面向无线传感网络的升频式MEMS高效能量采集机理及方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51405318
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0512.微纳机械系统
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Wireless sensor networks has the widespread application prospects in environments, security, transportation, health, and so on. Vibration-based MEMS energy harvesting converts the ambient vibration energy into electrical energy for powering the wireless sensor nodes. In order to improve the power output at low frequency vibrations, this project proposes an impact-based frequency-up-conversion (FUC) energy harvesting approach, which is able to convert the ambient low freqeuncy vibration into high frequency vibration of the system. The dynamics of the FUC mechanism will be studied and the model of the coupled system will be built. The dynamic, structural and surface paramters of the micro oscillation structures will be investigated. Moreover, the energy conversion relationship and efficiency of the coupled system will be analyzed. By using the micro-positioning and chip bonding techniques, the implementation of the energy harvesting system with piezoelectric thick film will be developed. The FUC mechanism would be a breakthrough for MEMS energy harvesting with high power density at low frequency vibrations. There would be a great potential development of the self-powered wireless sensor networks.
无线传感网络在环境、安全、交通、医疗健康等关系国计民生的领域具有广泛的应用前景,但电源问题是制约其发展的关键因素之一。振动微能源技术通过采集环境中振动能将其转化成电能实现为微传感器节点供电。本课题针对MEMS能量采集在低频振动环境下能量输出密度低的关键难点问题,提出基于碰撞作用的升频式高效能量采集方法,提高能量输出密度。首先研究升频机制(将低频环境振动转换为高频系统振动)的动态接触作用机理和多系统耦合振动模型,分析微结构梁的运动参数、结构参数、表面形貌等特征对振动模型的影响。在此基础上进行能量转换关系及转换效率优化研究。开展基于压电厚膜技术的MEMS高效能量采集方法研究,并结合MEMS器件键合工艺,实现升频式MEMS能量采集的系统集成封装。在低频率高密度MEMS能量采集的研究上实现突破性进展,促进其在自供电无线传感网络等相关领域的发展应用。

结项摘要

无线传感网络在环境监测、智能家居、医疗健康等领域具有广泛的应用前景,电源问题是制约其发展的关键因素之一。振动能量采集技术通过采集环境中振动能将其转化成电能实现为无线传感节点供电。本课题针对MEMS能量采集器在低频振动环境下能量输出密度低的关键问题,提出了基于压电厚膜技术的碰撞式升频高效能量采集方法。首先研究了将低频环境振动转换为高频系统振动的升频机制动态接触作用机理和多系统耦合振动模型,分析结构梁的结构参数、振动频率、初始间距等特征对振动模型的影响。在此基础上进行压电能量转换关系及转换效率优化研究。开展基于压电厚膜技术的MEMS高效能量采集器制备工艺研究,并结合器件键合封装工艺,实现升频式能量采集器的系统集成。本项目研究将促进低频率高密度MEMS能量采集在自供电无线传感网络等相关领域的发展应用。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(7)
专利数量(5)
An Electromagnetic MEMS Energy Harvester Array with Multiple Vibration Modes
具有多种振动模式的电磁 MEMS 能量采集器阵列
  • DOI:
    10.3390/mi6080984
  • 发表时间:
    2015-08-01
  • 期刊:
    MICROMACHINES
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Liu, Huicong;Chen, Tao;Lee, Chengkuo
  • 通讯作者:
    Lee, Chengkuo
The Design and Characterization of a Flexible Tactile Sensing Array for Robot Skin.
机器人皮肤柔性触觉传感阵列的设计和表征
  • DOI:
    10.3390/s16122001
  • 发表时间:
    2016-11-25
  • 期刊:
    Sensors (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ji Z;Zhu H;Liu H;Liu N;Chen T;Yang Z;Sun L
  • 通讯作者:
    Sun L
Modeling and verification of a piezoelectric frequency-up-conversion energy harvesting system
压电上变频能量收集系统的建模与验证
  • DOI:
    10.1007/s00542-016-3077-y
  • 发表时间:
    2017-07-01
  • 期刊:
    MICROSYSTEM TECHNOLOGIES-MICRO-AND NANOSYSTEMS-INFORMATION STORAGE AND PROCESSING SYSTEMS
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Chen, Shun;Ma, Li;Wang, Jianxiang
  • 通讯作者:
    Wang, Jianxiang
A Hybrid Flapping-Blade Wind Energy Harvester Based on Vortex Shedding Effect
基于涡流脱落效应的混合式扑翼风能采集器
  • DOI:
    10.1109/jmems.2016.2588529
  • 发表时间:
    2016-10-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Chen, Tao;Xia, Yuedong;Lee, Chengkuo
  • 通讯作者:
    Lee, Chengkuo
An Intermittent Self-Powered Energy Harvesting System From Low-Frequency Hand Shaking
一种通过低频握手间歇自供电能量收集系统
  • DOI:
    10.1109/jsen.2015.2411313
  • 发表时间:
    2015-09-01
  • 期刊:
    IEEE SENSORS JOURNAL
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Liu, Huicong;Ji, Zhangping;Lee, Chengkuo
  • 通讯作者:
    Lee, Chengkuo

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其他文献

基于碰撞升频的MEMS压电振动能量收集系统
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    固体力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄曼娟;侯诚;李云飞;刘会聪;陈涛;杨湛;王凤霞;孙立宁
  • 通讯作者:
    孙立宁
液态金属柔性感知的人机交互软体机械手
  • DOI:
    10.3969/ji.ssn.1004-132x.2021.12.011
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国机械工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘会聪;杨梦柯;袁鑫;孙立宁;金国庆
  • 通讯作者:
    金国庆
基于压电驱动的多指微操作工具及实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    压电与声光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孟凯;陈涛;杨湛;刘会聪;孙立宁
  • 通讯作者:
    孙立宁
面向新能源浮标的平面摆式波浪能收集装置研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李云飞;耿江军;汤添益;房艳;马昕;陈朝晖;陈涛;刘会聪;孙立宁
  • 通讯作者:
    孙立宁
面向超分辨光学成像的浸没微球透镜控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    光学精密工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈涛;孟凯;杨湛;刘会聪;孙立宁
  • 通讯作者:
    孙立宁

其他文献

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刘会聪的其他基金

面向海洋超低频随机波浪环境的高效能量收集基础研究
  • 批准号:
    51875377
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

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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