SBIR Phase I: Research on an energy harvesting system for the development of a self-sustainable, blue-tooth, low energy tracking and monitoring sensor for aircraft

SBIR 第一阶段:研究能量收集系统,用于开发用于飞机的自持续、蓝牙、低能量跟踪和监控传感器

基本信息

  • 批准号:
    2136567
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.57万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-02-01 至 2023-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I project is to develop a novel, self-sustaining, real-time asset tracking technology that addresses the aviation industry’s need for efficiency and safety. This technology will provide automated safety and emergency equipment compliance and security seal checks, significantly reducing the time required for audits, while increasing their accuracy and avoiding potential liability claims from undetected failure or tampering with safety equipment. Based on in-flight compliant Bluetooth Low Energy (BLE) communication, equipment can be monitored continuously, during flight and on the ground, using a compact communication hub or mobile devices. Self-sustainability is achieved by harvesting energy from mechanical vibrations present in-flight and during taxiing, without requiring time-consuming battery change cycles and avoiding regulatory challenges for hazardous battery chemistries such as lithium-ion. The proposed research will also enable in-flight monitoring applications and automate new tasks such as ensuring compliance with in-flight seatbelt regulations. The proposed system will help passenger airlines stay profitable in a highly competitive market, realizing significant cost-savings through efficient operations, reduced turnaround times, and lower maintenance overheads. This Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I project aims to evaluate a mechanical energy harvesting design regarding its technical feasibility and effectiveness as a power source for asset tracking devices onboard an aircraft. To this end, new technologies for mechanical energy harvesting will be tested: (1) a novel stacked piezoelectric device with tunable resonance frequencies and output enhanced by superposition among different piezo-elements vibrating in phase and (2) a mechanical vibration amplifier which extracts large-amplitude linear motions from vibrations to enhance the amplitude of mechanical movements. The two new technologies may enable the first mechanical vibration harvester which is compact enough to permit effective use in asset tracking in the aviation industry, resulting in an energy harvesting module miniaturized to comply with aviation applications and to efficiently harvest the extremely low frequencies (10 Hz) dominating cabin vibrations. The energy harvesting circuit prototype will be evaluated under realistic deployment conditions within the scope of this project and integrated in BLE-sensor prototypes to further evaluate its performance.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这项小企业创新研究(SBIR)第一阶段项目的更广泛影响/商业潜力是开发一种新颖的、自我维持的实时资产跟踪技术,以满足航空业对效率和安全的需求。该技术将提供自动化的安全和应急设备合规性和安全密封检查,大大减少了审计所需的时间,同时提高了审计的准确性,避免了因未被发现的故障或篡改安全设备而导致的潜在责任索赔。基于飞行中兼容的低功耗蓝牙(BLE)通信,设备可以在飞行和地面上使用紧凑型通信集线器或移动设备进行连续监控。通过从飞行和滑行过程中产生的机械振动中获取能量,实现了自我可持续发展,无需耗时的电池更换周期,也避免了锂离子等危险电池化学物质的监管挑战。拟议的研究还将使飞行监控应用程序和自动化新任务,如确保遵守飞行安全带规定。拟议中的系统将帮助客运航空公司在竞争激烈的市场中保持盈利,通过高效的运营、缩短周转时间和降低维护费用,实现显著的成本节约。这项小型企业创新研究(SBIR)第一阶段项目旨在评估机械能量收集设计的技术可行性和有效性,以作为飞机上资产跟踪设备的电源。为此,将测试机械能量收集的新技术:(1)具有可调谐谐振频率的新型堆叠压电装置,并通过不同压电元件之间的相振叠加增强输出;(2)从振动中提取大幅度线性运动的机械振动放大器,以增强机械运动的幅度。这两项新技术可能使第一台机械振动采集器成为可能,它足够紧凑,可以有效地用于航空业的资产跟踪,从而使能量收集模块小型化,以符合航空应用,并有效地收集极低频(10赫兹)主导的座舱振动。能量收集电路原型将在本项目范围内的实际部署条件下进行评估,并集成到ble传感器原型中以进一步评估其性能。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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