[发明专利]通信与传感分离的射频传感器模型构建方法及射频传感器

说明书

本申请公开了一种通信与传感分离的射频传感器模型构建方法和射频识别传感器，利用开环谐振器模型和U型对称谐振器模型形成的明暗双谐振子耦合系统的超材料能量吸收特性，产生类电磁诱导透明效应，在对金属地板模型表面的裂纹进行检测时，获得分别用于传感与通信的两个谐振频率，不同的裂纹深度所产生的传感谐振频率偏移不同，因此能够将通信与传感功能分离，平衡传感功能与通信功能的能量分配，二者之间互不干扰，根据仿真得到的谐振频率微调射频传感器模型的结构尺寸，使得射频传感器模型在谐振频率处达到阻抗匹配，输出阻抗匹配完成后的的射频传感器模型，能够使得得到的射频传感器在保持高传感灵敏度的同时具有强通信能力。

技术领域

本申请涉及微射频传感器技术领域，尤其涉及一种通信与传感分离的射频传感器模型构建方法及射频传感器。

背景技术

许多基础设施和复杂工程结构，如铁轨、管道、飞行器、高层建筑以及大型水利工程等，材料老化、长期受极端天气影响及频繁的应力作用，导致材料表面出现裂纹，具有潜在危害性，可能引发严重的安全事故和造成巨大的经济损失。因此，对基础设施和复杂工程结构生命周期内的裂纹检测是保证其安全可靠运行的关键。

目前常用的裂纹检测方法有磁粉、超声、渗透、漏磁等方法。但这些方法存在普遍的明显缺陷，如不够方便快捷、检测程序繁琐、设备结构复杂、人工成本高等。磁粉法检测环境要求高，受检物体表面不能含有能粘附磁粉的物质，否则影响检测结果，并且不够方便快捷，不能随时检测，检测前后要对设备分别磁化和退磁；超声法检测程序繁琐，需要在受检物体表面涂上耦合剂，检测结果容易受环境噪声影响；渗透法检测程序繁琐，检测前后要清洗设备，仅能检测表面光滑的物体；漏磁法设备结构复杂，检测困难。为避开以上裂纹检测方法存在的问题，目前研究出了使用RFID检测方法检测裂纹的深度，RFID检测方法简便快捷，且RFID天线传感器具有结构简单、制造成本低、重量轻、体积小和检测灵敏度高等优点。

RFID传感器兼具通信与传感能力，而通信和传感能力可能具有相反的需求：标签的天线通常设计为在健康状态下与标签芯片阻抗匹配，而缺陷的产生及传播会引起标签天线与芯片的阻抗失配，这将导致通信距离的减小。也就是说，灵敏度或动态范围是受限的，因此设计RFID传感器时需考虑性能的平衡或折衷，而目前的传感器标签天线在同一谐振频率上实现传感与通信功能，在传感功能与通信功能之间的能量分配需要折衷，且二者之间互相干扰，无法做到同时兼具高灵敏度和强通信能力。

发明内容

本申请提供了一种通信与传感分离的射频传感器模型构建方法及射频传感器，用于解决现有的传感器标签天线在同一谐振频率上实现传感与通信功能，无法做到同时兼具高灵敏度和强通信能力的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种通信与传感分离的射频传感器模型构建方法，包括以下步骤：

101、构建第一基板模型、第二基板模型、开环谐振器模型、U型对称谐振器模型和标签芯片模型；

102、将所述标签芯片模型设置在所述开环谐振器模型的预置芯片开口位置，将所述开环谐振器模型设置在所述第一基板模型上表面，将所述U型对称谐振器模型设置在所述第二基板上表面，将所述第一基板模型叠加到所述第二基板模型上，形成射频传感器模型，其中，所述开环谐振器模型和所述U型对称谐振器模型的谐振频率相等，且工作在902～928MHZ射频识别频段，形成明暗双谐振子耦合系统；

103、将所述射频传感器模型叠加到建立好的表面设有裂纹的金属地板模型表面，通过所述射频传感器模型对所述金属地板模型的所述裂纹进行裂纹深度检测仿真，得到通信谐振频率和传感谐振频率；

104、根据所述通信谐振频率和所述传感谐振频率微调所述射频传感器模型的结构尺寸，使得所述射频传感器模型在所述谐振频率处达到阻抗匹配，输出所述阻抗匹配完成后的所述射频传感器模型。

优选地，步骤104之后，还包括：