[發明專利]基于貼片天線的單向應變智能骨料、監測傳感系統及方法

在審

• 申請號: 202211340969.4
• 申請日: 2022-10-30
• 公開（公告）號: CN115683001A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 謝麗宇;李憲之;薛松濤
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01B17/04
• 分類號: G01B17/04;G01K11/26
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠

本發明涉及一種基于貼片天線的單向應變智能骨料、監測傳感系統及方法，該智能骨料整體采用水泥基保護層封裝，還包括依次設置的基板、輻射貼片、移動輻射貼片、移動基板和傳動桿，以及固定在基板上用于感知諧振頻率的射頻識別芯片；射頻識別芯片與輻射貼片連接；輻射貼片電鍍貼合在基板的表面，移動輻射貼片電鍍貼合在所述移動基板的表面；移動輻射貼片的另一面與所述輻射貼片緊密貼合，形成上下部分重疊且可相互錯動短接的組合輻射貼片；傳動桿一端固定于所述移動基板，另一端伸出固定于水泥基保護層上，用于在智能骨料沿傳動桿向受力產生變形時傳遞單向應變以形成組合輻射貼片內相互錯動。與現有技術相比，本發明具有可實現無源無線監測的優點。

技術領域

本發明涉及結構健康監測領域，尤其是涉及一種基于貼片天線的單向應變智能骨料、監測傳感系統及方法。

背景技術

混凝土作為一種重要的建筑材料，已經廣泛應用于土木工程領域。混凝土本身是一種耐久性良好的建筑材料，但是在長期使用過程中，由于受到外界環境及荷載等因素的作用，混凝土材料會發生劣化，為結構的安全可靠運行埋下隱患。因此，在混凝土結構的整個生命周期內，有必要對混凝土結構的變形狀態和影響耐久性的環境因素進行感知，從而及時發現結構安全隱患，采取必要措施保證結構的安全可靠使用。

近些年來，具有局部性、分布性優勢的混凝土智能骨料逐漸應用于混凝土內部損傷監測。智能骨料是指將用于混凝土監測的傳感單元進行封裝，使其成為一種可以植入于混凝土中的智能元件，既具有普通骨料的功能，又可以實現對混凝土內部信息感知。

但是當前基于壓電材料的智能骨料仍然需要持續的電源供應以及線纜進行信號傳輸，與混凝土結構的長期服役壽命不匹配，使其在實際工程中的應用仍受到一定限制。

因此，有必要研究一種適用于無源無線監測的混凝土智能骨料，以克服其對線纜和電源的依賴。

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了一種可用于無源無線監測、溫度修正補償的基于貼片天線的單向應變智能骨料、監測傳感系統及方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

根據本發明的第一方面，提供了一種基于貼片天線的單向應變智能骨料，整體結構采用水泥基保護層進行封裝，所述智能骨料還包括依次設置的基板、輻射貼片、移動輻射貼片、移動基板和傳動桿，以及固定在所述基板上用于感知諧振頻率的射頻識別芯片；所述射頻識別芯片與所述輻射貼片連接；

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

所述傳動桿一端固定于所述基板，另一端伸出固定于水泥基保護層上，用于在智能骨料沿傳動桿向受力產生變形時傳遞單向應變以形成組合輻射貼片內相互錯動。

優選地，所述射頻識別芯片與輻射貼片通過設有的微帶饋電線連接。

優選地，所述微帶饋電線為偏離所述輻射貼片中心線設定距離處設置，以激發所述輻射貼片在平面兩個方向的諧振模式。

優選地，所述基板、輻射貼片、移動輻射貼片、移動基板所處的空間由內向外依次還設有用于支撐保護的保護層以及用于避免混凝土內部水分和侵蝕性介質進入的防水涂層。

優選地，所述傳動桿伸出保護層且處于水泥基保護層內部的空間填充有用于承擔部分傳動桿垂直向受力并使傳動桿沿平行向移動的填充顆粒。

優選地，所述輻射貼片、移動輻射貼片和微帶饋電線的材質均為銅。

優選地，所述基板和移動基板均為RT5880介質板。