[发明专利]一种裂纹传感标签及方法

说明书

本发明提供了一种裂纹传感标签及方法，包括：介质基板、标签芯片、天线和金属贴片，标签芯片和天线分别与介质基板的上表面贴合，标签芯片和天线连接，金属贴片与介质基板的下表面贴合，天线和金属贴片连接，本发明监测裂纹发生情况时，无需破坏裂纹传感标签的几何结构，能在一个监测周期结束后将裂纹传感标签取下，用于下一次的表面裂纹监测；监测区域为裂纹传感标签的覆盖区域，与耦合标签互补，能进一步扩大裂纹传感区域，全方位的监测待测金属构件；本裂纹传感标签能识别达到毫米级精度的裂纹深度变化。

技术领域

本发明涉及金属表面裂纹传感领域和射频识别领域，尤其涉及一种裂纹传感标签及方法。

背景技术

表面裂纹是金属构件在使用过程中的常见缺陷，广泛存在于石油、天然气管道、桥梁和飞机蒙皮等金属构件中，易带来严重的安全隐患。因此，常需要借助传感器实时监测金属构件在服役过程中的裂纹产生及扩展情况。

传统的裂纹装置包括光纤传感器、压电陶瓷传感涂层和天线传感器，这些传统的裂纹监测手段都需要将测量设备和传感器通过有线的方式连接，而有线的监测方式不仅带来线路安全隐患，也使传感装置的布设受到限制。

目前，射频识别系统可通过无线、无源的信息传输方式获得预先存储于传感装置内的信息。这种无线、无源的信息传输方式得到了众多关注，近十年诞生了多种类型的传感标签，实现了温度、湿度、腐蚀程度和位移等多种监测功能，成为建立物联网、多传感器网络的重要技术之一。

但是，现有的裂纹传感标签大多属于易损型，即传感装置的几何结构会随着裂纹扩展过程发生变化，从而导致传感装置性能降低。如传感装置信号发射设备的发射功率阈值提高，传感装置的极限阅读距离降低，谐振频率发生偏移，导致传感装置无法正常读取数据。虽然目前可以通过监测传感装置性能的变化，实现无线、无源的金属表面裂纹监测。然而，此种裂纹传感标签的结构会随着裂纹变化而被破坏，因此只能使用一次，无法被再次使用。

同时，另一种现有的裂纹传感标签是利用一对耦合标签作为传感装置进行裂纹监测。当两个互相耦合的标签的间隔区域出现裂纹时，耦合标签之间的相对距离会随着裂纹扩展而增大，从而改变耦合标签的耦合状态及两个耦合装置的性能参数，因此可以通过耦合的标签的性能参数变化表征裂纹的扩展情况，这种耦合标签无需破坏传感装置的几何结构实现裂纹监测，但只能监测到两个耦合标签之间间隔区域内的裂纹。对于出现在耦合标签覆盖区域的裂纹，目前还没有一种无须破坏标签结构的裂纹监测方法。

因此，目前缺乏一种可重复使用且能无线监测裂纹传感标签覆盖区域内裂纹情况的裂纹传感标签，与耦合标签作为裂纹传感标签的方法形成互补，全方位监测裂纹产生及扩展情况。

发明内容

为了解决目前缺乏一种可重复使用且能无线监测裂纹传感标签覆盖区域内的裂纹情况，与耦合标签作为裂纹传感标签的方法形成互补的裂纹传感标签，本发明提供了一种裂纹传感标签，包括：介质基板、标签芯片、天线和金属贴片，标签芯片和天线分别与介质基板的上表面贴合，标签芯片和天线连接，金属贴片与介质基板的下表面贴合，天线和金属贴片连接。

优选地，介质基板和金属贴片分别与待测金属构件表面贴合，待测金属构件为平板状金属构件，待测金属构件表面产生的裂纹与裂纹传感标签的长边垂直。

优选地，本裂纹传感标签还包括短路针，天线通过短路针与金属贴片连接。

优选地，标签芯片与天线间隔连接，标签芯片对立的两侧引脚分别和天线连接。

优选地，天线的几何结构参数利用电磁仿真软件HFSS或CST确定。

另外，本发明还提供了一种裂纹传感方法，包括：