近年来，无线传感器网络（WSN）在环境监测、医疗保健和工业自动化等多个领域受到了极大的关注。然而，WSN面临的一个关键问题是如何长期稳定、有效地为大量微型传感器供电。虽然电池供电仍然是主要方法，但是电池寿命短，需要定期更换。特别是当传感器分布在封闭的区域（如植入人体的传感设备）或偏远、恶劣的环境中时，电池的更换和维护变得十分麻烦。摩擦纳米发电机（TENG）是一种新兴的基于摩擦起电效应和静电感应效应的能量收集技术。基于TENG的自供电无线传感系统可以有效解决WSN中的供电问题。最近，有研究者提出了一种基于TENG的瞬时自供电无线传感系统,该系统直接将TENG产生的脉冲信号能量注入到LC振荡器，以产生携带传感信息的振荡信号，并无线发送和接收。然而该传感系统使用近场耦合传输信号，传感距离通常在2米以内，因此迫切需要开发一种基于TENG的远距离瞬时自供电无线传感系统。

浙江大学骆季奎团队成功地开发了一种自供电远距离无线传感平台。该平台由发射器和接收器两部分组成。其中发射器主要包括接触分离模式TENG、基于声表面波器件（SAW）的射频振荡器以及发射天线。TENG在外力按压下会产生一系列的脉冲电压信号，这些脉冲信号可以直接为基于声表面波器件（SAW）的射频振荡器供电从而产生携带传感信息的高频振荡信号序列，传感信号通过发射天线无线发送出去。接收器由一个软件无线电（SDR）设备和一台个人电脑（PC）组成。基于PC的Labview平台对接收到的信号进行快速傅立叶转换（FFT），以获取传感信息。这种传感技术能够有效监测对传感信号频率和振幅有影响的物理或化学量，如温度、距离、振动、应变等，尤其适用于智能制造和智能医疗等领域。实验结果表明，该传感系统可在50米的传感距离范围内无线监测压力、温度和振动频率。

图1. 基于TENG的瞬时自供电无线传感系统的系统结构图

图2. 传感信号的产生原理与流程图

图3. 传感原理与仿真结果图

图4. TENG的输出性能表征图

图5.接触力和Cs电容值对传感系统的影响分析

图6. 基于TENG的瞬时自供电无线温度传感系统的实验结果图

图7. 基于TENG的瞬时自供电无线振动频率监测系统的实验结果图

骆季奎，教授，国家级专家，曾任英国Bolton大学教授。本科毕业于哈尔滨工业大学，硕士毕业于日本电气通信大学，博士毕业于日本北海道大学，后到英国Cardiff 大学做博士后(1990-1995)，在工业界从事开发研究和管理8年，其后在剑桥大学工程系任Senior Research Fellow，负责MEMS团队的建设和研究。2007年开始，在英国Bolton大学材料和创新研究中心任教授，2019年全职入职浙江大学微电子学院。主要从事生物MEMS、片上实验室、微流控、生物传感器、柔性/穿戴式电子、微能量收集、自供能无线传感等研究。在国际高影响因子期刊上共计发表论文282篇，在国际会议上发表约210篇论文，其中特邀报告/keynotes speaker35次。H-index46,引用7647次。

Zhang C, Zhang K, Lu J, et al. A triboelectric nanogenerator-based self-powered long-distance wireless sensing platform for industries and environment monitoring. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-024-6919-4.