【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于传感器，具体涉及一种基于组合曲折传输线的结构裂缝传感器、监测系统和方法。
技术介绍
1、土木工程结构在长期使用过程中，由于受到外界环境及荷载等因素的作用，往往会发生一定退化，结构易产生应力变形及开裂等。结构裂缝的产生会导致结构承载能力下降，严重时甚至造成结构的破坏和失效。因此，在结构的整个生命周期内，需要对结构裂缝进行监测，以便及时了解结构的服役状态，保证结构的安全可靠使用。
2、目前，用于结构裂缝监测的传感装置有多种类型，如基于电阻式、光纤式、振弦式等传感技术的结构裂缝传感器。这些传感器可以有效监测结构裂缝的产生，但是大部分仍需要持续的电源供应，以及采用有线的方式进行信号传输，这会导致监测系统布线复杂、安装费时、费力且成本高昂，使其在实际工程结构中的应用仍受到一定的限制。此外，由于目前基于电阻应变片等的单片式的平面传感器通常需要附着在结构表面受力并与结构发生协同变形，因此通常会面临变形传递效率不足等问题。
技术实现思路
1、为了解决传统结构裂缝传感器需要有线进行信号传输和电源供应的问题，并解决单片式平面传感器变形传递效率不足的缺点，提出了一种基于组合式曲折传输线的结构裂缝传感器及监测系统。技术方案为：
2、一种基于组合曲折传输线的结构裂缝传感器，包括下部基板、下部基板上覆曲折传输线、移动基板、移动基板下覆曲折传输线、射频芯片；所述下部基板上设有多个间隔分布的下部基板上覆曲折传输线，所述移动基板上设有多个间隔分布的移动基板下覆曲折传输线，所述下
3、进一步优选的，所述下部基板为高频介质板，下部基板下表面为接地平面，表面镀铜；移动基板为高频介质板；所述下部基板侧面、移动基板侧面均设有滑槽，所述滑槽内设有滑动支架。
4、进一步优选的，所述下部基板上覆曲折传输线材质为镀铜，移动基板下覆曲折传输线材质为镀铜；使用时，下部基板上覆曲折传输线与移动基板下覆曲折传输线紧密贴合且可以相对移动，形成一个组合式的曲折传输线。
5、进一步优选的，所述下部基板和/或移动基板厚度d为0.1-0.8cm；所述下部基板上覆曲折传输线和/或移动基板下覆曲折传输线宽度w为0.1-0.8cm。
6、一种结构裂缝监测系统，包括传感器和无线阅读器；所述无线阅读器包括控制模块和数字处理模块；其中，
7、数字处理模块根据设置的裂缝宽度与阈值激活功率对应关系计算出各传感器安装位置的裂缝宽度变化；
8、控制模块向传感器发射不同频率的调制电磁波信号，当传感器射频芯片所接收到的工作频率下电磁波信号功率达到阈值激活功率时，射频芯片即可被激活工作。
9、一种结构裂缝监测方法，包括以下步骤:
10、s1.安装传感器：
11、将传感器安装在裂缝一侧，其中下部基板固定在结构表面，且设有下部基板上覆曲折传输线的一面在上，所述移动基板位于下部基板上方，其移动基板下覆曲折传输线的一面在下，使下部基板上覆曲折传输线与移动基板下覆曲折传输线紧密贴合且可以相对移动，形成一个组合式的曲折传输线；移动基板与刚性传动杆连接，所述刚性传动杆与固定件连接，所述固定件固定在裂缝的另一侧的地面上；
12、s2. 裂缝宽度的监测：
13、当安装于结构表面的基于组合式曲折传输线的结构裂缝传感器经历裂缝宽度变化时，传感器内部组件移动基板与下部基板之间会发生相对移动，使组合式曲折传输线的总长度发生变化，并使传感器射频芯片阈值激活功率发生改变；通过该监测系统可以确定不同传感器安装位置处的裂缝宽度变化量，从而实现对多个结构裂缝的监测。
14、进一步优选的，步骤s2中，裂缝宽度的监测步骤如下：
15、s21.设置初始参数：
16、假设传感器 a的曲折传输线初始设计总长度设置为，其设计工作频率为，所连接射频芯片的初始阈值激活功率为，传感器的曲折传输线总长度对应芯片激活阈值功率灵敏度为，裂缝宽度增加量为，导致的曲折传输线总长度变为， n为下部基板上覆曲折传输线与移动基板下覆曲折传输线的重合个数；
17、s22.裂缝扩展后，传感器 a射频芯片的阈值激活功率变为，传感器 a安装位置处的裂缝宽度变化可以表示为：
18、 ；
19、s23. 通过无线阅读器发射不同功率以及不同频率的电磁波，根据各传感器射频芯片在各自工作频率下阈值激活功率的变化实现对不同位置裂缝宽度变化的监测。
20、与现有技术相比，本申请有益效果如下：
21、（1）通过电磁波进行信息传输，不需要线缆，使结构裂缝监测传感系统更加简单，布置更加灵活，在自然灾害下更不容易失效。
22、（2）通过电磁波为传感器提供能量，不需要电源线或电池为传感系统提供能量，大大减少了结构裂缝传感器安装的劳动力以及布线成本。
23、（3）以传感器组件相对移动导致的组合式曲折传输线总长度变化实现对裂缝宽度的传感，传感参数与目标监测变量在固定范围内有较为明确的关系。
24、（4）相比当前常用的与结构发生协同变形的单片式平面传感器，该组合式传感器用于结构裂缝传感时可以有效避免变形传递效率不足的问题。
25、（5）射频芯片可存储传感器编号和传感器安装位置等信息，该信息可由无线阅读器捕获，进而实现对裂缝传感器的快速定位。
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1.一种基于组合曲折传输线的结构裂缝传感器，其特征在于，包括下部基板、下部基板上覆曲折传输线、移动基板、移动基板下覆曲折传输线、射频芯片；所述下部基板上设有多个间隔分布的下部基板上覆曲折传输线，所述移动基板上设有多个间隔分布的移动基板下覆曲折传输线，所述下部基板上覆曲折传输线与移动基板下覆曲折传输线形成一个组合式的曲折传输线，所述下部基板外侧设有射频芯片。
2.根据权利要求1所述的一种基于组合曲折传输线的结构裂缝传感器，其特征在于，所述下部基板为高频介质板，下部基板下表面为接地平面，接地平面全部镀铜；移动基板为高频介质板；所述下部基板侧面、移动基板侧面均设有滑槽，所述滑槽内设有滑动支架。
3.根据权利要求1所述的一种基于组合曲折传输线的结构裂缝传感器，其特征在于，所述下部基板上覆曲折传输线材质为镀铜，移动基板下覆曲折传输线材质为镀铜；使用时，下部基板上覆曲折传输线与移动基板下覆曲折传输线紧密贴合且可以相对移动，形成一个组合式的曲折传输线。
4.根据权利要求1所述的一种基于组合曲折传输线的结构裂缝传感器，其特征在于，所述下部基板和/或移动基板厚度
5.一种根据权利要求1-4任一所述的传感器的监测系统，其特征在于，包括无线阅读器，所述无线阅读器包括控制模块和数字处理模块；其中，
6.一种结构裂缝监测方法，其特征在于，包括以下步骤:
7.根据权利要求6所述的结构裂缝监测方法，其特征在于，步骤S2中，裂缝宽度的监测步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于组合曲折传输线的结构裂缝传感器，其特征在于，包括下部基板、下部基板上覆曲折传输线、移动基板、移动基板下覆曲折传输线、射频芯片；所述下部基板上设有多个间隔分布的下部基板上覆曲折传输线，所述移动基板上设有多个间隔分布的移动基板下覆曲折传输线，所述下部基板上覆曲折传输线与移动基板下覆曲折传输线形成一个组合式的曲折传输线，所述下部基板外侧设有射频芯片。
2.根据权利要求1所述的一种基于组合曲折传输线的结构裂缝传感器，其特征在于，所述下部基板为高频介质板，下部基板下表面为接地平面，接地平面全部镀铜；移动基板为高频介质板；所述下部基板侧面、移动基板侧面均设有滑槽，所述滑槽内设有滑动支架。
3.根据权利要求1所述的一种基于组合曲折传输线的结构裂缝传感器，其特征在于，所述下部基板...
【专利技术属性】
技术研发人员：李宪之，侯东帅，崔维久，赵传凯，徐康乾，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：
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