發(fā)布時間：2018-10-11 17:53

【摘要】：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(SHM),是一種自動監(jiān)測結(jié)構(gòu)健康狀況的方法,它是保障結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵性技術(shù)之一。傳統(tǒng)的健康監(jiān)測方法,具有布設、維護費用高、安裝復雜、需要人工操作等諸多缺點。本文旨在研究出一種無源、無線、可靠性高且低成本的RFID的應變傳感技術(shù)。研究的方向為探究RFID天線應變頻率響應機理。本文首先理論推導縱向應變過程,證明了微帶天線諧振頻率和應變之間存在良好的線性關(guān)系。利用HFSS建模,設計了微帶線饋電和同軸線饋電的貼片天線,設計諧振頻率為2.45GHz。通過縱向應變的仿真和實驗,驗證了微帶貼片天線作為應變傳感器的可能性。針對天線設計和實驗過程存在的問題,論文提出了改進實驗的方法。論文接著設計了一個帶過孔的1/4波長的微帶貼片天線。通過理論推導、建模仿真和實驗,證明了微帶天線的縱向應變靈敏度要遠高于橫向應變靈敏度。論文還詳細分析了實驗和仿真的靈敏度差異。通過傳遞效率測量實驗,研究傳遞效率與應變的關(guān)系,修正了實驗應變靈敏度;通過基于泊松效應進行應變仿真,修正了仿真應變靈敏度。最終確定應變傳感器諧振頻率偏移率和應變關(guān)系的靈敏度為-0.8652。為了推動天線應變傳感器的實用化,本文設計了一種帶過孔的同軸饋電的微帶貼片天線。并設計了無線測量方案,研究測量距離與系統(tǒng)諧振頻率的關(guān)系,確定了最佳的無線測量距離為6cm處。在測量距離為6cm處,進行了應變測量實驗。實驗的結(jié)果證明無線測量時,天線應變與諧振頻率偏移率之間仍存在線性關(guān)系。
[Abstract]:Structural health monitoring (SHM),) is an automatic method for monitoring structural health. It is one of the key technologies to ensure structural safety. The traditional health monitoring method has many disadvantages, such as layout, high maintenance cost, complex installation, manual operation and so on. The purpose of this paper is to develop a passive, wireless, reliable and low cost strain sensing technique for RFID. The research direction is to explore the mechanism of strain frequency response of RFID antenna. In this paper, the longitudinal strain process is deduced theoretically, and it is proved that there is a good linear relationship between the resonant frequency and the strain of the microstrip antenna. A patch antenna with microstrip line feed and coaxial feed is designed by using HFSS model. The resonant frequency is 2.45 GHz. The possibility of using microstrip patch antenna as strain sensor is verified by simulation and experiment of longitudinal strain. Aiming at the problems in antenna design and experiment, the paper puts forward the method to improve the experiment. Then a 1 / 4 wavelength microstrip patch antenna with holes is designed. It is proved that the longitudinal strain sensitivity of the microstrip antenna is much higher than that of the transverse strain sensitivity through theoretical derivation, modeling, simulation and experiment. The sensitivity difference between experiment and simulation is analyzed in detail. The relationship between the transfer efficiency and the strain is studied and the strain sensitivity is corrected through the experiment of measuring the transfer efficiency, and the strain sensitivity is modified by the strain simulation based on the Poisson effect. Finally, the sensitivity of resonance frequency offset rate and strain relation of strain sensor is -0.8652. In order to promote the practical application of antenna strain sensor, a microstrip patch antenna with a coaxial feed through a hole is designed in this paper. A wireless measurement scheme is designed to study the relationship between the measurement distance and the resonant frequency of the system. The optimal wireless measurement distance is determined to be 6cm. Strain measurement experiments were carried out at 6cm distance. The experimental results show that there is still a linear relationship between antenna strain and resonant frequency offset in wireless measurement.
【學位授予單位】：上海應用技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.44;TN820

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本文編號：2264717