[发明专利]基于偏心馈电贴片天线的结构双向应变监测传感器和系统

说明书

本发明涉及一种基于偏心馈电贴片天线的结构双向应变监测传感器，用于采集结构双向应变，包括基板、设置于基板下表面的下辐射贴片以及分别设置于基板上表面的上辐射贴片、射频识别芯片和微带线，所述的射频识别芯片通过微带线与上辐射贴片连接，所述的微带线与上辐射贴片连接的点设置于偏离上辐射贴片中心线的位置，用于激发上辐射贴片的横向谐振模式和纵向谐振模式，所述的横向谐振模式的谐振频率为上辐射贴片的横向谐振频率，所述的纵向谐振模式的谐振频率为上辐射贴片的纵向谐振频率，与现有技术相比，本发明具有降低成本等优点。

技术领域

本发明涉及结构健康监测领域，尤其是涉及一种基于偏心馈电贴片天线的结构双向应变监测传感器和系统。

背景技术

土木工程结构在长期使用过程中，由于受到外界环境及荷载等因素的作用，往往会发生一定退化，产生应力变形及开裂等，为结构的安全可靠运行埋下隐患，严重时甚至造成结构的破坏和失效。因此，在结构的整个生命周期内，需要对结构状态相关的物理量如结构应变等进行监测，以便及时了解结构的服役状态，保证结构的安全可靠使用。

目前，用于结构健康监测的传感技术和传感器发展迅速，如基于压电阻抗、声发射、光纤等传感技术的不同形式的传感器。这些传感器通常具有分辨率高、稳定性好等优点，但是大部分仍需要持续的电源供应，以及采用有线的方式进行采集信号的传输，这都会导致监测系统布线复杂、安装费时、费力且成本高昂，难以维护。此外用于结构应变监测的传感器通常只能监测一个方向的应变，如需监测多个方向应变则需要安装多个应变传感器，这也限制了传统传感器在结构健康监测中的应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于偏心馈电贴片天线的结构双向应变监测传感器和系统,解决传统传感器需要有线进行信号传输和能源供应的问题，并实现单个传感器对结构平面双向应变的监测。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于偏心馈电贴片天线的结构双向应变监测传感器，用于采集结构双向应变，包括基板、设置于基板下表面的下辐射贴片以及分别设置于基板上表面的上辐射贴片、射频识别芯片和微带线，所述的射频识别芯片通过微带线与上辐射贴片连接，所述的微带线与上辐射贴片连接的点设置于偏离上辐射贴片中心线的位置，用于激发上辐射贴片的横向谐振模式和纵向谐振模式，所述的横向谐振模式的谐振频率为上辐射贴片的横向谐振频率，所述的纵向谐振模式的谐振频率为上辐射贴片的纵向谐振频率；

使用时，该传感器粘贴于结构表面，当结构表面发生形变时，该传感器与结构会发生协同变形，所述的上辐射贴片发生横向形变和/或纵向形变，其中，所述的横向形变引起横向谐振频率的改变，所述的纵向形变引起纵向谐振频率的改变，实现对结构双向应变的采集。

进一步地，所述的下辐射贴片完全覆盖基板的下表面。

优选地，所述的下辐射贴片和上辐射贴片分别通过电镀贴合于基板上，所述的射频识别芯片通过焊接设置于基板上。

优选地，所述的射频识别芯片通过导电胶或焊接与微带线连接。

优选地，所述的下辐射贴片、上辐射贴片、微带线的材质均为铜，所述的基板采用RT5880介质板。

一种基于偏心馈电贴片天线的结构双向应变监测系统，包括相互通信连接的传感器和阅读器，所述的传感器为所述的基于偏心馈电贴片天线的结构双向应变监测传感器；

该系统工作时，所述的阅读器发射电磁波信号激活传感器的射频识别芯片，分别检测上辐射贴片横向谐振频率和纵向谐振频率，获取结构表面两个方向的应变值，实现对结构平面双向应变的监测。