[发明专利]基于双弧形贴片天线的螺栓松动传感器及松动监测系统

权利要求书

1.一种基于双弧形贴片天线的无源无线螺栓松动监测系统，其特征在于，包括RFID标签1、阅读器4和设置模块；阅读器4负责无线读取RFID标签1的信息并进行数据处理；

所述RFID标签1，置于被连接构件3表面；RFID标签1由两个组件组成，组件一12与组件二13位于同一表面，具体结构为：

组件一12为一圆板，其中心设有六边形开孔12-1和金属制的内圆弧12-2，六边形开孔12-1用于嵌套稳定固定于螺帽3-2外缘上；

组件二13为一矩形平面，用于贴合固定于连接构件3的上表面，该矩形平面上面贴合有中介质板并设有圆形孔13-1和金属制的外圆弧13-2；组件二作为电子标签传感器的主要部件还设有馈电微带线13-3、芯片13-4；外圆弧13-2和馈电微带线13-3相连，芯片13-4固定于中介质板并连接于馈电微带线13-3末端；将组件一圆板嵌入组件二的圆形孔13-1内，可转动，并接触到被连接构件3表面；内圆弧12-2、外圆弧13-2弧度相同，且两者匹配好初始位置，两者构成了电子标签的天线电容；当组件一圆板在组件二内转动时，内圆弧12-2相对于外圆弧13-2的位置错开，天线内部电容发生变化，等效电路中电子标签的天线工作频率发生变化；当被测螺帽3-2因松动相对于连接构件3发生转动时，组件一12圆板同步于螺帽3-2跟着一起发生转动，而组件二13固定于连接构件3上，从而组件一12中的内圆弧12-2和组件二13中的外圆弧13-2发生相对转动，天线内部电容发生扰动，其使天线的谐振频率发生漂移；

RFID标签1安装在待测螺帽3-2和被连接构件3上，负责将待测螺栓2的螺帽旋转角度的信息转化为电磁波信号并且传递给阅读器4；RFID标签包含天线与芯片，在角度测量中，内圆弧起到传感单元的作用；随着螺栓松动，螺帽发生旋转，组件一中的内圆弧与组件二中的外圆弧发生相对转动、正对面积发生改变，天线内部电容发生变化，其使天线的谐振频率发生漂移。

2.如权利要求1所述的一种基于双弧形贴片天线的无源无线螺栓松动监测系统，其特征在于，阅读器4包括无线收发模块、调制解调模块、控制模块、数字处理模块；通过无线收发模块、调制解调模块，RFID阅读器检测RFID标签的谐振频率漂移，经调制解调模块解调后提供给控制模块、数字处理模块，数字处理模块根据设置模块中的对应关系计算出两组件的相对转角，即螺帽旋转角度，进而判断螺栓状态。

3.如权利要求2所述的一种基于双弧形贴片天线的无源无线螺栓松动监测系统，其特征在于，其中控制模块，用于控制系统的RFID阅读器以不同的频率向RFID标签发射调制过的电磁波信号，当RFID标签接收到的信号功率达到阈值时，RFID标签中的芯片即可被激活；激活标签所需要的阅读器最小发射功率P_min(f)与阅读器所发射信号频率f有关，当阅读器以RFID标签中天线谐振频率发射信号时f_R，激活标签所需的最小发射功率P_min(f_R)最小。

4.如权利要求2或者3所述的一种基于双弧形贴片天线的无源无线螺栓松动监测系统，其特征在于，其中，数字处理模块通过寻找使最小发射功率达到最小值的发射频率，即可确定出RFID标签中天线的谐振频率；当天线内部内圆弧和外圆弧的正对面积发生变化，天线电容发生变化，其谐振频率漂移，通过该方法可以确定谐振频率漂移量，从而得出发生的转角值和螺帽旋转角度，根据螺帽旋转角度判断螺栓状态。

5.如权利要求1所述的一种基于双弧形贴片天线的无源无线螺栓松动监测系统，其特征在于，系统还包括存储模块，预存有各个电子标签传感器中芯片携带标签的编码和位置信息，系统利用RFID阅读器向标签发射调制的电磁波信号，可以识别该标签的编码，当RFID阅读器扫描范围布置多个RFID标签时，阅读器可以根据各标签的编码，标记各个测点的螺栓状态，并快速定位已经松动的螺栓。