[實(shí)用新型]用于測(cè)量金屬構(gòu)件表面應(yīng)變的標(biāo)簽、測(cè)量系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720242175.2
• 申請(qǐng)日: 2017-03-13
• 公開（公告）號(hào): CN206709777U
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝麗宇;蔣燦;萬國(guó)春;王世聰;薛松濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B7/16
• 分類號(hào): G01B7/16;G06K19/07;G06K7/10
• 代理公司: 上海科律專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙)31290
• 代理人: 葉鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種金屬構(gòu)件表面應(yīng)變的測(cè)量領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前常用的應(yīng)變傳感器有電阻式應(yīng)變片、振弦式應(yīng)變計(jì)和布拉格光柵傳感器。電阻式應(yīng)變片可以將應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換為電阻變化，并通過電橋進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電壓或電流變化；振弦式應(yīng)變計(jì)利用弦的共振頻率與應(yīng)變的關(guān)系來進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量；布拉格光柵傳感器的原理是是基于光纖光柵布拉格波長(zhǎng)的漂移理論。這些應(yīng)變傳感器具有自身的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程應(yīng)用中可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇合適的應(yīng)變傳感器，但它們也具有無法克服的缺點(diǎn)：傳感器布置和信號(hào)采集采用有線的方式，作業(yè)復(fù)雜、引線眾多、采集設(shè)備價(jià)格不菲，盡管目前采用一些如Zigbee、Wifi等無線通信方式進(jìn)行了改善，但還不能從根本上克服這一缺點(diǎn)；在信號(hào)采集過程中需要實(shí)時(shí)的電源供電，而結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷災(zāi)害時(shí)可能發(fā)生供電失效的問題，導(dǎo)致信號(hào)采集系統(tǒng)無法獲得災(zāi)害發(fā)生時(shí)的數(shù)據(jù)。

實(shí)用新型內(nèi)容

為克服上述方案的不足，本實(shí)用新型公開一種用于測(cè)量金屬構(gòu)件表面應(yīng)變的標(biāo)簽、測(cè)量系統(tǒng)及其應(yīng)用方法。

為突破傳統(tǒng)應(yīng)變傳感器中有源、有線的限制，本實(shí)用新型利用無線射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)為應(yīng)變傳感器的設(shè)計(jì)提供了一種新思路，可以實(shí)現(xiàn)無需外部有線電源、非接觸式的應(yīng)變測(cè)量。

技術(shù)方案一

本實(shí)用新型用于測(cè)量金屬構(gòu)件表面應(yīng)變測(cè)量的RFID系統(tǒng)，該系統(tǒng)由閱讀器8和用于測(cè)量金屬構(gòu)件表面應(yīng)變的標(biāo)簽10組成,

其中用于測(cè)量金屬構(gòu)件表面應(yīng)變的標(biāo)簽10固定于被測(cè)金屬構(gòu)件1，標(biāo)簽10包含RFID天線、芯片2。所述的RFID天線包括上輻射貼片31、下輻射貼片32、介質(zhì)板4、匹配線5，標(biāo)簽10通過RFID天線的下輻射貼片32粘結(jié)于所述被測(cè)金屬構(gòu)件1的金屬表面，所述芯片2通過匹配線5與所述的上輻射貼片31、下輻射貼片32連接。

在應(yīng)變測(cè)量中，所述標(biāo)簽10上的RFID天線起到傳感單元的作用。當(dāng)標(biāo)簽10經(jīng)歷變形時(shí)，天線的尺寸會(huì)發(fā)生變化，其諧振頻率會(huì)發(fā)生漂移；RFID閱讀器8通過其天線9檢測(cè)RFID標(biāo)簽10的諧振頻率漂移，并計(jì)算出被測(cè)金屬構(gòu)件1上的天線經(jīng)歷的應(yīng)變。

進(jìn)一步細(xì)化技術(shù)方案，所述RFID天線還包括導(dǎo)電膠6，下輻射貼片32粘結(jié)于所述被測(cè)金屬構(gòu)件1的金屬表面采用所述導(dǎo)電膠6實(shí)現(xiàn)。

RFID式應(yīng)變傳感器的性能與標(biāo)簽上天線的種類有關(guān)，對(duì)標(biāo)簽上的天線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)可以減小傳感器的尺寸并提高其靈敏度。例如，采用二分之一波長(zhǎng)矩形貼片天線或四分之一波長(zhǎng)矩形貼片天線。

進(jìn)一步優(yōu)化，與二分之一波長(zhǎng)矩形貼片天線相比，本實(shí)用新型將二分之一波長(zhǎng)矩形貼片天線改為四分之一波長(zhǎng)矩形貼片天線作為優(yōu)選的實(shí)施方式，從而可以將傳感器尺寸縮小一半或?qū)鞲衅鞯撵`敏度提高一倍。本實(shí)用新型制作四分之一波長(zhǎng)矩形貼片天線，可采用以下任意一種方式實(shí)現(xiàn)：

1.在二分之一波長(zhǎng)矩形貼片天線一端打若干過孔，并在過孔臂上涂導(dǎo)電材料將上下輻射貼片短路；

2.在天線一側(cè)添加側(cè)向短路壁將上下輻射貼片短路，可將二分之一波長(zhǎng)矩形貼片天線變?yōu)樗姆种徊ㄩL(zhǎng)矩形貼片天線；

3.也可在利用焊接技術(shù)將矩形貼片天線與金屬構(gòu)件表面連接以替代用導(dǎo)電膠將矩形貼片天線粘貼在金屬構(gòu)件表面。(為最優(yōu)實(shí)施方式)

技術(shù)方案二

一種用于測(cè)量金屬構(gòu)件表面應(yīng)變的標(biāo)簽10，固定于被測(cè)金屬構(gòu)件1，標(biāo)簽10包含RFID天線、芯片2。所述的RFID天線包括上輻射貼片31、下輻射貼片32、介質(zhì)板4、匹配線5，標(biāo)簽10通過RFID天線的下輻射貼片32粘結(jié)于所述被測(cè)金屬構(gòu)件1的金屬表面，所述芯片2通過匹配線5與所述的上輻射貼片31、下輻射貼片32連接。

技術(shù)方案三

一種用于測(cè)量金屬構(gòu)件表面應(yīng)變的應(yīng)用方法，包括如下步驟：

步驟一，利用無線射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)設(shè)計(jì)出應(yīng)變傳感器，用于安裝固定于被測(cè)量金屬構(gòu)件表面。所述應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)即為所述標(biāo)簽10的結(jié)構(gòu)。

步驟二，在測(cè)量金屬構(gòu)件表面應(yīng)變測(cè)量時(shí)，為實(shí)現(xiàn)將二分之一波長(zhǎng)的矩形貼片天線轉(zhuǎn)化為四分之一波長(zhǎng)矩形貼片天線，利用焊接技術(shù)，將天線的上輻射貼片和被測(cè)金屬構(gòu)件表面通過焊縫相連，使矩形貼片天線上下輻射貼片短路，形成四分之一波長(zhǎng)矩形貼片天線。