[发明专利]用于测量金属构件表面应变的标签、测量系统及其应用方法

权利要求书

1.一种用于测量金属构件表面应变测量的RFID系统，其特征在于，该系统由阅读器(8)和用于测量金属构件表面应变的标签(10)组成,

其中用于测量金属构件表面应变的标签(10)固定于被测金属构件(1)，标签(10)包含RFID天线、芯片(2)；所述的RFID天线包括上辐射贴片(31)、下辐射贴片(32)、介质板(4)、匹配线(5)，标签(10)通过RFID天线的下辐射贴片(32)粘结于所述被测金属构件(1)的金属表面，所述芯片(2)通过匹配线(5)与所述的上辐射贴片(31)、下辐射贴片(32)连接。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述RFID天线还包括导电胶(6)，下辐射贴片(32)粘结于所述被测金属构件(1)的金属表面采用所述导电胶(6)实现。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，采用二分之一波长矩形贴片天线或四分之一波长矩形贴片天线。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，制作四分之一波长矩形贴片天线，可采用以下任意一种方式实现：

在二分之一波长矩形贴片天线一端打若干过孔，并在过孔臂上涂导电材料将上下辐射贴片短路；或者

在天线一侧添加侧向短路壁将上下辐射贴片短路，可将二分之一波长矩形贴片天线变为四分之一波长矩形贴片天线；或者

在利用焊接技术将矩形贴片天线与金属构件表面连接以替代用导电胶将矩形贴片天线粘贴在金属构件表面。

5.一种用于测量金属构件表面应变的标签(10)，其特征在于，固定于被测金属构件(1)，标签(10)包含RFID天线、芯片(2)；所述的RFID天线包括上辐射贴片(31)、下辐射贴片(32)、介质板(4)、匹配线(5)，标签(10)通过RFID天线的下辐射贴片(32)粘结于所述被测金属构件(1)的金属表面，所述芯片(2)通过匹配线(5)与所述的上辐射贴片(31)、下辐射贴片(32)连接。

6.一种用于测量金属构件表面应变的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，利用无线射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术设计出应变传感器，用于安装固定于被测量金属构件表面。所述应变传感器结构即为所述标签(10)的结构。

步骤二，在测量金属构件表面应变测量时，为实现将二分之一波长的矩形贴片天线转化为四分之一波长矩形贴片天线，利用焊接技术，将天线的上辐射贴片和被测金属构件表面通过焊缝相连，使矩形贴片天线上下辐射贴片短路，形成四分之一波长矩形贴片天线。

步骤三，RFID阅读器以不同的频率向RFID标签发射调制过的电磁波信号，当RFID标签接收到的信号功率达到阈值时，RFID标签中的芯片即可被激活。激活标签所需要的阅读器最小发射功率P_min(f)与阅读器所发射信号频率f有关，当阅读器以RFID标签中矩形贴片天线谐振频率发射信号时f_R，激活标签所需的最小发射功率P_min(f_R)最小。通过寻找使最小发射功率达到最小值的发射频率，即可确定出RFID标签中天线的谐振频率f_R。

步骤四，当天线经历应变时，其谐振频率漂移，当天线在长度方向上经历应变ε时，谐振频率f_R将会应变呈现近似线性关系，给出如下公式所示

$f_R\≈\frac{c}{4\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_e}}\frac{1}{z(1+\mathrm{\ϵ})}=\frac{f_{R0}}{1+\mathrm{\ϵ}}\≈f_{R0}(1-\mathrm{\ϵ})$

式中，c是真空中的光速，ε_e是介质板的相对介电常数，L是上辐射贴片长度，f_RO是天线在初始应变状态下的谐振频率。通过确定谐振频率漂移量，可以计算出标签所经历的应变。