[發(fā)明專利]一種應(yīng)變測量系統(tǒng)和測試方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010107073.6
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號(hào): CN111197956A
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘國麟;王玲玲
• 申請（專利權(quán)）人: 青島理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B7/16
• 分類號(hào): G01B7/16;G01S13/88
• 代理公司: 北京志霖恒遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11435
• 代理人: 許媛媛

本發(fā)明屬于涉及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測及天線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)變測量系統(tǒng)和測試方法，包括n個(gè)單饋簡并正交模貼片天線應(yīng)變傳感器、雷達(dá)系統(tǒng)、第一喇叭天線和第二喇叭天線，n≥1；應(yīng)變傳感器用于粘貼在待測構(gòu)件上的不同位置，應(yīng)變傳感器為能夠產(chǎn)生簡并正交模的單饋貼片天線，應(yīng)變傳感器通過信號(hào)延遲線與第二喇叭天線連接，信號(hào)延遲線用于傳輸不同應(yīng)變傳感器節(jié)點(diǎn)的傳感信息并識(shí)別不同應(yīng)變傳感器節(jié)點(diǎn)在傳感測量網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的位置，第一、二喇叭天線對正且處于同一平面上，第一喇叭天線與雷達(dá)系統(tǒng)連接。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了二維應(yīng)變測量中應(yīng)變傳感器體積小、靈敏度高、測量結(jié)果準(zhǔn)確的效果，且應(yīng)變測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無線應(yīng)變測量，具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于涉及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測及天線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于測量構(gòu)件表面應(yīng)變的應(yīng)變測量系統(tǒng)和測試方法。

背景技術(shù)

在承載部件的服役期間，裂紋一旦萌生，即使是細(xì)小裂紋也可能在某些極端的工作環(huán)境下擴(kuò)展，最終引起結(jié)構(gòu)失效，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。由于裂紋萌生區(qū)域主要在結(jié)構(gòu)的應(yīng)變集中處。因此，對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)變測量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的裂紋萌生區(qū)域，對保證結(jié)構(gòu)的安全性具有重要意義。

應(yīng)用最為普遍的傳統(tǒng)應(yīng)變傳感器是金屬箔式應(yīng)變片，但單一的應(yīng)變元件僅能進(jìn)行一維應(yīng)變檢測，需將多個(gè)應(yīng)變片封裝成三角、四角應(yīng)變花才能實(shí)現(xiàn)平面二維應(yīng)變測量。而目前各種類型的基于天線的應(yīng)變傳感器都是基于線極化天線，其原理是利用單模諧振頻率與輻射銅片大小的關(guān)系，然而這種類型天線傳感器的貼裝方位一旦確定，僅能感知特定方向的應(yīng)變，且都是利用貼片天線傳感器測量結(jié)構(gòu)表面單個(gè)方向的應(yīng)變，這就造成了貼片天線應(yīng)變傳感器的一維測量特性與被測結(jié)構(gòu)的多維變形之間的維度差異問題，尤其對處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的承載結(jié)構(gòu)，貼片天線傳感器二維無線應(yīng)變測量方法研究顯得尤為必要。

目前有通過天線陣的方式進(jìn)行二維應(yīng)變的測量，但天線應(yīng)變傳感器都是基于線極化(單模)貼片天線設(shè)計(jì)而成，此種基于單模貼片天線的應(yīng)變傳感器利用其單模諧振頻率偏移與應(yīng)變的線性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)應(yīng)變檢測，天線體積較大，靈敏度僅低于1ppm/με，應(yīng)用非常困難，測試效果并不是很理想；或者采用喇叭天線直接對圓形微帶貼片天線進(jìn)行無線激勵(lì)的并沿Z軸旋轉(zhuǎn)喇叭天線以測得不同角度的應(yīng)變，但其缺點(diǎn)是喇叭天線與微帶貼片天線距離過近，實(shí)際應(yīng)用非常困難。

此外，目前的應(yīng)變傳感器普遍的技術(shù)成本高、布線復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種用于測量構(gòu)件表面應(yīng)變的應(yīng)變測量系統(tǒng)和測量方法，利用單饋簡并正交模貼片天線的導(dǎo)納和應(yīng)變之間的關(guān)系進(jìn)行應(yīng)變測量，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)變傳感器體積小、靈敏度高、測量結(jié)果準(zhǔn)確的效果，且應(yīng)變測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無線應(yīng)變測量，具有良好的應(yīng)用前景。

本發(fā)明解決的技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：

一方面，本發(fā)明提供了一種應(yīng)變測量系統(tǒng)，包括n個(gè)單饋簡并正交模貼片天線應(yīng)變傳感器、雷達(dá)系統(tǒng)、第一喇叭天線和第二喇叭天線，n≥1；所述單饋簡并正交模貼片天線應(yīng)變傳感器用于粘貼在待測構(gòu)件上的不同位置，所述單饋簡并正交模貼片天線應(yīng)變傳感器為能夠產(chǎn)生簡并正交模的單饋簡并正交模貼片天線，所述單饋簡并正交模貼片天線應(yīng)變傳感器通過信號(hào)延遲線與第二喇叭天線通信連接，所述信號(hào)延遲線用于傳輸不同應(yīng)變傳感器節(jié)點(diǎn)的傳感信息并識(shí)別不同應(yīng)變傳感器節(jié)點(diǎn)在傳感測量網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的位置，所述第一喇叭天線和第二喇叭天線對正且處于同一平面上，所述第一喇叭天線與雷達(dá)系統(tǒng)通過電纜線連接。

本發(fā)明通過將單饋簡并正交模貼片天線和雷達(dá)散射截面檢測技術(shù)引入到應(yīng)變檢測中，利用天線的鄰近正交模理論，來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)應(yīng)變的大小及方向檢測，為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測提供新的無線應(yīng)變檢測方法。

通過第一喇叭天線與第二喇叭天線，實(shí)現(xiàn)了檢測信號(hào)的無線傳輸，減少了導(dǎo)線的使用，避免了現(xiàn)場布線復(fù)雜的情況，簡化了整個(gè)檢測系統(tǒng)，節(jié)約了成本。