무선센서망을 위한 가스센서의 가열프로파일과 전력소비 최적화 연구

전문가 제언

접촉연소식 가스센서의 전력소모는 지난 수 십년 동안 급격히 감소되었다. 그러나 아직 상업적인 센서들은 센싱장치의 전력을 많이 필요로 하는 전자장치이다. 따라서 에너지의 공급이 제한되어 있는 무선센서망에서는 자율동작을 위하여 에너지의 소비를 적게 하도록 가열 프로파일을 최적화 하는 센서회로의 개발이 필요하다. 안전 표준에서는 매 20초마다 한 번씩 가스측정을 요구한다. 펄스폭변조는 주기적으로 가열 펄스를 가하여 평균가열전압을 센서동작 온도까지 가열하는데 자주 사용되는 적합한 기술이나 1년 동안의 자율적 동작을 보장하지 못한다.

 

○ 가열프로파일을 다단계로 하여 각 단계마다 상이한 전압을 사용하면 더 많은 에너지를 절약할 수 있다. 그러나 이는 공급전압과는 다른 전압을 사용하기 때문에 전압의 소실이 있으며 감도의 저하가 일어난다. 다단계 프로파일에 펄스폭변조를 적용하면 이러한 문제를 해결할 수 있으며 에너지 절약 효율도 20% 정도 증가한다. 그러나 센싱회로에서 DC-DC 변환기가 에너지 소비의 많은 부분을 차지한다. 따라서 이 변환기를 제거하고 넓은 전압범위에서 동작할 수 있는 펄스폭변조 다단계 가열프로파일의 센싱회로 연구가 필요하다.

 

○ 2014년부터 2020년 까지 가스센서의 세계시장은 연평균성장률 5.56%로 성장하여 2018년에는 23억불 규모의 시장이 예측된다. 이 중에서 유독가스 검출센서가 전체 가스센서 시장의 55%의 점유율로 큰 수요를 보이고 있다. 전 세계적으로 미국과 일본이 가스센서 시장의 대부분을 선점하고 있으며 회로일체형 가스센서 시장을 매년 다방면으로 확대시켜 나가고 있다. 국내 가스센서 관련 산업은 중소기업을 중심으로 주로 설치형 접촉연소식이나 반도체 박막형 개별 센서 개발에 집중되어 있다. 센서의 소형화 및 집적화는 거의 이루어지지 않고 있다.

 

○ 최근에는 에너지 Harvesting(수확기)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서 센서노드의 에너지 비용을 향상시키기 위에서 다단계 가열 프로파일의 최적화에 추가하여 에너지 수확기의 응용뿐만 아니라 무선가스센서 노드를 위한 하이브리드 전원공급의 개발이 필요하다. 이를 통하여 센서노드의 최적화된 자율동작을 만족시킬 수 있을 것이다.

저자

Denis Spirjakin, Alexander M. Baranov, Andrey Somov, Vlandimir Sleptsov,

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

전기·전자

연도

2016

권(호)

247(())

잡지명

Sensors and Actuators, A: Physical

과학기술
표준분류

전기·전자

페이지

247~253

분석자

박*한

분석물

• 무선센서망을 위한 가스센서의 가열프로파일과 전력소비 최적화 연구.pdf [465,521 byte]

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