[發(fā)明專利]基于短接式貼片天線的無源無線裂縫傳感器及傳感系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN110749272A
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝麗宇;易卓然;薛松濤
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02;G01B7/16;G01N27/00;G06K7/10
• 代理公司: 31290 上海科律專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙)
• 代理人: 葉鳳;李耀霞

本申請屬于結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測領(lǐng)域，提供一種基于短接式貼片天線的無源無線裂縫傳感器及傳感系統(tǒng)。所述裂縫傳感器包括包括下輻射貼片、基板、上輻射貼片、RFID芯片、短接貼片、移動(dòng)基板，連接線和連接板；下輻射貼片貼合在基板的下表面；上輻射貼片貼合在基板的上表面；RFID芯片焊接在基板的上表面，并與上輻射貼片通過連通；短接貼片貼合在移動(dòng)基板的下表面；短接貼片與上輻射貼片上下部分重疊短接，且短接貼片與上輻射貼片寬度相等，但兩者并不采取任何剛性連接方式；短接貼片與上輻射貼片重疊部分，構(gòu)成大輻射貼片；移動(dòng)基板在遠(yuǎn)離上輻射貼片的一側(cè)通過連接線與連接板連接，移動(dòng)基板黏貼于連接線上，連接線通過膠水黏貼于連接板上。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請屬于結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測領(lǐng)域，尤其提供一種基于短接式貼片天線的無源無線裂縫傳感器及傳感系統(tǒng)。

背景技術(shù)

建筑、橋梁等重要工程結(jié)構(gòu)在使用荷載和環(huán)境作用下隨著時(shí)間的推移性能逐漸退化，為了準(zhǔn)確評估結(jié)構(gòu)的惡化，在過去的幾十年中大量的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測研究得到了發(fā)展。作為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)鍵部分的傳感器，可檢測如應(yīng)變、裂縫和加速度等各參數(shù)，這些參數(shù)為結(jié)構(gòu)性能的評估提供了可靠的依據(jù)。在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，裂縫可直接反應(yīng)結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)，是結(jié)構(gòu)評估中的重要參數(shù)。如在混凝土結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)荷載、溫度變化以及不均勻沉降等因素均可使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，裂縫可加速混凝土的碳化和鋼筋的銹蝕，降低結(jié)構(gòu)的承載力，影響其性能；對于鋼結(jié)構(gòu)，裂縫通常由往復(fù)荷載產(chǎn)生，一旦擴(kuò)展到臨界長度將發(fā)生疲勞破壞。

目前，在結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測領(lǐng)域，運(yùn)用的比較廣泛的結(jié)構(gòu)裂縫傳感器主要是裂縫寬度儀和超聲波測試。傳統(tǒng)的裂縫傳感器具有測試效果好，分辨率較高等優(yōu)點(diǎn)，但相對的，該方法只在某個(gè)固定周期進(jìn)行檢測，檢測之前范圍內(nèi)裂縫就可能擴(kuò)展至危險(xiǎn)寬度；同時(shí)，該類傳感器通常需要同軸線為其提供能量以及傳輸信號。對于一個(gè)傳感系統(tǒng)，大量的同軸線增加了安裝難度，需耗費(fèi)更多的人力和物力。更致命的是，當(dāng)?shù)卣稹⒑樗茸匀粸?zāi)害發(fā)生時(shí)，同軸線極易損壞，致使傳感系統(tǒng)不能正常工作。

針對以上裂縫傳感器的改良中，比較有代表性的是基于天線的裂縫傳感器。基于天線的裂縫傳感器可以實(shí)現(xiàn)無源無線傳感，但是，目前基于天線的裂縫傳感器主要還是以定性測量為主，不能達(dá)到定量測量，在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

本申請的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于短接式貼片天線的無源無線裂縫傳感器及傳感系統(tǒng)，可避免同軸線在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中缺點(diǎn)，消除天線基板傳遞效率的影響，能夠可靠、精確的監(jiān)測結(jié)構(gòu)裂縫寬度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本申請?zhí)峁┝巳缦录夹g(shù)方案：

一種基于短接式貼片天線的無源無線RFID裂縫傳感器，包括組件一、組件二和組件三；組件一包括下輻射貼片、基板、上輻射貼片、RFID芯片，組件二包括短接貼片、移動(dòng)基板，組件三包括連接線和連接板；

下輻射貼片緊密電鍍貼合在基板的下表面，且下輻射貼片完全覆蓋基板的下表面；上輻射貼片緊密電鍍貼合在基板的上表面；RFID芯片焊接在基板的上表面，并與上輻射貼片通過焊接連通。

短接貼片緊密電鍍貼合在移動(dòng)基板的下表面；并將組件二置于組件一上，使短接貼片與上輻射貼片緊密靠近上下部分重疊短接，且短接貼片與上輻射貼片寬度相等，但兩者并不采取任何剛性連接方式，以保證上輻射貼片可以與短接貼片相互錯(cuò)動(dòng)；短接貼片與上輻射貼片重疊部分，構(gòu)成大輻射貼片；

移動(dòng)基板在遠(yuǎn)離上輻射貼片的一側(cè)通過連接線與連接板連接，移動(dòng)基板黏貼于連接線上，連接線通過膠水黏貼于連接板上。

進(jìn)一步，組件一黏貼于結(jié)構(gòu)一側(cè)，組件二和組件三連接并通過連接板與結(jié)構(gòu)另一側(cè)相連。當(dāng)結(jié)構(gòu)兩側(cè)因裂縫產(chǎn)生相對位移，組件一便與組件二產(chǎn)生相對位移，使得短接貼片和上輻射貼片之間發(fā)生相對錯(cuò)動(dòng)，從而導(dǎo)致大輻射貼片長度變化，從而改變傳感系統(tǒng)的諧振頻率。