-Mechanics device, the new typed power supply, not conventional battery but self-powered energy source is needed. Particularly, the system that harvests from their environments are interests for use in self powered devices. For very low powered devices, environmental energy may be enough to use power source. Therefore, in other to made piezoelectric energy harvesting device, PMN-PZT thick film was formed by the screen printing method on the Ag/Pd coated alumina substrate. The layer was 8 layers and slurry where a-terpineol, ethycellulose, ferro B-75001 as Vehicle, PMN-PZT powder used are fabricated by ball mill. The output power quality was be also investigated by changing the load resistance, weight and frequency. The made piezoelectric energy harvesting device was resulted from the conditions of 33$k{\Omega}$, 0.25g, 197Hz respectively. The thick film was prepared at the condition of 2.75Vrms, and its power was 230${\mu} W$ and its thickness was 56${mu}m$. The piezoelectric energy harvesting device output voltage was increased, when the load weight, load resistance was increasing and resonance frequency was diminishing. The other side, resonance frequency was diminished, when the weight was increasing. And output power was continuously it changed by load resistance, output voltage, weight and resonance frequency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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