高温结构件状态检测用无线无源传感器研究

通过本项目研究，已掌握了航空发动机压气机测试所需要的无线应变传感器研制关键技术，在与叶片一体化集成薄膜制备技术方面，通过NiCrAlY合金薄膜及其热氧化层的引入，改善了薄膜传感器材料的附着力；通过倾斜沉积Al2O3绝缘层薄膜，有效释放了Al2O3绝缘层薄膜的内应力，从而为本项目传感器研制奠定了关键的材料科学基础。在表面声波谐振器设计及研制方面，通过对器件结构的仿真，揭示了压电薄膜厚度对其谐振模式的影响规律，并优化了表面声波谐振器研制工艺，为本项目传感器研制奠定了器件设计及工艺基础。项目采用开槽的平面倒F微带天线，成功将天线尺寸降低到与叶片一体化集成所要求的水平。项目还建立了高温无线应变测试平台，并对所研制无线应变传感器在高温下的静态应变响应特性进行了测试，测试结果显示：所研制无线应变传感器性能良好，可在823 K下正常工作，测试精度小于2%，频率偏移对应变响应的线性度达到99.98%。为了改善所研制无线传感器在高温下长时间工作的性能稳定性，项目通过在传感器表面引入AlN压电薄膜防护层，在不降低传感器性能的前提下，有效改善了传感器在高温下的性能稳定性。本项目传感器性能通过了由航空发动机测试领域专家所组成测试小组的现场测试确认，在此基础上，中航工业集团中国燃气涡轮研究院进一步对项目所研制无线应变传感器进行了部件试验考核，考核结果显示：本项目所研制无线应变传感器可以应用于高温下金属结构件的应变测试。目前，正与中国燃气涡轮研究院合作，开展本项目传感器在某型航空发动机中的试用考核，因此，本项目研究成果为我航空发动机测试提供了重要技术支持。 在基础研究成果方面，共发表刊物论文28篇，其中，国外刊物论文23篇，国内刊物论文5篇；获授权中国发明专利2项，4项中国发明专利申请待审。培养博士研究生4名，培养硕士研究生5名；获2016年度国防科技二等奖。 2100433B

. 本项目拟将高温压电材料（LGS和AlN）以薄膜的形式沉积在航空发动机压气机叶片表面，并研制与叶片一体化集成的高温无线无源传感器。通过对集成敏感薄膜材料界面特性、表声波谐振器谐振模式、多参量作用下的传感器信号分析等关键科学问题研究，解决谐振器品质因子的改善、传感器表面质量敏感特性的消除、传感信号的有效提取等关键技术，探索出高温工作的无线无源传感器技术方案，不仅为航空发动机叶片状态检测提供先进传感手段，还为发动机叶片结构健康状态的实时监控提供技术基础。

对于人体内部等密封环境或机械旋转等恶劣环境中的应用，要求无线读取传感器信号，这类应用需要低功耗、微型化、低成本以及多功能的传感器。本项目创新性地提出一种基于全无源元件的无线、集成化无源传感器结构，能够同时测量多个环境参数。1.提出了一种缠绕方向特定的叠层电感，能够抑制电感之间互感耦合带来的影响。实现了同时、独立地进行湿度、温度、压力等三个参数的测量；提出了一种将开关集成到LC传感器中的多功能无源无线LC传感器，实现了湿度、压力的独立测量；提出了从LC无源无线传感器谐振频率和实部最大值提取双参数的方法，实现了温度和湿度的同时测量。2. 研制了一款用于测量无线无源LC谐振式传感器的便携式读出电路，测量结果可连接到上位机显示。3. 提出了一种无源无线的自适应中继线圈，读出距离提高了3.2倍；提出了一种工作频率可调的左手材料（LHM），通过这种左手材料增强了LC传感器读出空间的磁场强度，提高了读出距离。4. 研制了高灵敏的无源无线湿度传感器，其敏感电容采用CMOS MEMS工艺，感湿膜采用了氧化石墨烯。测试结果表明，其灵敏度比基于聚酰亚胺的湿度传感器提高23倍；提出利用双层电感之间的交叠电容作为敏感电容，实现了LC 集成湿度传感器，缩小了芯片面积。5. 课题研制的无线、无源、多参数微纳传感器与系统在上海三一重机股份有限公司部件涂装车间两个喷涂房成功进行了应用演示。本项目实施过程中，项目组在本领域重要的国际会议和期刊上发表论文27篇，其中在国际期刊（IEEE JMEMS、IEEE SENSOR J、IEEE TCAS-I等）上发表论文13篇，在国际顶级期刊JMEMS发表LC无源无线传感器综述论文，在国际主流会议 (IEEE MEMS、IEEE Transducers、IEEE Sensors等)上发表论文14篇。培养研究生19名，项目负责人被选为IEEE FELLOW。申请国家发明专利23项，授权专利10项。项目组成功组织并承办了APCOT 2012会议，与国外同行进行了深入的学术交流与合作。 2100433B

物联网在智能交通、生态监视、智能医疗、公共安全、国防军事等领域有广阔的应用前景，我国已经把物联网作为战略性新兴产业大力推动。传感器是物联网的核心技术之一，而对于人体内部、密封的药品等密封环境或机械旋转以及恶劣环境中的应用，要求无线读取传感器信号，这类应用需要低功耗、微型化、低成本以及多功能的传感器。本项目创新性地提出一种基于全无源元件的无线、集成化无源传感器结构，能够同时测量多个环境参数。项目将解决这种多参数测量中无源元件设计基础问题；探明不同敏感电容及电感之间的耦合问题；提出传感器子系统的有效遥测方法；提出从系统的输入阻抗提取多个待测参数的方法。在工艺上，解决多层电感制备的兼容工艺问题，实现同时制备多种敏感结构的工艺方法及其传感器的封装方法。通过这些技术基础问题的解决，研制出基于全无源元件的无线、集成化无源传感器系统原型，为本领域的发展提供一种有较高参考价值的方法。

无源无线开关的两个重要特点是：无源性和无线性，除此之外还有其他一些智能特点。

无源无线开关无源性

无源无线开关，无需提供能量来源。不用像传统电源开关，需要连接电源线，也不需要像电视机的遥控器或手机，安装充电电池或干电池，也无需像光能计算器一样，需要内置太阳能电池采集供电。无源无线开关，内置有能量转换设备，您仅需手指按下按键的能量，立即被转换为电能，可满足开关所需的电能。

无源无线开关无线性

无源无线开关，不必进行接线操作。它发射无线的控制信号来控制灯具等电器设备电源的通断。

无源无线开关按键方式多样

无源无线开关的每个按键，都可以随意配置或更换控制方式。而不同于传统电源开关，在安装后，其开启和关闭方式即被固定，不可更改。例如：在无源无线开关上，您可设置按第一次按“上”按键，开灯；第二次按“上”按键，关灯；第三次按“上”按键，开灯；第四次按“上”按键关灯。这种循环开关灯模式。也可设置按“上”按键开灯；按“下”按键关灯。这种传统的开关灯模式。还可设置按住某一个按键不放开灯，一旦松开，立即关灯。

无源无线开关被控设备易调整

由于无源无线开关不接电源线。它控制的电器设备可以随时调整。您可以今天用它来控制客厅的灯，明天更改设置控制餐厅的灯，后天再次更改设置，控制电视机的电源插座。