基于多频率声表面波传感器阵列的大气颗粒物浓度与粒径分布测量机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61701430
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0123.敏感电子学与传感器
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

As the atmospheric particulate matter pollution becomes a serious problem, and the harmful effects of the particulates varies with their diameters, the measurement of atmospheric particulates of both concentration and size distribution has become a hot researching spot recently. However, the classic perturbation theory by the additional mass cannot predict the frequency perturbation of particles to the resonators working at frequencies over a hundred hertz. Most typical measuring methods for particulates are complex and expensive. By using high-frequency resonance devices, the measurement of particulates could be simpler, highly sensitive and with low power consumption. The coupling mechanism between them has to be studied. In this research, to study the measurement of the concentration and size distribution of atmospheric particulates, high frequency resonator, namely surface acoustic wave (SAW) sensor, has been chosen, to form the array for the studying the fundamental method and basic theory of particulate measurement. By using the characteristic of different sensitivity of SAW for measuring different sized particles, the particle-sensor coupling mechanism in a wide range of particle size will be studied. This theory could serve as the basics of the study of the atmospheric aerosol-sensor coupling model. Finally, the method of using multiple frequency SAW to form an array for the measurement of atmospheric particulates is proposed. By using of proper signal processing technique, the information of concentration and size distribution could be extracted.
近年来大气颗粒物污染问题严重,其造成的危害与颗粒物粒径相关,因此大气颗粒物浓度和粒径分布测量成为研究热点。目前传统的颗粒物测量方法大多复杂、昂贵,而采用高频谐振器件的颗粒物测量方法,具有简单、灵敏度高、功耗低等优点。然而经典的质量增量扰动理论无法正确预测颗粒物对百兆赫兹以上高频谐振器件的频率扰动,两者的耦合扰动机理有待深入研究。本课题基于高频谐振器件——声表面波传感器(SAW),针对大气颗粒物浓度与粒径分布测量问题,开展多频率SAW阵列颗粒物测量的基本方法和基础理论研究。利用SAW在测量不同粒径颗粒物时具有差异化灵敏度的特点,开展宽粒径范围的颗粒物- SAW耦合扰动模型研究。在此基础上,对粒径分布下的大气气溶胶-SAW的耦合扰动机理进行研究。最后,提出基于多频率SAW阵列的大气颗粒物测量方法,通过分析与处理SAW阵列的频率改变组合,提取颗粒物浓度与粒径分布信息。

结项摘要

大气颗粒物是一种影响空气质量的重要污染物,其造成的危害与颗粒物粒径密切相关,对大气颗粒物的浓度和粒径分布测量成为近年来的研究热点。目前能够同时测量浓度与粒径分布的传统方法大多复杂且昂贵。本项目采用结构简单且成本低的高频谐振器件——声表面波传感器(SAW),开展了多频率SAW阵列测量颗粒物浓度与粒径分布的机理与方法研究。研究了宽粒径范围的单个颗粒与SAW的耦合扰动,通过在质量域和弹性域两种耦合态下的界面受力情况、声阻抗和频率改变阐明了颗粒对SAW的扰动机理,指出颗粒粒径、接触尺寸和颗粒材料对SAW频率扰动造成影响;在此基础上,研究了粒径分布符合对数正态分布规律的颗粒物与SAW的耦合扰动机理,揭示了单位质量颗粒物引起的频率改变是质量耦合负频率扰动和弹性耦合正频率扰动竞争的结果,由颗粒物粒径分布参数、材料和SAW频率决定,通过SAW对聚四氟乙烯粉末产生的气溶胶测量实验,展现了SAW对不同粒径分布的颗粒物具有差异化灵敏度的特性;搭建了由315MHz、434MHz、499MHz三种频率SAW组成的阵列,并对0-3μm和A2两种亚利桑那粉尘按7种比例混合产生的粒径分布可控的5种浓度的气溶胶进行了测量实验,对传感器阵列的多维频率改变进行了主成分分析,结果表明不同浓度、粒径分布组合的聚类可以分离,所有聚类在主成分平面中占扇形区域,说明多频SAW阵列能够同时提取浓度和粒径分布信息。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Study of size-related sensitivity of surface acoustic wave sensor towards particulate matter sized particles using finite element and experimental methods
使用有限元和实验方法研究表面声波传感器对颗粒物尺寸颗粒的尺寸相关灵敏度
  • DOI:
    10.1063/1.5140066
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
    AIP Advances
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Yang Jian;Lu Jianan
  • 通讯作者:
    Lu Jianan
Sensitivity Analysis of the Surface Acoustic Wave Sensor towards Size-Distributed Particulate Matter
声表面波传感器对尺寸分布颗粒物的灵敏度分析
  • DOI:
    10.1155/2020/6665508
  • 发表时间:
    2020-12-23
  • 期刊:
    SHOCK AND VIBRATION
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Yang,Jian;Lu,Jianan;Guan,Dong
  • 通讯作者:
    Guan,Dong

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其他文献

甘蔗收获切割系统动力学仿真模型
  • DOI:
    10.13427/j.cnki.njyi.2019.09.003
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    农机化研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘银丁;杨望;杨坚;莫建霖;曾伯胜
  • 通讯作者:
    曾伯胜
木薯块根拔起力的力学模型和数学模型分析
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    杨坚
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    刘丁瑜
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    科技导报
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  • 作者:
    张华;古宏伟;杨坚;屈飞;周其;刘慧州
  • 通讯作者:
    刘慧州

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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