[發(fā)明專利]一種基于二元貼片天線陣列的應(yīng)變與裂紋解耦測量裝置及方法

有效

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• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107747900B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志平;柯亮
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: G01B7/00
• 分類號: G01B7/00;G01B7/16;G01B7/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

1.一種基于二元貼片天線陣列的應(yīng)變與裂紋解耦測量裝置，其特征在于，該裝置包括補(bǔ)償天線(1)、測量天線(2)和無線問詢裝置(3)，補(bǔ)償天線(1)和測量天線(2)是兩個(gè)結(jié)構(gòu)和尺寸均不相同的矩形貼片天線，補(bǔ)償天線(1)和測量天線(2)分別粘貼在待測結(jié)構(gòu)表面上；補(bǔ)償天線(1)和測量天線(2)均為諧振腔結(jié)構(gòu)，無線問詢裝置(3)分別向補(bǔ)償天線(1)和測量天線(2)發(fā)射掃頻電磁波，根據(jù)反射回來的信號分別獲得其諧振頻率，進(jìn)而根據(jù)諧振頻率解耦測量得到粘貼測量天線(2)處的應(yīng)變大小和貼片下方的裂紋特征；

補(bǔ)償天線(1)包括輻射貼片、基質(zhì)和接地板，基質(zhì)設(shè)置在輻射貼片和接地板之間，通過強(qiáng)力膠水將接地板下方粘貼到待測結(jié)構(gòu)表面；

測量天線(2)包括輻射貼片和基質(zhì)，通過強(qiáng)力膠水將基質(zhì)下方粘貼到待測結(jié)構(gòu)表面。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二元貼片天線陣列的應(yīng)變與裂紋解耦測量裝置，其特征在于，補(bǔ)償天線(1)的基質(zhì)的材料為FR4，輻射貼片和接地板的材料為銅，采用印刷電路板工藝將銅沉積到FR4基質(zhì)的上下表面制作而成。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二元貼片天線陣列的應(yīng)變與裂紋解耦測量裝置，其特征在于，測量天線(2)的基質(zhì)的材料為FR4，輻射天線的材料為銅，采用印刷電路板工藝將銅沉積到FR4基質(zhì)的上表面制作而成。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二元貼片天線陣列的應(yīng)變與裂紋解耦測量裝置，其特征在于，無線問詢裝置(3)包括號角天線、射頻環(huán)行器、網(wǎng)絡(luò)分析儀和數(shù)據(jù)處理模塊，用于訪問補(bǔ)償天線和測量天線并獲取二者的實(shí)時(shí)諧振頻率。

5.一種采用權(quán)利要求1的基于二元貼片天線陣列的應(yīng)變與裂紋解耦測量裝置的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、在待檢測的結(jié)構(gòu)表面，將補(bǔ)償天線和測量天線分別粘貼在待測結(jié)構(gòu)表面上，分別記錄補(bǔ)償天線和測量天線的初始諧振頻率；

S2、無線問詢裝置實(shí)時(shí)向補(bǔ)償天線和測量天線發(fā)射掃頻電磁波，根據(jù)反射回來的信號分別獲取其諧振頻率；

S3、當(dāng)待測結(jié)構(gòu)表面發(fā)生裂紋時(shí)，補(bǔ)償天線的接地板隔離了待測結(jié)構(gòu)表面裂紋對其諧振頻率的影響，僅感知應(yīng)變，測量天線感知應(yīng)變和裂紋綜合信息；根據(jù)補(bǔ)償天線和測量天線的實(shí)時(shí)諧振頻率，結(jié)合其初始諧振頻率，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變和裂紋信息的解耦測量。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于二元貼片天線陣列的應(yīng)變與裂紋解耦測量裝置的測量方法，其特征在于，步驟S3中計(jì)算應(yīng)變和裂紋信息的方法為：

若測量天線下方存在垂直于其工作方向的裂紋：

獲得補(bǔ)償天線和測量天線的實(shí)時(shí)諧振頻率f_A和f_B后，根據(jù)以下公式計(jì)算應(yīng)變大小ε：

其中，補(bǔ)償天線的初始諧振頻率為f_0A，補(bǔ)償天線的應(yīng)變靈敏度為s_Aε；

進(jìn)而分離出裂紋引起的諧振頻率變化為：

其中，測量天線的初始諧振頻率為f_0B，測量天線的應(yīng)變靈敏度為s_Bε。