[发明专利]基于组合贴片天线的结构形变温度同步监测传感器和系统

说明书

本发明涉及一种基于组合贴片天线的结构形变温度同步监测传感器，包括连接板组件、固定基板、设置于固定基板下表面的第一下辐射贴片、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，以及设置于固定基板上表面的移动基板和设置于移动基板下表面的第二下辐射贴片，所述的连接板组件与移动基板刚性连接，所述的第二下辐射贴片与上辐射贴片部分重叠贴合形成短接，共同组成组合式贴片天线，且第二下辐射贴片能够与上辐射贴片之间发生相对位移，所述的射频识别芯片通过微带线与上辐射贴片连接，且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，与现有技术相比，本发明具有降低结构形变温度监测成本等优点。

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组合贴片天线的结构形变温度同步监测传感器和系统。

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(位移、应变、加速度等)和环境变化(温度、湿度)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，传统的传感器通常只针对某一特定物理量变化进行监测，难以实现单一传感器对多种变量的同时监测，这也限制了这些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组合贴片天线的结构形变温度同步监测传感器和系统，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，并实现单一传感器对多种物理量变化的同步监测。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于组合贴片天线的结构形变温度同步监测传感器，包括连接板组件、固定基板、设置于固定基板下表面的第一下辐射贴片、分别设置于固定基板上表面的上辐射贴片、射频识别芯片和微带线，以及设置于固定基板上表面的移动基板和设置于移动基板下表面的第二下辐射贴片，所述的连接板组件与移动基板刚性连接，所述的第二下辐射贴片与上辐射贴片部分重叠贴合形成短接，共同组成组合式贴片天线，且第二下辐射贴片能够与上辐射贴片之间发生相对位移，所述的射频识别芯片通过微带线与上辐射贴片连接，且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；

使用时，所述的连接板组件和固定基板粘贴于结构表面；

当结构表面发生形变时，所述的第二下辐射贴片与上辐射贴片之间发生相对位移，改变组合式贴片天线整体长度，引起组合式贴片天线纵向谐振频率改变；当环境温度发生改变时，所述的固定基板和移动基板的介电常数均发生变化，所述的第二下辐射贴片和上辐射贴片的长度和宽度均发生变化，改变组合式贴片天线整体的长度和宽度，引起组合式贴片天线纵向谐振频率和横向谐振频率改变，实现结构形变和温度的同步采集。

进一步地，所述的第二下辐射贴片与上辐射贴片的宽度相等。

进一步地，所述的连接板组件包括连接板和连接线，所述的连接线两端分别与移动基板和连接板刚性连接，使用时，所述的连接板粘贴于结构表面。

进一步地，所述的第一下辐射贴片完全覆盖固定基板的下表面。

优选地，所述的第一下辐射贴片和上辐射贴片分别通过电镀贴合于固定基板上，所述的第二下辐射贴片通过电镀贴合于移动基板上，所述的射频识别芯片通过焊接设置于固定基板上，并通过导电胶或焊接与微带线连接。

优选地，所述的第一下辐射贴片和上辐射贴片、第二下辐射贴片的材质均为铜，所述的固定基板和移动基板均采用RT5880介质板。