KR101264041B1 - 에너지 수확을 이용한 무선 계측 시스템 - Google Patents

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강정민
이규찬
이영호
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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 에너지 수확을 이용한 무선 계측 시스템에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 에너지 수확을 이용한 무선 계측 시스템은 측정 대상 장치의 온도나 압력을 계측하기 위한 다수개의 센서, 상기 다수개의 센서에서 전송하는 계측 데이터를 무선신호로 변환하여 전송하는 데이터 처리부 및 열전소자 및 압전소자를 포함하여 구성되고 상기 측정 대상 장치에서 발생하는 열에너지 또는 운동에너지를 수확하여 자체적으로 전기에너지로 전환한 후 상기 데이터처리부로 공급하는 전원공급부;를 하나의 계측모듈로 형성한 것을 특징으로 하며, 상기 계측모듈은 측정하고자 하는 물리량이 엔진 피스톤의 온도인 경우에는 상기 엔진의 피스톤 하단에 부착되어 상기 피스톤을 통해 전달되는 열에너지 혹은 운동에너지를 전력으로 변환하고, 구동축의 토크 혹은 변형량을 측정하고자 하는 경우에는 상기 구동축에 부착되어 상기 구동축에서 전달되는 진동이나 회전관성력을 전력으로 변환하여 자체 전원으로서 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에너지 수확을 이용한 무선 계측 시스템에 의하면, 에너지 수확을 이용한 지속적인 전원 공급을 통해 정전이나 교체 등으로 인한 일시적인 계측 데이터의 전송이 중단되는 일이 없도록 한다는 효과가 얻어진다.

Description

에너지 수확을 이용한 무선 계측 시스템{Wireless measuring system using energy harvesting}
본 발명은 무선 계측 시스템에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 자체적으로 에너지 수확을 통해 전원을 공급하여 무중단 계측을 수행하는 에너지 수확을 이용한 무선 계측 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 계측기는 온도, 유량 및 압력과 같은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 자동으로 기록하는 장치로서, 열전대(Thermocouple), 측은 저항체(Resistance Temperature Detector : RTD), 압전 센서 및 배터리와 같은 측정 대상물에서 전압, 전류, 저항, 주파수 및 온/오프 신호와 같은 계측 신호를 측정하고 이를 자체 기록하여 표시하는 장치이다.
상기 계측기는 저장부 및 표시부가 구비되어 있어 계측 신호를 처리한 결과를 저장하여 표시하는데, 별도의 유선 케이블을 통해 계측 데이터를 송신받는 번거로움이 있고, 엔진과 같은 고속으로 회전하는 대상의 물리량의 계측에 어려움이 있어 간단하게 무선으로 계측 데이터를 송수신하는 무선 계측 시스템에 개발되어 왔다.
그러나, 종래 기술에 있어서는 도 1에 도시된 바와 같이 무선 계측 시스템(20)에 구동 전원을 제공하기 위해서 공급전원부(30)로 내장 배터리를 사용하거나 외부에서 무선으로 전원을 공급하기 때문에 배터리 충전, 정전 등으로 일시적으로 계측 데이터의 전송이 중단되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 에너지를 수확하는 장치를 추가하여 자체적으로 전원을 공급하여 무중단 계측을 수행하는 에너지 수확을 이용한 무선 계측 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 에너지 수확을 이용한 무선 계측 시스템은, 측정 대상 장치의 온도나 압력을 계측하기 위한 다수개의 센서, 상기 다수개의 센서에서 전송하는 계측 데이터를 무선신호로 변환하여 전송하는 데이터 처리부 및 열전소자 및 압전소자를 포함하여 구성되고 상기 측정 대상 장치에서 발생하는 열에너지 또는 운동에너지를 수확하여 자체적으로 전기에너지로 전환한 후 상기 데이터처리부로 공급하는 전원공급부;를 하나의 계측모듈로 형성한 것을 특징으로 하며, 상기 계측모듈은 측정하고자 하는 물리량이 엔진 피스톤의 온도인 경우에는 상기 엔진의 피스톤 하단에 부착되어 상기 피스톤을 통해 전달되는 열에너지 혹은 운동에너지를 전력으로 변환하고, 구동축의 토크 혹은 변형량을 측정하고자 하는 경우에는 상기 구동축에 부착되어 상기 구동축에서 전달되는 진동이나 회전관성력을 전력으로 변환하여 자체 전원으로서 사용하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 수확을 이용한 무선 계측 시스템에 의하면, 에너지 수확을 이용한 지속적인 전원 공급을 통해 정전이나 교체 등으로 인한 일시적인 계측 데이터의 전송이 중단되는 일이 없도록 한다는 효과가 얻어진다.
도 1은 종래 무선 계측 시스템의 구성을 간략하게 보인 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 수확을 이용한 무선 계측 시스템의 구성을 간략하게 보인 블록도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 수확을 이용한 무선 계측 시스템의 구성을 간략하게 보인 블록도이다.
도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명을 적용하기 위한 무선 계측 시스템은, 계측 센서(10), 계측 모듈(100)로 구성한다.
계측 센서(10)는 측정 대상 장치의 물리량(예를 들어 응력, 온도, 압력 등) 계측을 수행한다.
계측 모듈(100)은 상기 다수개의 센서에서 전송하는 계측 데이터를 무선신호로 변환하여 전송하는 데이터 처리부(110) 및 상기 측정 대상 장치에서 발생되는 열에너지 또는 운동에너지를 수확하여 자체적으로 전기에너지로 전환한 후 상기 데이터처리부(110)로 공급하는 전원공급부(120)로 구성한다.
상기 전원공급부(120)는 열(및 운동)에너지를 전기에너지로 전환하는 열전(및 압전) 소자(121)와 전원충전부(122)를 포함한다.
상기 데이터 처리부(110)는 종래 기술과 동일한 동작을 하므로, 그에 대한 설명은 생략한다.
한편, 상기 계측모듈(100)은 측정 대상 장치인 이동체(굴삭기, 자동차 등) 엔진의 실린더 외측에 위치하거나 이동체의 구동축 또는 엔진 실린더 내부의 피스톤 등에 위치한다.
이와 같이 구성한 본 발명에 따른 실시예의 동작 과정을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시한 바와 같이 데이터 처리부(110)와 전원공급부(120)가 일체로 형성된 계측 모듈(100)을 측정 대상 장치의 특정 위치에 부착하는데, 측정하고자 하는 물리량에 따라 구동축 또는 열원을 가지는 운동체의 외측에 부착한다.
즉, 측정하고자 하는 물리량이 엔진 피스톤의 온도를 측정하고자 하는 경우, 계측 모듈(100)을 엔진의 피스톤 하단에 부착하여 피스톤을 통해 전달되는 열에너지 혹은 운동에너지를 전력으로 변환하여 무선 계측 시스템을 구동한다. 구동축의 토크, 변형량을 측정하고자 하는 경우에는 구동축에 부착하여, 축에서 전달되는 진동이나 회전관성력을 전력으로 변환하여 무선 계측 시스템을 동작시킨다.
이후, 계측 시스템이 구동을 시작하면, 무선 계측 장치는 외부 환경으로부터 에너지를 공급받아 계측 회로를 동작시켜서 다수개의 계측 센서(10)에서 수집된 계측 데이터를 계측 모듈(100)을 통해 무선신호로 변환하여 외부의 무선 데이터 수신 장치(미도시)로 전송을 시작한다.
이때, 상기 계측 모듈(100)의 전원공급부(120)는 열전 소자 또는 압전 소자를 통해 열에너지 또는 운동 에너지를 지속적으로 수확하여 전기 에너지로 전환한 후 계측 모듈(100)의 데이터 처리부(110)로 전원을 공급한다.
이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
10 : 계측 센서 20, 110 : 데이터 처리부
30, 120 : 전원공급부 100 : 계측 모듈
121 : 열전소자 및 압전소자 122 : 전원충전부

Claims (3)

  1. 측정 대상 장치의 온도나 압력을 계측하기 위한 다수개의 센서,
    상기 다수개의 센서에서 전송하는 계측 데이터를 무선신호로 변환하여 전송하는 데이터 처리부 및
    열전소자 및 압전소자를 포함하여 구성되고 상기 측정 대상 장치에서 발생하는 열에너지 또는 운동에너지를 수확하여 자체적으로 전기에너지로 전환한 후 상기 데이터처리부로 공급하는 전원공급부;를 하나의 계측모듈로 형성한 것을 특징으로 하며,
    상기 계측모듈은,
    측정하고자 하는 물리량이 엔진 피스톤의 온도인 경우에는 상기 엔진의 피스톤 하단에 부착되어 상기 피스톤을 통해 전달되는 열에너지 혹은 운동에너지를 전력으로 변환하고, 구동축의 토크 혹은 변형량을 측정하고자 하는 경우에는 상기 구동축에 부착되어 상기 구동축에서 전달되는 진동이나 회전관성력을 전력으로 변환하여 자체 전원으로서 사용하는 것을 특징으로 하는 에너지 수확을 이용한 무선 계측 시스템.
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