[发明专利]基于双层基板贴片天线的螺栓松动传感装置、系统和方法

说明书

本发明涉及一种基于双层基板贴片天线的螺栓松动传感装置、系统和方法，用于检测螺栓是否发生松动，该装置包括RFID标签和装配单元，所述的RFID标签包括上层组件和下层组件，所述的上层组件包括上层基板以及分别设置于上层基板上，且通过微带线相互连接的上层贴片和芯片，所述的下层组件包括下层基板以及设置于下层基板上的地平面，所述的上层贴片、上层基板、下层基板和地平面由上至下依次设置，形成贴片天线，所述的上层组件通过装配单元固定设置于螺栓的头部，所述的下层组件通过装配单元能够随螺栓螺杆长度的变化，沿螺栓轴向移动，所述的芯片中存储螺栓的位置信息，与现有技术相比，本发明具有成本低、使用范围广等优点。

技术领域

本发明涉及螺栓松动监测领域，尤其是涉及一种基于双层基板贴片天线的螺栓松动传感装置、系统和方法。

背景技术

螺栓是工程中常用的连接件，把结构的各部分连接到一起，并在部件之间传递作用力。采用螺栓连接的结构，常常出现螺栓松动的问题，引起结构关键部位甚至结构整体的失效，进而导致严重的生命财产损失。因此对于采用螺栓连接的结构，有必要进行螺栓松动监测，以便及时了解螺栓状态，最大程度地减少灾难性事故的发生。

目前，常用的螺栓监测技术有三类，分别为：基于振动的监测技术、基于机电阻抗的监测技术和基于导波的监测技术。

基于振动的螺栓监测技术，是通过提取螺栓松动前后整体结构的特征频率、传递函数、功率谱等动态特性的变化，来判定螺栓的连接状态。然而，一个组装结构通常包含大量的螺栓连接，局部位置的螺栓松动不会引起结构整体动态特性的变化，这导致基于振动的螺栓松动监测技术不能对局部位置的螺栓松动做出及时的判断。

基于机电阻抗的螺栓松动监测技术通过监测螺栓连接部机械阻抗的变化来确定螺栓预紧力。在该方法中，通常需要在紧靠螺栓连接的部位粘贴压电传感器(PZT)，由于PZT的电阻抗和机械阻抗耦合，从而可以通过监测电阻抗变化来判断螺栓预紧力的变化。但该监测技术的监测范围局限于压电传感器附近，并且需要昂贵的高精度阻抗分析仪，导致其在实际应用中受到一定限制。

基于导波的螺栓松动监测技术通过测量超声波在螺栓螺杆内的传播时间的变化或被连接部件的连接面处超声导波的透射波能量变化来确定螺栓连接状态，是一种有效的无损监测方法。但该方法对测量设备的要求较高，难以大范围应用。

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精确度高、实用性强的基于双层基板贴片天线的螺栓松动传感装置、系统和方法，可以降低螺栓松动的监测成本，实现对大范围的螺栓的状态进行无源无线监测。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于双层基板贴片天线的螺栓松动传感装置，用于检测螺栓工作状态，包括RFID标签和装配单元，所述的RFID标签包括上层组件和下层组件，所述的上层组件包括上层基板以及分别设置于上层基板上，且通过微带线相互连接的上层贴片和芯片，所述的下层组件包括下层基板以及设置于下层基板上的地平面，所述的上层贴片、上层基板、下层基板和地平面由上至下依次设置，形成贴片天线，所述的上层组件通过装配单元固定设置于螺栓的头部，所述的下层组件通过装配单元能够随螺栓螺杆长度的变化，沿螺栓轴向移动，所述的芯片中携带RFID标签的编码和位置信息；

检测螺栓是否发生松动时，通过检测该装置贴片天线的谐振频率，判断下层组件是否随螺栓螺杆长度的变化沿螺栓轴向发生了位移，实现对螺栓工作状态的检测。

进一步地，所述的装配单元包括固定导向环和连接杆，所述的固定导向环固定设置于螺栓的头部，所述的上层基板和下层基板分别套设于固定导向环内，所述的连接杆一端与螺栓螺杆的尾部固定连接，另一端与下层组件固定连接，用于将螺栓螺杆的长度变化转化为下层组件的位移变化。