[發明專利]一種基于微帶天線的裂紋檢測傳感器及其檢測方法

無效

• 申請號: 201310232310.1
• 申請日: 2013-06-09
• 公開（公告）號: CN103344652A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 劉馬寶;李浩;葛航宇;李斌斌
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N22/02
• 分類號: G01N22/02
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

技術領域

本發明涉及結構裂紋監檢測和結構健康監測技術領域，具體涉及一種基于微帶天線的裂紋檢測傳感器及其檢測方法，可檢測裂紋長度及其方向。

背景技術

許多大型復雜工程結構的建設，如大型飛行器、超大跨橋梁、用于大型體育賽事的超大跨空間結構、超高層建筑、大型水利工程、海洋平臺結構以及核電站建筑等，它們的使用期長達幾十年、甚至上百年，環境侵蝕、材料老化和荷載的長期效應、疲勞與突變等災害因素的耦合作用將不可避免地導致結構和系統的損傷積累和抗力衰減，從而在極端情況下引發災難性的突發事故。為了保障結構的安全、可靠，許多在役重大工程結構和基礎設施急需采用有效的手段監測和評定其安全狀況；新建的大型結構和基礎設施在總結過去經驗的基礎上增設了長期健康監測系統，以監測結構的服役安全狀況。通過結構健康監測系統不僅可以保證結構，設備的安全運行，同時可以有效減少人工監測的費用以及可能對結構帶來的損傷，通過結構健康監測系統合理制定結構維護周期等也可以有效降低經濟耗費。結構健康監測已成為大型結構設備安全領域的重要研究方向。

裂紋檢測作為結構健康領域十分重要的一個方面，經過幾十年的探索已發展出多種比較有效的檢測方法。目前較常用的裂紋檢測方法有磁粉法、滲透法、超聲法、漏磁法和渦流法等檢測方法。

但這些方法都存在比較明顯的缺陷。磁粉法、滲透法作為接觸式檢測方法，固有缺點明顯，耗時耗力，成本較大，不夠方便便捷；超聲法應用超聲波傳遞信息，但聲波信號處理起來煩瑣，且容易受到背景噪音的干擾；漏磁法設備復雜，檢測困難；渦流法大部分只能檢測裂紋的有無，無法得到各種裂紋的定量定性關系如裂紋方位等信息。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種基于微帶天線的裂紋檢測傳感器及其檢測方法，傳感器具有體積小,重量輕,低剖面,能與載體共形,制造簡單,成本低的優點；檢測方法應用微波檢測技術，便于無線檢測及信號處理。

微帶天線為在一個薄介質基片上，一面附上金屬薄層作為接地板，另一面用光刻、腐蝕等方法制成一定形狀的金屬貼片，利用微帶線或同軸探針對貼片饋電構成的天線；矩形微帶天線具有兩種基本的諧振模態：電場方向平行于貼片天線長度方向的TM₀₁和電場方向平行于天線貼片寬度方向的TM₁₀,兩種輻射模態的諧振頻率f₀₁和f₁₀與所在方向的有效電流長度有關，當結構產生裂紋后，裂紋使得電場傳播路徑發生改變從而改變有效電流長度，進而產生諧振頻率漂移，根據矩形微帶天線沿長度和寬度方向的兩個諧振頻率漂移量即可確定裂紋的長度及方向。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種基于微帶天線的裂紋檢測傳感器，包括介質基片2，介質基片2的一面上設置有導體貼片1，設置方法包括刻蝕、沉積或腐蝕，介質基片2另一面附于被測結構3上構成完整的傳感器。

所述的導體貼片1使用良導體，包括銀、銅；介質基片2使用絕緣材料，包括聚四氟乙烯、聚酰亞胺，

導體貼片1、介質基片2均根據不同諧振頻率采用相應的材料和形狀尺寸，如以下公式所示：

ϵe=ϵ+12+ϵ-121+10h/we]]>