[发明专利]一种基于频率选择性的传感器模型的构建方法及传感器

说明书

本申请公开了一种基于频率选择性的传感器模型的构建方法及传感器，构建方法通过第一梯度过渡条带模型、第一周期性H形条带模型、第一连接带模型、矩形环模型、第二连接带模型、第二周期性H形条带模型和第二梯度过渡条带模型构成人工表面等离子体激元波导模型将传输能量束缚在波导表面传输，大大提高了能量的传输效率，利用背置开口环形谐振器模型和矩形环模型进行耦合连接后构成基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型将能量束缚在环形磁场内，可产生频率选择效应，利用陷波增强裂纹处的电磁场强度，从而在对金属样品模型表面裂纹进行检测时，提高与裂纹的相互作用的敏感性，提高传感器的检测灵敏度，可检测亚毫米级的裂纹。

技术领域

本申请涉及裂纹检测传感器技术领域，尤其涉及一种基于频率选择性的传感器模型的构建方法及传感器。

背景技术

裂纹是金属设施常见的损伤形态，而裂纹检测是一项金属设施维护中必不可少的环节。裂纹检测最常用的检测技术是结构健康监测技术，是通过提取和分析损伤敏感指标，为结构完整性维护提供必要的信息。而这一技术必不可少的结构就是裂纹传感器。

在各种传感器中，天线传感器具有结构简单、制造成本低、重量轻的优点。为了能够探测到亚毫米级的裂缝，要求天线传感器对电磁波具有很高的束缚能力，从而达到较高的灵敏度。而目前的裂纹传感器无法检测亚毫米级裂纹，而且，其检测灵敏度较低。

因此，目前亟需一种检测灵敏度高且可检测亚毫米级裂纹的裂纹传感器。

发明内容

本申请提供了一种基于频率选择性的传感器模型的构建方法及传感器，用于解决裂纹传感器无法检测亚毫米级裂纹且检测灵敏度低的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种基于频率选择性的传感器模型的构建方法，包括以下步骤：

S1：通过仿真软件构建介质基板模型、第一梯度过渡条带模型、第一周期性H形条带模型、第一连接带模型、矩形环模型、第二连接带模型、第二周期性H形条带模型、第二梯度过渡条带模型和背置开口环形谐振器模型；

S2：将所述第一梯度过渡条带模型、所述第一周期性H形条带模型、所述第一连接带模型、所述矩形环模型、所述第二连接带模型、所述第二周期性H形条带模型和所述第二梯度过渡条带模型按照由左至右依次连接后设置于所述介质基板模型的上表面，从而构成人工表面等离子体激元波导模型；

S3：在所述第一梯度过渡条带模型和所述第二梯度过渡条带模型的最外端均设置激励端口，所述激励端口用于接收外部激励信号；

S4：将所述背置开口环形谐振器模型设置于所述矩形环模型内部，且将所述背置开口环形谐振器模型和所述矩形环模型进行耦合连接后产生环形磁场，从而构成基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型；

S5：将所述基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型放置于预设的有裂纹的金属样品模型的裂纹的上表面，并使所述裂纹与所述背置开口环形谐振器模型位置相对应，从而通过所述基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型对所述预设的有裂纹的金属样品模型的所述裂纹进行裂纹剖面仿真检测，进而获得陷波频率；

S6：调整所述基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型的尺寸，从而使得所述基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型的输入阻抗与所述激励端口的特征阻抗相匹配，进而输出阻抗匹配后的基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型。

优选地，所述步骤S2具体包括：将所述第一梯度过渡条带模型、所述第一周期性H形条带模型、所述第一连接带模型、所述矩形环模型、所述第二连接带模型、所述第二周期性H形条带模型和所述第二梯度过渡条带模型按照由左至右依次连接后设置于所述介质基板模型的上表面，将所述第一梯度过渡条带模型与所述第二梯度过渡条带模型镜像对称布置，将所述第一周期性H形条带模型与所述第二周期性H形条带模型镜像对称布置，从而形成人工表面等离子体激元波导模型。