自供电智能传感器基础及关键技术研究

对传感器持续和免维护的无线电源供给，是智能结构系统必须解决的技术瓶颈问题，在国防、军事、工程装备和精密加工等领域都有迫切而广泛的技术需求。采集环境能量为传感系统提供工作电源是有效的技术发展思路，蕴含丰富的多学科基础理论和技术创新。本项目通过研究磁电复合换能材料中多种效应相互作用，各种能量（参量）传递转换的因果关系和材料界面形成的约束条件，解决能量采集效率低、单一器件不能实现多种能量采集等问题；提出向具有能量采集功能的自供电传感器无线主动供能，以保证在各种环境条件下都能获得足够能量以产生有效工作电源；研究声、电波主动供能中共振接收提高激励能量传输效率和传感现场能量密度的机理；通过光漫射或者激光激励荧光等技术实现准密闭、遮挡环境的无线光供能；应用自供电传感器实现执行器件的在线自监测。通过本项目研究，提出自供电传感器原理和完整的技术实现方法，发展拥有完全自主知识产权的新一代自治智能传感器技术。

本课题在国内率先开展自供电智能传感器基础及关键技术研究，提出的许多能量转化、采集、汇聚和积累的创新方法、理论和系统，蕴含丰富的多学科基础理论和技术创新，对深入研究和推广有重要意义。本课题严格按照国家自然科学基金重点项目的研究内容和研究目标，全面超额完成任务书要求的各项任务和技术考核指标，并且在此基础上发现许多新的科学问题，进行了进一步相关的科学研究工作，在许多方面得到突破和进展，取得系列具有独创性成果，研究成果发表在“IEEE Transaction on Industrial Electronics”(I区，IF:5.16)等高水平杂志上，进一步深入研究还得到国家863重大项目和多项企业资金资助。课题在磁电换能机理及器件、磁机电能量采集器件、自供电电源管理、自供电传感和智能装置等方面取得系列重要理论成果和技术突破，得到国内外著名专家的高度评价，在《Advanced Materials》(IF:13.877)、《Annual Review of Materials Research》(IF:13.073) 等杂志中被大篇幅引用介绍。南策文院士在《Advanced Materials》评价到：“提出的结构展现比传统简单层合结构更高的磁电响应，为结构优化提高磁电系数铺设了道路。”美国著名磁电学家Srinivasan教授在国际权威刊物《Annual Review of Materials Research》(IF:13.073)撰文评价认为是磁电材料应用的新进展。课题在磁、机、光和声自供能（或主动供能）理论、原理、模型、方法、材料、器件、电路、系统等基础和应用基础系列研究成果基础上，针对物联网和智能电网，实现能够较为广泛应用于实际用电安全的自供电监测系统。分别在1Oe的磁场环境和在0.5g加速度振动情况下，实现了对发射距离100米以上的无源无线传感器的电磁供能和振动供能，研究并建立了微小型电磁波自供能装置和小型化振动自供能装置。构建的自供能传感器系统成功应用于重庆、江苏等地大区域办公地点、商场和酒店等用电安全监测。发表研究论文108篇，其中SCI收录52篇，SCI他引67次，EI收录65篇，ISTP收录25篇。获重庆市自然科学2等奖1项。获全国百篇优博提名奖1项。申报17项发明专利，获权11项发明专利。参加项目的博士后2人、博士研究生19、硕士研究生40余人。