《電磁耦合諧振增強感測機理研究》是依託清華大學，由董永貴擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：電磁耦合諧振增強感測機理研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：董永貴
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
諧振狀態下的電磁耦合機理，是電磁感應式感測器以及植入式無線感測器的重要理論基礎。實驗發現，在電磁耦合路徑中介入無源諧振線圈，可產生類似於電磁誘導增透的諧振增強效應，增強電磁耦合通路的能量和信號傳遞效率，從而有效提升感測器系統的工作性能。以單線圈、雙線圈以及多線圈組成的感測器系統為研究對象，重點結合結構件損傷探測、封閉腔內物質的電阻抗參數測量、植入式感測器的數據及能量傳輸等問題，就無源諧振線圈在感測器系統中的諧振耦合機理及其套用技術開展理論及實驗研究，在無源諧振線圈的電磁耦合理論及諧振增強機理、無源諧振線圈在感測器測量場中的介入方式以及實現技術等方面尋求突破。預期成果不僅將為無源諧振環節在感測器系統中的套用提供一種新思路，而且可望在工業檢測和人體生理參數檢測方面取得套用，具有重要的理論意義和廣闊的套用前景。
結題摘要
針對基於電場、磁場及電磁場耦合機理的感測系統，開展了電磁耦合諧振增強的基礎理論、電磁耦合諧振增強技術的套用方法、敏感信號增強處理算法的研究。以探測線圈及平面電極為基礎敏感元件，搭建起了基本研究平台。在此基礎上，以金屬/非金屬、電解質溶液及包括人體在內的生物體為檢測對象，在諧振增強敏感機理、信號獲取與處理技術等方面，取得了理論研究及實際套用技術方面的突破。主要研究成果體現在三個方面：（1）電磁耦合諧振技術的基礎理論體系的研究。以線圈耦合及電極耦合方式的感測系統為研究對象，給出了電磁耦合諧振增強機理的阻抗表征理論，基於Dodd-Deeds計算模型，得到了線圈耦合諧振增強探頭阻抗的解析表達式，探測線圈-金屬目標靶體系的實驗結果驗證了該理論的正確性，所實現的無源諧振增強電渦流感測系統證實了該方法的可用性。進一步將該理論拓展套用到電場耦合感測系統中，在溶液測量與人體特徵參數測量方面取得了有理論意義及實際套用價值的研究成果。（2）電磁耦合諧振增強的套用技術。以電解質溶液為研究對象，通過數值分析和實驗探究發現，無源線圈的介入可有效增強探測線圈與目標溶液間的電磁感應耦合，顯著提高溶液測量的探測靈敏度及探測距離；研究了諧振增強的集總參數模型，諧振增強可實現非同軸的電阻抗譜測量，大大提高了測試的可重複性。此外，基於電容耦合技術，以人體皮膚、心電為研究對象，有效提取了人體皮膚和心電的關鍵參數，在人體健康檢測方面有重要的套用價值。（3）信號增強算法的研究。將多維空間信號處理思想引入到一維信號處理中，發展出了基於相空間重構的信號處理算法，解決了諧振敏感系統中的信號特徵提取問題。所提出的遞歸式主元分析算法、奇異譜修正算法及Hilbert增強算法，在感測系統動力學特徵參數的提取及信噪比增強等方面的性能顯著優於傳統濾波算法，並且在算法複雜度等方面對於感測系統具有良好的適用性，在智慧型化感測系統中具有廣泛的套用前景。
