基于射频能量自供能的温度监测传感器节点设计

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作者 徐博 任力生 王芳 《传感技术学报》 北大核心 2025年第2期241-248,共8页

设计了一种基于射频能量自供能可超长时间工作的温度监测传感器节点,主要包括Patch天线、整流模块、电源管理模块、温度模块。所设计的Patch天线带宽为380 MHz、中心频率点增益为7.6 dB、回波损耗(VSWR)为-29.25 dB;整流模块有效输入范... 设计了一种基于射频能量自供能可超长时间工作的温度监测传感器节点,主要包括Patch天线、整流模块、电源管理模块、温度模块。所设计的Patch天线带宽为380 MHz、中心频率点增益为7.6 dB、回波损耗(VSWR)为-29.25 dB;整流模块有效输入范围内可连接任意标准阻抗天线使用,整流效率维持在50%以上,接收功率为3 dBm时整流效率最高达到64.3%;2 m以内系统冷启动时间不超过85.6 s,温度模块可以每隔1 s发送一次温度数据,并且工作寿命远远长于传统传感器节点。实物制作完成后分别在实验室及温室大棚中进行实验验证,结果表明,设计的传感器节点具有收集距离长、启动时间短、适配性高、工作寿命长的特点,使传感器节点彻底摆脱了传统供电模式的限制,具有应用参考价值。 展开更多

关键词 射频能量收集 patch天线 自供能 传感器节点

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基于矩形贴片天线的应变传感器模拟与测试 被引量：2

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作者 薛松涛 蒋灿 +2 位作者 谢丽宇 王世聪 万国春 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2018年第1期136-142,共7页

当贴片天线经历应变时,天线形状发生改变,导致其谐振频率发生偏移。基于此原理,提出采用矩形贴片天线的应变传感器测量结构中的应变。采用了2.4GHz的1/4波长矩形贴片天线作为应变传感单元,首先,利用HFSS^(TM)软件设计应变传感器的尺寸参... 当贴片天线经历应变时,天线形状发生改变,导致其谐振频率发生偏移。基于此原理,提出采用矩形贴片天线的应变传感器测量结构中的应变。采用了2.4GHz的1/4波长矩形贴片天线作为应变传感单元,首先,利用HFSS^(TM)软件设计应变传感器的尺寸参数,分别模拟该天线在长度与宽度方向经历拉应变时的谐振频率偏移;其次,分别将贴片天线以纵向、横向的方式粘贴在铝板上进行了受拉实验;最后,利用网络分析仪获得天线的谐振频率。模拟与测试结果表明,天线的谐振频率偏移与天线长度方向上的应变具有良好的线性关系,同时,天线宽度方向上的应变对其谐振频率的影响较小。 展开更多

关键词 贴片天线 应变传感器 谐振频率 应变传递效率

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航空发动机叶尖间隙测试微波传感器设计与计算 被引量：5

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作者 谢兴娟 吴娅辉 朱振宇 《传感器与微系统》 CSCD 2015年第5期63-65,共3页

设计了一种基于微带贴片天线原理的微波传感器,用于航空发动机的叶尖间隙测量与主动叶尖间隙控制。此传感器通过微波相位法行间隙距离的测量,不受发动机中燃油和污染影响,有很高的测量精度和稳定性。在理论分析的基础上,建立了工作在24 ... 设计了一种基于微带贴片天线原理的微波传感器,用于航空发动机的叶尖间隙测量与主动叶尖间隙控制。此传感器通过微波相位法行间隙距离的测量,不受发动机中燃油和污染影响,有很高的测量精度和稳定性。在理论分析的基础上,建立了工作在24 GHz左右的微波传感器模型,通过模拟计算得到了0.1~6 mm测试范围内最低灵敏度为0.5°/mm,验证了该设计的正确性。 展开更多

关键词 微波传感器 微带贴片天线 叶尖间隙

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基于微波的无线无源贴片式温度传感器 被引量：5

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作者 闫丹 陈晓勇 +2 位作者 杨勇 刘欣 熊继军 《微纳电子技术》 北大核心 2018年第2期110-115,共6页

针对温度参数的测试需求,选择印刷电路板（PCB）材料作为传感器的基板,利用其介电性能设计了一种基于微波的无线无源温度传感器,其谐振频率为2.4 GHz。传感器集成了贴片天线用以无线传输温度信号,当温度升高时,PCB材料的介电常数增大,... 针对温度参数的测试需求,选择印刷电路板（PCB）材料作为传感器的基板,利用其介电性能设计了一种基于微波的无线无源温度传感器,其谐振频率为2.4 GHz。传感器集成了贴片天线用以无线传输温度信号,当温度升高时,PCB材料的介电常数增大,传感器的谐振频率降低,通过监测传感器的谐振频率达到测温的目的。经过理论分析、参数设计、软件仿真和实验测试过程,验证了贴片式温度传感器的可行性和实用性。在25~115℃内,谐振频率由2.395 GHz降为2.344 GHz,绝对灵敏度为566.7 kHz/℃。该传感器具有集成度高、结构简单、易于加工和成本低的优点。 展开更多

关键词 温度传感器 贴片天线 印刷电路板(PCB)材料 介电常数 谐振频率 无线无源

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无应力组合贴片天线传感器温度性能模拟测试 被引量：1

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作者 薛松涛 易卓然 +1 位作者 谢丽宇 万国春 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期1439-1445,共7页

基于组合式贴片天线的无源无线传感器可应用于结构形变的测量,但环境温度的变化会影响组合式贴片天线的电磁性能。针对环境温度变化影响天线传感器性能的问题,通过温度效应影响理论研究了材料温度系数(热膨胀)和介电常数变化(电磁场变化... 基于组合式贴片天线的无源无线传感器可应用于结构形变的测量,但环境温度的变化会影响组合式贴片天线的电磁性能。针对环境温度变化影响天线传感器性能的问题,通过温度效应影响理论研究了材料温度系数(热膨胀)和介电常数变化(电磁场变化)对组合式天线谐振频率的影响规律,采用多物理场耦合方法对组合式贴片天线传感器进行了温度效应的数值模拟,对受热膨胀和基板介电常数受热变化的影响进行了量化分析。基于数值模拟明确了天线谐振频率变化的主要原因是基板受热导致介电常数变化,材料受热膨胀引起的谐振频率变化约为主因引起变化的20%,且为负相关。通过试验进一步研究温度对谐振频率的影响,将组合式贴片天线置于温箱中测定了温度梯度下谐振频率变化。模拟和试验结果均表明,随温度的升高,组合式贴片天线一阶纵向谐振频率增加,且具有线性关系,线性拟合系数均高于0.93,模型仿真平均增量预测误差小于20%。明确了该类组合式天线可采用线性温度补偿机制进行形变测量值的修正,为组合式天线传感器在实际工程应用中提供了技术基础。 展开更多

关键词 贴片天线 形变传感器 温度补偿 结构健康监测 谐振频率 耦合效应 介电常数 热膨胀

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基于COMSOL的贴片天线传感器应变测量仿真及试验研究 被引量：1

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作者 刘志平 毛艳飞 +2 位作者 周凯 李大强 柯亮 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2018年第8期1-5,共5页

文中建立了基于COMSOL Multiphysics的多物理场数值模型,研究了应变传递效率及其影响参数,研究了谐振频率和被测应变之间的关系,最后对传递效率及应变测试灵敏度进行了试验验证。结果表明,使用COMSOL Multiphysics进行多物理场仿真的结... 文中建立了基于COMSOL Multiphysics的多物理场数值模型,研究了应变传递效率及其影响参数,研究了谐振频率和被测应变之间的关系,最后对传递效率及应变测试灵敏度进行了试验验证。结果表明,使用COMSOL Multiphysics进行多物理场仿真的结果与试验结果具有很好的一致性。 展开更多

关键词 贴片天线传感器 应变测试 COMSOLMultiphysics 多物理场仿真 应变灵敏度 应变传递效率

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一种声表面波无线传感器的小型化微带天线 被引量：10

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作者 郭珂君 彭斌 张万里 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第10期1453-1456,共4页

声表面波(SAW)无源无线传感器常用于检测复杂环境下的物理参数。针对SAW无线无源传感器天线对低轮廓、小尺寸天线的要求,同时采用短路加载技术和贴片开槽技术,设计了一款小型化的低轮廓微带天线,天线贴片尺寸仅为21.4 mm×21.3 mm,... 声表面波(SAW)无源无线传感器常用于检测复杂环境下的物理参数。针对SAW无线无源传感器天线对低轮廓、小尺寸天线的要求,同时采用短路加载技术和贴片开槽技术,设计了一款小型化的低轮廓微带天线,天线贴片尺寸仅为21.4 mm×21.3 mm,高度仅1 mm。测试结果表明,天线,在小型化、低轮廓与增益之间取得良好折中。利用制作的天线,实现了SAW无源无线传感器的检测。 展开更多

关键词 微带天线 小型化 短路针 贴片开槽 SAW无源无线传感器

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面向结构裂纹监测的贴片天线传感器技术研究进展 被引量：1

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作者 李云飞 韩国栋 +2 位作者 王鸣杰 许晨旭 左天一 《起重运输机械》 2023年第13期64-70,共7页

文中针对国内外将微带贴片天线传感器应用在金属结构裂纹监测领域中的关键技术研究展开阐述,详细介绍了基于微带贴片天线的裂纹参数监测技术、阵列设计方法、多参数解耦技术以及抗干扰技术近年来的研究现状,分别对各部分研究中微带天线... 文中针对国内外将微带贴片天线传感器应用在金属结构裂纹监测领域中的关键技术研究展开阐述,详细介绍了基于微带贴片天线的裂纹参数监测技术、阵列设计方法、多参数解耦技术以及抗干扰技术近年来的研究现状,分别对各部分研究中微带天线传感器在结构设计、参数监测灵敏度、应用现状等方面进行了概括。最后,总结了微带天线裂纹监测技术的发展历程,并面向今后在实际应用中需要考虑的技术问题和未来发展方向进行了展望。 展开更多

关键词 贴片天线传感器 裂纹监测 灵敏度 谐振频率

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基于矩形贴片天线的应变测量技术 被引量：3

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作者 宋国荣 王学东 +5 位作者 吕炎 孙婷婷 王硕 任捷 何存富 吴斌 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期8-14,共7页

为了研究基于矩形贴片天线的应变测量技术,根据传输线模型,分析了矩形贴片天线与应变间的作用机理,明确了天线辐射单元尺寸受应变影响,可导致贴片天线中心频率发生偏移,且获得了频率偏移量与应变间的线性关系理论表达式.设计3种不同中... 为了研究基于矩形贴片天线的应变测量技术,根据传输线模型,分析了矩形贴片天线与应变间的作用机理,明确了天线辐射单元尺寸受应变影响,可导致贴片天线中心频率发生偏移,且获得了频率偏移量与应变间的线性关系理论表达式.设计3种不同中心频率的矩形贴片天线,利用高频结构模拟器(high frequency structure simulator,HFSS)电磁仿真软件和拉伸应变检测系统,对不同应变状态下,贴片天线中心频率随应变的变化趋势进行了仿真与实验测试.仿真和实验结果表明:贴片天线的中心频率的偏移量与应变之间线性关系明显,且贴片天线的中心频率越高,应变灵敏度越大.利用矩形贴片天线作为应变传感器,可满足结构应变测量要求,为结构健康无线监测研究奠定了基础. 展开更多

关键词 矩形贴片天线 传输线模型 中心频率偏移 应变传感器 结构健康监测

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无源无线应变传感器的模拟与测试

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作者 薛松涛 徐康乾 +2 位作者 谢丽宇 薛科 万国春 《结构工程师》 北大核心 2020年第5期113-121,共9页

利用射频识别技术(RFID)设计了带芯片的贴片天线传感器以实现无源无线的结构应变监测。通过理论推导和数值模拟证实了贴片天线谐振频率与所受应变有着近似的线性关系,灵敏度系数为天线的初始谐振频率。实际应用中因剪力滞后效应导致天... 利用射频识别技术(RFID)设计了带芯片的贴片天线传感器以实现无源无线的结构应变监测。通过理论推导和数值模拟证实了贴片天线谐振频率与所受应变有着近似的线性关系,灵敏度系数为天线的初始谐振频率。实际应用中因剪力滞后效应导致天线与试件应变不一致,通过模拟和试验求解传递效率系数进而对传感器的灵敏度系数进行修正。设计拉伸试验,分别将贴片天线以纵向、横向方式粘贴在铝板上,采用无线测试方案测量天线在不同荷载作用下的谐振频率,试验表明,天线的谐振频率与天线长度方向上应变具有良好的线性关系,传感器灵敏度系数的实测值与理论计算值符合较好,可精确地用于应变检测。 展开更多

关键词 应变传感器 贴片天线 谐振频率 传递效率 灵敏度

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曲面共形贴片天线传感器应变裂纹测试方法研究

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作者 李丽 白香芳 《济源职业技术学院学报》 2020年第4期47-52,共6页

针对曲面共形贴片天线对金属结构的裂纹与应变的测量性能进行了研究,探讨了将曲面共形贴片天线应用在实际工程状况的可能性以及曲面共形贴片天线的测量准确性。通过Ansoft HFSS仿真软件建立基于微带天线的钢结构应力检测仿真模型和相对... 针对曲面共形贴片天线对金属结构的裂纹与应变的测量性能进行了研究,探讨了将曲面共形贴片天线应用在实际工程状况的可能性以及曲面共形贴片天线的测量准确性。通过Ansoft HFSS仿真软件建立基于微带天线的钢结构应力检测仿真模型和相对应的试验方案验证,绘制出频率变化与裂纹和应变各尺寸的关系曲线,得出曲面(柱面)钢材结构构件中的裂纹和应变与传感器谐振频率的关系。同时,设计了裂纹试验并与仿真数据进行了对比,验证了传感器谐振频率与钢结构损伤的关系。 展开更多

关键词 曲面共形贴片天线 微带天线传感器 裂纹测试 应力检测 谐振频率

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贴片天线传感器平面二维应变测量方法研究 被引量：10

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作者 周凯 刘志平 +2 位作者 毛艳飞 孔璞萍 柯亮 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期136-143,共8页

贴片天线传感器因无源无线、结构简单,能同时感知结构应变、裂纹等优点,在结构健康监测中具有广阔的发展前景。针对贴片天线应变传感器一维测量特性与被测结构的多维变形之间的维度差异问题,从理论上分析了贴片天线传感器的双频应变敏... 贴片天线传感器因无源无线、结构简单,能同时感知结构应变、裂纹等优点,在结构健康监测中具有广阔的发展前景。针对贴片天线应变传感器一维测量特性与被测结构的多维变形之间的维度差异问题,从理论上分析了贴片天线传感器的双频应变敏感特性,设计了一种用于二维应变测量的组合贴片天线传感器,由垂直布置的贴片天线及一片斜向45°布置的寄生贴片天线组成,基质材料选用耐热性和耐潮性较好的FR4层压板。采用COMSOL Multiphysics仿真软件研究了组合贴片天线传感器的＂谐振频率-应变＂关系,通过试验探究了其平面结构的二维应变检测性能,并与电阻应变片测量结果进行对比。理论、仿真和试验结果均表明,组合贴片天线检测平面结构的二维应变效果良好,可应用于板梁结构平面应力场的主应力和主方向测量。 展开更多

关键词 组合贴片天线 传感器 COMSOL MULTIPHYSICS 二维应变测量 平面结构

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复合基质结构优化设计下的应变测量灵敏度提高研究

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作者 卢必伟 刘志平 +1 位作者 郭谦 李丽 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2022年第1期114-120,共7页

针对当前微带天线传感器应变测量灵敏度较低的问题,对基质结构进行研究,设计了一种带空气层的复合基质天线传感器。结合遗传算法应用HFSS软件对传感器结构参数进行优化设计,仿真研究最优解下的复合基质天线传感器“谐振频率-应变”关系... 针对当前微带天线传感器应变测量灵敏度较低的问题,对基质结构进行研究,设计了一种带空气层的复合基质天线传感器。结合遗传算法应用HFSS软件对传感器结构参数进行优化设计,仿真研究最优解下的复合基质天线传感器“谐振频率-应变”关系。对所设计的复合基质天线传感器进行拉伸对比试验,其应变测量灵敏度是传统微带贴片天线传感器的3.19倍。仿真和试验结果均表明,带空气层的复合基质天线传感器,能够带来应变测量灵敏度的提高。 展开更多

关键词 贴片天线传感器 复合基质结构 优化设计 结构参数 灵敏度 应变测量

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大应变下贴片天线应变传感器的性能研究

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作者 徐康乾 谢丽宇 +3 位作者 薛松涛 蒋灿 万国春 张建国 《结构工程师》 北大核心 2019年第1期49-55,共7页

基于微波贴片天线的应变传感器近年来在应变监测领域得到了广泛的研究和发展。由于天线特殊的力学性质——其谐振频率与天线的尺寸存在一定关系,即当天线经历应变时其尺寸发生改变,进而引起谐振频率的偏移,可将天线作为应变传感器的传... 基于微波贴片天线的应变传感器近年来在应变监测领域得到了广泛的研究和发展。由于天线特殊的力学性质——其谐振频率与天线的尺寸存在一定关系,即当天线经历应变时其尺寸发生改变,进而引起谐振频率的偏移,可将天线作为应变传感器的传感单元。理论推导和相关试验表明,在低应变下天线的谐振频率的偏移量与应变呈良好的线性关系,但在大应变时缺乏研究。通过设计试验将天线粘贴在钢板上进行大应变拉伸,试验结果显示在发生粘结破坏之前天线的谐振频率与应变同样具有较好的线性关系,且传感器的灵敏度与初始谐振频率十分接近,符合理论推导。 展开更多

关键词 贴片天线 应变传感器 谐振频率

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基于微带贴片天线的微流控传感器研究 被引量：3

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作者 韩雪云 周应平 +2 位作者 李肖松 马中军 彭玉峰 《微波学报》 CSCD 北大核心 2022年第4期72-75,100,共5页

食用油经高温加热后,其相对介电常数和质量会发生改变,测量食用油的相对介电常数可以检测其质量。文中提出了一种检测食用油质量的新型微带贴片天线传感器,通过测量输入反射系数的谐振频率的共振偏移来测定不同介电常数的食用油,工作中... 食用油经高温加热后,其相对介电常数和质量会发生改变,测量食用油的相对介电常数可以检测其质量。文中提出了一种检测食用油质量的新型微带贴片天线传感器,通过测量输入反射系数的谐振频率的共振偏移来测定不同介电常数的食用油,工作中心频点为1.43 GHz和2.68 GHz。该设计基于谐振方法,采用基板集成波导结构结合1~3.2 GHz工作频率的五角形缝隙天线,可提供最佳传感精度。该装置可以检测不同介电常数的油脂类液体,测量的相对介电常数是复介电常数的真实部分,范围从2.41到2.83。因此,所提出的贴片微流控传感器可用于食用油质量的测定,具有良好的应用潜力。 展开更多

关键词 微带贴片天线 传感器 谐振频率

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用于土壤湿度监测的无芯片RFID传感器设计 被引量：1

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作者 邰正一 马润波 《电子技术应用》 2024年第5期84-89,共6页

为提高土壤湿度传感器的灵活性和可靠性,设计了一种低成本的无芯片RFID传感器,用于无线监测土壤湿度。该传感器由3个互补开口环谐振器(CSRR)以及2个正交放置的宽带圆形微带贴片天线构成。其中两个相同尺寸的CSRR间距较近,容易产生谐振... 为提高土壤湿度传感器的灵活性和可靠性,设计了一种低成本的无芯片RFID传感器,用于无线监测土壤湿度。该传感器由3个互补开口环谐振器(CSRR)以及2个正交放置的宽带圆形微带贴片天线构成。其中两个相同尺寸的CSRR间距较近,容易产生谐振器间耦合,使得高湿度土壤下的谐振频率变化更加明显,另外作为参考谐振器的CSRR则用以消除环境条件的影响,提高测量的可靠性。两个微带贴片天线用于收发信号,实现无线传感功能。分别研究了采用单、双CSRR结构下该传感器的雷达散射截面(RCS),确定了土壤湿度与谐振频率差值之间的线性关系,通过实测进一步证实了这种关系。实验结果表明,该传感器在0%~12%的土壤湿度下具有18.2 MHz/%θ的灵敏度。 展开更多

关键词 无芯片RFID传感器 土壤湿度 互补开口环谐振器 微带贴片天线

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基于环形贴片天线的螺栓松动检测传感器设计

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作者 韩雪云 付成豪 +2 位作者 马中军 彭培东 乔磊 《电子元件与材料》 北大核心 2024年第11期1361-1369,共9页

螺栓是土木工程和建筑项目不可或缺的一部分,其确保安全紧固的特性对保持结构完整性至关重要。介绍了一种新型可拆卸应变传感器,该传感器基于环形弯曲重叠贴片谐振器进行设计,用于检测螺栓是否松动。螺栓的旋转运动会影响谐振器外环和... 螺栓是土木工程和建筑项目不可或缺的一部分,其确保安全紧固的特性对保持结构完整性至关重要。介绍了一种新型可拆卸应变传感器,该传感器基于环形弯曲重叠贴片谐振器进行设计,用于检测螺栓是否松动。螺栓的旋转运动会影响谐振器外环和内环之间的重叠,从而使天线的谐振频率升高或降低,以此有效地反映螺栓的紧固状况。深入探讨了传感器的工作原理和性能指标,确定了谐振频率沿传感器纵轴的基线偏移,并对明显和微小的螺栓松动角度进行了监测,线性相关程度R值分别为0.9976和0.9904。与平面传感器相比,本文所提出的传感器具有更高的线性相关性和灵敏度(6.6 MHz/(°))。此外,该传感器还避免了平面螺栓角度传感器因上下基板之间的间隙而导致频率偏移减小的问题。 展开更多

关键词 微波传感器 螺栓松动检测 贴片天线 谐振频率

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基于U形谐振器的无源裂缝传感器

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作者 姜康 薛松涛 +1 位作者 谢丽宇 万国春 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1421-1426,共6页

针对传统裂缝传感器需要电源供应才能正常工作的缺陷,本文提出了一种基于无应力组合式贴片天线的无源裂缝传感器设计。利用U形谐振器实现裂缝传感,改变传感器内部谐振单元的谐振频率。通过观测回波信号的幅度和相位提取传感器的谐振频率... 针对传统裂缝传感器需要电源供应才能正常工作的缺陷,本文提出了一种基于无应力组合式贴片天线的无源裂缝传感器设计。利用U形谐振器实现裂缝传感,改变传感器内部谐振单元的谐振频率。通过观测回波信号的幅度和相位提取传感器的谐振频率,进而实现对裂缝的监测。基于天线理论建立了传感器的等效电路模型并推导谐振频率,研究裂缝宽度对传感器谐振频率的影响规律。进一步在三维电磁仿真软件CST中对传感器进行了数值模拟,并且通过试验研究了裂缝拓展对谐振频率的影响。研究表明:随着裂缝的扩展,传感器的谐振频率增加,且裂缝宽度与谐振频率之间具有较好的线性关系。 展开更多

关键词 结构健康监测 裂缝传感器 谐振频率 多维电磁特征参数 组合式贴片天线 无源 U形谐振器 电长度

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机载无线传感器小型化微带天线设计

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作者 简荣坤 井云鹏 +3 位作者 修威国 余磊 李奕轩 张晓峻 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2022年第8期80-84,共5页

针对机载无线传感器网络对天线小型化的需求,采用对辐射贴片开矩形槽的方法,设计了一种机载无线传感器小型化微带天线。选用F4BTM材料作为微带天线的介质基板,提高基板抗振强度,辐射贴片开槽延长电流的有效路径,降低天线谐振频率,实现了... 针对机载无线传感器网络对天线小型化的需求,采用对辐射贴片开矩形槽的方法,设计了一种机载无线传感器小型化微带天线。选用F4BTM材料作为微带天线的介质基板,提高基板抗振强度,辐射贴片开槽延长电流的有效路径,降低天线谐振频率,实现了60 mm×60 mm尺寸的小型化天线设计。利用HFSS软件对天线进行了仿真计算,并在天线暗室进行了参数测试,测试结果表明:中心频率915 MHz,带宽3.52 MHz,天线方向±47°,增益-2.7 dB,可以满足无线传感器系统使用要求。 展开更多

关键词 机载无线传感器网络 微带天线 HFSS仿真 辐射贴片开槽

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