[發明專利]一種減材雙頻差分式微帶天線應變傳感器及方法

有效

• 申請號: 202110386793.5
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113108685B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 王東方;范立強;顧哲豪;陳冰
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 郭佳寧

本發明屬于應變測量技術領域，特別涉及一種減材雙頻差分式微帶天線應變傳感器及方法；其中金屬接地板粘附在介質基片的一面，介質基片的另一面刻蝕有導體貼片、饋電裝置波長阻抗轉換器和微帶線，且介質基片上設有呈n排、m列布置的孔陣，孔陣上的孔為減材均勻孔，且孔半徑越大傳感器靈敏度越大；通過傳感器及雙頻差分方法實現靈敏度放大及自溫度補償，從而使微帶天線用于應變傳感時，靈敏度是普通微帶天線應變傳感器的2倍，線性度也大大提高且此微帶天線應變傳感器不會受到外界溫度的影響，實現自溫度補償。

技術領域

本發明屬于應變測量技術領域，特別涉及一種減材雙頻差分式微帶天線應變傳感器及方法。

背景技術

微帶天線在飛機、電站、橋梁、大壩、建筑物、大型機械等結構健康監測中發揮著重要作用。傳感天線這一主題是天線與傳感器相結合的新研究領域，具有巨大的研究潛力。微帶天線應變傳感器在日常生活和工業物聯網中均具有廣泛的應用前景。

應變傳感器主要包括微帶天線應變傳感器，電阻應變傳感器和光纖應變傳感器等。相比于其他的應變傳感器，微帶天線傳感器的主要優點包括無線傳輸、低功耗、小型化等，因此更適用于結構將康監測和工業物聯網。

現有的天線傳感器可以測量各種物理參數，例如溫度和應變等。雖然現有的微帶天線傳感器的理論研究已經討論了應變方向對頻移的影響，但微帶天線傳感器仍有很多問題亟需解決，包括靈敏度、無線傳輸距離限制、線性度、小型化、外界環境影響等。其中外界溫度發生變化時，天線傳感器的傳感性能也會發生變化，所以有必要對微帶天線應變傳感器進行溫度補償。

發明內容

為了克服上述問題，本發明提供一種減材雙頻差分式微帶天線應變傳感器及方法，該傳感器為基于在導體貼片正下方的介質基片部分上減材(打孔)的微帶天線應變傳感器，通過傳感器及雙頻差分方法實現靈敏度放大其自溫度補償，從而使微帶天線用于應變傳感時，靈敏度是普通微帶天線應變傳感器的2倍，線性度也大大提高且此微帶天線應變傳感器不會受到外界溫度的影響，實現自溫度補償。

一種減材雙頻差分式微帶天線應變傳感器，包括導體貼片1、介質基片2，金屬接地板3、饋電裝置波長阻抗轉換器4和微帶線5，其中金屬接地板3粘附在介質基片2的一面，介質基片2的另一面刻蝕有導體貼片1、饋電裝置波長阻抗轉換器4和微帶線5，且介質基片2上設有呈n排、m列布置的孔陣，孔陣上的孔為減材均勻孔6。

其中所述的傳感器中心頻率與傳感器相關參數的關系如下所示：

其中：f₁₀和f₀₁表示TM10和TM01工作模式下的諧振頻率；δf₁₀和δf₀₁表示待測物質所受的應變量對應諧振頻率的改變量；δT表示溫度變化量；α_εr表示沿長度方向的介質基片2的介電常數的熱系數；α_TL和α_TW表示沿介質基片2長度和寬度方向的熱膨脹系數；ε_L表示沿導體貼片1長度方向施加的應變量；ν表示泊松比；K_TL和K_TW表示沿導體貼片1長度和寬度方向溫度敏感性；K_εL和K_εW表示沿導體貼片1長度和寬度的應變敏感性。

所述導體貼片1、饋電裝置波長阻抗轉換器4和微帶線5為一個整體，且材料均相同。

所述介質基片2上孔陣的中心孔所在的中心點為導體貼片1的中心點。

所述n排和m列中n與m個數相同。