[发明专利]基于RFID的分离式裂缝传感器及分离式裂缝传感系统

说明书

本发明属于建筑、桥梁结构监测技术领域，提供一种基于RFID的分离式裂缝传感器及分离式裂缝传感系统。该裂缝传感系统包括裂缝传感器、RFID阅读器天线、RFID阅读器和数据采集装置；裂缝传感器包括组件一和组件二，组件一包括基板、上辐射贴片、下辐射贴片、RFID芯片和匹配线；组件二包括耦合线、连接线和连接板。其中，组件一和组件二，可以随着裂缝的扩展发生相对位移。组件一的匹配线与组件二的耦合线悬空部分组成电容元件，两组件产生相对位移时，电容元件的两电容板的正对长度发生改变，随之电容改变，致使裂缝传感器的谐振频率发生改变。通过RFID阅读器可无源无线获取裂缝传感器谐振频率的改变量，进而推算出裂缝宽度。

技术领域

本发明属于建筑、桥梁结构检测技术领域，尤其提供一种基于RFID的分离式裂缝传感器及分离式裂缝传感系统。

背景技术

建筑、桥梁等重要工程结构在使用荷载和环境作用下随着时间的推移，性能逐渐退化，为了准确评估结构的恶化，在过去的几十年中，大量的结构健康监测研究得到了发展。作为结构健康监测系统关键部分的传感器，可检测如应变、裂缝和加速度等各参数，这些参数为结构性能的评估提供了可靠的依据。在结构构件中，裂缝可直接反应结构的损伤状态，是结构评估中的重要参数。如在混凝土结构中，结构荷载、温度变化以及不均匀沉降等因素均可使结构产生裂缝，裂缝可加速混凝土的碳化和钢筋的锈蚀，降低结构的承载力，影响其性能；对于钢结构，裂缝通常由往复荷载产生，一旦扩展到临界长度将发生疲劳破坏。

裂缝的宽度可通过裂缝宽度仪、超声波测试等方法进行评估。但该方法只在某个固定周期进行检测，检测之前范围内裂缝可能扩展至危险宽度，并且人工检测要花费大量的劳力和费用。

对于传统的传感器，通常需要同轴线为期提供能量以及传输信号。对于一个传感系统，大量的同轴线增加了安装难度，需耗费更多的人力和物力。更致命的是，当地震、洪水等自然灾害发生时，同轴线极易损坏，致使传感系统不能正常工作。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种用于监测结构表面裂缝宽度且无源无线的基于RFID的分离式裂缝传感器及分离式裂缝传感系统，以解决传统传感器有线提供能量和传输信息的问题，并可避免在结构健康监测系统中使用同轴线的缺点，消除天线基板传递效率的影响，能够可靠、精确的监测结构裂缝宽度。

目前，常用的传统裂缝传感器，如光纤光栅裂缝传感器，需要导线传输数据以及提供能量。但是，传感系统中导线的存在会使得传感器的安装费时费力，并且经历自然灾害时，导线极易损坏致使传感系统失效。

本发明考虑采用无线射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术为裂缝传感器的设计提供一种新思路，以实现无需外部有线电源、非接触式的裂缝测量。RFID设备通常包括阅读器和标签,其中RFID标签包含天线与芯片，在裂缝测量中，标签上的天线起到传感单元和信息传输的作用。

当采用单块贴片天线监测结构裂缝宽度时，裂缝扩展会引起天线下底面发生形变，由于剪力滞后效应的存在，使得形变不能完全传递到天线的上表面，即贴片天线的上下底面变形是不一致的。因此，本发明中采用分离式贴片天线。

为了实现上述目标，本发明提供了如下技术方案：

一种基于RFID的分离式裂缝传感器，包括组件一和组件二，组件一包括基板、下辐射贴片、上辐射贴片、RFID芯片和匹配线，组件二包括耦合线、连接线和连接板；

基板1的背面设置有镀铜层作为下辐射贴片，基板的前面刻蚀出上辐射贴片以及匹配线；上辐射贴片位于基板的上部；匹配线为铜片，并位于上辐射贴片的正下方；RFID芯片位于上辐射贴片与匹配线之间，其两端分别与上辐射贴片和匹配线相连接；

进一步，下辐射贴片的平面尺寸应与基板相同。下辐射贴片、上辐射贴片为铜质的，作用是感应出电流，并使裂缝传感器出现感应电磁场。