融合声表面波技术的可穿戴自供电无线传感器研究

基本信息
批准号:51675069
项目类别:面上项目
资助金额:65.00
负责人:杨进
学科分类:
依托单位:重庆大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:刘俊,林志明,林志伟,周志浩,李小石,孟柯妤,张建超
关键词:
自供电传感压控声表面波技术柔性传感可穿戴电子
结项摘要

Wearable electronics is an evolutional product following the tablet computers and smart phones, to meet the needs in health and behavior monitoring applications. Its comprehensive performance mainly is determined by the functional integration and innovation of all kinds of sensors. However, the type of the power supply and information transmission restricted their development and application. Based on the previous researches in wearable flexible electronics and wireless passive Surface Acoustic Wave (SAW), this project will investigate wearable flexible self-powered and wireless pressure / bending / torsion sensors to detect the human body pulse and postural behavior wirelessly. The main research content includes 3 aspects as below: 1) Investigate the flexible pressure sensor based on polymer film and triboelectrification principle for self-powered dynamic pressure measurements. 2) Study on the modulation mechanism of the flexible self-powered sensor output voltage on the electrical characteristics of the SAW device, and research the establishment of the sensing model to achieve human body pulse by self-powered and wireless transmission and continuous monitoring; 3) Research the bendable cylindrical crystal SAW sensor with the integration of sensing and wireless transmission, and establish the sensing model between the external bending / torsion and SAW properties parameters to detect dynamic attitude of human joints. This self-powered and wireless wearable electronic sensor will provide new theory and technologies to address the above mentioned issues, and will enable the construction of self-powered body sensor networks with the wearable health and behavior monitoring wirelessly.

可穿戴电子是继平板电脑和智能手机后的又一革命性产品,可满足健康和行为监测需求,其性能依赖于传感器功能融合和创新实现,然而传感电源供给及信息传输问题制约着它的发展。本项目结合前期可穿戴电子和声表面波传感技术,研究可穿戴的柔性自供电及无线压力/弯曲/扭转传感技术,实现体表脉搏以及行为姿态的自供电无线监测。研究1)采用聚合物薄膜及接触起电原理的柔性自供电压力传感器,满足脉搏微弱压力探测需求;2)研究自供电传感输出对声表面波特性的电学调制机理,建立外界压力—自供电传感输出—声表面波无线信号的传感模型,实现体表脉搏自供电模式下的传感、无线传输及连续监测;3)研究集传感和无线传输一体的可弯的柱形声表面波传感器,建立外界弯曲/扭转与其特性参数间的传感模型,实现人体关节运动等动态姿态的传感及无线监测。可为穿戴式健康监护和行为监测的自供电仪器奠定技术基础,并为柔性电子的自供电及无线传感提供新的理论和技术。

项目摘要

本项目针对可穿戴电子电源供给及信息传输问题,结合前期可穿戴电子和声表面波传感技术,以研究可穿戴的柔性自供电传感技术,并实现体表脉搏以及行为姿态的自供电无线探测为目的。已按项目任务书完成如下研究目标:a)研究了柔性可穿戴自供电压力传感器,并完成了结构优化及性能测试,当外界压强 P<0.71 kPa 时,具有较高的灵敏度,可达到 45.7 mV/Pa,检测极限低至2.5 Pa;b)研究了柔性可穿戴自供电应变传感器,并完成了结构优化及性能测试,该传感器在大应变拉伸范围内(0 %~100 %)拉伸应变与输出电压保持良好的线性度,灵敏度可达2.07 V/%,响应时间<15 ms;c)结合声表面波器件特性,研究了传感器电输出对声表面波传播参数的调控机理,自供电模式下的电压调控线性度不低于2.2%,调控范围从0.3V-10V,单次调控及传感时间小于0.05s,建立了体表压力-自供电传感输出-声表面波传播参数三者间的传感模型;d)发展出了结合柔性自供电传感及声表面波无源无线通信的可穿戴自供电无线传感技术,无线传输距离不低于5m,实现了柔性传感和无线传输一体的系统,实现了可穿戴式的体表脉搏、呼吸等信号的自供电无线连续监测。在本项目执行过程中,发表SCI检索1区论文16篇,其中Nature(Nature Electronics)、Science(Science Advances)和Cell(Matter)子刊各1篇,热点论文1篇,ESI高被引论文3篇。申报国家发明专利 6项。参加了4次关于自供电传感技术方面的国际国内学术会议。培养博士研究生3人,硕士研究生5人。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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