[發明專利]基于RFID技術的無源無線貼片天線傳感器及無線測量方法

在審

• 申請號: 201810362328.6
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108593713A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 劉志平;周凱;毛艷飛;孔璞萍;席杰
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;G06K7/10;G06K17/00;H01Q1/22;H01Q9/04
• 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

本發明公開了一種基于RFID技術的無源無線貼片天線傳感器及無線測量方法，其中無源無線貼片天線傳感器包括RFID芯片和貼片天線，所述貼片天線包括介質基片，該介質基片的一面固定在被測金屬板上，另一面加工出金屬貼片，該金屬貼片包括微帶貼片和T型微帶線，微帶貼片和T型微帶線之間連接RFID芯片。本發明結合RFID技術與天線傳感器的優點，信號調制功能排除背景反射干擾信號的影響，結構簡單，工作可靠性高，可實現無源無線測量，符合現代化結構健康監測技術對傳感器節點的基本需求，具有極大的工程應用價值。

技術領域

本發明涉及結構健康監測及天線技術領域，具體涉及一種基于RFID技術的無源無線貼片天線傳感器及其無線測量方法。

背景技術

金屬結構在現代工程中的使用量極為龐大。大型金屬結構常年工作在惡劣的環境中，并長期承受重載及疲勞載荷，難以避免地會產生各種損傷和缺陷。當損傷和缺陷積累到一定程度時，會造成金屬結構的承載能力和抗疲勞性能降低，釀成極其嚴重的后果。因此，采用可靠、實用的技術手段監測金屬結構，及時檢測出結構中的損傷，進而采取相應的預防措施對減少或避免結構性失效事故的發生具有重要意義。

傳統的結構損傷檢測與健康監測技術歷經幾十年的發展，已經形成了一個較完善的理論體系，但在實際應用中仍存在一系列問題，制約了其應用和推廣。貼片天線在通信領域應用廣泛，因其體積小且容易與載體表面共形，被大量用于飛機、導彈等具有曲面外形的裝備上。有學者將貼片天線理論用于金屬結構的應變及裂紋檢測，設計了一種貼片天線傳感器。但是，天線傳感器采用電磁散射技術實現無線傳感，不可避免的受到背景反射信號的干擾。為提高信號識別的準確度，增加天線傳感器的無線讀取距離，采用合理的信號調制技術，從混雜背景反射信號的反射信號中提取天線反射信號，具有重要的工程應用價值。

發明內容

為克服現有天線傳感器無線測量技術的不足，本發明的目的在于提供一種結構簡單，工作可靠性高，可實現無源無線測量，且符合現代化結構健康監測技術對傳感器節點的基本需求的基于RFID技術的貼片天線傳感器及其無線測量方法。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

提供一種基于RFID技術的無源無線貼片天線傳感器，包括RFID芯片和貼片天線，所述貼片天線包括介質基片，該介質基片的一面固定在被測金屬板上，另一面加工出金屬貼片，該金屬貼片包括微帶貼片和T型微帶線，微帶貼片和T型微帶線之間連接RFID芯片。

接上述技術方案，所述微帶貼片為帶有凹槽的矩形，凹槽內設有內饋微帶線和RFID芯片，T型微帶線的水平短截線底部通過RFID芯片與內饋微帶線連接。

接上述技術方案，所述RFID芯片采用卷邊、導電膠或焊接工藝固定在貼片天線上。

接上述技術方案，所述RFID芯片為UHF頻段的兩引腳的無源RFID芯片。

本發明還提供了一種RFID天線傳感器無線測量裝置，包括控制端PC機、RFID讀寫器、遠距離讀取天線和RFID天線傳感器；所述控制端PC機與所述RFID讀寫器連接，所述RFID讀寫器與所述遠距離讀取天線連接，所述RFID天線傳感器粘接于被測金屬結構上；

所述RFID天線傳感器為權利要求1-4中任一項所述的無源無線貼片天線傳感器；

所述控制端PC機運行RFID讀寫程序；

所述遠距離讀取天線控制RFID讀寫器對RFID天線傳感器進行讀寫操作，所述RFID讀寫器調整無線讀取信號的功率及頻率，所述遠距離讀取天線發射無線讀取信號給所述RFID天線傳感器，所述RFID天線傳感器感知結構應變/裂紋并反射調制信號給所述遠距離讀取天線。