[发明专利]一种基于微带天线的裂纹检测传感器及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及结构裂纹监检测和结构健康监测技术领域，具体涉及一种基于微带天线的裂纹检测传感器及其检测方法，可检测裂纹长度及其方向。

背景技术

许多大型复杂工程结构的建设，如大型飞行器、超大跨桥梁、用于大型体育赛事的超大跨空间结构、超高层建筑、大型水利工程、海洋平台结构以及核电站建筑等，它们的使用期长达几十年、甚至上百年，环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳与突变等灾害因素的耦合作用将不可避免地导致结构和系统的损伤积累和抗力衰减，从而在极端情况下引发灾难性的突发事故。为了保障结构的安全、可靠，许多在役重大工程结构和基础设施急需采用有效的手段监测和评定其安全状况；新建的大型结构和基础设施在总结过去经验的基础上增设了长期健康监测系统，以监测结构的服役安全状况。通过结构健康监测系统不仅可以保证结构，设备的安全运行，同时可以有效减少人工监测的费用以及可能对结构带来的损伤，通过结构健康监测系统合理制定结构维护周期等也可以有效降低经济耗费。结构健康监测已成为大型结构设备安全领域的重要研究方向。

裂纹检测作为结构健康领域十分重要的一个方面，经过几十年的探索已发展出多种比较有效的检测方法。目前较常用的裂纹检测方法有磁粉法、渗透法、超声法、漏磁法和涡流法等检测方法。

但这些方法都存在比较明显的缺陷。磁粉法、渗透法作为接触式检测方法，固有缺点明显，耗时耗力，成本较大，不够方便便捷；超声法应用超声波传递信息，但声波信号处理起来烦琐，且容易受到背景噪音的干扰；漏磁法设备复杂，检测困难；涡流法大部分只能检测裂纹的有无，无法得到各种裂纹的定量定性关系如裂纹方位等信息。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于微带天线的裂纹检测传感器及其检测方法，传感器具有体积小,重量轻,低剖面,能与载体共形,制造简单,成本低的优点；检测方法应用微波检测技术，便于无线检测及信号处理。

微带天线为在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻、腐蚀等方法制成一定形状的金属贴片，利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线；矩形微带天线具有两种基本的谐振模态：电场方向平行于贴片天线长度方向的TM₀₁和电场方向平行于天线贴片宽度方向的TM₁₀,两种辐射模态的谐振频率f₀₁和f₁₀与所在方向的有效电流长度有关，当结构产生裂纹后，裂纹使得电场传播路径发生改变从而改变有效电流长度，进而产生谐振频率漂移，根据矩形微带天线沿长度和宽度方向的两个谐振频率漂移量即可确定裂纹的长度及方向。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于微带天线的裂纹检测传感器，包括介质基片2，介质基片2的一面上设置有导体贴片1，设置方法包括刻蚀、沉积或腐蚀，介质基片2另一面附于被测结构3上构成完整的传感器。

所述的导体贴片1使用良导体，包括银、铜；介质基片2使用绝缘材料，包括聚四氟乙烯、聚酰亚胺，

导体贴片1、介质基片2均根据不同谐振频率采用相应的材料和形状尺寸，如以下公式所示：

ϵe=ϵ+12+ϵ-121+10h/we]]>