[发明专利]基于重叠扇环形贴片天线的螺栓松动传感器及监测系统

说明书

一种基于重叠扇环形贴片天线的螺栓松动监测系统，包括RFID标签、阅读器和设置模块，用于监测螺栓及螺帽旋转的RFID标签，包括组件一和组件二，组件一由中部六边形开孔介质板和扇环形贴片构成，扇环形贴片打印在六边形开孔介质板的突出部分的下表面；组件二由扇环形贴片、微带馈电线8、芯片、环形介质板和地平面构成；扇环形贴片和微带馈电线相连；芯片连接于微带馈电线的末端并固定在环形介质板上；地平面打印在环形介质板下表面；当扇环形贴片与扇环形贴片处于重叠状态时，扇环形贴片的环向长度与扇环形贴片的环向长度之和减去二者重叠部分的长度即为天线的谐振长度；当扇环形贴片与扇环形贴片不再重叠时，天线的谐振长度为扇环形贴片的长度。

技术领域

本申请涉及螺栓松动监测技术。

背景技术

螺栓广泛应用于土木、交通、航空航天等领域的连接中，其强度高、可拆卸的特点使得其适用性更广阔。但是，螺栓在振动、冲击等荷载作用下容易发生松动，对结构会存在很严重的安全隐患。因此，对于采用螺栓连接的结构，有必要进行定时的螺栓监测，避免因螺栓松动而引起的结构破坏。

目前，常用的螺栓监测技术有：基于压电导纳的螺栓松动监测方法和应变片电测法。

基于压电导纳的螺栓松动监测方法在螺栓上粘贴压电传感器，通过测量压电导纳图中的峰值频率变化，可以判断螺栓是否松动，但是压电传感器需要通过导线来进行激励，并且需要昂贵的高精度阻抗分析仪，难以大范围应用在工程实际中。

应变片电测法通过测量螺栓螺杆的应变来精确测量螺栓轴向力，但是螺栓轴向应变不大，使得其测量精度不高，而且受安装条件的限制，其难以广泛应用。

发明内容

为解决传统螺栓监测技术的不足，本申请提出了一种基于重叠扇环形贴片天线的螺栓松动传感器；一种基于重叠扇环形贴片天线的螺栓松动传感系统；一种实现大范围多个螺栓松动监测系统。

技术方案

一种基于重叠扇环形贴片天线的螺栓松动监测系统，其特征在于，包括RFID标签1、阅读器4和设置模块，其中：

用于监测螺栓及螺帽旋转的RFID标签1，包括组件一和组件二，其中：

组件一由中部六边形开孔介质板5和第一扇环形贴片6构成，第一扇环形贴片6打印在六边形开孔介质板5的突出部分的下表面；

组件二由第二扇环形贴片7、微带馈电线8、芯片9、环形介质板10和地平面11构成；第二扇环形贴片7和微带馈电线8相连，并打印在环形介质板10的上表面；芯片9连接于微带馈电线8的末端并固定在环形介质板10上；地平面11打印在环形介质板10下表面；

第二扇环形贴片7的径向宽度与第一扇环形贴片6相同；

当第一扇环形贴片6与第二扇环形贴片7处于重叠状态时，第一扇环形贴片6的环向长度与第二扇环形贴片7的环向长度之和减去二者重叠部分的长度即为天线的谐振长度；当第一扇环形贴片6与第二扇环形贴片7不再重叠时，天线的谐振长度为第二扇环形贴片7的长度；

组件一与待测螺栓2的螺帽相连，组件二与被连接件3相连，使用中螺帽的转动会引起组件一与组件二之间相对转动，从而引起第一扇环形贴片6与第二扇环形贴片7重叠长度的变化，进而引起天线谐振长度的变化，导致天线的谐振频率发生改变；RFID标签1将待测螺栓2的螺帽旋转角度的信息转化为电磁波信号。

RFID标签1与阅读器4之间的距离在通信读取范围内；

系统控制阅读器4以周期性可变的不同频率电磁波发射，当发射的频率电磁波匹配RFID标签1目前的工作谐振频率则被激活，RFID标签1通过天线发生应答信号，与阅读器4建立通信；

阅读器4负责无线读取RFID标签1的信息并进行数据处理。