[發明專利]基于雙層基板貼片天線的螺栓松動傳感裝置、系統和方法

有效

• 申請號: 202110287538.5
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113125132B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 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: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01B15/00;G01H13/00;H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/22;G06K7/10;G06K19/07
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

本發明涉及一種基于雙層基板貼片天線的螺栓松動傳感裝置、系統和方法，用于檢測螺栓是否發生松動，該裝置包括RFID標簽和裝配單元，所述的RFID標簽包括上層組件和下層組件，所述的上層組件包括上層基板以及分別設置于上層基板上，且通過微帶線相互連接的上層貼片和芯片，所述的下層組件包括下層基板以及設置于下層基板上的地平面，所述的上層貼片、上層基板、下層基板和地平面由上至下依次設置，形成貼片天線，所述的上層組件通過裝配單元固定設置于螺栓的頭部，所述的下層組件通過裝配單元能夠隨螺栓螺桿長度的變化，沿螺栓軸向移動，所述的芯片中存儲螺栓的位置信息，與現有技術相比，本發明具有成本低、使用范圍廣等優點。

技術領域

本發明涉及螺栓松動監測領域，尤其是涉及一種基于雙層基板貼片天線的螺栓松動傳感裝置、系統和方法。

背景技術

螺栓是工程中常用的連接件，把結構的各部分連接到一起，并在部件之間傳遞作用力。采用螺栓連接的結構，常常出現螺栓松動的問題，引起結構關鍵部位甚至結構整體的失效，進而導致嚴重的生命財產損失。因此對于采用螺栓連接的結構，有必要進行螺栓松動監測，以便及時了解螺栓狀態，最大程度地減少災難性事故的發生。

目前，常用的螺栓監測技術有三類，分別為：基于振動的監測技術、基于機電阻抗的監測技術和基于導波的監測技術。

基于振動的螺栓監測技術，是通過提取螺栓松動前后整體結構的特征頻率、傳遞函數、功率譜等動態特性的變化，來判定螺栓的連接狀態。然而，一個組裝結構通常包含大量的螺栓連接，局部位置的螺栓松動不會引起結構整體動態特性的變化，這導致基于振動的螺栓松動監測技術不能對局部位置的螺栓松動做出及時的判斷。

基于機電阻抗的螺栓松動監測技術通過監測螺栓連接部機械阻抗的變化來確定螺栓預緊力。在該方法中，通常需要在緊靠螺栓連接的部位粘貼壓電傳感器(PZT)，由于PZT的電阻抗和機械阻抗耦合，從而可以通過監測電阻抗變化來判斷螺栓預緊力的變化。但該監測技術的監測范圍局限于壓電傳感器附近，并且需要昂貴的高精度阻抗分析儀，導致其在實際應用中受到一定限制。

基于導波的螺栓松動監測技術通過測量超聲波在螺栓螺桿內的傳播時間的變化或被連接部件的連接面處超聲導波的透射波能量變化來確定螺栓連接狀態，是一種有效的無損監測方法。但該方法對測量設備的要求較高，難以大范圍應用。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種精確度高、實用性強的基于雙層基板貼片天線的螺栓松動傳感裝置、系統和方法，可以降低螺栓松動的監測成本，實現對大范圍的螺栓的狀態進行無源無線監測。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于雙層基板貼片天線的螺栓松動傳感裝置，用于檢測螺栓工作狀態，包括RFID標簽和裝配單元，所述的RFID標簽包括上層組件和下層組件，所述的上層組件包括上層基板以及分別設置于上層基板上，且通過微帶線相互連接的上層貼片和芯片，所述的下層組件包括下層基板以及設置于下層基板上的地平面，所述的上層貼片、上層基板、下層基板和地平面由上至下依次設置，形成貼片天線，所述的上層組件通過裝配單元固定設置于螺栓的頭部，所述的下層組件通過裝配單元能夠隨螺栓螺桿長度的變化，沿螺栓軸向移動，所述的芯片中攜帶RFID標簽的編碼和位置信息；

檢測螺栓是否發生松動時，通過檢測該裝置貼片天線的諧振頻率，判斷下層組件是否隨螺栓螺桿長度的變化沿螺栓軸向發生了位移，實現對螺栓工作狀態的檢測。

進一步地，所述的裝配單元包括固定導向環和連接桿，所述的固定導向環固定設置于螺栓的頭部，所述的上層基板和下層基板分別套設于固定導向環內，所述的連接桿一端與螺栓螺桿的尾部固定連接，另一端與下層組件固定連接，用于將螺栓螺桿的長度變化轉化為下層組件的位移變化。