[發明專利]基于重疊扇環形貼片天線的螺栓松動傳感器及監測系統

有效

• 申請號: 202011382784.0
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112697336B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 謝麗宇;鄭志泉;薛松濤
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01L5/24
• 分類號: G01L5/24;H02J50/20;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

一種基于重疊扇環形貼片天線的螺栓松動監測系統，包括RFID標簽、閱讀器和設置模塊，用于監測螺栓及螺帽旋轉的RFID標簽，包括組件一和組件二，組件一由中部六邊形開孔介質板和扇環形貼片構成，扇環形貼片打印在六邊形開孔介質板的突出部分的下表面；組件二由扇環形貼片、微帶饋電線8、芯片、環形介質板和地平面構成；扇環形貼片和微帶饋電線相連；芯片連接于微帶饋電線的末端并固定在環形介質板上；地平面打印在環形介質板下表面；當扇環形貼片與扇環形貼片處于重疊狀態時，扇環形貼片的環向長度與扇環形貼片的環向長度之和減去二者重疊部分的長度即為天線的諧振長度；當扇環形貼片與扇環形貼片不再重疊時，天線的諧振長度為扇環形貼片的長度。

技術領域

本申請涉及螺栓松動監測技術。

背景技術

螺栓廣泛應用于土木、交通、航空航天等領域的連接中，其強度高、可拆卸的特點使得其適用性更廣闊。但是，螺栓在振動、沖擊等荷載作用下容易發生松動，對結構會存在很嚴重的安全隱患。因此，對于采用螺栓連接的結構，有必要進行定時的螺栓監測，避免因螺栓松動而引起的結構破壞。

目前，常用的螺栓監測技術有：基于壓電導納的螺栓松動監測方法和應變片電測法。

基于壓電導納的螺栓松動監測方法在螺栓上粘貼壓電傳感器，通過測量壓電導納圖中的峰值頻率變化，可以判斷螺栓是否松動，但是壓電傳感器需要通過導線來進行激勵，并且需要昂貴的高精度阻抗分析儀，難以大范圍應用在工程實際中。

應變片電測法通過測量螺栓螺桿的應變來精確測量螺栓軸向力，但是螺栓軸向應變不大，使得其測量精度不高，而且受安裝條件的限制，其難以廣泛應用。

發明內容

為解決傳統螺栓監測技術的不足，本申請提出了一種基于重疊扇環形貼片天線的螺栓松動傳感器；一種基于重疊扇環形貼片天線的螺栓松動傳感系統；一種實現大范圍多個螺栓松動監測系統。

技術方案

一種基于重疊扇環形貼片天線的螺栓松動監測系統，其特征在于，包括RFID標簽1、閱讀器4和設置模塊，其中：

用于監測螺栓及螺帽旋轉的RFID標簽1，包括組件一和組件二，其中：

組件一由中部六邊形開孔介質板5和第一扇環形貼片6構成，第一扇環形貼片6打印在六邊形開孔介質板5的突出部分的下表面；

組件二由第二扇環形貼片7、微帶饋電線8、芯片9、環形介質板10和地平面11構成；第二扇環形貼片7和微帶饋電線8相連，并打印在環形介質板10的上表面；芯片9連接于微帶饋電線8的末端并固定在環形介質板10上；地平面11打印在環形介質板10下表面；

第二扇環形貼片7的徑向寬度與第一扇環形貼片6相同；

當第一扇環形貼片6與第二扇環形貼片7處于重疊狀態時，第一扇環形貼片6的環向長度與第二扇環形貼片7的環向長度之和減去二者重疊部分的長度即為天線的諧振長度；當第一扇環形貼片6與第二扇環形貼片7不再重疊時，天線的諧振長度為第二扇環形貼片7的長度；

組件一與待測螺栓2的螺帽相連，組件二與被連接件3相連，使用中螺帽的轉動會引起組件一與組件二之間相對轉動，從而引起第一扇環形貼片6與第二扇環形貼片7重疊長度的變化，進而引起天線諧振長度的變化，導致天線的諧振頻率發生改變；RFID標簽1將待測螺栓2的螺帽旋轉角度的信息轉化為電磁波信號。

RFID標簽1與閱讀器4之間的距離在通信讀取范圍內；

系統控制閱讀器4以周期性可變的不同頻率電磁波發射，當發射的頻率電磁波匹配RFID標簽1目前的工作諧振頻率則被激活，RFID標簽1通過天線發生應答信號，與閱讀器4建立通信；

閱讀器4負責無線讀取RFID標簽1的信息并進行數據處理。