[發明專利]一種基于無芯片射頻識別標簽的應力傳感器

有效

• 申請號: 202010881021.4
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112097963B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 吳邊;張俊潔;宋蕾;趙雨桐
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01L1/10
• 分類號: G01L1/10;G06K19/07;G06F30/33
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發明實施例提供的一種基于無芯片射頻識別標簽的應力傳感器，該壓力傳感器是基于雷達散射截面的諧振型無芯片標簽，由幾個蝕刻在介質支撐層上長度不同的半波長的身份諧振單元組成，通過拉伸或者壓縮，身份諧振單元以及傳感諧振單元之間發生變化，傳感諧振單元根據產生的諧振頻率得到的拉伸力或者壓縮力的大小。身份諧振單元產生諧振頻率，以后向散射信號形式被閱讀器讀取，將各身份諧振單元相應的諧振頻率在頻譜上的位置作為對應標簽的身份信息，從而被識別。因此本發明的應力傳感器成本低、結構簡單、傳感信息和身份編碼信息獨立控制，傳感靈敏度高且傳感過程身份信息穩定性也較高的優點。

技術領域

本發明屬于傳感技術領領域，具體涉及一種基于無芯片射頻識別標簽的應力傳感器。

背景技術

隨著社會的進步與發展，無論是房屋建筑物、道路橋梁、交通工具，還是可穿戴器件，在其長期服役過程中，結構均可能會受力發生形變，產生裂縫或者移位等。這些微小的結構變化會影響到日常生產生活，甚至有可能威脅到生命安全，然而很難人為及時地檢測出來，因此需要結構健康監測(Structure Health Monitoring,SHM)系統來監測各種結構的退化或損壞，并將信息及時反饋到終端，以保證各種設施的安全使用，能夠極大程度上減少結構監測中人力的介入，降低成本。

20世紀70年代，SHM系統的傳感器均為有線形式，如壓電傳感器等，需要大量的導線連接與外界之間進行信息的交流和傳遞，這使得安裝復雜且通常需要校準。20世紀90年代，SHM得到了進一步發展，其中大部分傳感器是光纖結構，基本無需校準，如最常用的光纖光柵傳感器，其安裝簡單，主要應用光信號，且帶寬較寬，可以實現幾千米的信號傳輸，但由于光纖結構易碎，應力傳感范圍有限，且成本較高，無法大規模投入使用。常用的傳統光纖應力傳感器存在易碎和成本較高的缺點，因此需要對結構穩定性高、成本低并且傳感性能高的新型應力傳感器展開研究。

2009年，D.J.Thomson等人在《IEEE Sensors Journal》國際刊號為ISSN1530-437X，發表了題為“RF cavity passive wireless sensors with time-domain gating-based interrogation for SHM of civil structures”的文章。該文章公布了一款基于射頻諧振腔的應力傳感器，當有力施加到諧振腔上時，諧振腔的物理長度將發生變化，進而影響其諧振頻率。其中諧振腔內有一根探針將腔體內的射頻信號耦合到外部的天線，并基于微波信號的傳輸實現傳感數據的無線讀取。其無線傳感的距離可達到10m，且輻射功率小于1mW。但該應力傳感器體積笨重，靈敏度較低，應用場景十分局限。

2018年Wang S等人在《IEEE Sensors Journal》，發表了題為“MechanicalDeformation Detection of Building Structures Using Microstrip Patch Antennasas Sensors”的文章。該文章提出在貼片天線的末端加一排接地過孔，不但減小了傳感器的體積，且增加了傳感靈敏度。但是這種天線形式的無線傳感器在測試過程中都需要射頻饋電，即傳感數據的獲取并非真正意義上的無線傳輸。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種基于無芯片射頻識別標簽的應力傳感器。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

本發明實施例提供的一種基于無芯片射頻識別標簽的應力傳感器，包括：傳感諧振器1、身份諧振器2和介質支撐層3，所述傳感諧振器1以及所述身份諧振器2，用以產生可供讀取的散射信號，所述傳感諧振器1包括長度相同的兩個傳感諧振單元11～12，所述身份諧振器2包括n個自上而下均勻排布在所述介質支撐層3上，且長度不同的身份諧振單元21～2n，兩個傳感諧振單元11～12對稱設置于所述介質支撐層3兩端，所述身份諧振器2中心與所述介質支撐層3的中心相同，所述介質支撐層3采用柔性材料制成。