[发明专利]一种基于耦合贴片天线的结构加速度检测装置

说明书

本发明涉及一种基于耦合贴片天线的结构加速度检测装置，其特征在于，用于检测待测结构的结构加速度，包括加速度传感器、阅读器、发射天线和数据终端，所述的加速度传感器包括底座和贴片天线，所述的贴片天线包括接地平面、基板、芯片和辐射单元，所述的辐射单元包括辐射贴片和耦合贴片，所述的基板、接地平面和底座依次连接，所述的辐射贴片和芯片设置在基板上，所述的耦合贴片通过振动敏感梁固定在底座上，所述的耦合贴片和辐射贴片之间设有间隔；检测时加速度传感器固定在待测结构上，所述的阅读器通过发射天线收发信号，提取贴片天线的谐振频率，所述的数据终端根据谐振频率计算得到待测结构的结构加速度。与现有技术相比，本发明具有布设简单、成本低、适用性强、可靠性高和使用寿命长等优点。

技术领域

本发明涉及一种结构加速度检测技术，尤其是涉及一种基于耦合贴片天线的结构加速度检测装置。

背景技术

加速度信息目前被广泛用于结构抗风和抗震能力标定、飞行器安全性能评估、车祸报警、高压导线舞动等场景中。采集加速度信息一般需要用到加速度传感器，传统的加速度传感器，包括振弦式传感器、电容式传感器、光纤式传感器等，可以对结构的进行动态加速度检测，但是，由于传统传感器采用电缆进行数据传输和能源供给，在复杂的检测环境中，往往会产生极为复杂的布线，需要较高的人力成本，且检测系统故障后较难排除和修复。通过在加速度传感器节点上增添电源供应设备，可以对加速度传感器节点进行无线访问。但是，这些传感器一方面安装较为困难，且较为昂贵，因此，很难应用于常态化、分布式的加速度传感监测系统；另一方面，由于体积较大、占空较多，有源加速度传感器在旋转过程中失效概率较大，很难应用于混凝土埋置式监测和旋转体的加速度监测中，限制了有源加速度传感器的发展。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于耦合贴片天线的结构加速度检测装置，布设简单，成本低，适用性强，可靠性高，使用寿命长。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于耦合贴片天线的结构加速度检测装置，用于检测待测结构的结构加速度，包括加速度传感器、阅读器、发射天线和数据终端，所述的加速度传感器包括底座和贴片天线，所述的贴片天线包括接地平面、基板、芯片和辐射单元，所述的辐射单元包括辐射贴片和耦合贴片，所述的基板、接地平面和底座依次连接，所述的辐射贴片和芯片设置在基板上，所述的耦合贴片通过振动敏感梁固定在底座上，所述的耦合贴片和辐射贴片之间设有间隔；

检测时加速度传感器固定在待测结构上，所述的阅读器通过发射天线收发信号，提取贴片天线的谐振频率，所述的数据采集终端根据谐振频率计算得到待测结构沿垂直于振动敏感梁方向上的结构加速度；

所述的贴片天线的谐振频率跟耦合贴片和辐射贴片之间的正对距离有关，由于振动敏感梁具有弹性，当待测结构发生振动时，所述的振动敏感梁发生振动，所述的耦合贴片会随着振动敏感梁振动，此时耦合贴片和辐射贴片之间的距离发生变化，从而改变了贴片天线的谐振频率，此时，通过对贴片天线的谐振频率进行检测和计算，可以表征待测结构此时沿垂直于振动敏感梁方向上的结构加速度；

所述的加速度传感器具有一种无源无线的传感器，不需要通过预装电池或者馈电线进行能量输入，而是通过接收发射天线的电磁波进行能源输入，也不需要额外的馈电线进行数据传输，当待测结构发生振动时，所述的贴片天线的谐振频率发生变化，可以通过阅读器获取谐振频率的改变量，进而推算出短接贴片与辐射贴片的相对错动情况，从而无源无线获得结构的振动加速度信息；

所述的芯片中存储有加速度传感器的对应的编号和位置信息，当布置多个加速度传感器时，便于识别信息来源。

进一步地，所述的底座包括底部连接板以及垂直设置在底部连接板上的侧向支承板。

进一步地，所述的振动敏感梁垂直设置在侧向支承板上，振动敏感梁未发生振动时耦合贴片和辐射贴片平行。

进一步地，所述的侧向支承板和底部连接板粘接。