Fusion wireless power transmission system for structural health monitoring sensors

Abstract

본 연구에서는 대형 사회기반시설 구조물 안전 진단에 사용되는 센서로의 융합 무선전력전송을 구현하기 위한 시스템을 개발하였다. 개발된 융합 무선전력전송 시스템은 자기공진 기반 무선전력전송 장치, 전자기파 방사형 무선전력전송 장치, 에너지 수확 장치와 구조물 건전성 평가를 위한 센서 장치로 구성되어 있다. 자기공진 기반 무선전력전송 장치는 전력 송수신 코일과 공진기로 구성되어 있으며, 전자기파 방사형 전력 송신기는 915MHz대역 주파수 발진기, 4가지 형태의 전압변환기, 2단 전력 증폭기와 전력 전송용 안테나로 구성되고 제안된 전자기파 기반 전력 수신기는 전력 수신용 안테나, 고조파 제거 대역통과필터, 전압 체배기 형태의 정류회로 그리고 저항성 부하로 구성된다. 기존에 연구 사례가 없었던 자기공진 방식과 전자기파 방사 방식을 결합한 융합 무선전력전송을 실현하였고, 시스템 구성의 대부분을 최적화 설계 후 직접 장치들을 제작하였다는 점에서 연구의 독창성이 있다. 실험실과 실제 교량에서의 검증 실험을 수행하였으며, 설계치와 비교하는 내용을 담고 있다. 융합 무선전력전송 실현 시 최대 60mW가량 충전이 가능하며, 400J의 에너지를 소모하는 센서를 가동하기 위해서 약 1시간 50분 가량 충전시간이 필요하다는 결론을 얻었으며, 본 실험을 기반으로 시스템을 개선해 나간다면 수 십분 내에 충전이 가능할 것으로 보인다.