[发明专利]基于小型化标签传感器阵列的应变传感监测系统和方法

权利要求书

1.一种基于小型化标签传感器阵列的应变传感监测系统，其特征在于，包括读写器、RFID标签传感器阵列以及应变解析模块；

所述RFID标签传感器阵列的信号输出端通过读写器天线与读写器的信号输入端通过无线射频通信连接；所述读写器的信号输出端与应变解析模块的信号输入端通过RJ45网口或WIFI双向通信连接；

所述RFID标签传感器阵列包括若干个标签传感器，用于实现被测金属结构表面受应力大小、方向以及应力分布区域的无源、无线和大范围检测；

各所述标签传感器均包括贴片天线和超高频射频识别芯片(4)；

所述贴片天线包括金属辐射贴片(1)、若干个短路过孔(2)、短路短截线(3)、介质基板(5)以及金属接地板(6)；

所述金属辐射贴片(1)、短路短截线(3)以及射频识别芯片(4)均设于介质基板(5)上侧；所述金属接地板(6)设于介质基板(5)的下侧；所述若干个短路过孔(2)排成一列穿设于介质基板(5)一端，并分别连接金属辐射贴片(1)的一端以及金属接地板(6)；所述金属辐射贴片(1)另一端的中部与超高频射频识别芯片(4)的一端焊接；所述超高频射频识别芯片(4)的另一端与短路短截线(3)的一端连接；所述短路短截线(3)的另一端与金属接地板(6)连接；

其具体过程为：

将方向分别为0°、15°、30°、45°、60°、75°以及90°的应力分别施加至粘贴在与被测金属结构材料相同的金属平板上的标签传感器，并分别记录受到不同角度应力的强度及其对应的谐振频率；

根据不同角度应力的强度及其对应的谐振频率利用最小二乘法利用应变解析模块分别获取标签传感器长度方向以及宽度方向的灵敏度A和B；

根据灵敏度A大于灵敏度B，将若干个相邻标签传感器以长边夹角小于等于45°设成RFID标签传感器阵列；

使用砂纸在被测金属结构表面呈圆弧状打磨，除去被测金属结构表面的油漆和锈斑；

将被测金属结构待粘贴标签传感器部位进行脱脂和清洗，并在清洗完成后对标签传感器粘贴处划线；

利用粘合剂将RFID标签传感器阵列粘贴至设定部位并按压确认；

利用读写器的频率扫描和功率扫描向各标签传感器提供射频能量场，并获取标签传感器工作频率内最小激活功率作为各标签传感器初始谐振频率，且记录各标签传感器识别码和其对应标签传感器粘贴位置；

对被测金属结构施加应力使标签传感器发生频率偏移，并利用读写器的频率扫描和功率扫描再次获取各标签传感器的谐振频率；

根据再次获取各标签传感器的谐振频率和各标签传感器初始谐振频率作差，得到各标签传感器识别码对应的谐振频率偏移量；

比较各标签传感器识别码对应的谐振频率偏移量，得到各RFID标签传感器阵列单元谐振频率偏移量最大处的第一标签传感器(7)与第二标签传感器(8)的谐振频率偏移量；

根据获取的标签传感器长度方向以及宽度方向的灵敏度A和B、各标签传感器识别码对应的谐振频率偏移量以及第一标签传感器(7)与第二标签传感器(8)的谐振频率偏移量，通过应变解析模块得到被测金属结构所受主应力大小、方向以及位置分布区域。

2.根据权利要求1所述的基于小型化标签传感器阵列的应变传感监测系统，其特征在于，所述读写器通过无线射频通信获取标签传感器谐振频率的偏移量；

所述RFID标签传感器阵列采用无源、无线和非接触式的应变检测方式，且由所述读写器射频场提供能量。

3.根据权利要求2所述的基于小型化标签传感器阵列的应变传感监测系统，其特征在于，所述贴片天线的馈电方式为短路短截线馈电，若干个排成一列的短路过孔(2)作为短路墙，将贴片天线的尺寸由二分之一波长减小到四分之一波长。

4.根据权利要求1所述的基于小型化标签传感器阵列的应变传感监测系统，其特征在于，所述标签传感器尺寸为27mm×47.8mm×0.8mm；

所述金属辐射贴片(1)、短路短截线(3)以及金属接地板(6)均采用厚度为0.035mm铜箔片；

所述短路过孔(2)均为0.4mm直径的金属过孔；

所述介质基板(5)采用FR-4耐燃材料等级且介电常数为4.6的基板。