基于天线结构和特性协同优化的井下高性能RFID系统研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    41802194
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    24.0万
  • 负责人：
    朱继轩
  • 依托单位：
    中国地质大学（武汉）
  • 学科分类：
    D0209.第四纪地质学
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

RFID (Radio Frequency Identification) using the contactless data transmission by an electronic tag is expected to provide a new way to control the downhole tools with high efficiency and low cost. However, the complex application environment in the downhole can greatly reduce the communication performance of RFID system. In this project, the design method of high-performance RFID system based on the cooperative optimization of antenna structure and characteristics is presented. Firstly, the optimizing mechanism of a new type antenna on the magnitude and direction of the space magnetic field will be studied, and the quantitative method to calculate the voltage sensitivity of the core tag antenna will be revealed. Then, based on the quantitative characterization of the high-performance RFID communication system, a multi-objective collaborative optimization model with hybrid constraints will be built, and a high-performance RFID system applied to the downhole complex environment will be achieved. Through research, the relationship between the antenna structure characteristics, complex environments and RFID system performances will be clarified. It could provide the basic theory and technical support for the RFID system design in the complex environment applications, which has important scientific significance and application value.
通过电子标签非接触式传递控制数据的RFID(Radio Frequency Identification,无线射频识别)有望为石油勘探开发中井下工具的高效、低成本控制提供一种全新的途径，但井下复杂的应用环境会极大降低RFID系统的通信性能。本项目探索基于天线结构和特性协同优化的高性能RFID系统设计方法。研究新型读写器天线结构对天线空间场强密度分布及方向性的优化修正机理，揭示磁芯标签天线电压感应灵敏度的定量计算方法，提出高性能RFID通信系统的定量表征指标，构建全系统混合约束下的多目标协同优化模型，实现应用于井下复杂环境的高性能RFID系统。通过研究，将阐明天线结构特性、复杂环境与RFID系统性能等参数之间的关系，为面向复杂环境应用的高性能RFID系统设计提供关键的基础理论和技术支撑，具有重要的科学意义和应用价值。

结项摘要

RFID技术在石油井下工具控制方面具有非常广阔的应用前景，可带来巨大的经济效益。然而，井下复杂的应用环境会对RFID系统造成不容忽视的多重耦合影响，极大削弱RFID系统的性能。天线是RFID系统中读写器和电子标签实现能量传递与数据交互的耦合载体，其结构和特性对RFID系统的性能有关键的贡献。本项目探索基于天线结构和特性协同优化的高性能RFID系统设计方法。首先，提出了一种新型三维全向RFID组合线圈天线设计方法，创新性地将两对马鞍形线圈天线与稀疏螺线管线圈天线集成，进行优势互补，实现了RFID标签的全方位读取。同时，首次引入了标签天线感应电压灵敏度用于表征标签天线的性能优劣，并提出了一种标签天线电压灵敏度计算与测量方法。在此基础上推导了铁氧体磁芯标签线圈天线电压灵敏度计算公式，给出了高灵敏度RFID磁芯标签天线优化设计策略，从标签角度大幅提高了RFID系统性能。此外，通过建立RFID系统双向通信链路模型引入读写器天线电感最大化这一优化设计目标，构建了多维度混合约束下的多目标协同优化模型，运用多目标遗传算法优化了系统参数设计，得到了RFID系统参数的最优组合。最后，研制了面向石油井下复杂环境应用的高性能RFID系统样机，搭建了针对井下RFID系统的性能测试平台。本项目围绕基于天线结构和特性协同优化的井下高性能RFID系统开展基础研究，解决石油开采钻完井和固井作业中的技术难题，具有一定的理论创新性和工程紧迫性，也为面向其他复杂环境应用的高性能RFID系统设计提供了关键的基础理论和技术支撑。

项目成果

期刊论文数量（4）
专著数量（1）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（1）
专利数量（1）
Mutual Inductance Modeling of Two Coaxial Solenoid Antennas With Large Ferrite Core for Underground RFID Applications
用于地下 RFID 应用的两个具有大型铁氧体磁芯的同轴螺线管天线的互感建模
  • DOI：
    10.1109/tmag.2021.3081370
  • 发表时间：
    2021-08
  • 期刊：
    IEEE Transactions on Magnetics
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Jixuan Zhu;Cheng Jin;Huan Liu
  • 通讯作者：
    Huan Liu
Strategies for a High Sensitivity Ferrite-Core RFID Tag Antenna Using in Oil Well Downhole Applications
油井井下应用中使用高灵敏度铁氧体磁芯 RFID 标签天线的策略
  • DOI：
    10.1109/tmag.2021.3122373
  • 发表时间：
    2022-01
  • 期刊：
    IEEE Transactions on Magnetics
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Jixuan Zhu;Song Xie;Cheng Jin;Xin Liu;Huan Liu
  • 通讯作者：
    Huan Liu
Optimum Separation for Performance Improvement of RFID Solenoid Coil Antenna in Metallic Environments
最佳分离可提高 RFID 电磁线圈天线在金属环境中的性能
  • DOI：
    10.1109/lawp.2021.3091478
  • 发表时间：
    2021-09
  • 期刊：
    IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters
  • 影响因子：
    4.2
  • 作者：
    Jixuan Zhu;Yuan Li;Cheng Jin;Xin Liu;Huan Liu
  • 通讯作者：
    Huan Liu
Analysis of Magnetic Shielding Effect on an RFID Coil Antenna in Metallic Environments With a Ferrite Toroid
铁氧体环形金属环境中 RFID 线圈天线的磁屏蔽效应分析
  • DOI：
    10.1109/temc.2019.2963115
  • 发表时间：
    2020-12
  • 期刊：
    IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Jixuan Zhu;Zhihua Li
  • 通讯作者：
    Zhihua Li

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其他文献

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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