[發明專利]基于雙弧形貼片天線的螺栓松動傳感器及松動監測系統

有效

• 申請號: 202011379444.2
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112697183B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 謝麗宇;姜康;薛松濤
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01D5/48
• 分類號: G01D5/48;G01B15/00;G06K19/07;G06K19/077
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

1.一種基于雙弧形貼片天線的無源無線螺栓松動監測系統，其特征在于，包括RFID標簽1、閱讀器4和設置模塊；閱讀器4負責無線讀取RFID標簽1的信息并進行數據處理；

所述RFID標簽1，置于被連接構件3表面；RFID標簽1由兩個組件組成，組件一12與組件二13位于同一表面，具體結構為：

組件一12為一圓板，其中心設有六邊形開孔12-1和金屬制的內圓弧12-2，六邊形開孔12-1用于嵌套穩定固定于螺帽3-2外緣上；

組件二13為一矩形平面，用于貼合固定于連接構件3的上表面，該矩形平面上面貼合有中介質板并設有圓形孔13-1和金屬制的外圓弧13-2；組件二作為電子標簽傳感器的主要部件還設有饋電微帶線13-3、芯片13-4；外圓弧13-2和饋電微帶線13-3相連，芯片13-4固定于中介質板并連接于饋電微帶線13-3末端；將組件一圓板嵌入組件二的圓形孔13-1內，可轉動，并接觸到被連接構件3表面；內圓弧12-2、外圓弧13-2弧度相同，且兩者匹配好初始位置，兩者構成了電子標簽的天線電容；當組件一圓板在組件二內轉動時，內圓弧12-2相對于外圓弧13-2的位置錯開，天線內部電容發生變化，等效電路中電子標簽的天線工作頻率發生變化；當被測螺帽3-2因松動相對于連接構件3發生轉動時，組件一12圓板同步于螺帽3-2跟著一起發生轉動，而組件二13固定于連接構件3上，從而組件一12中的內圓弧12-2和組件二13中的外圓弧13-2發生相對轉動，天線內部電容發生擾動，其使天線的諧振頻率發生漂移；

RFID標簽1安裝在待測螺帽3-2和被連接構件3上，負責將待測螺栓2的螺帽旋轉角度的信息轉化為電磁波信號并且傳遞給閱讀器4；RFID標簽包含天線與芯片，在角度測量中，內圓弧起到傳感單元的作用；隨著螺栓松動，螺帽發生旋轉，組件一中的內圓弧與組件二中的外圓弧發生相對轉動、正對面積發生改變，天線內部電容發生變化，其使天線的諧振頻率發生漂移。

2.如權利要求1所述的一種基于雙弧形貼片天線的無源無線螺栓松動監測系統，其特征在于，閱讀器4包括無線收發模塊、調制解調模塊、控制模塊、數字處理模塊；通過無線收發模塊、調制解調模塊，RFID閱讀器檢測RFID標簽的諧振頻率漂移，經調制解調模塊解調后提供給控制模塊、數字處理模塊，數字處理模塊根據設置模塊中的對應關系計算出兩組件的相對轉角，即螺帽旋轉角度，進而判斷螺栓狀態。

3.如權利要求2所述的一種基于雙弧形貼片天線的無源無線螺栓松動監測系統，其特征在于，其中控制模塊，用于控制系統的RFID閱讀器以不同的頻率向RFID標簽發射調制過的電磁波信號，當RFID標簽接收到的信號功率達到閾值時，RFID標簽中的芯片即可被激活；激活標簽所需要的閱讀器最小發射功率P_min(f)與閱讀器所發射信號頻率f有關，當閱讀器以RFID標簽中天線諧振頻率發射信號時f_R，激活標簽所需的最小發射功率P_min(f_R)最小。

4.如權利要求2或者3所述的一種基于雙弧形貼片天線的無源無線螺栓松動監測系統，其特征在于，其中，數字處理模塊通過尋找使最小發射功率達到最小值的發射頻率，即可確定出RFID標簽中天線的諧振頻率；當天線內部內圓弧和外圓弧的正對面積發生變化，天線電容發生變化，其諧振頻率漂移，通過該方法可以確定諧振頻率漂移量，從而得出發生的轉角值和螺帽旋轉角度，根據螺帽旋轉角度判斷螺栓狀態。

5.如權利要求1所述的一種基于雙弧形貼片天線的無源無線螺栓松動監測系統，其特征在于，系統還包括存儲模塊，預存有各個電子標簽傳感器中芯片攜帶標簽的編碼和位置信息，系統利用RFID閱讀器向標簽發射調制的電磁波信號，可以識別該標簽的編碼，當RFID閱讀器掃描范圍布置多個RFID標簽時，閱讀器可以根據各標簽的編碼，標記各個測點的螺栓狀態，并快速定位已經松動的螺栓。