[发明专利]一种基于微带天线的无源无线温度裂纹二元传感器阵列

权利要求书

1.一种基于微带天线的无源无线温度裂纹二元传感器阵列，其特征在于，包括设置于介质基层上表面的信号收发贴片天线和测量贴片天线阵列，测量贴片天线阵列包括裂纹监测阵元和温度监测阵元，裂纹监测阵元和温度监测阵元分别通过长度不同的延时传输馈线与信号收发贴片天线连接；信号收发贴片天线与外部设备进行数据通信；

所述传感器阵列的裂纹监测方法包括如下步骤，S01.在传感器的介质基层上方设置测量贴片天线阵列；S02.设定裂纹监测阵元的工作谐振频率f₁₀₀，采用裂纹监测阵元测量谐振频率，计算裂纹监测阵元的谐振频率的偏移量Δf₁；S03.设定温度监测阵元的工作谐振频率f₁₀，利用温度监测阵元测量谐振频率f′₁₀，根据传感器的温度监测原理得到温度的变化值ΔT；其中，α_ε为基质的介电常数温度系数，α_T为基质的热膨胀系数；S04.将ΔT、f₁₀₀代入上式，计算温度引起的裂纹监测阵元谐振频率的偏移量Δf₃；S05.利用温度监测阵元对裂纹监测阵元的谐振频率偏移量进行修正，修正后的裂纹监测阵元的谐振频率偏移量为Δf₄＝Δf₁-Δf₃；S05.根据传感器的裂纹监测原理，利用修正后的裂纹监测阵元的谐振频率推算出裂纹长度。

2.根据权利要求1所述的一种基于微带天线的无源无线温度裂纹二元传感器阵列，其特征在于，温度监测阵元的长度为40mm，宽度为28mm，厚度为0.035mm。

3.根据权利要求1所述的一种基于微带天线的无源无线温度裂纹二元传感器阵列，其特征在于，裂纹监测阵元的长度为100mm，宽度为60mm，厚度为0.035mm。

4.根据权利要求1所述的一种基于微带天线的无源无线温度裂纹二元传感器阵列，其特征在于，测量贴片天线阵列中相邻阵元之间的延时传输馈线长度差最小值Δd应该满足：

Δd≥ξc

式中，ξ为信号分析装置时域分析的分辨率，c为光速。

5.根据权利要求1所述的一种基于微带天线的无源无线温度裂纹二元传感器阵列，其特征在于，延时传输馈线的长度L_l根据待测结构的尺寸进行选择，宽度W_l由阻抗匹配公式确定：

式中，Z_c为延时传输馈线的特性阻抗，ε_r为相对介电常数，h为介质基层厚度。

6.根据权利要求1所述的一种基于微带天线的无源无线温度裂纹二元传感器阵列，其特征在于，信号收发贴片天线的长度和宽度均为20mm，厚度0.035mm。

7.根据权利要求1所述的一种基于微带天线的无源无线温度裂纹二元传感器阵列，其特征在于，介质基层的材料是绝缘材料，其长度为200mm，宽度为90mm，厚度为0.5mm。

8.根据权利要求1所述的一种基于微带天线的无源无线温度裂纹二元传感器阵列，其特征在于，还包括号角天线，所述号角天线的工作频率范围0～6GHz。

9.根据权利要求1所述的一种基于微带天线的无源无线温度裂纹二元传感器阵列，其特征在于，温度监测阵元和裂纹监测阵元采用良导体铜材料，介质基层采用FR4材料，设置于介质基层下方的接地板为金属结构。