KR20220159290A - 증폭기 설계 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20220159290A
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홍동표
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Abstract

본 발명은 증폭기를 설계하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 실시 예에 따른 증폭기 설계 장치의 프로세서에 의해 수행되는 증폭기 설계 방법은 진동 에너지를 발생시키는 대상체와 접촉하여 대상체의 진동수를 측정하고 대상체의 고유진동수를 산출하는 단계와, 기설정된 복수의 진동 에너지 증폭기 중 어느 한 진동 에너지 증폭기의 선택에 대응하여, 선택된 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보를 로딩하는 단계와, 대상체의 고유진동수와 일치하도록 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보 중 적어도 하나의 파라미터를 특정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

증폭기 설계 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DESIGNING AMPLIFIER}
본 발명은 증폭기를 설계하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 물질의 고유 진동수는 물질마다 다르기 때문에 포괄적인 고유 진동수 주파수 대역을 만족시키는 증폭기를 만드는데 어려움이 있을 수 있다. 종래에는 진동을 증폭시키는 과정에서 대상체에 부담을 주거나 고장으로 이어질 수 있는 정도의 증폭을 하였다. 또한 에너지를 수집하더라도 상용 가능한 정도의 전자기 에너지로 변환시키지 못하였다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
국내 등록특허공보 제10-0661321호(2006.12.19)
본 발명의 일 과제는, 대상체의 고유 진동수와 진동 에너지 증폭기의 고유 진동수를 일치시켜 진동 에너지를 증폭시키고 이를 전기에너지로 변환하여 수집할 수 있는 증폭기 설계 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 과제는, 넓은 범위의 진동을 증폭시킬 수 있는 증폭기 설계 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 과제는 진동을 증폭하면서도 대상체에 문제를 발생시키지 않는 증폭기 설계 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 과제 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시 예에 의해보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
본 실시 예에 따른 증폭기 설계 장치의 프로세서에 의해 수행되는 증폭기 설계 방법은, 진동 에너지를 발생시키는 대상체와 접촉하여 대상체의 진동수를 측정하고 대상체의 고유진동수를 산출하는 단계와, 기설정된 복수의 진동 에너지 증폭기 중 어느 한 진동 에너지 증폭기의 선택에 대응하여, 선택된 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보를 로딩하는 단계와, 대상체의 고유진동수와 일치하도록 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보 중 적어도 하나의 파라미터를 특정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 실시 예에 따른 증폭기 설계 장치는, 프로세서 및 프로세서와 동작 가능하게 연결되고 프로세서에서 수행되는 적어도 하나의 코드를 저장하는 메모리를 포함하고, 메모리는 프로세서를 통해 실행될 때, 프로세서가 진동 에너지를 발생시키는 대상체와 접촉하여 대상체의 진동수를 측정하고 대상체의 고유진동수를 산출하고, 기설정된 복수의 진동 에너지 증폭기 중 어느 한 진동 에너지 증폭기의 선택에 대응하여, 선택된 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보를 로딩하고, 대상체의 고유진동수와 일치하도록 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보 중 적어도 하나의 파라미터를 특정하도록 야기하는 코드를 저장할 수 있다.
이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 방법, 다른 시스템 및 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체가 더 제공될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명에 의하면, 대상체의 고유 진동수와 진동 에너지 증폭기의 고유 진동수를 일치시켜 진동 에너지를 증폭시키고 이를 전기에너지로 변환하여 수집할 수 있는 증폭기 설계 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 넓은 범위의 진동을 증폭시키는 증폭기 설계 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 진동을 증폭하면서도 대상체에 문제를 발생시키지 않는 증폭기 설계 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 실시 예에 따른 증폭기 설계 환경의 예시도이다.
도 2는 본 실시 예에 따른 증폭기 설계 장치의 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 블록도이다.
도 3은 도 2의 증폭기 설계 장치 중 설계 관리부의 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 블록도이다.
도 4는 본 실시 예에 따른 진동 에너지 증폭기의 측면도이다.
도 5는 본 실시 예에 따른 진동 에너지 증폭기의 가변 프레임 특정을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 실시 예에 따른 진동 에너지 증폭기의 질량체 특정을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 실시 예에 따른 증폭기 설계 장치의 검증 결과를 나타내는 파형도이다.
도 8은 본 실시 예에 따른 증폭기 설계 장치가 어플리케이션 형태로 탑재된 사용자 단말기의 예시도이다.
도 9는 다른 실시 예에 따른 증폭기 설계 장치의 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 블록도이다.
도 10은 본 실시 예에 따른 증폭기 설계 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시 예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 명세서에서, "부"는 프로세서 또는 회로와 같은 하드웨어 구성(hardware component), 및/또는 프로세서와 같은 하드웨어 구성에 의해 실행되는 소프트웨어 구성(software component)일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 실시 예에 따른 증폭기 설계 환경의 예시도이다. 도 1을 참조하면, 증폭기 설계 환경(1)은, 증폭기 설계 장치(100), 대상체(200), 진동 에너지 증폭기(300), 멀티미터(400), 사용자 단말기(500) 및 네트워크(600)를 포함할 수 있다.
일반적으로 모든 구조물은 특정한 고유진동수(natural frequency)를 가질 수 있다. 이러한 특정한 고유진동수와 외부 가진의 진동수가 일치하게 되면 진폭의 크기가 비약적으로 상승하는 공진이 일어날 수 있다. 공진으로 증폭된 진동의 크기는 감쇠계수에 반비례하여 나타날 수 있다. 감쇠계수가 클 경우에는 작은 공진이 일어나고, 반대로 감쇠계수가 매우 작으면 큰 공진이 일어날 수 있다. 이와 같은 물체 진동의 물리적 특성을 이용하여, 진동을 증폭시켜 자가발전 및 감지를 실행하는 본 실시 예에 따른 진동 에너지 증폭기(300)를 제안할 수 있다.
대상체(200)의 고유진동수와 진동 에너지 증폭기(300)의 고유진동수가 일치해야 공진이 일어날 수 있다. 대상체(200) 고유진동수의 크기는 다양하거나 무한한 범위를 가지며, 고유진동수는 대상체(200)의 종류마다 다를 수 있다. 따라서, 진동 에너지 증폭기(300)의 고유진동수를 매번 다르게 설계할 수 있어야 진동 에너지 증폭기(300)를 설치함에 용이하고 유지 보수 시간을 단축할 수 있다. 따라서, 본 실시 예에 따른 증폭기 설계 장치(100)는 특수한 조건을 바탕으로 하여 진동 에너지 증폭기(300)의 고유진동수를 연속적으로 변화시킬 수 있다. 이러한 연속적인 변화는 어떠한 진동 에너지 증폭기를 선택하고, 선택한 진동 에너지 증폭기(300)의 사양 정보 중 어떠한 파라미터를 특정(예를 들어, 어떤 물질을 특정 위치에 추가하거나 제외)하느냐에 따라 발생할 수 있다.
또한 본 실시 예에서 증폭기 설계 장치(100)는 회귀분석 함수로 조건 변화를 통제하고 고유진동수를 특정할 수 있는 알고리즘을 구비할 수 있다. 이러한 알고리즘은 대상체(200)에 설치하는 공정시간을 본 실시 예 적용 이전에 비해 비약적으로 단축(예를 들어, 5분 이내)시킬 수 있다. 또한 본 실시 예에서 증폭기 설계 장치(100)는 진동 증폭에서 중요한 요소인 감쇠계수를 최소화시킬 수 있는 기술을 포함시킬 수 있다. 감쇠계수가 최소화되면 진동 에너지 증폭기(300)의 전기 에너지 수확 효율을 높일 수 있다. 따라서, 진동 에너지 증폭기(300)가 진동 에너지를 전기 에너지로 변환할 경우 가능한 전기 에너지의 최대치를 용이하게 획득하도록 할 수 있다.
증폭기 설계 장치(100)는 대상체(200)의 진동 에너지(진동수)를 측정하여 고유진동수를 산출할 수 있다. 본 실시 예에서 증폭기 설계 장치(100)는 진동 에너지를 발생시키는 대상체(200)와 접촉하는 위치 예를 들어, 대상체(200)의 상부에 위치할 수 있다. 증폭기 설계 장치(100)는 대상체(200)의 진동 에너지를 측정하기 위해 진동센서(미도시) 및 진동센서가 감지한 진동 에너지를 분석하여 고유진동수를 산출하는 산출부(미도시)를 구비할 수 있다
증폭기 설계 장치(100)는 기설정된 복수의 진동 에너지 증폭기 중 어느 한 진동 에너지 선택에 대응하여, 선택된 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보를 로딩할 수 있다. 증폭기 설계 장치(100)는 내부에 다양한 사양으로 구성된 복수의 진동 에너지 증폭기 종류가 저장되어 있을 수 있다. 증폭기 설계 장치(100)는 사용자의 선택 수신에 대응하여 복수의 진동 에너지 증폭기 종류 중 어느 한 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보를 로딩할 수 있다. 여기서, 진동 에너지 증폭기는, 대상체(200)에서 발생하는 진동 에너지를 수신하여 증폭한 후 전기 에너지로 변환시키는 디바이스를 포함할 수 있다.
본 실시 예에서는 사용자가 복수의 진동 에너지 증폭기의 종류 중 도 4에 도시된 진동 에너지 증폭기(300)를 선택하였다고 가정하고 설명하기로 한다. 따라서, 증폭기 설계 장치(100)가 로딩하는 진동 에너지 증폭기(300)에 대한 사양 정보는 고정 지지대(도 4의 310)와, 고정 프레임(도 4의 320)과, 가변 프레임(도 4의 330)과, 질량체(도 4의 340)와, 발전부(도 4의 350)에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이하, 진동 에너지 증폭기(300)에 대한 상세한 사양 정보는 후술하기로 한다. 본 실시 예에서, 진동 에너지 증폭기(300)는 진동을 발생하는 대상체(200)와 접촉하는 위치 예를 들어, 대상체(200)의 상부에 위치할 수 있다.
증폭기 설계 장치(100)는 대상체의 고유진동수와 일치하도록 진동 에너지 증폭기(300)에 대한 사양 정보 중 적어도 하나의 파라미터를 특정할 수 있다. 여기서, 진동 에너지 증폭기(300)에 대한 사양 정보 중 적어도 하나의 파라미터를 특정한다 함은, 대상체의 고유진동수와 일치하도록 가변 프레임(도 4의 330)의 길이를 조정하거나, 질량체(도 4의 340)의 무게를 조정하거나, 둘 다 조정하는 것을 포함할 수 있다.
증폭기 설계 장치(100)는 파라미터의 특정에 의해 가변 프레임(도 4의 330)의 길이 및 질량체(도 4의 340)의 무게 중 하나 이상을 조정한 진동 에너지 증폭기(300)의 고유진동수와 대상체(200)의 고유진동수가 일치하는지 검증할 수 있다. 본 실시 예에서 검증을 위해 진동 에너지 증폭기(300)는 대상체(200)와 접촉하는 위치, 예를 들어 대상체(200)의 상부에 위치할 수 있다. 진동 에너지 증폭기(300)의 고유진동수와 대상체(200)의 고유진동수가 일치하는 경우 공진(resonance)이 발생할 수 있다. 그러나 진동 에너지 증폭기(300)의 고유진동수와 대상체(200)의 고유진동수가 일치하지 않는 경우 공진이 발생하지 않을 수 있다.
증폭기 설계 장치(100)는 멀티미터(400)로부터 출력되는 진동 에너지 증폭기(300)의 전압 변화를 수신하여 공진이 일어났는지 여부를 판단할 수 있다. 본 실시 예에서, 멀티미터(400)는 진동 에너지 증폭기(300)의 발전부(도 4의 350)에 연결되어, 발전부(350)가 출력하는 전기 에너지를 전압 형태로 변환하여 증폭기 설계 장치(100)로 출력할 수 있다. 증폭기 설계 장치(100)는 멀티미터(400)로부터 수신되는 전압의 변화 중 수직 상승하는 구간(예를 들어, 40mV에서 760mV로 19배 상승하는 구간)이 발생되면, 그 구간에서 공진이 발생했다고 판단할 수 있다. 그러나 증폭기 설계 장치(100)는 멀티미터(400)로부터 수신되는 전압의 변화 중 수직 상승하는 구간이 존재하지 않으면, 공진이 발생하지 않았다고 판단할 수 있다.
증폭기 설계 장치(100)는 멀티미터(400)로부터 출력되는 진동 에너지 증폭기(300)의 전압 변화를 수신하여, 대상체(200)의 고유진동수와 진동 에너지 증폭기(300)의 고유진동수가 일치하여 공진이 발생하도록, 진동 에너지 증폭기(300)에 대한 사양 정보 중 적어도 하나의 파라미터를 재특정 할 수 있다. 여기서, 진동 에너지 증폭기(300)에 대한 사양 정보 중 적어도 하나의 파라미터를 재특정한다 함은, 앞서 특정한 파라미터를 수정하는 것을 포함할 수 있다.
본 실시 예에서, 증폭기 설계 장치(100)는 서버 형태로 독립적으로 존재하거나, 증폭기 설계 장치(100)가 제공하는 대상체(200) 고유진동수 측정, 진동 에너지 증폭기 사양 정보 로딩 및 파라미터 특정, 공진 발생 검증 및 파라미터 재특정을 포함하는 증폭기 설계 기능을 어플리케이션 형태로 구현하여 사용자 단말기(500)에 탑재할 수 있다.
사용자 단말기(500)는 증폭기 설계 장치(100)가 제공하는 증폭기 설계 어플리케이션 및/또는 증폭기 설계 사이트에 접속하여 증폭기 설계 서비스를 받을 수 있다.
이러한 사용자 단말기(500)는 컴퓨팅 장치(미도시)의 기능을 수행할 수 있는 통신 단말기를 포함할 수 있으며, 스마트폰 이외에, 사용자가 조작하는 데스크 탑 컴퓨터, 노트북, 태블릿 PC, 스마트 TV, 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱, 미디어 플레이어, 마이크로 서버, GPS(global positioning system) 장치, 전자책 단말기, 디지털방송용 단말기, 네비게이션, 키오스크, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 가전기기 및 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 사용자 단말기(500)는 통신 기능 및 데이터 프로세싱 기능을 구비한 시계, 안경, 헤어 밴드 및 반지 등의 웨어러블 단말기 일 수 있다. 이러한 사용자 단말기(500)는 상술한 내용에 제한되지 아니하며, 웹 브라우징이 가능한 단말기는 제한 없이 차용될 수 있다.
네트워크(600)는 증폭기 설계 장치(100)와 사용자 단말기(500)를 연결하는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 네트워크(600)는 예컨대 LANs(local area networks), WANs(wide area networks), MANs(metropolitan area networks), ISDNs(integrated service digital networks) 등의 유선 네트워크나, 무선 LANs, CDMA, 블루투스, 위성 통신 등의 무선 네트워크를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 네트워크(600)는 근거리 통신 및/또는 원거리 통신을 이용하여 정보를 송수신할 수 있다. 여기서, 근거리 통신은 블루투스(bluetooth), RFID(radio frequency identification), 적외선 통신(IrDA, infrared data association), UWB(ultra-wideband), ZigBee, Wi-Fi (wireless fidelity) 기술을 포함할 수 있고, 원거리 통신은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 기술을 포함할 수 있다.
네트워크(600)는 허브, 브리지, 라우터, 스위치와 같은 네트워크 요소들의 연결을 포함할 수 있다. 네트워크(600)는 인터넷과 같은 공용 네트워크 및 안전한 기업 사설 네트워크와 같은 사설 네트워크를 비롯한 하나 이상의 연결된 네트워크들, 예컨대 다중 네트워크 환경을 포함할 수 있다. 네트워크(600)에의 액세스는 하나 이상의 유선 또는 무선 액세스 네트워크들을 통해 제공될 수 있다.
더 나아가 네트워크(600)는 CAN(controller area network) 통신, V2I(vehicle to infrastructure, 차량 대 도로 인프라) 통신, V2X(vehicle to everything) 통신, 웨이브(wireless access in vehicular environment) 통신 기술과, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망 및/또는 NB-IoT 망 및/또는 5G 통신을 지원할 수 있다. 여기서, NB(narrowband)-IoT는 LTE(Long-Term Evolution) 주파수를 이용한 저전력/광역 사물인터넷 기술 중 하나로, 저용량 데이터를 간헐적으로 전송하는 추적, 센싱, 검침 등에 활용할 수 있다.
도 2는 본 실시 예에 따른 진동 에너지 증폭기 설계 장치의 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 블록도이다. 이하의 설명에서 도 1에 대한 설명과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하기로 한다. 도 2를 참조하면, 증폭기 설계 장치(100)는 통신부(110), 저장 매체(120), 프로그램 저장부(130), 데이터베이스(140), 설계 관리부(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있다.
통신부(110)는 네트워크(600)와 연동하여 증폭기 설계 장치(100) 및 사용자 단말기(500) 간의 송수신 신호를 패킷 데이터 형태로 제공하는 데 필요한 통신 인터페이스를 제공할 수 있다. 나아가, 통신부(110)는 사용자 단말기로부터 소정의 정보 요청 신호를 수신하는 역할을 할 수 있고 설계 관리부(150)가 처리한 정보를 사용자 단말기(500)로 전송하는 역할을 수행할 수 있다. 여기서, 통신망이라 함은, 증폭기 설계 장치(100)와, 사용자 단말기(500)를 연결하는 역할을 수행하는 매개체로써, 사용자 단말기(500)가 증폭기 설계 장치(100)에 접속한 후 정보를 송수신할 수 있도록 접속 경로를 제공하는 경로를 포함할 수 있다. 또한 통신부(110)는 다른 네트워크 장치와 유무선 연결을 통해 제어 신호 또는 데이터 신호와 같은 신호를 송수신하기 위해 필요한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는 장치일 수 있다.
저장 매체(120)는 제어부(160)가 처리하는 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장하는 기능을 수행한다. 여기서, 저장 매체(120)는 자기 저장 매체(magnetic storage media) 또는 플래시 저장 매체(flash storage media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 저장 매체(120)는 내장 메모리 및/또는 외장 메모리를 포함할 수 있으며, DRAM, SRAM, 또는 SDRAM 등과 같은 휘발성 메모리, OTPROM(one time programmable ROM), PROM, EPROM, EEPROM, mask ROM, flash ROM, NAND 플래시 메모리, 또는 NOR 플래시 메모리 등과 같은 비휘발성 메모리, SSD. CF(compact flash) 카드, SD 카드, Micro-SD 카드, Mini-SD 카드, Xd 카드, 또는 메모리 스틱(memory stick) 등과 같은 플래시 드라이브, 또는 HDD와 같은 저장 장치를 포함할 수 있다.
프로그램 저장부(130)는 대상체(200)의 진동수를 측정하여 고유진동수를 산출하는 작업, 기설정된 복수의 진동 에너지 증폭기 중 어느 한 진동 에너지 선택에 대응하여, 선택된 진동 에너지 증폭기(300)에 대한 사양 정보를 로딩하는 작업, 대상체(200)의 고유진동수와 일치하도록 진동 에너지 증폭기(300)에 대한 사양 정보 중 적어도 하나의 파라미터를 특정하는 작업, 진동 에너지 증폭기(300)의 고유진동수와 대상체(200)의 고유 진동수가 일치하는 공진이 발생하는지 검증하는 작업, 진동 에너지 증폭기(300)의 고유진동수와 대상체(200)의 고유 진동수가 일치하여 공진이 발생하도록 특정한 파라미터를 재특정하는 작업 등을 수행하는 제어 소프트웨어를 탑재하고 있다.
데이터베이스(140)는 다양한 증폭기의 종류 및 각 증폭기에 대한 사양 정보를 저장하는 관리 데이터베이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 관리 데이터베이스에는 다양한 증폭기의 종류 중 도 4에 도시된 진동 에너지 증폭기(300)와, 진동 에너지 증폭기(300)에 대한 사양 정보가 저장될 수 있다.
또한 데이터베이스(140)는 증폭기 설계 서비스를 제공받을 사용자의 정보를 저장하는 유저 데이터베이스를 포함할 수 있다. 여기서, 사용자의 정보는 사용자의 이름, 소속, 인적 사항, 성별, 나이, 연락처, 이메일, 주소, 이미지 등 사용자에 대한 기본적인 정보와, 아이디(ID) (또는 이메일) 및 패스워드(password) 등 사용자의 인증(로그인)에 대한 정보, 접속 국가, 접속 위치, 접속에 이용한 장치에 대한 정보, 접속된 네트워크 환경 등 접속과 관련된 정보 등을 포함할 수 있다.
또한 유저 데이터베이스에는 사용자의 고유정보와, 증폭기 설계 어플리케이션 또는 증폭기 설계 사이트에 접속한 사용자가 제공받은 정보 및/또는 카테고리 이력, 사용자가 설정한 환경 설정 정보, 사용자가 이용한 자원 사용량 정보, 사용자의 자원 사용량에 대응한 과금 및 결제 정보가 저장될 수 있다.
설계 관리부(150)는 대상체(200)의 진동수를 측정하여 고유진동수를 산출할 수 있다. 설계 관리부(150)는 기설정된 복수의 진동 에너지 증폭기 중 어느 한 진동 에너지 선택에 대응하여, 선택된 진동 에너지 증폭기(300)에 대한 사양 정보를 로딩할 수 있다. 설계 관리부(150)는 대상체(200)의 고유진동수와 일치하도록 진동 에너지 증폭기(300)에 대한 사양 정보 중 적어도 하나의 파라미터를 특정할 수 있다. 설계 관리부(150)는 진동 에너지 증폭기(300)의 고유진동수와 대상체(200)의 고유 진동수가 일치하는 공진이 발생하는지 검증할 수 있다. 설계 관리부(150)는 진동 에너지 증폭기(300)의 고유진동수와 대상체(200)의 고유 진동수가 일치하여 공진이 발생하도록 특정한 파라미터를 재특정 할 수 있다.
제어부(160)는 일종의 중앙처리장치로서 프로그램 저장부(130)에 탑재된 제어 소프트웨어를 구동하여 증폭기 설계 장치(100) 전체의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(160)는 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령어로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 도 2의 진동 에너지 증폭기 설계 장치 중 설계 관리부의 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 블록도이고, 도 4는 본 실시 예에 따른 진동 에너지 증폭기의 측면도이다. 이하의 설명에서 도 1 및 도 2에 대한 설명과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하기로 한다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 설계 관리부(150)는 측정부(151), 로딩부(152), 특정부(153) 및 검증부(154)를 포함할 수 있다.
측정부(151)는 진동 에너지를 발생시키는 대상체(200)와 접촉하여 대상체(200)의 진동수를 측정하고 고유진동수를 산출할 수 있다.
진동 에너지 증폭기(300)가 대상체(200)와 접촉하면, 측정부(151)는 내부의 진동 센서를 이용하여 진동 에너지 증폭기(300)의 진동수를 측정할 수 있다. 본 실시 예에서, 진동 에너지 증폭기(300)의 진동수를 측정하는 방법은 두 가지를 포함할 수 있으며, 둘 중 하나 이상을 이용할 수 있다. 첫 번째, 진동 에너지 증폭기(300)를 대상체(200)에 접촉시키고 진동 센서에 의해 대상체(200)에서 발생하는 진동수를 측정할 수 있다. 두 번째 진동 에너지 증폭기(300)를 대상체(200)에 접촉시키고 진동 센서에 의해 대상체(200)를 고무 망치 등의 타격 기구로 타격하고, 대상체(200)에서 발생하는 진동수를 측정할 수 있다.
측정부(151)는 대상체(200)의 진동수가 측정되면 대상체(200)의 고유진동수를 측정하기 위해, 충격 가진 방법 및 정현파 가진 방법 중 하나 이상을 이용할 수 있다. 본 실시 예에서 고유진동수를 측정하는 방법은 상술한 바와 같이 충격 가진 방법 및 정현파 가진 방법으로 한정되지 않으며, 물리적인 진동을 측정/전달하는 다양한 방법이 적용될 수 있다.
충격 가진 방법은 대상체(200)에 단번의 충격을 가하여 응답 진동 신호를 검출하여 분석하는 방법을 포함할 수 있다. 충격 가진을 실시했을 때 나타나는 응답 진동은 고유진동수에 해당하는 주파수를 가지기 때문에, 이러한 응답 진동 신호의 주파수 분석을 통해 고유진동수를 용이하게 측정할 수 있다.
정현파 가진 방법은 대상체(200)에 정현파 형태의 가진을 주파수를 바꾸어 가며 인가하고 응답 신호를 검출하여 분석하는 방법을 포함할 수 있으며, 주파수 스윕(sweep) 방법이라고 할 수도 있다. 정현파 가진 방법을 이용하는 경우, 각 가진 주파수별로 대상체(200)에 가진하고, 그에 대한 응답 진동 성분을 측정하여, 가장 큰 진동 주파수 성분이 존재하는 지점을 찾을 수 있는데, 이 값이 바로 고유진동수가 될 수 있다.
본 실시 예에서, 측정부(151)가 측정한 대상체(200)의 진동수가 너무 낮거나(예를 들어, 초당 진동수가 10-15 이하인 경우), 너무 높으면 진동 에너지 증폭기(300)를 이용하여 전기 에너지를 회수할 수 없다. 이는 후술하는 가변 프레임(330) 및 질량체(340)를 특정할 수 없기 때문이다. 이러한 경우, 측정부(151)는 진동수 측정 결과를 출력하여 사용자가 확인하도록 할 수 있다.
로딩부(152)는 기설정된 복수의 진동 에너지 증폭기 중 어느 한 진동 에너지 증폭기의 선택에 대응하여, 선택된 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보를 로딩할 수 있다. 본 실시 예에서, 데이터베이스(140)에 저장된 복수의 진동 에너지 증폭기중 도 4와 같은 진동 에너지 증폭기(300)를 선택하고, 진동 에너지 증폭기(300)의 사양 정보를 로딩할 수 있다.
도 4를 참조하여 진동 에너지 증폭기(300)의 로딩 정보를 설명하면, 진동 에너지 증폭기(300)의 사양 정보는 고정 지지대(310), 고정 프레임(320), 가변 프레임(330), 질량체(340) 및 발전부(350)의 설계 정보를 포함할 수 있다.
고정 지지대(310)는 진동 에너지가 발생하는 대상체(200)의 상부에 위치하여 상기 진동 에너지를 전달받을 수 있다. 본 실시 예에서 고정 지지대(310)는 스테인레스 스틸(stainless steel)과 같이 탄성계수가 높은 물질로 구성될 수 있다.
고정 프레임(320)은 일단부가 고정 지지대(310)에 연결되고, 고정 지지대(310)의 측방향으로 연장될 수 있다. 본 실시 예에서 고정 프레임(320)은 스테인레스 스틸(stainless steel)과 같이 탄성계수가 높은 물질로 구성될 수 있다. 선택적 실시 예로 고정 프레임(320)은 고정 지지대(310)로부터 착탈 가능하도록 구성될 수 있다. 일 실시 예로 발전부(350)의 고유진동수를 변동시키기 위해 두께 및 길이 중 하나 이상이 조정된 다른 고정 프레임이 고정 지지대(310)에 장착될 수 있다.
가변 프레임(330)은 고정 프레임(320)의 타단부에 연결되고, 고정 프레임(320)의 타단부로부터 측방향으로 슬라이딩이 가능하도록 설치될 수 있다. 본 실시 예에서 가변 프레임(330)은 스테인레스 스틸(stainless steel)과 같이 탄성계수가 높은 물질로 구성될 수 있다. 본 실시 예에서 가변 프레임(330)은 고정 프레임(320)의 타단부로부터 슬라이딩된 길이에 따라 발전부(350)의 진동 에너지가 변동될 수 있다. 여기서 발전부(350)의 진동 에너지가 변동된다 함은, 발전부(350)의 고유진동수가 변동된다는 것과 동일한 의미일 수 있다. 또한 본 실시 예에서 가변 프레임(330)에는 고정 프레임(320)의 타단부로부터 슬라이딩된 길이의 정도를 식별할 수 있는 식별자 예를 들어, 눈금자가 새겨져 있을 수 있다. 도 4(a) 및 도 4(b)에는 가변 프레임(330)이 고정 프레임(320)으로부터 슬라이딩 되어 길이가 변함을 도시하고 있다.
선택적 실시 예로 가변 프레임(330)은 고정 프레임(320)으로부터 착탈 가능하도록 구성될 수 있다. 일 실시 예로 발전부(350)의 고유진동수를 변동시키기 위해 두께 및 길이 중 하나 이상이 조정된 다른 가변 프레임이 고정 프레임(320)에 장착될 수 있다. 더 나아가, 고정 프레임(320)만으로 발전부(350)의 고유진동 및 대상체(200)의 고유진동수와 일치하여 공진이 발생하는 경우, 가변 프레임(330)은 진동 에너지 증폭기(300)의 사양으로부터 생략될 수도 있다.
질량체(340)는 고정 프레임(320) 및 가변 프레임(330) 중 하나 이상의 상부에 위치할 수 있다. 본 실시 예에서 질량체(340)는 자석(magnet)과 같이 중량을 가할 수 있는 물질로 구성될 수 있다. 자석으로 구성된 질량체(340)는 고정 프레임(320) 및 가변 프레임(330) 중 하나 이상으로부터 착탈될 수 있다. 본 실시 예에서 질량체(340)는 무게에 따라 발전부(350)의 진동 에너지가 변동될 수 있다. 더 나아가, 질량체(340)가 없이도 발전부(350)의 고유진동 및 대상체(200)의 고유진동수와 일치하여 공진이 발생하는 경우, 질량체(340)는 진동 에너지 증폭기(300)의 사양으로부터 생략될 수도 있다.
발전부(350)는 고정 지지대(310)에 연결되고, 고정 프레임(320)과 이격되어 대향하고, 고정 프레임(320) 및 가변 프레임(330)이 고정 지지대(310)로부터 전달받은 진동 에너지를 증폭하여 전기 에너지로 변환할 수 있다. 본 실시 예에서 발전부(350)는 세라믹 압전소자와, 폴리머 압전소자와, 세라믹 및 폴리머가 혼합된 하이브리드 압전소자 중 하나로 구성될 수 있다.
본 실시 예에서, 발전부(350)는 발전량이 우수한 세라믹(ceramic) 압전소자를 비롯하여, 물리적 유연성이 뛰어난 폴리머(polymer)나, 폴리머와 세라믹이 혼합된 하이브리드 압전소자가 사용될 수 있다. 따라서 뛰어난 물리적 유연성으로 인해 내구성을 가지며 이에 따라 발전에 용이할 수 있다. 또한, 압전소자 종류로는 PVDF의 사용이 기본적이고, 바륨 티타네이트, PZT 결정 또는 PZT 섬유를 포함할 수 있다. 그 외에 NKN계, BZT-BCT계, BNT계, BSNN, BNBN계 등의 무연(Lead-free) 압전소재, PLZT, P(VDF-TrFE), 수정, 전기석, 로셸염, 티탄산바륨, 인산이수소암모늄, 타르타르산에틸렌디아민 등을 사용할 수 있다.
선택적 실시 예로, 발전부(350)는 마찰전기 발전소자가 사용될 수 있다. 마찰전기 발전소자는 재료 폴리아미드, 폴리비닐알코올, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리비닐부티랄, 폴리아크릴로니트릴, 천연고무, 폴리스티렌, 폴리염화비닐리덴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리염화비닐 및 폴리디메틸실록산으로 이루어진 군과 같은 유기, 무기 및 유무기 고분자 재료 중 하나 이상으로 구성될 수 있다.
특정부(153)는 대상체(200)의 고유진동수와 일치하도록 진동 에너지 증폭기(300)에 대한 사양 정보 중 적어도 하나의 파라미터를 특정할 수 있다. 여기서, 진동 에너지 증폭기(300)에 대한 사양 정보 중 적어도 하나의 파라미터를 특정한다 함은, 가변 프레임(330)의 길이 및 질량체(340)의 무게 중 하나 이상을 특정하는 것을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하여 특정부(153)에 의한 가변 프레임(330)의 길이 특정을 설명하면 다음과 같다. 도 5를 참조하면, 도 5(a)는 가변 프레임(330)의 길이와 대상체(200)의 고유진동수 사이의 선형 방정식을 도시하고 있다. 여기서
Figure pat00001
는 대상체(200)의 고유 진동수를 나타내고,
Figure pat00002
는 벡터 계수를 나타낼 수 있다. 본 실시 예에서, 벡터 계수
Figure pat00003
는 -400 및 -300 사이의 값 중 하나일 수 있다. 이러한 벡터 계수값과 대상체(200)의 고유진동수를 도 5(a)에 개시된 선형 방정식에 입력하면, 가변 프레임(330)의 길이(
Figure pat00004
)를 특정할 수 있다. 도 5(b)는 대상체(200)의 고유 진동수(
Figure pat00005
)에 따라 특정할 가변 프레임(330)의 길이를 나타내는 그래프를 도시하고 있다. 도 5(b)로부터 대상체(200)의 고유 진동수(
Figure pat00006
, 가로축)를 특정할 가변 프레임(330)의 길이(
Figure pat00007
, 세로축)를 알 수 있다.
도 6을 참조하여 특정부(153)에 의한 질량체(340)의 무게 특정을 설명하면 다음과 같다. 도 6을 참조하면, 도 6(a)는 질량체(340)의 무게와 대상체(200)의 고유진동수 사이의 선형 방정식을 도시하고 있다. 여기서
Figure pat00008
는 대상체(200)의 고유 진동수를 나타내고,
Figure pat00009
는 벡터 계수를 나타낼 수 있다. 본 실시 예에서, 벡터 계수
Figure pat00010
는 -2000 및 -1000 사이의 값 중 하나 이상이거나, 10000 및 20000 사이의 값 중 하나 이상이거나, -100 및 -10 사이의 값 중 하나 이상이거나, 100 및 2000 사이의 값 중 하나 이상일 수 있다. 이러한 벡터 계수값과 대상체(200)의 고유진동수를 도 6(a)에 개시된 선형 방정식에 입력하면, 질량체(340)의 무게(
Figure pat00011
)를 특정할 수 있다. 도 6(c)는 대상체(200)의 고유 진동수(
Figure pat00012
)에 따라 특정할 질량체(340)의 무게를 나타내는 그래프를 도시하고 있다. 도 6(c)로부터 대상체(200)의 고유 진동수(
Figure pat00013
, 가로축)를 특정할 질량체(340)의 무게(
Figure pat00014
)를 알 수 있다.
검증부(154)는 발전부(350)에 연결된 멀티미터(400)로부터 출력되는 진동 에너지 증폭기(300)의 전압 변화를 수신하여 공진이 일어났는지 여부를 판단할 수 있다. 검증부(154)는 수직 상승하는 구간이 발생한 경우, 진동 에너지 증폭기(300)에서 출력되는 전기 에너지를 회수하도록 전기 에너지 회수 장치(미도시)를 가동시킬 수 있다. 도 7(a)에는 공진 발생 구간이 포함된 멀티미터(400)의 출력 파형이 도시되어 있고, 도 7(b)에는 공진 발생 구간이 포함되지 않은 멀티미터(400)의 출력 파형이 도시되어 있다. 검증부(154)는 도 7(b)와 같이 공진 발생 구간이 포함되지 않은 경우, 공진이 발생하도록 특정부(153)를 제어할 수 있다. 즉, 검증부(154)는 공진이 발생하도록, 진동 에너지 증폭기(300)에 대한 사양 정보 중 적어도 하나의 파라미터를 재특정 할 수 있다.
도 8은 본 실시 예에 따른 진동 에너지 증폭기 설계 장치가 어플리케이션 형태로 탑재된 사용자 단말기의 예시도이다. 이하의 설명에서 도 1 내지 도 7에 대한 설명과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하기로 한다.
도 8a는 사용자 단말기(500)를 대상체(200)에 올려 놓은 상태에서 대상체(200)의 진동수를 측정하기 위해 사용자에게 제공하는 정보를 도시하고 있다. 도 8a의 810은 진동 센서를 이용하여 대상체(200)의 진동수를 측정할 수 있음을 도시하고, 도 8b의 820은 고무 망치 등으로 대상체(200)를 타격하여 대상체(200)의 진동수를 측정할 수 있음을 도시하고 있다. 실시 예에 따라서 둘 다를 이용할 수 있다.
도 8b는 대상체(200)의 진동수 측정이 완료된 후, 대상체(200)의 진동수 측정 결과와, 측정 횟수마다 다르게 측정된 진동수와, 대상체(200)의 고유진동수 산출 결과와, 그에 따라 공진을 발생할 수 있는 진동 에너지 증폭기(300)의 가변 프레임(330)의 길이 및 질량체(340)의 무게(또는 개수)를 특정하여 사용자에게 제공하는 정보를 도시하고 있다. 본 실시 예에서 대상체(200)의 진도수 측정 결과는, 측정 횟수마다 다르게 측정된 진동수의 평균값일 수 있다. 사용자는 도 8b의 화면을 보고 진동 에너지 증폭기(300)에 대한 가변 프레임(330)의 길이를 조정하거나 및/또는 질량체(340)의 무게(또는 개수)를 조정할 수 있다.
도 9는 다른 실시 예에 따른 진동 에너지 증폭기 설계 장치의 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 블록도이다. 이하의 설명에서 도 1 내지 도 8에 대한 설명과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하기로 한다. 도 7을 참조하면, 다른 실시 예에 따른 증폭기 설계 장치(100)는 프로세서(170)와 메모리(180)를 포함할 수 있다.
본 실시 예에서 프로세서(170)는 도 2 및 도 3에 개시된 통신부(110), 저장 매체(120), 프로그램 저장부(130), 데이터베이스(140), 설계 관리부(150) 및 제어부(160)가 수행하는 기능을 처리할 수 있다.
이러한 프로세서(170)는 증폭기 설계 장치(100) 전체의 동작을 제어할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령어로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
메모리(180)는 프로세서(170)와 동작 가능하게 연결되고, 프로세서(170)에서 수행되는 동작과 연관하여 적어도 하나의 코드를 저장할 수 있다.
또한, 메모리(180)는 프로세서(170)가 처리하는 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장하는 기능을 수행할 수 있으며, 데이터베이스(140)로 구축된 데이터를 포함할 수 있다. 여기서, 메모리(180)는 자기 저장 매체(magnetic storage media) 또는 플래시 저장 매체(flash storage media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 메모리(180)는 내장 메모리 및/또는 외장 메모리를 포함할 수 있으며, DRAM, SRAM, 또는 SDRAM 등과 같은 휘발성 메모리, OTPROM(one time programmable ROM), PROM, EPROM, EEPROM, mask ROM, flash ROM, NAND 플래시 메모리, 또는 NOR 플래시 메모리 등과 같은 비휘발성 메모리, SSD, CF(compact flash) 카드, SD 카드, Micro-SD 카드, Mini-SD 카드, Xd 카드, 또는 메모리 스틱(memory stick) 등과 같은 플래시 드라이브, 또는 HDD와 같은 저장 장치를 포함할 수 있다.
도 10은 본 실시 예에 따른 증폭기 설계 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하의 설명에서 도 1 내지 도 9에 대한 설명과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하기로 한다. 본 실시 예에 따른 증폭기 설계 방법은 증폭기 설계 장치(100)가 주변 구성 요소들의 도움을 받아 프로세서(170)에서 수행한다고 가정하고 설명하기로 한다.
도 10을 참조하면, S1010단계에서, 프로세서(170)는 진동 에너지를 발생시키는 대상체(200)와 접촉하여 대상체(200)의 진동수를 측정하고, 고유진동수를 산출할 수 있다. 프로세서(170)는 진동 센서에 의해 상술한 두 가지 방법 중 하나 이상으로 대상체(200)의 진동수를 측정할 수 있다. 또한, 프로세서(170)는 정현파 가진 방법 및/또는 충격 가진 방법을 이용하여 대상체(200)의 진동수를 분석하여 대상체(200)의 고유진동수를 측정할 수 있다.
S1020단계에서, 프로세서(170)는 기설정된 복수의 진동 에너지 증폭기 중 어느 한 진동 에너지 증폭기의 선택에 대응하여, 선택된 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보를 로딩할 수 있다. 본 실시 예에서, 프로세서(170)는 선택된 진동 에너지 증폭기(300)에 대하여, 진동 에너지가 발생하는 대상체(200)의 상부에 위치하여 진동 에너지를 전달받는 고정 지지대(310)와, 일단부가 고정 지지대(310)에 연결되며, 고정 지지대(310)의 측방향으로 연장된 고정 프레임(320)과, 고정 프레임(320)의 타단부에 연결되고, 고정 프레임(320)의 타단부로부터 측방향으로 슬라이딩이 가능하도록 설치된 가변 프레임(330)과, 고정 프레임(320) 및 가변 프레임(330) 중 어느 하나의 상부에 위치한 자석으로 이루어진 질량체(340)와, 고정 지지대(310)에 연결되고, 고정 프레임(320)과 이격되어 대향하고, 고정 프레임(320) 및 가변 프레임(330)이 고정 지지대(310)로부터 전달받은 진동 에너지를 증폭하여 전기 에너지로 변환하는 발전부(350)를 포함하는 사양 정보를 로딩할 수 있다.
본 실시 예에서, 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보는 고정 프레임(320)이 고정 지지대(310)로부터 착탈 가능하도록 구성되어 있다는 정보와, 가변 프레임(330)이 고정 프레임(320)의 타단부로부터 슬라이딩된 길이에 따라 발전부(350)의 고유진동수가 변동되고, 고정 프레임(320)의 타단부로부터 슬라이딩된 길이의 정도를 식별할 수 있는 식별자가 새겨져 있다는 정보와, 발전부(350)가 세라믹 압전소자와, 폴리머 압전소자와, 세라믹 및 폴리머가 혼합된 하이브리드 압전소자 중 하나로 구성된다는 정보와, 고정 프레임(320) 및 가변 프레임(330)이 스테인레스 스틸(stainless steel)로 구성되어 있다는 정보를 더 포함할 수 있다.
S1030단계에서, 프로세서(170)는 대상체(200)의 고유진동수와 일치하도록 진동 에너지 증폭기(300)에 대한 사양 정보 중 적어도 하나의 파라미터를 특정할 수 있다. 본 실시 예에서 프로세서(170)는 대상체(200)의 고유진동수와 일치하도록 가변 프레임(330)의 길이 및 질량체(340)의 무게 중 하나 이상을 특정할 수 있다.
S1040단계에서, 프로세서(170)는 파라미터를 특정한 이후에, 진동 에너지 증폭기(300)의 고유진동수와 대상체(200)의 고유 진동수가 일치하는 공진이 발생하는지 검증할 수 있다. 프로세서(170)는 진동 에너지 증폭기(300)의 고유진동수와 대상체(200)의 고유 진동수가 일치하여 공진이 발생하도록 가변 프레임(330)의 길이 및 질량체(340)의 무게 중 하나 이상을 재특정 할 수 있다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시 예는 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.
한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다.
본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 증폭기 설계 장치
200: 대상체
300: 진동 에너지 증폭기
400: 멀티미터
500: 사용자 단말기
600: 네트워크

Claims (15)

  1. 증폭기 설계 장치의 프로세서에 의해 수행되는 증폭기 설계 방법으로서,
    진동 에너지를 발생시키는 대상체와 접촉하여 상기 대상체의 진동수를 측정하고 상기 대상체의 고유진동수를 산출하는 단계;
    기설정된 복수의 진동 에너지 증폭기 중 어느 한 진동 에너지 증폭기의 선택에 대응하여, 선택된 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보를 로딩하는 단계; 및
    상기 대상체의 고유진동수와 일치하도록 상기 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보 중 적어도 하나의 파라미터를 특정하는 단계를 포함하는,
    증폭기 설계 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보를 로딩하는 단계는,
    진동 에너지가 발생하는 상기 대상체의 상부에 위치하여 상기 진동 에너지를 전달받는 고정 지지대와, 일단부가 상기 고정 지지대에 연결되며, 상기 고정 지지대의 측방향으로 연장된 고정 프레임과, 상기 고정 프레임의 타단부에 연결되고, 상기 고정 프레임의 타단부로부터 상기 측방향으로 슬라이딩이 가능하도록 설치된 가변 프레임과, 상기 고정 프레임 및 상기 가변 프레임 중 하나 이상의 상부에 위치한 자석으로 이루어진 질량체와, 상기 고정 지지대에 연결되고, 상기 고정 프레임과 이격되어 대향하고, 상기 고정 프레임 및 상기 가변 프레임이 상기 고정 지지대로부터 전달받은 진동 에너지를 증폭하여 전기 에너지로 변환하는 발전부를 포함하는 사양 정보를 로딩하는 단계를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 파라미터를 특정하는 단계는,
    상기 대상체의 고유진동수와 일치하도록 상기 가변 프레임의 길이 및 상기 질량체의 무게 중 하나 이상을 특정하는 단계를 포함하는,
    증폭기 설계 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보를 로딩하는 단계는,
    상기 고정 지지대로부터 착탈 가능하도록 구성되는 상기 고정 프레임을 포함하는 사양 정보를 로딩하는 단계를 더 포함하는,
    증폭기 설계 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보를 로딩하는 단계는,
    상기 고정 프레임의 타단부로부터 슬라이딩된 길이에 따라 상기 발전부의 고유진동수가 변동되고, 상기 고정 프레임의 타단부로부터 슬라이딩된 길이의 정도를 식별할 수 있는 식별자가 새겨져 있는 상기 가변 프레임을 포함하는 사양 정보를 로딩하는 단계를 더 포함하는,
    설계 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보를 로딩하는 단계는,
    세라믹 압전소자와, 폴리머 압전소자와, 세라믹 및 폴리머가 혼합된 하이브리드 압전소자 중 하나로 구성되는 상기 발전부와, 유기 소재, 무기 소재 및 유무기 소재 중 하나로 구성된 마찰전기 발전소자를 포함하는 상기 발전부 중 하나 이상을 포함하는 사양 정보를 로딩하는 단계를 더 포함하는,
    진동 에너지 증폭기 설계 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보를 로딩하는 단계는,
    스테인레스 스틸(stainless steel)과 같이 탄성계수가 높은 물질로 구성된 상기 고정 프레임 및 상기 가변 프레임을 포함하는 사양 정보를 로딩하는 단계를 더 포함하는,
    증폭기 설계 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 파라미터를 특정하는 단계 이후에,
    상기 대상체와 접촉하는 위치에 구비된 상기 진동 에너지 증폭기의 고유진동수와 상기 대상체의 고유 진동수가 일치하는 공진이 발생하는지 검증하는 단계; 및
    상기 진동 에너지 증폭기의 고유진동수와 상기 대상체의 고유 진동수가 일치하여 상기 공진이 발생하도록 상기 가변 프레임의 길이 및 상기 질량체의 무게 중 하나 이상을 재특정하는 단계를 더 포함하는,
    증폭기 설계 방법.
  8. 컴퓨터를 이용하여 제 1 항 내지 제 7 항의 방법 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
  9. 증폭기 설계 장치로서,
    프로세서; 및
    상기 프로세서와 동작 가능하게 연결되고 상기 프로세서에서 수행되는 적어도 하나의 코드를 저장하는 메모리를 포함하고,
    상기 메모리는 상기 프로세서를 통해 실행될 때, 상기 프로세서가 진동 에너지를 발생시키는 대상체와 접촉하여 상기 대상체의 진동수를 측정하고 상기 대상체의 고유진동수를 산출하고,
    기설정된 복수의 진동 에너지 증폭기 중 어느 한 진동 에너지 증폭기의 선택에 대응하여, 선택된 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보를 로딩하고,
    상기 대상체의 고유진동수와 일치하도록 상기 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보 중 적어도 하나의 파라미터를 특정하도록 야기하는 코드를 저장하는,
    증폭기 설계 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
    상기 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보를 로딩 시에, 진동 에너지가 발생하는 상기 대상체의 상부에 위치하여 상기 진동 에너지를 전달받는 고정 지지대와, 일단부가 상기 고정 지지대에 연결되며, 상기 고정 지지대의 측방향으로 연장된 고정 프레임과, 상기 고정 프레임의 타단부에 연결되고, 상기 고정 프레임의 타단부로부터 상기 측방향으로 슬라이딩이 가능하도록 설치된 가변 프레임과, 상기 고정 프레임 및 상기 가변 프레임 중 하나 이상의 상부에 위치한 자석으로 이루어진 질량체와, 상기 고정 지지대에 연결되고, 상기 고정 프레임과 이격되어 대향하고, 상기 고정 프레임 및 상기 가변 프레임이 상기 고정 지지대로부터 전달받은 진동 에너지를 증폭하여 전기 에너지로 변환하는 발전부를 포함하는 사양 정보를 로딩하도록 야기하는 코드를 저장하고,
    상기 적어도 하나의 파라미터를 특정 시에, 상기 대상체의 고유진동수와 일치하도록 상기 가변 프레임의 길이 및 상기 질량체의 무게 중 하나 이상을 특정하도록 야기하는 코드를 저장하는,
    증폭기 설계 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
    상기 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보를 로딩 시에, 상기 고정 지지대로부터 착탈 가능하도록 구성되는 상기 고정 프레임을 포함하는 사양 정보를 로딩하도록 야기하는 코드를 더 저장하는,
    증폭기 설계 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
    상기 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보를 로딩 시에, 상기 고정 프레임의 타단부로부터 슬라이딩된 길이에 따라 상기 발전부의 고유진동수가 변동되고, 상기 고정 프레임의 타단부로부터 슬라이딩된 길이의 정도를 식별할 수 있는 식별자가 새겨져 있는 상기 가변 프레임을 포함하는 사양 정보를 로딩하도록 야기하는 코드를 더 저장하는,
    설계 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
    세라믹 압전소자와, 폴리머 압전소자와, 세라믹 및 폴리머가 혼합된 하이브리드 압전소자 중 하나로 구성되는 상기 발전부와, 유기 소재, 무기 소재 및 유무기 소재 중 하나로 구성된 마찰전기 발전소자를 포함하는 상기 발전부 중 하나 이상을 포함하는 사양 정보를 로딩하도록 야기하는 코드를 더 저장하는,
    증폭기 설계 장치
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
    상기 진동 에너지 증폭기에 대한 사양 정보를 로딩 시에, 스테인레스 스틸(stainless steel)과 같이 탄성계수가 높은 물질로 구성된 상기 고정 프레임 및 상기 가변 프레임을 포함하는 사양 정보를 로딩하도록 야기하는 코드를 더 저장하는,
    증폭기 설계 장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
    상기 파라미터를 특정한 이후에, 상기 대상체와 접촉하는 위치에 구비된 상기 진동 에너지 증폭기의 고유진동수와 상기 대상체의 고유 진동수가 일치하는 공진이 발생하는지 검증하고,
    상기 진동 에너지 증폭기의 고유진동수와 상기 대상체의 고유 진동수가 일치하여 상기 공진이 발생하도록 상기 가변 프레임의 길이 및 상기 질량체의 무게 중 하나 이상을 재특정하도록 야기하는 코드를 더 저장하는,
    증폭기 설계 장치.
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