一种基于微带天线的多韧带疲劳传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于微带天线的多韧带疲劳传感器,包括介质基层及设置在介质基层上表面的贴片天线和设置在介质基层下表面的金属接地板；所述贴片天线由多个交替的槽和韧带构成，所述韧带由宽度不同的两个部分组成，每个韧带中间部分宽度小于两端部分宽度，各个活动韧带相对于参考韧带的应变比按递增顺序依次排列，随着应变比的增大，对应的韧带的中间部分尺寸减小。本发明专利技术克服了现有疲劳传感器稳定性低，可靠性低以及重复性低等问题，提高了疲劳监测的可靠性和准确性，通过改变贴片尺寸及韧带尺寸实现对不同工况下的疲劳监测。及韧带尺寸实现对不同工况下的疲劳监测。及韧带尺寸实现对不同工况下的疲劳监测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微带天线的多韧带疲劳传感器


[0001]本专利技术属于金属结构安全监测和疲劳监测
，尤其涉及一种基于微带天线的多韧带疲劳传感器。

技术介绍

[0002]受已知和未知应力的结构构件的疲劳失效是金属结构在工业领域运行安全的严重问题，因此结构健康监测和损伤识别在工程领域变得越来越重要，其中疲劳损伤检测和疲劳寿命预测长期以来一直是机械工程实践中面临的巨大挑战，疲劳损伤监测通常使用疲劳传感器来确定金属结构是否发生了损坏，并且确定损坏位置，估计损坏程度和评估损坏对结构剩余寿命的影响。
[0003]现有疲劳传感器包括疲劳保险丝、电阻疲劳计、表面粗糙度疲劳计、平均应力疲劳计等，但这些疲劳损伤传感器在实际产品中的应用的共同缺点是环境敏感性高，稳定性低，可靠性低以及重复性低。因此，需要进一步开发出更先进的疲劳传感器，以应对这些难题。微带天线传感器具有结构简单、重量轻、制造成本低、易与结构表面共形、适合大面积布置等优点，基于微带天线的疲劳传感器能够更好的进行疲劳监测。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，针对上述现有技术存在的不足，本专利技术提出了提供一种基于微带天线的多韧带疲劳传感器。
[0005]本专利技术公开的一种基于微带天线的多韧带疲劳传感器，包括介质基层及设置在介质基层上表面的贴片天线和设置在介质基层下表面的金属接地板；所述贴片天线由多个交替的槽和韧带构成，所述韧带包括参考韧带和活动韧带，所述活动韧带由宽度不同的两个部分组成，每个活动韧带中间部分宽度小于两端部分宽度，各个活动韧带相对于参考韧带的应变比按递增顺序依次排列，随着应变比的增大，对应的活动韧带的中间部分尺寸减小；受力时活动韧带中间部分长度短的韧带到中间部分长度长的韧带依次断裂，每条活动韧带断裂后相应谐振频率依次减小，通过观察谐振频率的变化，进行结构的疲劳监测。
[0006]进一步的，每条活动韧带两个部分的宽度均与其它活动韧带两个相同部分的宽度相同。
[0007]进一步的，每条活动韧带中间部分长度各不相同。
[0008]进一步的，所述贴片尺寸由下列公式计算，其中有效介电常数与基质的介电常数∈
r
、基质厚度h以及辐射贴片的宽度W有关，关系式如下：
[0009][0010]进一步的，辐射贴片的电长度增量ΔL的值由以下公式给出：
[0011][0012]进一步的，贴片长度为：
[0013][0014]式中f
r
为挖槽前的贴片谐振频率，c为自由空间光速。
[0015]进一步的，辐射贴片的有效长度L
eff
为：
[0016]L
eff
＝+2ΔL
[0017]辐射贴片宽度W为：
[0018][0019]进一步的，活动韧带的两端部分的长度L
O
为：
[0020][0021]式中L
O
为韧带两端部分的长度，L
R
为参考韧带的长度，X为应变比。
[0022]进一步的，所述活动韧带的中间部分的长度L
A
为：
[0023][0024]本专利技术产生的有益效果是：
[0025]本专利技术的一种基于微带天线的多韧带疲劳传感器克服了现有疲劳传感器稳定性低，可靠性低以及重复性低等问题，大大提高了疲劳监测的可靠性和准确性，其安装维护成本较低，对于不同场合，可以通过改变贴片尺寸及韧带尺寸进而实现对不同工况下的疲劳监测。
附图说明
[0026]图1一种基于微带天线的多韧带疲劳传感器结构示意图；
[0027]图2韧带结构示意图；
[0028]图3韧带依次断裂后的谐振频率变化趋势图。
[0029]附图标记：10
‑
参考韧带10，11
‑
活动韧带一，12
‑
活动韧带二，13
‑
活动韧带三，14
‑
活动韧带四，20
‑
贴片天线、30
‑
基质、40
‑
接地板。
具体实施方式
[0030]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明，但不以任何方式对本专利技术加以限制，基于本专利技术教导所作的任何变换或替换，均属于本专利技术的保护范围。
[0031]本专利技术所采用的技术方案是：
[0032]提出一种基于微带天线的多韧带疲劳传感器，其特征在于，包括贴片天线、基质、接地板，所述贴片天线设置在基质上方，所述贴片包括多个槽和韧带，所述韧带包括宽度不同的两个部分，每个韧带中间部分宽度小于两端部分宽度，各个活动韧带相对于参考韧带的应变比按递增顺序依次排列，随着应变比的增大，对应的是活动韧带的中间部分尺寸减小。施加载荷时由于中间部分较短的韧带所受应变较大，因此，活动韧带中间部分长度较短
到长度较长的韧带依次断裂，每条韧带断裂后相应谐振频率会依次减小，通过观察谐振频率的变化，以此来进行结构的疲劳监测。
[0033]接上述技术方案，所述贴片尺寸由下列公式计算，其中有效介电常数与基质的介电常数∈
r
、基质厚度h以及辐射贴片的宽度W有关，关系式如下：
[0034][0035]接上述技术方案，贴片的电长度增量ΔL的值常由以下公式给出：
[0036][0037]接上述技术方案，贴片的有效长度L
eff
为：
[0038]L
eff
＝+2ΔL
[0039]接上述技术方案，所述贴片宽度W为：
[0040][0041]接上述技术方案，所述贴片长度L
O
为：
[0042][0043]式中f
r
为挖槽前的贴片谐振频率。
[0044]接上述技术方案，两个初始谐振频率分别设定为f
10
＝1.8GHz和f
01
＝2.5GHz。
[0045]接上述技术方案，根据两个初始谐振频率f
10
和f
01
分别计算圆整后得到贴片的长度为40mm，宽度为28mm。
[0046]接上述技术方案，所述基质材料为FR4材料，基质介电常数∈
r
为4.4。
[0047]接上述技术方案，所述基质厚度为0.5mm、长度为64mm、宽度为44mm。
[0048]接上述技术方案，所述接地板厚度为1mm、长度为64mm、宽度为44mm。
[0049]接上述技术方案，所述韧带包括两种类型，一种是具有均匀长度的韧带，称为参考韧带，一种是包括两个宽度不同部分的韧带，称为活动韧带。
[0050]接上述技术方案，所述活动韧带的两端部分的长度L
O
为：
[0051][0052]式中L
O
为活动韧带两端部分的长度，L
R
为参考韧带的长度，X为应变比。
[0053]接上述技术方案，所述活动韧带的中间部分的长度L...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微带天线的多韧带疲劳传感器，其特征在于，包括介质基层及设置在介质基层上表面的贴片天线和设置在介质基层下表面的金属接地板；所述贴片天线由多个交替的槽和韧带构成，所述韧带包括参考韧带和活动韧带，所述活动韧带由宽度不同的两个部分组成，每个活动韧带中间部分宽度小于两端部分宽度，各个活动韧带相对于参考韧带的应变比按递增顺序依次排列，随着应变比的增大，对应的活动韧带的中间部分尺寸减小；受力时活动韧带中间部分长度短的韧带到中间部分长度长的韧带依次断裂，每条活动韧带断裂后相应谐振频率依次减小，通过观察谐振频率的变化，进行结构的疲劳监测。2.根据权利要求1所述的基于微带天线的多韧带疲劳传感器，其特征在于，每条活动韧带两个部分的宽度均与其它活动韧带两个相同部分的宽度相同。3.根据权利要求1所述的基于微带天线的多韧带疲劳传感器，其特征在于，每条活动韧带中间部分长度各不相同。4.根据权利要求1所述的基于微带天线的多韧带疲劳传感器，其特征在于，所述贴片尺寸由下列公式计算，其中有效介电常数与基质的介电常数∈
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云飞，许晨旭，范雪骐，王欣仁，薛志钢，蔡镐，
申请(专利权)人：江苏省特种设备安全监督检验研究院，
类型：发明
国别省市：