[發(fā)明專利]基于貼片天線的單向應變智能骨料、監(jiān)測傳感系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2022-10-30
• 公開（公告）號: CN115683001A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設計）人: 謝麗宇;李憲之;薛松濤
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學
• 主分類號: G01B17/04
• 分類號: G01B17/04;G01K11/26
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠

1.一種基于貼片天線的單向應變智能骨料，其特征在于，整體結(jié)構(gòu)采用水泥基保護層(7)進行封裝，所述智能骨料還包括依次設置的基板(1)、輻射貼片(2)、移動輻射貼片(3)、移動基板(4)和傳動桿(8)，以及固定在所述基板(1)上用于感知諧振頻率的射頻識別芯片(11)；所述射頻識別芯片(11)與所述輻射貼片(2)連接；

所述輻射貼片(2)電鍍貼合在所述基板(1)的表面，所述移動輻射貼片(3)電鍍貼合在所述移動基板(4)的同一面；所述移動輻射貼片(3)的另一面與所述輻射貼片(2)緊密貼合，形成上下部分重疊且可相互錯動短接的組合輻射貼片；

所述傳動桿(8)一端固定于所述移動基板(4)，另一端伸出固定于水泥基保護層(7)上，用于在智能骨料沿傳動桿(8)向受力產(chǎn)生變形時傳遞單向應變以形成組合輻射貼片內(nèi)相互錯動。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于貼片天線的單向應變智能骨料，其特征在于，所述射頻識別芯片(11)與輻射貼片(2)通過設有的微帶饋電線(10)連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于貼片天線的單向應變智能骨料，其特征在于，所述微帶饋電線(10)為偏離所述輻射貼片(2)中心線設定距離處設置，以激發(fā)所述輻射貼片(2)在平面兩個方向的諧振模式。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于貼片天線的單向應變智能骨料，其特征在于，所述基板(1)、輻射貼片(2)、移動輻射貼片(3)、移動基板(4)所處的空間由內(nèi)向外依次還設有用于支撐保護的保護層(5)以及用于避免混凝土內(nèi)部水分和侵蝕性介質(zhì)進入的防水涂層(6)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于貼片天線的單向應變智能骨料，其特征在于，所述傳動桿(8)伸出保護層(5)且處于水泥基保護層(7)內(nèi)部的空間填充有用于承擔部分傳動桿(8)垂直向受力并使傳動桿(8)沿平行向移動的填充顆粒(9)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于貼片天線的單向應變智能骨料，其特征在于，所述輻射貼片(2)、移動輻射貼片(3)和微帶饋電線(10)的材質(zhì)均為銅。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于貼片天線的單向應變智能骨料，其特征在于，所述基板(1)和移動基板(4)均為RT5880介質(zhì)板。

8.一種基于貼片天線的單向應變智能骨料監(jiān)測傳感系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括埋置于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的智能骨料、引出同軸線纜(12)、寬帶天線(13)、以及用于讀取智能骨料中射頻識別芯片(11)的信息并進行數(shù)據(jù)處理的閱讀器(14)；所述智能骨料為權(quán)利要求1～7任一項所述的基于貼片天線的單向應變智能骨料；

所述引出同軸線纜(12)一端與射頻識別芯片(11)連接，另一端與混凝土外置的寬帶天線(13)連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于貼片天線的單向應變智能骨料監(jiān)測傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述閱讀器(14)包括以下子模塊：

無線收發(fā)模塊(1401)，用于接收所述智能骨料發(fā)出的諧振頻率偏移信號；

調(diào)制解調(diào)模塊(1402)，用于對無線收發(fā)模塊(1401)接收的信號進行解調(diào)處理；

數(shù)字處理模塊(1403)，用于根據(jù)對應關(guān)系解耦計算出混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部智能骨料埋置位置的單向應變與溫度變化數(shù)據(jù)；

控制模塊(1404)，用于向埋置于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的智能骨料發(fā)射不同頻率的調(diào)制電磁波信號，以激活智能骨料中的射頻識別芯片(11)。

10.一種用于權(quán)利要求9所述的基于貼片天線的單向應變智能骨料監(jiān)測傳感系統(tǒng)的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)控制模塊(1404)向埋置于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的智能骨料發(fā)射不同頻率的調(diào)制電磁波信號；當智能骨料接收到的信號功率達到設定閾值時，射頻識別芯片(11)被激活；

2)所述射頻識別芯片(11)被激活后，輻射貼片(2)的天線產(chǎn)生電流并發(fā)射出帶有標簽編號和測點位置信息的電磁波信號，該信號被無線收發(fā)模塊(1401)接收后，經(jīng)調(diào)制解調(diào)模塊(1402)處理后得到對應智能骨料的標簽編號和位置信息；

3)數(shù)字處理模塊(1403)通過尋找激活所述射頻識別芯片(11)時信號的閾值發(fā)射功率達到最小值的發(fā)射頻率，確定出智能骨料內(nèi)部輻射貼片(2)的橫向和縱向諧振頻率；

4)對確定的橫向和縱向諧振頻率解耦后，得到智能骨料埋置位置的混凝土結(jié)構(gòu)單向應變，并且同步測得監(jiān)測點溫度，對應變監(jiān)測值進行溫度補償修正，得到溫度自補償后的單向應變數(shù)據(jù)。