基于磁-电-声表面波非线性耦合的可穿戴全双工柔性无源无线磁传感器研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51775070
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0511.机械测试理论与技术
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Wearable device is the latest application of the Internet of Things (IoT), and it has very broad application prospects. Flexible sensor is the core of wearable device. As the most widely used sensor technology, the research of flexible magnetic sensor is very little. Flexible passive wireless sensor can fully satisfy the design requirements of wearable wireless sensor networks, owing to its integrated functions of sensing, flexibility, passive and wireless. Furthermore, flexible passive wireless sensor is also an important trend of wearable sensor technology development. However, the current flexible passive wireless sensor techniques mainly focus on the above mentioned functions independently. The researches on the relation especially the interaction of these functions are seldom discussed. In this project, we propose a novel flexible passive wireless magnetic sensor based on the magnetoelectric transducer and Surface Acoustic Wave (SAW) technology. The flexible passive wireless magnetic sensor has an integrative structure, which integrated with the functions of sensing, flexible, passive and wireless in one structure. Moreover, the proposed flexible passive wireless magnetic sensor can also achieve the full-duplex communication, which could solve the wireless communication distance bottleneck of SAW sensors. The research object of this project is the wearable magnetic sensor. The breakthrough point of this project is the study of flexible magnetoelectric transducer based on nonlinear coupling effect. The research means of this project is the study of flexible SAW technology with the new wave mode. The magneto-electro-surface acoustic wave nonlinear coupling mechanisms and the flexible SAW magnetic field sensing principles will be systematically studied. The physical mechanisms and technical methods of the full-duplex communication of passive wireless SAW magnetic sensor will be explored in this project. A theoretical design method of the proposed integrative full-duplex flexible passive wireless magnetic sensor will be also provided in this project. Finally, this project will provide theoretical and technical supports for the enhancement of intelligent wearable level of magnetic sensor.
可穿戴设备是物联网的最新应用,前景广阔。柔性传感器是可穿戴设备的核心。作为传感技术应用最广泛的磁传感器,柔性化研究极少。“柔性无源无线传感器”同时具备传感、柔性、无源和无线功能,完全满足可穿戴无线传感器网络的要求,是可穿戴传感技术发展的重要趋势。但现有柔性无源无线传感技术都是对这些功能独立研究,而对之间的联系,尤其是相互作用鲜有报道。本项目创新提出融合磁电换能和声表面波技术的柔性无源无线磁传感器,同时实现“一体化”设计和“全双工”通信,根本解决声表面波传感器的无线通信距离瓶颈。以可穿戴磁传感器为研究对象,以柔性磁电换能器的非线性研究为切入点,以基于新型波模式的柔性声表面波技术为手段,系统研究磁-电-声表面波非线性耦合机理和柔性声表面波磁传感原理,探索声表面波磁传感器全双工技术思路,提出一套实现全双工柔性无源无线磁传感器的一体化设计方法,为提高我国磁传感器的智能可穿戴水平提供理论和技术支撑。

结项摘要

可穿戴设备是物联网的最新应用,前景广阔。柔性传感器是可穿戴设备的核心。作为传感技术应用最广泛的磁传感器,柔性化研究极少。柔性无源无线传感器同时具备传感、柔性、无源和无线功能,完全满足可穿戴无线传感器网络的要求,是可穿戴传感技术发展的重要趋势。本项目创新提出融合磁电换能和声表面波技术的柔性无源无线磁传感器,同时实现一体化设计和全双工通信,根本解决声表面波传感器的无线通信距离瓶颈,为提高我国磁传感器的智能可穿戴水平提供理论和技术支撑。本项目研究柔性磁电换能器的非线性理论及特性,研究柔性声表面波器件理论及特性,研究柔性声表面波磁传感技术,研究柔性声表面波磁传感器的“全双工”无线通信技术,研究全双工柔性无源无线磁传感器一体化设计及应用。重要研究结果包括:(1)建立了磁致伸缩相的非线性理论模型,建立了柔性磁电换能器的非线性理论模型,完成了磁电换能器的柔性化设计和制备,成功搭建测试平台,通过制备、表征,获得最佳材料和工艺参数;提出了基于FeSiB/PVDF的柔性磁电层合结构,其共振磁电电压系数可达240.42 V/cmOe。(2)建立了柔性声表面波器件新型波模式理论模型,设计并优化了柔性声表面波谐振器结构,研究了器件结构和材料参数对声表面波谐振器性能的影响,利用MEMS工艺制备了声表面波谐振器并进行了相应测试,器件性能优良。(3)完成了柔性声表面波磁传感机理研究,建立了静动态响应模型;完成了传感器敏感单元的结构设计和优化;通过对传感器主要噪声来源和特性的分析,建立了相应模型并提出优化方案;通过实物加工测试,传感器性能优良,灵敏度达到80.21kHz/Oe,最小分辨率可达1.25×10-8T。(4)完成了声表面波传感器全双工通信技术的研究并建立模型;研究了人体对可穿戴天线辐射的影响规律,并对柔性天线的结构进行优化设计;完成了一体化结构的柔性无源无线磁传感器设计制作和应用研究。解决了磁传感器的柔性化和无源无线化问题,使得柔性无源无线磁传感器的应用更加便利可靠,将会带来巨大的应用市场。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
Leak location procedure based on the complex-valued FastICA blind deconvolution algorithm for water-filled branch pipe
基于复值FastICA盲反卷积算法的充水支管泄漏定位程序
  • DOI:
    10.2166/ws.2021.450
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
    Water Science & Technology Water Supply
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Mingyang Liu;Jin Yang;Endong Fan;Jing Qiu;Wei Zheng
  • 通讯作者:
    Wei Zheng
高 Sc含量 ScAlN薄膜的制备与表征
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    光学 精密工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨数强;王军强;张超;陈宇昕;尚正国
  • 通讯作者:
    尚正国
Flexible magnetoelectric transducer with high magnetic field sensitivity based on Metglas/poly(vinylidene fluoride) heterostructures
基于Metglas/聚偏二氟乙烯异质结构的具有高磁场灵敏度的柔性磁电换能器
  • DOI:
    10.1063/1.5013235
  • 发表时间:
    2017-12-01
  • 期刊:
    AIP ADVANCES
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Long, Yibing;Qiu, Jing;Liu, Huanbin
  • 通讯作者:
    Liu, Huanbin
Giant zero-biased flexible magnetoelectric laminate composites for wearable magnetic sensor
用于可穿戴磁传感器的巨型零偏置柔性磁电层压复合材料
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2018.08.228
  • 发表时间:
    2018-11
  • 期刊:
    Ceramics International
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    He Xingduo;Qiu Jing;Long Yibing;Chang Qijie;Hu Zhenwen;Liu Huanbin;Hu Wei;She Yin;Tang Xiaosheng
  • 通讯作者:
    Tang Xiaosheng
Synthesis and CO2 Photoreduction of Lead-Free Cesium Bismuth Halide Perovskite Nanocrystals
无铅铯铋卤化物钙钛矿纳米晶的合成及CO2光还原
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.1c05110
  • 发表时间:
    2021-08
  • 期刊:
    The Journal of Physical Chemistry C
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Daofu Wu;Xusheng Zhao;Yanyi Huang;Junan Lai;Jiayu Yang;Changqing Tian;Peng He;Qiang Huang;Xiaosheng Tang
  • 通讯作者:
    Xiaosheng Tang

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其他文献

一种使用静态分析的汇编代码缺陷检测方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 作者:
    邱景;苏小红;马培军
  • 通讯作者:
    马培军
针对长视频问答的深度记忆融合模型
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    孙广路;吴猛;邱景;梁丽丽
  • 通讯作者:
    梁丽丽
基于静态分析的汇编代码缺陷检测
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    哈尔滨工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邱景;苏小红
  • 通讯作者:
    苏小红
采用Helmholtz共鸣器与悬臂梁压电换能器的声能采集器研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    声学学报(中文版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨峰;李平;文玉梅;王德才;杨进;文静;邱景
  • 通讯作者:
    邱景
使用锁分配图动态检测混合死锁
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    计算机研究与发展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    禹振;苏小红;邱景
  • 通讯作者:
    邱景

其他文献

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邱景的其他基金

基于超低信噪比下磁异常信号检测的水下多目标探测定位与高分辨三维磁学成像研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
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基于自偏置巨磁电效应的采能和传感一体化微型自供电无线磁传感器研究
  • 批准号:
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  • 项目类别:
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面向无线传感器网络的磁电和电磁复合式宽频振动能量采集器研究
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  • 资助金额:
    26.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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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

        graph TD
          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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