一种基于频率选择性的传感器模型的构建方法及传感器技术

本申请公开了一种基于频率选择性的传感器模型的构建方法及传感器，构建方法通过第一梯度过渡条带模型、第一周期性H形条带模型、第一连接带模型、矩形环模型、第二连接带模型、第二周期性H形条带模型和第二梯度过渡条带模型构成人工表面等离子体激元波导模型将传输能量束缚在波导表面传输，大大提高了能量的传输效率，利用背置开口环形谐振器模型和矩形环模型进行耦合连接后构成基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型将能量束缚在环形磁场内，可产生频率选择效应，利用陷波增强裂纹处的电磁场强度，从而在对金属样品模型表面裂纹进行检测时，提高与裂纹的相互作用的敏感性，提高传感器的检测灵敏度，可检测亚毫米级的裂纹。毫米级的裂纹。毫米级的裂纹。

【技术实现步骤摘要】
一种基于频率选择性的传感器模型的构建方法及传感器


[0001]本申请涉及裂纹检测传感器
，尤其涉及一种基于频率选择性的传感器模型的构建方法及传感器。

技术介绍

[0002]裂纹是金属设施常见的损伤形态，而裂纹检测是一项金属设施维护中必不可少的环节。裂纹检测最常用的检测技术是结构健康监测技术，是通过提取和分析损伤敏感指标，为结构完整性维护提供必要的信息。而这一技术必不可少的结构就是裂纹传感器。
[0003]在各种传感器中，天线传感器具有结构简单、制造成本低、重量轻的优点。为了能够探测到亚毫米级的裂缝，要求天线传感器对电磁波具有很高的束缚能力，从而达到较高的灵敏度。而目前的裂纹传感器无法检测亚毫米级裂纹，而且，其检测灵敏度较低。
[0004]因此，目前亟需一种检测灵敏度高且可检测亚毫米级裂纹的裂纹传感器。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种基于频率选择性的传感器模型的构建方法及传感器，用于解决裂纹传感器无法检测亚毫米级裂纹且检测灵敏度低的技术问题。
[0006]有鉴于此，本申请第一方面提供了一种基于频率选择性的传感器模型的构建方法，包括以下步骤：
[0007]S1：通过仿真软件构建介质基板模型、第一梯度过渡条带模型、第一周期性H形条带模型、第一连接带模型、矩形环模型、第二连接带模型、第二周期性H形条带模型、第二梯度过渡条带模型和背置开口环形谐振器模型；
[0008]S2：将所述第一梯度过渡条带模型、所述第一周期性H形条带模型、所述第一连接带模型、所述矩形环模型、所述第二连接带模型、所述第二周期性H形条带模型和所述第二梯度过渡条带模型按照由左至右依次连接后设置于所述介质基板模型的上表面，从而构成人工表面等离子体激元波导模型；
[0009]S3：在所述第一梯度过渡条带模型和所述第二梯度过渡条带模型的最外端均设置激励端口，所述激励端口用于接收外部激励信号；
[0010]S4：将所述背置开口环形谐振器模型设置于所述矩形环模型内部，且将所述背置开口环形谐振器模型和所述矩形环模型进行耦合连接后产生环形磁场，从而构成基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型；
[0011]S5：将所述基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型放置于预设的有裂纹的金属样品模型的裂纹的上表面，并使所述裂纹与所述背置开口环形谐振器模型位置相对应，从而通过所述基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型对所述预设的有裂纹的金属样品模型的所述裂纹进行裂纹剖面仿真检测，进而获得陷波频率；
[0012]S6：调整所述基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型的尺寸，从而使得所述基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型的输入阻抗与所
述激励端口的特征阻抗相匹配，进而输出阻抗匹配后的基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型。
[0013]优选地，所述步骤S2具体包括：将所述第一梯度过渡条带模型、所述第一周期性H形条带模型、所述第一连接带模型、所述矩形环模型、所述第二连接带模型、所述第二周期性H形条带模型和所述第二梯度过渡条带模型按照由左至右依次连接后设置于所述介质基板模型的上表面，将所述第一梯度过渡条带模型与所述第二梯度过渡条带模型镜像对称布置，将所述第一周期性H形条带模型与所述第二周期性H形条带模型镜像对称布置，从而形成人工表面等离子体激元波导模型。
[0014]优选地，所述第一梯度过渡条带模型与所述第二梯度过渡条带模型均为H形梯度结构模型，其条带高度均以预设步进值由最外端向内端方向连续渐增。
[0015]优选地，所述预设步进值为1mm，所述第一梯度过渡条带模型与所述第二梯度过渡条带模型的最外端的条带高度均为2mm，其最内端的条带高度均为9mm。
[0016]优选地，所述介质基板模型为预置介电常数的柔性聚酰亚胺材料。
[0017]优选地，所述第一连接带模型与所述第二连接带模型以所述矩形环模型的中心轴线非对称设置。
[0018]优选地，所述步骤S5具体包括：
[0019]S501：将所述基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型放置于预设的有裂纹的金属样品模型的裂纹的上表面，并使所述裂纹与所述背置开口环形谐振器模型位置相对应；
[0020]S502：通过所述仿真软件对所述激励端口以准横电磁模式的电磁波进行模拟激励；
[0021]S503：通过所述第一梯度过渡条带模型与所述第二梯度过渡条带模型将所述准横电磁模式的电磁波转换为人工表面等离子体激元模式的电磁波；
[0022]S504：通过所述第一周期性H形条带模型与所述第二周期性H形条带模型将所述人工表面等离子体激元模式的电磁波传输至所述矩形环模型内部后，通过所述基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型将所述人工表面等离子体激元模式的电磁波限制于所述环形磁场内，从而产生陷波模式；
[0023]S505：对模拟仿真电磁场结果进行求解从而获得S21参数，进而根据所述S21参数获得陷波频率。
[0024]优选地，所述步骤S6中调整所述基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型的尺寸的步骤具体为：根据所述S21参数的幅值调整所述人工表面等离子体激元波导模型的尺寸。
[0025]优选地，所述步骤S6之后包括：
[0026]将基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型用于对所述预设的有裂纹的金属样品模型的不同剖面的裂纹进行仿真检测，从而获得裂纹剖面与所述陷波频率之间的对应关系，从而通过所述陷波频率的偏移量表征裂纹剖面。
[0027]第二方面，本申请还提供了一种基于频率选择性的传感器，该基于频率选择性的传感器根据上述的基于频率选择性的传感器模型的构建方法得到的基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型制成。
[0028]从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
[0029]本专利技术提供了一种基于频率选择性的传感器模型的构建方法，通过第一梯度过渡条带模型、第一周期性H形条带模型、第一连接带模型、矩形环模型、第二连接带模型、第二周期性H形条带模型和第二梯度过渡条带模型按照由左至右依次连接后构成人工表面等离子体激元波导模型将传输能量束缚在波导表面传输，大大提高了能量的传输效率，当能量传输至矩形环内后，利用背置开口环形谐振器模型和矩形环模型进行耦合连接后构成基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型将能量束缚在环形磁场内，由于大部分要能量聚集在矩形环上下两侧的，也即矩形环内的背置开口环内耦合的能量也大部分集中在矩形环上下边与背置开口环的间隙处，使得磁场能量分布在两个背置开口环形谐振器的间隙处达到最大值，可产生频率选择效应，利用陷波增强裂纹处的电磁场强度，从而在对金属样品模型表面裂纹进行检测时，提高与裂纹的相互作用的敏感性，提高传感器的检测灵敏度，可检测亚毫米级的裂纹。本专利技术提供的传感器通过上述的基于频率选择性的传感器模型的构建方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于频率选择性的传感器模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：通过仿真软件构建介质基板模型、第一梯度过渡条带模型、第一周期性H形条带模型、第一连接带模型、矩形环模型、第二连接带模型、第二周期性H形条带模型、第二梯度过渡条带模型和背置开口环形谐振器模型；S2：将所述第一梯度过渡条带模型、所述第一周期性H形条带模型、所述第一连接带模型、所述矩形环模型、所述第二连接带模型、所述第二周期性H形条带模型和所述第二梯度过渡条带模型按照由左至右依次连接后设置于所述介质基板模型的上表面，从而构成人工表面等离子体激元波导模型；S3：在所述第一梯度过渡条带模型和所述第二梯度过渡条带模型的最外端均设置激励端口，所述激励端口用于接收外部激励信号；S4：将所述背置开口环形谐振器模型设置于所述矩形环模型内部，且将所述背置开口环形谐振器模型和所述矩形环模型进行耦合连接后产生环形磁场，从而构成基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型；S5：将所述基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型放置于预设的有裂纹的金属样品模型的裂纹的上表面，并使所述裂纹与所述背置开口环形谐振器模型位置相对应，从而通过所述基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型对所述预设的有裂纹的金属样品模型的所述裂纹进行裂纹剖面仿真检测，进而获得陷波频率；S6：调整所述基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型的尺寸，从而使得所述基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型的输入阻抗与所述激励端口的特征阻抗相匹配，进而输出阻抗匹配后的基于频率选择性人工表面等离子体激元波导的传感器模型。2.根据权利要求1所述的基于频率选择性的传感器模型的构建方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：将所述第一梯度过渡条带模型、所述第一周期性H形条带模型、所述第一连接带模型、所述矩形环模型、所述第二连接带模型、所述第二周期性H形条带模型和所述第二梯度过渡条带模型按照由左至右依次连接后设置于所述介质基板模型的上表面，将所述第一梯度过渡条带模型与所述第二梯度过渡条带模型镜像对称布置，将所述第一周期性H形条带模型与所述第二周期性H形条带模型镜像对称布置，从而形成人工表面等离子体激元波导模型。3.根据权利要求1所述的基于频率选择性的传感器模型的构建方法，其特征在于，所述第一梯度过渡条带模型与所述第二梯度过渡条带模型均为H形梯度结构模型，其条带高度均以预设步进值由最外端向内端方向连续渐增...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊，黄楚钿，周雄辉，曹杰，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：