智能微声传感技术及应用课件.ppt

1、智能微声传感技术及应用目目 录录一.背景及研究内容二.创新性成果三.第三方评价与技术转化四.研发产品样本五.经济社会效益六.总结制造制造20252025复杂环境复杂环境感知感知电网防火和节能：90%电力故障难点：高电压、高温环境下无线无源温度测量、定位综合管廊状态监测：难点：形变、温度无线无源监测。一一.背景及研究内容背景及研究内容 1.背景旋转空间参量测量：难点：TPMS轮胎压力、温度解耦，以及实时测量。微声感知芯片解决硅基IC芯片在复杂环境下应用的不足！复杂环境微型复杂环境微型传感器传感器电学传感器电学传感器 MEMS MEMS 电磁场耦合电磁场耦合各向同性的硅晶圆各向同性的硅晶圆光学传感

2、器光学传感器 高频电磁场耦合高频电磁场耦合声学传感器声学传感器 电磁场力场耦合电磁场力场耦合麦克风类：各向同性麦克风类：各向同性压电晶片：各向异性压电晶片：各向异性有线有源有线有源压电晶体：各向异性压电晶体：各向异性无线无源无线无源不同于硅基不同于硅基IC传感器，微声感知（微声传感器，微声感知（微声+晶体）具有：晶体）具有：1）压电晶圆）压电晶圆 2）纯无线无源）纯无线无源 3）极端环境工作（）极端环境工作（2000）瞄准应用：突破霍尼韦尔瞄准应用：突破霍尼韦尔/西门子西门子/PCB/PCB/KistlerKistler/WIKA/WIKA公司垄断的公司垄断的复杂环境感知微声领地，实现无线无源

3、感知国产。复杂环境感知微声领地，实现无线无源感知国产。一一.背景及研究内容背景及研究内容 1.背景声声场场全全波波仿仿真真精精确确+快快速速?一一.背景及研究内容背景及研究内容 2.研究内容微声理论分析研究传感器芯片设计感知系统研制传统传统FEMFEMANSYSCOMSOL千根以上电极的千根以上电极的声场仿真声场仿真国外西门子国外西门子等少数公司等少数公司拥有同类拥有同类软件软件FEMBEM。本团队本团队18年独立年独立完成，速度高同类的完成，速度高同类的1个数量级个数量级。发表文章发表文章25篇，申请专利篇，申请专利3项项FEMBEM声学近似 机理加速类似类似ICIC设计的设计的HFSSHF

4、SS一一.背景及研究内容背景及研究内容 2 2.研究内容研究内容声场声场参数参数结构仿真结构仿真器件设计器件设计版图版图Layout微声理论分析研微声理论分析研究究传感器芯片设计传感器芯片设计感知系统研制感知系统研制95100105110115120-80-70-60-50-40-30-20-100 R-/SPUDT SAW Design ToolBox S21S13+S23Thin-S22in&S11outIL(dB)IL2468-140-120-100-80-60-40Time domain analysistime(us)amplitude(dB)TTE=51.77 dB0.20.512

5、4 j0.2-j0.20 j0.5-j0.50 j1-j10 j2-j20 j4-j400.20.5124 j0.2-j0.20 j0.5-j0.50 j1-j10 j2-j20 j4-j40OutputInput95100105110115120700800900100011001200Frequency(MHz)Groupdelay(ns)Groupdelay从声场到智能芯片设计软件自主完成类似IC设计的“Cadence”一一.背景及研究内容背景及研究内容 2.研究内容频分多址频分多址码分多址码分多址RFIDRFID微声理论分析研微声理论分析研究究传感器芯片设计传感器芯片设计感知系统研制感

6、知系统研制编码规划编码规划芯片实现芯片实现信号解调信号解调实现对频分多址、码分多址接收系统平台的建立和系列化二二.创新性成果创新性成果新新FEM/BEMFEMBEM声学近似精确、快速 理论创新理论创新1.1.建立自主快速声场分析方法建立自主快速声场分析方法FEMBEMFEMBEM2.2.架构架构传感芯片声波优化软件，并提出二维传感芯片声波优化软件，并提出二维射频声子晶体射频声子晶体1)微声器件的快速精确模拟.中国科学:物理学 力学 天文学,2011,41:12101215.2)微声器件的快速有限元/边界元模拟.中国科学院声学研究所第四届青年学术会议论文集,pp.476-480.3)Fast F

7、EM/BEM Simulation of Non-periodic SAW Structures.2012 IEEE International Ultrasonics Symposium.1)专利：200810101502.8;2)专利：201220347040.X；3)专利：201210247336.9；4)Proceedings of 2014 Symposium on Piezoelectricity,Acoustic Waves and Device Application,pp.375-378.5)二维微声压电声子晶体在射频段的时域有限差分法”,声学学报，2015:40(2),pp

8、.263-269.6)“Extractions of Reflections and Velocity Parameters for Surface Acoustic Wave in Two-Dimensional Crystals”,2014 IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings,pp.2525-2528.二二.创新性成果创新性成果3.3.提出多种声场的多物理量解耦设计，实现提出多种声场的多物理量解耦设计，实现多参量同时监测和分离。多参量同时监测和分离。1)微声应变传感器的温度补偿方法研究.压电与声光；2)专利：ZL201210463201.6；3)专

9、利：201020188790.8；4)专利：201010171976.7；5)专利：200910259608.5 设计创新设计创新4 4.实现温度、压力、形变等传感芯片的产品实现温度、压力、形变等传感芯片的产品化，并且应用到汽车、燃气、电力、航空航化，并且应用到汽车、燃气、电力、航空航天等领域。天等领域。二二.创新性成果创新性成果 自主知识产权自主知识产权发明专利20项、实用新型13项、外观专利1项。获得知识产权获得知识产权三三.第三方评价与技术转化第三方评价与技术转化 1.1.第三方评价第三方评价，等领导参观无线无源微声传感技术相关产品一行20余人考察团，来到中国科学院声学研究所，并且来到中

10、科微声产品展示区参观。领导指导领导指导同志在中关村智造大街启动仪式中，重点关注了复杂环境智能微声传感器等相关产品。对中国的核心技术进行调研，表示对于无线无源传感器的技术非常看好。三三.第三方评价与技术转化第三方评价与技术转化 1.1.第三方评价第三方评价-微声智能温度感知微声智能温度感知检测检测报告报告应用应用报告报告销售销售合同合同产品使用单位：国网电网（天津产品使用单位：国网电网（天津/山西山西/辽宁辽宁/内蒙内蒙/山东等山东等1515家分公司）、南方电网家分公司）、南方电网（广东（广东/云南云南/贵州等贵州等5 5家分公司）、四方继保、酒泉卫星发射中心、中石油等家分公司）、四方继保、酒泉

11、卫星发射中心、中石油等标准制定标准制定参与全国DL电力行业标准 无线无源测温2013年编写，并且2016年即将实施。三三.第三方评价与技术转化第三方评价与技术转化 1.1.第三方评价第三方评价-TPMS-TPMS压力感知压力感知产品使用单位：青岛爱客、赛轮上市公司、米其林、航天产品使用单位：青岛爱客、赛轮上市公司、米其林、航天1 1院、中航凯天院、中航凯天检测检测报告报告应用应用报告报告标准制定标准制定参与制定国家标准，目前能连续50Hz读取且10年不用更换唯一满足I类强制标准传感芯片三三.第三方评价与技术转化第三方评价与技术转化 1.1.第三方评价第三方评价-智能应变感知智能应变感知应用应用

12、报告报告产品使用单位：北京燃气高压公司产品使用单位：北京燃气高压公司/劳动保障研究所劳动保障研究所/奥尔斯股份等公司奥尔斯股份等公司技术技术合同合同克服了有源安全隐患，实现长时间无源应变监测，保障城市生命线安全。四四.研发产品样本研发产品样本 1.轮胎轮胎TPMS样本样本植入轮胎，长期工作的无线无源微声温度/压力传感芯片，配套采集系统四四.研发产品样本研发产品样本传感器采集器 2.2.应变传感芯片与系统样本应变传感芯片与系统样本处理器无线无源微声温度/形变传感芯片，配套采集系统五五.经济社会效益经济社会效益 1.1.经济效益经济效益自然年自然年完成单位完成单位(单位：万元单位：万元)新增销售额

13、新增利润累 计1229018581.1.直接经济效益：直接经济效益：五五.经济社会效益经济社会效益 2.2.社会效益社会效益1.TPMS压力传感器压力传感器 有效防止轮胎爆胎引发的交通事故；提醒合理调节胎压，降低油耗节省资源；将替代有源设备，实现TPMS的绿色环保；2.燃气管道用应变传感器燃气管道用应变传感器为燃气管网的安全运行提供了技术保障；有效减少管道事故率，延长管道服役寿命；保障了首都公共安全；六六.总结总结 u本本团队持续团队持续1818年建立了年建立了从感知芯片理论、芯片设计到解调从感知芯片理论、芯片设计到解调系统的整套解决系统的整套解决方案，突破我国方案，突破我国复杂复杂感知感知领域领域微声智能感微声智能感知体系化和产品化知体系化和产品化的瓶颈的瓶颈问题。问题。u团队团队从技术创新、应用推广方面从技术创新、应用推广方面实现了实现了无线无源的无线无源的温度温度、压力、应力压力、应力等等微声芯片的生产和推广。微声芯片的生产和推广。u发表论文发表论文8080余篇，申请专利余篇，申请专利3434项项，已授权，已授权2424项。项。累计新增累计新增销售额销售额1229012290万元，新增利润万元，新增利润18581858万元，经济与社会效益显万元，经济与社会效益显著。著。