[发明专利]一种基于圆形微带贴片天线的全向应变检测方法

说明书

本发明公开了一种基于圆形微带贴片天线的全向应变检测方法，在役结构承载部件极易在应力集中处萌生裂纹，因此，以应力作为结构健康监测的重要参数，利用应变传感器对应力集中位置进行应变监测，可有效评估结构的健康状态。微带贴片天线与传统应变传感器相比，具有结构简单，可无线测量的特点，成为结构部件应变传感器研究的热点之一。贴片天线的中心频率与自身尺寸有关，当其尺寸发生变化时，中心频率也会发生相应的偏移，因此，可利用贴片天线中心频率的变化来表征应变。利用圆形微带贴片天线的周向中心频率一致性的特点，通过获取应变状态下贴片天线平面不同角度上的中心频率，来实现结构应变的全向检测，为结构健康监测提供新的检测方法。

技术领域

本发明属于结构健康监测领域，具体涉及一种基于圆形微带贴片天线的全向应变检测方法。

背景技术

在役结构承载部件极易在应力集中处萌生裂纹，因此，以应力作为结构健康监测的重要参数，利用应变传感器对应力集中位置进行应变监测，可有效评估结构的健康状态。

传统应变传感器在结构上布设冗长的电缆，且需要电池供电，结构复杂，成本昂贵，严重制约了传感器的使用。随着无线通信和数字电子技术的发展，以及学科交叉的兴起，新型传感技术得到极大发展，利用无源无线应变传感器进行结构健康监测成为国内外研究的热点。

微带贴片天线具有低剖面、重量小、体积小、能与载体共形、制造简单、成本低和便于集成等优点，被广泛应用于无线通信领域。微带贴片天线的中心频率与自身尺寸有关，当其尺寸发生变化时，中心频率也会发生相应的偏移，因此，可利用贴片天线中心频率的变化来表征应变。本发明利用圆形微带贴片天线的周向中心频率一致性的特点，通过获取应变状态下贴片天线平面不同角度上的中心频率，来实现结构应变的全向检测。

发明内容

本发明的目的是为了解决结构应变的全向检测问题，提出一种基于圆形微带贴片天线的全向应变检测方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下方案：一种基于圆形微带贴片天线的全向应变检测方法，该方法的实现过程如下：

步骤1)：建立应变与中心频率偏移关系表达式；

圆形微带贴片天线的中心频率与自身尺寸有关，当其发生形变时,中心频率也会发生相应的变化，因此,可利用中心频率的变化来表征应变：

其中：ε为应变，f_r为圆形微带贴片天线中心频率，f_rs为圆形微带贴片天线应变后的中心频率；

步骤2)：搭建检测系统；

该检测系统包括：网络分析仪(1)、同轴电缆(2)、喇叭天线(3)和圆形微带贴片天线(4)；其中，喇叭天线(3)通过同轴电缆(2)与网络分析仪(1)相连，喇叭天线(4)放置于圆形微带贴片天线(4)正上方，并且，喇叭天线(3)的E面、H面分别平行于圆形微带贴片天线(4)平面的x轴和y轴；

步骤3)：应变大小及方向的检测；

通过喇叭天线(3)实现对中心频率为f_r的圆形微带贴片天线(4)的无线激励；取网络分析仪(1)激励接收到的回波损耗曲线S₁₁的最低点为圆形微带贴片天线(4)y轴方向应变后的中心频率f_rs，进而由公式(1)求得该角度方向上的应变；将喇叭天线沿z轴旋转0-90°，即可测得圆形微带贴片天线(4)其他不同角度方向上应变后的中心频率，最终实现结构应变的全向检测。

附图说明

图1为检测系统示意图；

图2为圆形微带贴片天线结构示意图；

图3为喇叭天线结构示意图；