高溫結(jié)構(gòu)件狀態(tài)檢測用無線無源傳感器研究

通過本項(xiàng)目研究，已掌握了航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)測試所需要的無線應(yīng)變傳感器研制關(guān)鍵技術(shù)，在與葉片一體化集成薄膜制備技術(shù)方面，通過NiCrAlY合金薄膜及其熱氧化層的引入，改善了薄膜傳感器材料的附著力；通過傾斜沉積Al2O3絕緣層薄膜，有效釋放了Al2O3絕緣層薄膜的內(nèi)應(yīng)力，從而為本項(xiàng)目傳感器研制奠定了關(guān)鍵的材料科學(xué)基礎(chǔ)。在表面聲波諧振器設(shè)計(jì)及研制方面，通過對(duì)器件結(jié)構(gòu)的仿真，揭示了壓電薄膜厚度對(duì)其諧振模式的影響規(guī)律，并優(yōu)化了表面聲波諧振器研制工藝，為本項(xiàng)目傳感器研制奠定了器件設(shè)計(jì)及工藝基礎(chǔ)。項(xiàng)目采用開槽的平面倒F微帶天線，成功將天線尺寸降低到與葉片一體化集成所要求的水平。項(xiàng)目還建立了高溫?zé)o線應(yīng)變測試平臺(tái)，并對(duì)所研制無線應(yīng)變傳感器在高溫下的靜態(tài)應(yīng)變響應(yīng)特性進(jìn)行了測試，測試結(jié)果顯示：所研制無線應(yīng)變傳感器性能良好，可在823 K下正常工作，測試精度小于2%，頻率偏移對(duì)應(yīng)變響應(yīng)的線性度達(dá)到99.98%。為了改善所研制無線傳感器在高溫下長時(shí)間工作的性能穩(wěn)定性，項(xiàng)目通過在傳感器表面引入AlN壓電薄膜防護(hù)層，在不降低傳感器性能的前提下，有效改善了傳感器在高溫下的性能穩(wěn)定性。本項(xiàng)目傳感器性能通過了由航空發(fā)動(dòng)機(jī)測試領(lǐng)域?qū)＜宜M成測試小組的現(xiàn)場測試確認(rèn)，在此基礎(chǔ)上，中航工業(yè)集團(tuán)中國燃?xì)鉁u輪研究院進(jìn)一步對(duì)項(xiàng)目所研制無線應(yīng)變傳感器進(jìn)行了部件試驗(yàn)考核，考核結(jié)果顯示：本項(xiàng)目所研制無線應(yīng)變傳感器可以應(yīng)用于高溫下金屬結(jié)構(gòu)件的應(yīng)變測試。目前，正與中國燃?xì)鉁u輪研究院合作，開展本項(xiàng)目傳感器在某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的試用考核，因此，本項(xiàng)目研究成果為我航空發(fā)動(dòng)機(jī)測試提供了重要技術(shù)支持。 在基礎(chǔ)研究成果方面，共發(fā)表刊物論文28篇，其中，國外刊物論文23篇，國內(nèi)刊物論文5篇；獲授權(quán)中國發(fā)明專利2項(xiàng)，4項(xiàng)中國發(fā)明專利申請(qǐng)待審。培養(yǎng)博士研究生4名，培養(yǎng)碩士研究生5名；獲2016年度國防科技二等獎(jiǎng)。 2100433B

. 本項(xiàng)目擬將高溫壓電材料（LGS和AlN）以薄膜的形式沉積在航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片表面，并研制與葉片一體化集成的高溫?zé)o線無源傳感器。通過對(duì)集成敏感薄膜材料界面特性、表聲波諧振器諧振模式、多參量作用下的傳感器信號(hào)分析等關(guān)鍵科學(xué)問題研究，解決諧振器品質(zhì)因子的改善、傳感器表面質(zhì)量敏感特性的消除、傳感信號(hào)的有效提取等關(guān)鍵技術(shù)，探索出高溫工作的無線無源傳感器技術(shù)方案，不僅為航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片狀態(tài)檢測提供先進(jìn)傳感手段，還為發(fā)動(dòng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控提供技術(shù)基礎(chǔ)。

對(duì)于人體內(nèi)部等密封環(huán)境或機(jī)械旋轉(zhuǎn)等惡劣環(huán)境中的應(yīng)用，要求無線讀取傳感器信號(hào)，這類應(yīng)用需要低功耗、微型化、低成本以及多功能的傳感器。本項(xiàng)目創(chuàng)新性地提出一種基于全無源元件的無線、集成化無源傳感器結(jié)構(gòu)，能夠同時(shí)測量多個(gè)環(huán)境參數(shù)。1.提出了一種纏繞方向特定的疊層電感，能夠抑制電感之間互感耦合帶來的影響。實(shí)現(xiàn)了同時(shí)、獨(dú)立地進(jìn)行濕度、溫度、壓力等三個(gè)參數(shù)的測量；提出了一種將開關(guān)集成到LC傳感器中的多功能無源無線LC傳感器，實(shí)現(xiàn)了濕度、壓力的獨(dú)立測量；提出了從LC無源無線傳感器諧振頻率和實(shí)部最大值提取雙參數(shù)的方法，實(shí)現(xiàn)了溫度和濕度的同時(shí)測量。2. 研制了一款用于測量無線無源LC諧振式傳感器的便攜式讀出電路，測量結(jié)果可連接到上位機(jī)顯示。3. 提出了一種無源無線的自適應(yīng)中繼線圈，讀出距離提高了3.2倍；提出了一種工作頻率可調(diào)的左手材料（LHM），通過這種左手材料增強(qiáng)了LC傳感器讀出空間的磁場強(qiáng)度，提高了讀出距離。4. 研制了高靈敏的無源無線濕度傳感器，其敏感電容采用CMOS MEMS工藝，感濕膜采用了氧化石墨烯。測試結(jié)果表明，其靈敏度比基于聚酰亞胺的濕度傳感器提高23倍；提出利用雙層電感之間的交疊電容作為敏感電容，實(shí)現(xiàn)了LC 集成濕度傳感器，縮小了芯片面積。5. 課題研制的無線、無源、多參數(shù)微納傳感器與系統(tǒng)在上海三一重機(jī)股份有限公司部件涂裝車間兩個(gè)噴涂房成功進(jìn)行了應(yīng)用演示。本項(xiàng)目實(shí)施過程中，項(xiàng)目組在本領(lǐng)域重要的國際會(huì)議和期刊上發(fā)表論文27篇，其中在國際期刊（IEEE JMEMS、IEEE SENSOR J、IEEE TCAS-I等）上發(fā)表論文13篇，在國際頂級(jí)期刊JMEMS發(fā)表LC無源無線傳感器綜述論文，在國際主流會(huì)議 (IEEE MEMS、IEEE Transducers、IEEE Sensors等)上發(fā)表論文14篇。培養(yǎng)研究生19名，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人被選為IEEE FELLOW。申請(qǐng)國家發(fā)明專利23項(xiàng)，授權(quán)專利10項(xiàng)。項(xiàng)目組成功組織并承辦了APCOT 2012會(huì)議，與國外同行進(jìn)行了深入的學(xué)術(shù)交流與合作。 2100433B

物聯(lián)網(wǎng)在智能交通、生態(tài)監(jiān)視、智能醫(yī)療、公共安全、國防軍事等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，我國已經(jīng)把物聯(lián)網(wǎng)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)大力推動(dòng)。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一，而對(duì)于人體內(nèi)部、密封的藥品等密封環(huán)境或機(jī)械旋轉(zhuǎn)以及惡劣環(huán)境中的應(yīng)用，要求無線讀取傳感器信號(hào)，這類應(yīng)用需要低功耗、微型化、低成本以及多功能的傳感器。本項(xiàng)目創(chuàng)新性地提出一種基于全無源元件的無線、集成化無源傳感器結(jié)構(gòu)，能夠同時(shí)測量多個(gè)環(huán)境參數(shù)。項(xiàng)目將解決這種多參數(shù)測量中無源元件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)問題；探明不同敏感電容及電感之間的耦合問題；提出傳感器子系統(tǒng)的有效遙測方法；提出從系統(tǒng)的輸入阻抗提取多個(gè)待測參數(shù)的方法。在工藝上，解決多層電感制備的兼容工藝問題，實(shí)現(xiàn)同時(shí)制備多種敏感結(jié)構(gòu)的工藝方法及其傳感器的封裝方法。通過這些技術(shù)基礎(chǔ)問題的解決，研制出基于全無源元件的無線、集成化無源傳感器系統(tǒng)原型，為本領(lǐng)域的發(fā)展提供一種有較高參考價(jià)值的方法。

無源無線開關(guān)的兩個(gè)重要特點(diǎn)是：無源性和無線性，除此之外還有其他一些智能特點(diǎn)。

無源無線開關(guān)無源性

無源無線開關(guān)，無需提供能量來源。不用像傳統(tǒng)電源開關(guān)，需要連接電源線，也不需要像電視機(jī)的遙控器或手機(jī)，安裝充電電池或干電池，也無需像光能計(jì)算器一樣，需要內(nèi)置太陽能電池采集供電。無源無線開關(guān)，內(nèi)置有能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，您僅需手指按下按鍵的能量，立即被轉(zhuǎn)換為電能，可滿足開關(guān)所需的電能。

無源無線開關(guān)無線性

無源無線開關(guān)，不必進(jìn)行接線操作。它發(fā)射無線的控制信號(hào)來控制燈具等電器設(shè)備電源的通斷。

無源無線開關(guān)按鍵方式多樣

無源無線開關(guān)的每個(gè)按鍵，都可以隨意配置或更換控制方式。而不同于傳統(tǒng)電源開關(guān)，在安裝后，其開啟和關(guān)閉方式即被固定，不可更改。例如：在無源無線開關(guān)上，您可設(shè)置按第一次按“上”按鍵，開燈；第二次按“上”按鍵，關(guān)燈；第三次按“上”按鍵，開燈；第四次按“上”按鍵關(guān)燈。這種循環(huán)開關(guān)燈模式。也可設(shè)置按“上”按鍵開燈；按“下”按鍵關(guān)燈。這種傳統(tǒng)的開關(guān)燈模式。還可設(shè)置按住某一個(gè)按鍵不放開燈，一旦松開，立即關(guān)燈。

無源無線開關(guān)被控設(shè)備易調(diào)整

由于無源無線開關(guān)不接電源線。它控制的電器設(shè)備可以隨時(shí)調(diào)整。您可以今天用它來控制客廳的燈，明天更改設(shè)置控制餐廳的燈，后天再次更改設(shè)置，控制電視機(jī)的電源插座。