[发明专利]一种基于二元贴片天线阵列的应变与裂纹解耦测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于二元贴片天线阵列的应变与裂纹解耦测量装置，其特征在于，该装置包括补偿天线(1)、测量天线(2)和无线问询装置(3)，补偿天线(1)和测量天线(2)是两个结构和尺寸均不相同的矩形贴片天线，补偿天线(1)和测量天线(2)分别粘贴在待测结构表面上；补偿天线(1)和测量天线(2)均为谐振腔结构，无线问询装置(3)分别向补偿天线(1)和测量天线(2)发射扫频电磁波，根据反射回来的信号分别获得其谐振频率，进而根据谐振频率解耦测量得到粘贴测量天线(2)处的应变大小和贴片下方的裂纹特征；

补偿天线(1)包括辐射贴片、基质和接地板，基质设置在辐射贴片和接地板之间，通过强力胶水将接地板下方粘贴到待测结构表面；

测量天线(2)包括辐射贴片和基质，通过强力胶水将基质下方粘贴到待测结构表面。

2.根据权利要求1所述的基于二元贴片天线阵列的应变与裂纹解耦测量装置，其特征在于，补偿天线(1)的基质的材料为FR4，辐射贴片和接地板的材料为铜，采用印刷电路板工艺将铜沉积到FR4基质的上下表面制作而成。

3.根据权利要求1所述的基于二元贴片天线阵列的应变与裂纹解耦测量装置，其特征在于，测量天线(2)的基质的材料为FR4，辐射天线的材料为铜，采用印刷电路板工艺将铜沉积到FR4基质的上表面制作而成。

4.根据权利要求1所述的基于二元贴片天线阵列的应变与裂纹解耦测量装置，其特征在于，无线问询装置(3)包括号角天线、射频环行器、网络分析仪和数据处理模块，用于访问补偿天线和测量天线并获取二者的实时谐振频率。

5.一种采用权利要求1的基于二元贴片天线阵列的应变与裂纹解耦测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在待检测的结构表面，将补偿天线和测量天线分别粘贴在待测结构表面上，分别记录补偿天线和测量天线的初始谐振频率；

S2、无线问询装置实时向补偿天线和测量天线发射扫频电磁波，根据反射回来的信号分别获取其谐振频率；

S3、当待测结构表面发生裂纹时，补偿天线的接地板隔离了待测结构表面裂纹对其谐振频率的影响，仅感知应变，测量天线感知应变和裂纹综合信息；根据补偿天线和测量天线的实时谐振频率，结合其初始谐振频率，实现应变和裂纹信息的解耦测量。

6.根据权利要求5所述的基于二元贴片天线阵列的应变与裂纹解耦测量装置的测量方法，其特征在于，步骤S3中计算应变和裂纹信息的方法为：

若测量天线下方存在垂直于其工作方向的裂纹：

获得补偿天线和测量天线的实时谐振频率f_A和f_B后，根据以下公式计算应变大小ε：

其中，补偿天线的初始谐振频率为f_0A，补偿天线的应变灵敏度为s_Aε；

进而分离出裂纹引起的谐振频率变化为：

其中，测量天线的初始谐振频率为f_0B，测量天线的应变灵敏度为s_Bε。