[發明專利]一種裂紋傳感標簽及方法

有效

• 申請號: 201810837745.1
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN109211978B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 王海斗;董麗虹;徐雅薇;邢志國;張淼;郭偉
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍裝甲兵學院
• 主分類號: G01N27/02
• 分類號: G01N27/02;G01B7/26;G06K19/077
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;李相雨

本發明提供了一種裂紋傳感標簽及方法，包括：介質基板、標簽芯片、天線和金屬貼片，標簽芯片和天線分別與介質基板的上表面貼合，標簽芯片和天線連接，金屬貼片與介質基板的下表面貼合，天線和金屬貼片連接，本發明監測裂紋發生情況時，無需破壞裂紋傳感標簽的幾何結構，能在一個監測周期結束后將裂紋傳感標簽取下，用于下一次的表面裂紋監測；監測區域為裂紋傳感標簽的覆蓋區域，與耦合標簽互補，能進一步擴大裂紋傳感區域，全方位的監測待測金屬構件；本裂紋傳感標簽能識別達到毫米級精度的裂紋深度變化。

技術領域

本發明涉及金屬表面裂紋傳感領域和射頻識別領域，尤其涉及一種裂紋傳感標簽及方法。

背景技術

表面裂紋是金屬構件在使用過程中的常見缺陷，廣泛存在于石油、天然氣管道、橋梁和飛機蒙皮等金屬構件中，易帶來嚴重的安全隱患。因此，常需要借助傳感器實時監測金屬構件在服役過程中的裂紋產生及擴展情況。

傳統的裂紋裝置包括光纖傳感器、壓電陶瓷傳感涂層和天線傳感器，這些傳統的裂紋監測手段都需要將測量設備和傳感器通過有線的方式連接，而有線的監測方式不僅帶來線路安全隱患，也使傳感裝置的布設受到限制。

目前，射頻識別系統可通過無線、無源的信息傳輸方式獲得預先存儲于傳感裝置內的信息。這種無線、無源的信息傳輸方式得到了眾多關注，近十年誕生了多種類型的傳感標簽，實現了溫度、濕度、腐蝕程度和位移等多種監測功能，成為建立物聯網、多傳感器網絡的重要技術之一。

但是，現有的裂紋傳感標簽大多屬于易損型，即傳感裝置的幾何結構會隨著裂紋擴展過程發生變化，從而導致傳感裝置性能降低。如傳感裝置信號發射設備的發射功率閾值提高，傳感裝置的極限閱讀距離降低，諧振頻率發生偏移，導致傳感裝置無法正常讀取數據。雖然目前可以通過監測傳感裝置性能的變化，實現無線、無源的金屬表面裂紋監測。然而，此種裂紋傳感標簽的結構會隨著裂紋變化而被破壞，因此只能使用一次，無法被再次使用。

同時，另一種現有的裂紋傳感標簽是利用一對耦合標簽作為傳感裝置進行裂紋監測。當兩個互相耦合的標簽的間隔區域出現裂紋時，耦合標簽之間的相對距離會隨著裂紋擴展而增大，從而改變耦合標簽的耦合狀態及兩個耦合裝置的性能參數，因此可以通過耦合的標簽的性能參數變化表征裂紋的擴展情況，這種耦合標簽無需破壞傳感裝置的幾何結構實現裂紋監測，但只能監測到兩個耦合標簽之間間隔區域內的裂紋。對于出現在耦合標簽覆蓋區域的裂紋，目前還沒有一種無須破壞標簽結構的裂紋監測方法。

因此，目前缺乏一種可重復使用且能無線監測裂紋傳感標簽覆蓋區域內裂紋情況的裂紋傳感標簽，與耦合標簽作為裂紋傳感標簽的方法形成互補，全方位監測裂紋產生及擴展情況。

發明內容

為了解決目前缺乏一種可重復使用且能無線監測裂紋傳感標簽覆蓋區域內的裂紋情況，與耦合標簽作為裂紋傳感標簽的方法形成互補的裂紋傳感標簽，本發明提供了一種裂紋傳感標簽，包括：介質基板、標簽芯片、天線和金屬貼片，標簽芯片和天線分別與介質基板的上表面貼合，標簽芯片和天線連接，金屬貼片與介質基板的下表面貼合，天線和金屬貼片連接。

優選地，介質基板和金屬貼片分別與待測金屬構件表面貼合，待測金屬構件為平板狀金屬構件，待測金屬構件表面產生的裂紋與裂紋傳感標簽的長邊垂直。

優選地，本裂紋傳感標簽還包括短路針，天線通過短路針與金屬貼片連接。

優選地，標簽芯片與天線間隔連接，標簽芯片對立的兩側引腳分別和天線連接。

優選地，天線的幾何結構參數利用電磁仿真軟件HFSS或CST確定。

另外，本發明還提供了一種裂紋傳感方法，包括：