[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

说明书

本发明公开了一种基于小型化标签传感器阵列的应变传感监测系统和方法，属于结构健康监测和RFID无损检测技术领域，所述系统包括读写器、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承受应力大小、方向以及分布区域的无源、无线和大范围检测；本发明采用应变传感检测方法简便易测，通过小型化标签传感器阵列的方式解决了金属结构应变大小、方向和分布区域检测的问题。

技术领域

本发明属于结构健康监测技术及RFID无损检测技术领域，尤其涉及一种基于小型化标签传感器阵列的应变传感监测系统和方法。

背景技术

应力和应力集中的存在会对结构或构件的机械性能、抗腐蚀以及抗疲劳特性等性能造成非常严重的影响。应力应变检测是预防重大设备或重要结构发生结构性损伤的重要技术手段，广泛应用于各类基础行业中，面对工业的快速发展，大型设备和重要结构的不断增多，其对检测的方式、时间、成本、范围以及精度等提出了一系列更为苛刻的要求。

最常用的应变传感器为电阻应变片，这种测试方法采用导线将电阻应变片和应变仪连接，虽然这种方法具有高传输效率和高准确性的优点，但是测试现场需要花费大量精力完成导线的搬运、布置和连接等工作，最终导致测试耗时长、效率下降、灵活性不高等。

基于光纤的应变传感器因其紧凑的尺寸、重量轻、可远程访问、多路复用以及抗电磁干扰能力也成为一种有效的应变监测手段。但光纤传感器需要使用昂贵的解析设备且应变测量范围有限和易损坏性等固有缺点仍未解决。

具有嵌入式微处理器和无线通信功能的无线应变传感器节点的出现解决了复杂监测环境下的布线问题，提高了应变测试系统的适应性。但是这些监测节点大多需要电池才可以工作，使用寿命取决于电池电量，增加了系统的维护成本。

现有的应力应变无损检测技术因其成本高、有源有线、结构复杂、过程繁琐以及维护困难等缺点，无法应用于飞机蒙皮和风机叶片等含有大平面金属结构的应力应变监测中，亟需开发一种解决大面积金属结构表面应力应变监测问题的技术手段。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于小型化标签传感器阵列的应变传感监测系统和方法，通过小型化RFID标签传感器阵列的方式解决了金属结构应变大小、方向和分布区域检测的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种基于小型化标签传感器阵列的应变传感监测系统，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；

所述贴片天线包括金属辐射贴片、若干个短路过孔、短路短截线、介质基板以及金属接地板；

所述金属辐射贴片、短路短截线以及射频识别芯片均设于介质基板上侧；所述金属接地板设于介质基板的下侧；所述若干个短路过孔排成一列穿设于介质基板一端，并分别连接金属辐射贴片的一端以及金属接地板；所述金属辐射贴片另一端的中部与超高频射频识别芯片的一端焊接；所述超高频射频识别芯片的另一端与短路短截线的一端连接；所述短路短截线的另一端与金属接地板连接。