[发明专利]监测焊缝裂纹的无源无线贴片天线传感器

说明书

本发明公开了一种用于监测焊缝裂纹的无源无线贴片天线传感器，包括介质基层，介质基层上表面的中心位置设有金属贴片，介质基层的上方设有号角天线，介质基层下表面设有两个支撑块，两个支撑块贴合于介质基层下表面的左右两侧，且与介质基层的边缘重合，两个支撑块之间为空气介质层，支撑块与金属贴片在垂直方向上无重合部分；监测焊缝裂纹时，焊缝位于两个支撑块形成的空气介质层内，且位于金属贴片的下方。本发明的无源无线贴片天线传感器采用号角天线进行无线问询，不需要外部电源和线缆，可以长时间使用。

技术领域

本发明涉及无损检测领域和结构健康检测领域，尤其涉及一种监测焊缝裂纹的无源无线贴片天线传感器。

背景技术

焊接是钢结构连接中重要的连接方式，因具有加工方便，构造简单，连接简单，连接性能好，节省材料、刚度大，可实现不同形状和材料的连接成型，为结构设计提供了较大的灵活性等优点，而广泛应用于桥梁、船舶、汽车、高压容器、航天航空等各个行业领域。但是由于焊接缺陷或应力集中的存在，在长期的交变载荷、环境温度和腐蚀条件等因素的影响下，疲劳裂纹常常在焊缝处萌生并扩展，扩展到临界尺寸的裂纹是造成疲劳破坏事故发生的主要原因，往往给实际生产，甚至生命、财产带来灾难性的损失。

传统的对于焊缝裂纹的检测方法有超声法、涡流法、渗透法、磁粉法、射线法等。但这些方法都存在着明显的缺陷，如技术误差大、成本高、操作繁琐、检测周期长或者只能判断裂纹的有无而不能定量识别裂纹。随着学科交叉领域的兴起，一种基于微带天线的传感器可以用来检测裂纹，它体积小、重量轻、制造简单，成本低且无源无线可以长期检测结构的健康情况。但是这种传感器的工作环境常常需要一个可以粘贴的平面，因为焊缝余高的原因，天线传感器无法覆盖在焊缝表面；天线传感器的工作原理是基于自身谐振频率的改变，而应变同样会改变传感器的谐振频率，这会对传感器的精度造成影响。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在与提供一种用于监测焊缝裂纹的无源无线贴片天线传感器。传感器可以适用于焊缝的结构，且能有效地降低应变传递效率，可以满足对于焊缝裂纹的识别与监测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种用于监测焊缝裂纹的无源无线贴片天线传感器，包括介质基层，介质基层上表面的中心位置设有金属贴片，介质基层的上方设有号角天线，介质基层下表面设有两个支撑块，两个支撑块贴合于介质基层下表面的左右两侧，且与介质基层的边缘重合，两个支撑块之间为空气介质层，支撑块与金属贴片在垂直方向上无重合部分；监测焊缝裂纹时，焊缝位于两个支撑块形成的空气介质层内，且位于金属贴片的下方。

接上述技术方案，金属贴片2的长度为35-45mm，宽度为15-25mm，厚度为0.035mm-0.05mm。

接上述技术方案，介质基层3是绝缘材料，其长度为75-85mm，宽度为55-65mm。

接上述技术方案，支撑块的长度为55-65mm，宽度为15-25mm，厚度为3-5mm。

接上述技术方案，监测焊缝裂纹时，两个支撑块粘贴在接地板上，焊缝位于金属导体、接地板和两个支撑块所围成的空气介质层内部。

接上述技术方案，号角天线的工作频率范围0～6GHZ。

接上述技术方案，金属贴片采用良导体铜材料，介质基层采用FR4材料，支撑块采用聚四氟乙烯材料。

接上述技术方案，接地板和焊缝的材料为钢。

本发明产生的有益效果是：本发明的无源无线贴片天线传感器采用号角天线进行无线问询，不需要外部电源和线缆，可以长时间使用；传感器本身结构简单，体积小，重量轻，便于加工制造；由于支撑块产生的空气介质层可以适用于焊缝的结构且能有效地降低应变的影响；能长期有效的对焊缝裂纹萌生和扩展进行监控。

附图说明