This study presents energy harvesting technologies for structural health monitoring (SHM) using wireless impedance sensor nodes. Energy harvesting is the process of extracting energy from the environment or a surrounding system and converting it to useable electrical energy. Recently, there has been a surge of research for supplying the power to various types of wireless sensors. In this study, two energy harvesting methods are studied to supply the power effectively to a SHM impedance sensor node. The first energy harvester uses solar panels that can harvest energy from solar energy unlimitedly and converts it into the electrical energy. The second harvester uses a piezoelectric patch that can convert mechanical vibrations to the electrical energy. The collected energy by the proposed energy is used to charge the rechargeable battery of a SHM impedance sensor node. The effectiveness of the energy harvesters are investigated.
본 논문은 무선 구조건전성 모니터링 시스템을 위한 무선 임피던스 센서 노드를 사용한 에너지 하베스팅 기술에 관해 연구하였다. 에너지 하베스팅(수확)은 태양, 조수, 바람, 진동, 폐열 등 주위의 환경으로부터 에너지를 수확하여 사용할 수 있는 전기 에너지로 변환하는 것이다. 에너지 수확 기술은 주기적으로 무선 센서 노드의 전지를 교환함으로써 생기는 문제점을 해결하는 대안이 될 수 있다. 최근, 다양한 종류의 무선 센서 노드의 전원 공급을 위한 에너지 수확 기술이 각광을 받고 있다. 본 논문에서는 두 종류의 에너지 수확 기술을 무선 구조건전성 모니터링 시스템을 위한 무선 임피던스 센서 노드에 적용하였으며 그에 적합한 에너지 수확기를 개발하였다. 첫째로, 태양전지를 이용하여 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 에너지 수확기를 개발하였고, 두 번째로는 압전소자를 이용하여 구조물의 기계적 진동에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 수확기를 개발하였다. 수확된 에너지는 에너지 수확기를 통해 충전지에 저장되며, 무선 센서 노드에 전원을 공급한다. 에너지 수확기와 더불어 효율적인 에너지 수확기 사용을 위한 시스템을 제안하였다. 또한 개발한 에너지 수확기를 실제 무선 구조건전성 모니터링 시스템에 적용한 실험을 하여 에너지 수확기의 성능을 평가하였다.
