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UDC 534.08 基于 MEMS 的状态监测无线振动传感器 Serhii V. Ivanov、Pavlo B. Oliynik
电信系统研究所伊戈尔·西科斯基基辅理工学院，乌克兰基辅背景。在监测旋转机器（尤其是重型机器）的振动时，传感器电缆经常会出现问题。这些电缆通常很长、很重且容易损坏。目的。本文的目的是基于 MEMS 加速度计开发一种没有这些问题的无线振动传感器。开发的传感器应提供低功耗、至少在 10…1000 Hz 范围内的线性频率响应、计算振动 RMS 并在此基础上检测机器状况。方法。开发基于 8 位 MCU 的无线传感器设计。开发基于频谱分析的 MEMS 频率响应校正方法。将开发的传感器与工业压电传感器进行比较。结果。开发的传感器可代替工业压电振动传感器。此外，基于 MEMS 的传感器允许将基本的机器状态检测过程从高级系统转移到传感器级。这反过来又允许减少网络流量并简化整个状态监测系统。结论。开发了用于状态监测的基于 MEMS 的无线振动传感器。进行的测试表明，所开发的传感器性能良好，其精度可与工业压电传感器相媲美。关键词：振动；MEMS 加速度计；无线振动传感器；Wi-Fi；旋转机械监测。1. 简介在重型机械（蒸汽轮机、发电机、造纸机）的状态监测系统中，传感器的连接是一个问题。目前不使用具有电荷输出的传统压电加速度计，因为它们的电缆长度（通过电缆容量）甚至电缆安装（由于摩擦电噪声）都会影响传感器的输出信号。具有 ICP 输出的加速度计不受传统加速度计的限制，但在重型机器上安装这些传感器时需要使用数十米长的屏蔽电缆。由于长度和重量，使用这种电缆不方便。此外，人员在机器维护过程中经常会损坏长电缆及其连接器。解决该问题的一个可能方法是使用无线通信传输测量的振动数据。但是，带有无线发射器和 ICP 传感器的测量模块需要大功率电源才能确保其运行。因此，必须考虑使用基于微机电系统 (MEMS) 加速度计的传感器，以便为状态监测和诊断系统提供小型、低功耗的替代方案，以取代传统的工业测量系统。除了质量小、功耗低之外，基于 MEMS 的传感器将比工业传感器便宜得多，从而能够使用状态监测系统
利用热电发电机为可穿戴健康监测传感器供电的能量收集面罩
简介：近几十年来，人们对可穿戴设备的兴趣与日俱增，因为它们能够远程实时监测患者的生命体征 [1]。大多数可穿戴设备的功能仅依赖于电池供电。为了解决这一限制，必须开发出对可穿戴设备非常高效的能量收集系统 [2]。能量收集是收集、转换和输送任何设备可用能量的系统过程。近年来，研究人员已经展示了各种类型的机械能量收集器作为可穿戴平台，包括高度可拉伸的压电能量收集器 [3, 4]、柔性压电纳米发电机 [5, 6] 和基于皮肤的摩擦电纳米发电机 [7]。此外，热能也可以成为可穿戴能量收集应用的可靠来源，因为它的温度恒定在 37°C 左右 [2]。热电发电机 (TEG) 的工作原理是塞贝克效应，可以有效地将设备热侧和冷侧之间的热梯度转换为电能 [8, 9, 27]。人体是一个持续的热量发生器，人体和周围环境之间通常存在温差 [10]。较低的环境温度、空气对流或佩戴者活动较多可以显著增加所收集的能量 [11]。如果 TEG 可以收集人体释放的所有热量（根据身体活动不同，热量范围从 60 到 180 W），则产生的功率将在 0.6–1.8 W 左右 [12]。这个功率足以为许多可穿戴传感器提供能量。近年来，还开发了柔性 TEG，例如 Ren 等人报道的自修复 TEG 系统 [13]。可穿戴热电技术的显著现代应用包括但不限于手表式热电和血氧仪、柔性热电心电图检测器、热电助听器、温度检测设备和智能服装系统 [14]。可穿戴和可植入设备领域（包括生物医学传感器）因其在健康监测、疾病预防、诊断和治疗中的关键应用而引起了人们的极大兴趣 [15]。研究人员展示的可穿戴生物医学传感器技术的最新进展包括但不限于被动无线呼吸传感器、耳内脑电图系统和用于闭环深部脑刺激的无线唤醒/睡眠识别腕带 [16–18]。然而，电池的有限容量和相当大的物理尺寸分别对其寿命和整体尺寸造成了限制。Dagdeviren 等人（2017 年） [19] 和 Zhang 等人（2018 年） [20]。 （2021）[20] 表明从生物体中获取能量是一个可行的解决方案，主要强调自供电生物医学设备的开发。