基于螺旋天线的无源无线位移传感器制造技术

本实用新型专利技术属于建筑结构监测技术领域，具体涉及一种基于螺旋天线的无源无线位移传感器，采用无线射频识别技术实现无源无线的位移测量。该位移传感器包括硅棒、接触头、回弹装置、螺旋天线、支护管、RFID芯片；支护管为空心薄管，螺旋天线套设在支护管外；RFID芯片位于螺旋天线上端，并与螺旋天线串联；RFID芯片中存储有基于螺旋天线的无源无线位移传感器的识别信息；硅棒可上下移动地置于支护管中，回弹装置包括回弹弹簧和回弹套筒，回弹套筒置于硅棒的上方并与之接触，回弹弹簧位于回弹套筒上方并与支护管内壁连接，同时回弹弹簧外壁设置有滑槽，回弹弹簧通过滑槽与回弹套筒滑动连接，硅棒的下端与接触头的上端刚性连接。

Passive wireless displacement sensor based on spiral antenna

The utility model belongs to the technical field of building structure monitoring, in particular to a passive wireless displacement sensor based on a spiral antenna, which adopts radio frequency identification technology to realize passive wireless displacement measurement. The displacement sensor includes a silicon rod, a contact, a rebound device, a spiral antenna, a support tube and an RFID chip; the support tube is a hollow thin tube, and the spiral antenna sleeve is arranged outside the support tube; the RFID chip is arranged on the upper end of the spiral antenna, and is connected in series with the spiral antenna; the RFID chip stores the identification information of the passive wireless displacement sensor based on the spiral antenna; the silicon rod can be moved up and down and placed on the support tube In the protective pipe, the rebound device includes a rebound spring and a rebound sleeve, the rebound sleeve is placed above and contacted with the silicon rod, the rebound spring is located above the rebound sleeve and connected with the inner wall of the support pipe, and the outer wall of the rebound spring is provided with a sliding groove, the rebound spring is connected with the rebound sleeve through the sliding groove, and the lower end of the silicon rod is rigidly connected with the upper end of the contact head.

【技术实现步骤摘要】
基于螺旋天线的无源无线位移传感器
本技术属于建筑结构监测
，具体涉及一种基于螺旋天线的无源无线位移传感器。
技术介绍
建筑、桥梁等重要工程结构在使用荷载和环境作用下随着时间的推移，性能逐渐退化，为了准确评估结构的恶化，在过去的几十年中大量的结构健康监测研究得到了发展。作为结构健康监测系统关键部分的传感器，可检测如应变、裂缝、位移和加速度等各参数，这些参数为结构性能的评估提供了可靠的依据。另外，在工程专业的科研中，结构静力试验和材料性能试验占据了一个很重要的地位。在静力试验和材料性能试验中，往往都需要对试验结构进行挠度测量和固定方向的位移测量，以此来评估结构的刚度、强度、舒适度和稳定性等。目前，在结构变形监测领域中，运用比较广泛的位移传感器仍是传统的位移传感器，如拉线式位移传感器和拉杆式位移传感器。传统的拉线式和拉杆式的位移传感器具有分辨率高、稳定性较好、测量损耗较低、测量精度满足结构监测行业测量要求等优点，但相对的，一方面，对于大型户外结构监测项目，如悬挑结构、高耸结构等，传统位移传感器往往安装较为困难、甚至无法安装；另一方面，对于复杂的结构静力试验监测，传统位移传感器和应变计往往延伸出错综复杂的引线并以此提供能量和传输数据，一方面增大了试验的工作量，一方面也增大了出错几率，且给试验前排障带来了困难。针对以上传统传感器的改良中，比较有代表性的是激光位移传感器和摄影测量，前者可以实现对位移的非接触式测量，后者则可以实现对距离的非接触式测量和全局测量。但是，一方面，新式传感器的造价相对较为昂贵，且稳定性、精确度等均存在一定问题；另一方面，新式传感器仍旧没有实现无源无线测量，在复杂的静力结构监测中仍会有一定的不便。
技术实现思路
本技术的目的在于，为解决传统传感器有线提供能量和传输信息的问题，提出了一种基于螺旋天线的无源无线位移传感器，用于实现结构位移的无源无线检测。为了实现上述目标，本技术提供了如下技术方案：一种基于螺旋天线的无源无线位移传感器，包括组件一和组件二，所述组件一包括硅棒、接触头、回弹装置，所述组件二包括螺旋天线、支护管、RFID芯片；所述支护管为空心薄管，所述螺旋天线套设在支护管外；所述RFID芯片位于所述螺旋天线上端，并与所述螺旋天线串联；同时所述螺旋天线的上端还安装有上部平台，所述RFID芯片和所述支护管均与所述上部平台刚性连接；所述RFID芯片中存储有所述基于螺旋天线的无源无线位移传感器的识别信息；所述硅棒可上下移动地置于所述支护管中，所述回弹装置包括回弹弹簧和回弹套筒，所述回弹套筒置于所述硅棒的上方并与之接触，所述回弹弹簧位于所述回弹套筒上方并与所述支护管内壁连接，同时所述回弹弹簧外壁设置有滑槽，所述回弹弹簧通过所述滑槽与所述回弹套筒滑动连接，所述硅棒的下端与所述接触头的上端刚性连接。在本技术中，硅棒作为变化单元置于套设有螺旋天线的支护管中，可以在套设有螺旋天线的支护管内部上下移动。在本技术中，回弹装置和接触头采用介电常数接近的材料。进一步，螺旋天线和回弹弹簧材料为黄铜，硅棒材料为硅，接触头材料为塑料，回弹套筒材料为介电常数较低的塑料。进一步，螺旋天线的螺距、匝数、半径等参数均可优化，从而达到最佳的精度和测试范围。进一步，本技术适用于测量各种结构体系的位移大小；测量时需将传感器安装在待测点上。本技术的基于螺旋天线的无源无线位移传感器可以与RFID阅读器构成基于螺旋天线的无源无线位移传感系统。其中，基于螺旋天线的无源无线位移传感器作为RFID标签，其包括组件一和组件二，所述组件一包括硅棒、接触头、回弹装置，所述组件二包括螺旋天线、支护管、RFID芯片。所述支护管为空心薄管，所述螺旋天线套设在支护管外；所述RFID芯片位于所述螺旋天线上端，并与所述螺旋天线串联；同时所述螺旋天线的上端还安装有上部平台，所述RFID芯片和所述支护管均与所述上部平台刚性连接；所述RFID芯片中存储有所述基于螺旋天线的无源无线位移传感器的识别信息。所述硅棒可上下移动地置于所述支护管中，所述回弹装置包括回弹弹簧和回弹套筒，所述回弹套筒置于所述硅棒的上方并与之接触，所述回弹弹簧位于所述回弹套筒上方并与所述支护管内壁连接，同时所述回弹弹簧外壁设置有滑槽，所述回弹弹簧通过所述滑槽与所述回弹套筒滑动连接，所述硅棒的下端与所述接触头的上端刚性连接。在本技术中，RFID标签中的两个组件通过外部连接置于测点正对方，可以通过在待测结构上安装夹持装置夹持传感器使其正对测点，也可在外部安装支护装置对传感器进行夹持，使用方式可以类比拉杆式位移传感器。在RFID标签中，硅棒与螺旋天线一同构成传感单元，当被测构件表面发生位移时，硅棒与螺旋天线发生相对位移，螺旋天线内部高介电常数介质硅棒和低介电常数介质空气的界面发生扰动，其使天线的谐振频率发生漂移。所述RFID阅读器与所述RFID标签无线通信连接，通过所述RFID阅读器检测所述RFID标签的谐振频率。进一步，RFID芯片中存储有基于螺旋天线的无源无线位移传感器的识别信息，所述识别信息包括基于螺旋天线的无源无线位移传感器的编码信息，利用RFID阅读器向RFID标签发射调制的电磁波信号，可以识别该RFID标签的编码信息，当RFID阅读器扫描范围布置多个RFID标签时，RFID阅读器可以根据各RFID标签的编码信息，标记各测点的位移值。本技术的关键点在于：(1)关键点一在于，本技术应用了螺旋天线的谐振特性。组件一中的硅棒与组件二中的螺旋天线组成了一个谐振系统。当外界的位移变化使得两组件发生相对位移时，螺旋天线内部高介电常数介质硅和低介电常数介质空气的界面发生相对位移，按照电磁学的微扰动理论，在限定高度范围内，谐振系统的谐振频率将发生线性的变化。(2)关键点二在于，本技术具有RFID的特征，是一种无源无线的传感器。无源是指本技术不需要通过预装电池或者馈电线进行能量输入，而是通过接收发射天线的电磁波进行能源输入；无线是指本技术不需要额外的馈电线进行数据传输，具体表现为当传感器内部组件一和组件二发生相对位移使得谐振频率发生线性飘移时，可以通过阅读器无源无线获取天线谐振频率，得到谐振频率的改变量，进而得到硅棒的位移大小，从而得到结构位移的大小。(3)关键点三在于，本技术中的芯片可以对信息进行简单的存储。与现有技术相比，本技术具有以下优点：(1)通过电磁波进行信息传输，不需要同轴线，使传感系统更加简单，布置更加灵活，在自然灾害下更不容易失效；(2)通过电磁波提供能量，不需要电源线或电池提供能量，减少了传感器安装的劳动力以及成本；(3)以天线的谐振频率作为参数测量位移，该参数受距离和环境噪声等因素的影响可忽略，增加了该传感的适用性；(4)本技术带有回弹装置，可以起到复位的作用，使得位移传感器能够测量结构的实时位移；(5)本技术位移传感器的成本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于螺旋天线的无源无线位移传感器，其特征在于：包括组件一和组件二，所述组件一包括硅棒(5)、接触头(4)、回弹装置(2)，所述组件二包括螺旋天线(3)、支护管(9)、RFID芯片(8)；/n所述支护管(9)为空心薄管，所述螺旋天线(3)套设在所述支护管(9)外；所述RFID芯片(8)位于所述螺旋天线(3)上端，并与所述螺旋天线(3)串联；同时所述螺旋天线(3)的上端还安装有上部平台(1)，且所述RFID芯片(8)和所述支护管(9)均与所述上部平台(1)刚性连接；所述RFID芯片(8)中存储有所述基于螺旋天线的无源无线位移传感器的识别信息；/n所述硅棒(5)可上下移动地置于所述支护管(9)中，所述回弹装置(2)包括回弹弹簧(6)和回弹套筒(7)，所述回弹套筒(7)置于所述硅棒(5)的上方并与之接触，所述回弹弹簧(6)位于所述回弹套筒(7)上方并与所述支护管(9)内壁连接，同时所述回弹弹簧(6)外壁设置有滑槽，所述回弹弹簧(6)通过所述滑槽与所述回弹套筒(7)滑动连接，所述硅棒(5)的下端与所述接触头(4)的上端刚性连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于螺旋天线的无源无线位移传感器，其特征在于：包括组件一和组件二，所述组件一包括硅棒(5)、接触头(4)、回弹装置(2)，所述组件二包括螺旋天线(3)、支护管(9)、RFID芯片(8)；
所述支护管(9)为空心薄管，所述螺旋天线(3)套设在所述支护管(9)外；所述RFID芯片(8)位于所述螺旋天线(3)上端，并与所述螺旋天线(3)串联；同时所述螺旋天线(3)的上端还安装有上部平台(1)，且所述RFID芯片(8)和所述支护管(9)均与所述上部平台(1)刚性连...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢丽宇，易卓然，薛松涛，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：新型
国别省市：上海;31