一种基于无芯片射频识别标签的应力传感器制造技术

本发明专利技术实施例提供的一种基于无芯片射频识别标签的应力传感器，该压力传感器是基于雷达散射截面的谐振型无芯片标签，由几个蚀刻在介质支撑层上长度不同的半波长的身份谐振单元组成，通过拉伸或者压缩，身份谐振单元以及传感谐振单元之间发生变化，传感谐振单元根据产生的谐振频率得到的拉伸力或者压缩力的大小。身份谐振单元产生谐振频率，以后向散射信号形式被阅读器读取，将各身份谐振单元相应的谐振频率在频谱上的位置作为对应标签的身份信息，从而被识别。因此本发明专利技术的应力传感器成本低、结构简单、传感信息和身份编码信息独立控制，传感灵敏度高且传感过程身份信息稳定性也较高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无芯片射频识别标签的应力传感器
本专利技术属于传感技术领领域，具体涉及一种基于无芯片射频识别标签的应力传感器。
技术介绍
随着社会的进步与发展，无论是房屋建筑物、道路桥梁、交通工具，还是可穿戴器件，在其长期服役过程中，结构均可能会受力发生形变，产生裂缝或者移位等。这些微小的结构变化会影响到日常生产生活，甚至有可能威胁到生命安全，然而很难人为及时地检测出来，因此需要结构健康监测(StructureHealthMonitoring,SHM)系统来监测各种结构的退化或损坏，并将信息及时反馈到终端，以保证各种设施的安全使用，能够极大程度上减少结构监测中人力的介入，降低成本。20世纪70年代，SHM系统的传感器均为有线形式，如压电传感器等，需要大量的导线连接与外界之间进行信息的交流和传递，这使得安装复杂且通常需要校准。20世纪90年代，SHM得到了进一步发展，其中大部分传感器是光纤结构，基本无需校准，如最常用的光纤光栅传感器，其安装简单，主要应用光信号，且带宽较宽，可以实现几千米的信号传输，但由于光纤结构易碎，应力传感范围有限，且成本较高，无法大规模投入使用。常用的传统光纤应力传感器存在易碎和成本较高的缺点，因此需要对结构稳定性高、成本低并且传感性能高的新型应力传感器展开研究。2009年，D.J.Thomson等人在《IEEESensorsJournal》国际刊号为ISSN1530-437X，发表了题为“RFcavitypassivewirelesssensorswithtime-domaingating-basedinterrogationforSHMofcivilstructures”的文章。该文章公布了一款基于射频谐振腔的应力传感器，当有力施加到谐振腔上时，谐振腔的物理长度将发生变化，进而影响其谐振频率。其中谐振腔内有一根探针将腔体内的射频信号耦合到外部的天线，并基于微波信号的传输实现传感数据的无线读取。其无线传感的距离可达到10m，且辐射功率小于1mW。但该应力传感器体积笨重，灵敏度较低，应用场景十分局限。2018年WangS等人在《IEEESensorsJournal》，发表了题为“MechanicalDeformationDetectionofBuildingStructuresUsingMicrostripPatchAntennasasSensors”的文章。该文章提出在贴片天线的末端加一排接地过孔，不但减小了传感器的体积，且增加了传感灵敏度。但是这种天线形式的无线传感器在测试过程中都需要射频馈电，即传感数据的获取并非真正意义上的无线传输。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于无芯片射频识别标签的应力传感器。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术实施例提供的一种基于无芯片射频识别标签的应力传感器，包括：传感谐振器1、身份谐振器2和介质支撑层3，所述传感谐振器1以及所述身份谐振器2，用以产生可供读取的散射信号，所述传感谐振器1包括长度相同的两个传感谐振单元11～12，所述身份谐振器2包括n个自上而下均匀排布在所述介质支撑层3上，且长度不同的身份谐振单元21～2n，两个传感谐振单元11～12对称设置于所述介质支撑层3两端，所述身份谐振器2中心与所述介质支撑层3的中心相同，所述介质支撑层3采用柔性材料制成。可选的，所述身份谐振单元21～2n是U型结构，所述身份谐振单元21～2n与所述传感谐振单元11～12正交。可选的，所述U型结构的身份谐振单元的间隙宽度为1mm。可选的，长度最大的U型结构的身份谐振单元的长度为13mm。可选的，所述身份谐振单元21～2n的长度自上而下按照所述长度幅度递增。可选的，所述身份谐振单元21～2n-1的长度自上而下按照所述长度幅度递减，所述身份谐振单元2n的长度在所述身份谐振单元21的长度上递增所述长度幅度。可选的，所述两个传感谐振单元是U型结构，两个U型结构的传感谐振单元的开口相对。可选的，所述U型结构的传感谐振单元的间隙宽度为6mm，长度为15mm。可选的，所述介质支撑层3采用介电常数εr＝2.7的PDMS材料制成。可选的，所述介质支撑层3的长度a＝66mm，宽度b＝36mm，厚度d＝0.5mm。本专利技术实施例提供的一种基于无芯片射频识别标签的应力传感器，该压力传感器是基于雷达散射截面(RadarCrossSection，RCS)的谐振型无芯片标签，由几个蚀刻在介质支撑层上长度不同的半波长的身份谐振单元组成，通过拉伸或者压缩，身份谐振单元以及传感谐振单元之间发生变化，传感谐振单元根据产生的谐振频率得到的拉伸力或者压缩力的大小。身份谐振单元产生谐振频率，以后向散射信号形式被阅读器读取，将各身份谐振单元相应的谐振频率在频谱上的位置作为对应标签的身份信息，从而被识别。因此本专利技术的应力传感器成本低、结构简单、传感信息和身份编码信息独立控制，传感灵敏度高且传感过程身份信息稳定性也较高的优点。以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种基于无芯片射频识别标签的应力传感器的俯视结构图；图2为本专利技术实施例提供的一种基于无芯片射频识别标签的应力传感器的侧视结构图；图3为本专利技术实施例提供的应力传感器受力拉伸的结构变化示意图；图4为本专利技术实施例提供的U型结构的身份谐振单元以及传感谐振单元的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的身份谐振单元另一种结构图；图6为本专利技术实施例提供的介质支撑层的结构示意图；图7为本专利技术仿真实施例一的频率响应仿真结果图；图8a为本专利技术仿真实施例一，谐振器频率在2.3GHz的表面电流仿真结果图；图8b为本专利技术仿真实施例一，谐振器频率在2.7GHz的表面电流仿真结果图；图8c为本专利技术仿真实施例一，谐振器频率在3.3GHz的表面电流仿真结果图；图8d为本专利技术仿真实施例一，谐振器频率在4.2GHz的表面电流仿真结果图；图8e为本专利技术仿真实施例一时，谐振器频率在6.6Hz的表面电流仿真结果图；图8f为本专利技术仿真实施例一时，谐振器频率在6.94GHz的表面电流仿真结果图；图9为本专利技术仿真实施例一传感响应仿真结果图；图10为本专利技术仿真实施例六传感响应仿真结果图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一参见图1-图2，图1是本专利技术实施例提供的一种基于无芯片射频识别标签的应力传感器的俯视结构图，图2是本专利技术实施例提供的一种基于无芯片射频识别标签的应力传感器的侧视结构图。本专利技术实施例提供的一种基于无芯片射频识别标签的应力传感器，包括：传感谐振器1、身份谐振器2和介质支撑层3，其特征在于，所述传感谐振器1以及所述身份谐振器2，用以产生可供读取的散射信号，所述传感谐振器1包括长度相同的两个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无芯片射频识别标签的应力传感器，包括：传感谐振器(1)、身份谐振器(2)和介质支撑层(3)，其特征在于，所述传感谐振器(1)以及所述身份谐振器(2)，用以产生可供读取的散射信号，所述传感谐振器(1)包括长度相同的两个传感谐振单元(11～12)，所述身份谐振器(2)包括n个自上而下均匀排布在所述介质支撑层(3)上，且长度不同的身份谐振单元(21～2n)，两个传感谐振单元(11～12)对称设置于所述介质支撑层(3)两端，所述身份谐振器(2)中心与所述介质支撑层(3)的中心相同，所述介质支撑层(3)采用柔性材料制成。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于无芯片射频识别标签的应力传感器，包括：传感谐振器(1)、身份谐振器(2)和介质支撑层(3)，其特征在于，所述传感谐振器(1)以及所述身份谐振器(2)，用以产生可供读取的散射信号，所述传感谐振器(1)包括长度相同的两个传感谐振单元(11～12)，所述身份谐振器(2)包括n个自上而下均匀排布在所述介质支撑层(3)上，且长度不同的身份谐振单元(21～2n)，两个传感谐振单元(11～12)对称设置于所述介质支撑层(3)两端，所述身份谐振器(2)中心与所述介质支撑层(3)的中心相同，所述介质支撑层(3)采用柔性材料制成。


2.根据权利要求1所述的应力传感器，其特征在于，所述身份谐振单元(21～2n)是U型结构，所述身份谐振单元(21～2n)与所述传感谐振单元(11～12)正交。


3.根据权利要求2所述的应力传感器，其特征在于，所述U型结构的身份谐振单元的间隙宽度为1mm。


4.根据权利要求2所述的应力传感器，其特征在于，长度最大的U型结构的身份谐振单元的长...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴边，张俊洁，宋蕾，赵雨桐，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61