面向结构裂纹监测的贴片天线传感器技术研究进展

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。     

微带贴片天线应变传感器优化设计研究

承载部件作为高端装备中最常见的结构单元,在役过程中受载荷和应力集中影响极易萌生裂纹,导致结构失效,实时监测结构关键部件的应变状态对保障结构健康至关重要。基于微波无损检测技术,揭示了矩形微带贴片天线的辐射元尺寸对其固有谐振频率的影响规律,探究了微带贴片天线谐振频率与应变的相互作用机理。矩形微带贴片天线可激发单频和双频谐振频率,改变矩形辐射元的长度或宽度,其谐振频率会发生频移。实验结果表明,当对金属接地板施加一定拉应力时,贴片天线几何尺寸会发生改变,其谐振频率也随之发生偏移,据此可推算出金属接地板的应变大小,这对关键承载部件的应变和裂纹实时监测具有重要的研究意义。     

圆柱应变传感器多点贴片夹具

本文介绍了一种用于在应力测试中固定圆柱形应变传感器贴片的夹具及其结构和工作原理，该夹具有特点是简单，实用。     

光纤传感器实现天线调整索应变测试的研究

分析了光纤珐珀应变传感器在传感过程中所受到的外界应力引起的应变与传感器自身的结构参数（腔长和标距）以及由于腔长的变化导致导波光程改变量之间的函数关系，在结构参数一定（原始腔长和标距）的情况下，通过监测导波光程的改变量即可得知基体的应变。在此理论分析的基础上，将光纤珐珀应变传感器应用于大型可展开天线纵向调整索的应变测试中，并采用电阻应变片（其很难应用到条件非常恶劣的太空环境中）试验进行对比，结果表明，二者的监测数据基本吻合。从而表明，给出的函数关系正确，为太空应变测量提供了新的方法。     

基于喷墨打印的柔性贴片天线设计应用

讨论了贴片天线在外部载荷作用下的机械特性。在不同弯曲曲率条件下,测量了贴片天线的电阻;研究了结构PVC层厚度对于模型频率和振型的影响;对结构进行谐响应分析。发现贴片天线在不同弯曲曲率条件下,阻尼变化较小;随着PVC层厚度的增加,模型的频率随之增加,但振型没有变化;在外部集中力作用下,结构在480 Hz频率位置处出现位移最大值。研究结果表明,该贴片天线具有良好的柔性可弯曲性,中间层厚度对结构最上层的频率变化影响显著,在设计贴片天线时应考虑结构层的厚度影响因素。本研究可为贴片天线的实际应用提供一定程度的指导作用。     

基于HFSS的缝隙耦合贴片天线仿真

以缝隙耦合贴片天线为研究对象,利用HFSS软件建立了天线的物理模型,求解得到了回波损耗、驻波比等结果.优化缝隙的几何尺寸后,天线的性能得到较大提高.具体表现在:增加了中心工作频率处的回波损耗和驻波比;增加了频带宽度;提高了增益水平.     

基于应变传递理论的光纤传感器优化设计

联系传感器应用的作用机理,根据变形传递方式的不同,对工程中常用的光纤传感器进行了系统的归类分析。基于应变传递理论建立了应变传递系数与测量允许误差的关系,并以此为优化控制方程得到了满足工程测试精度要求的传感器最佳取值,给出了各类传感器具体的优化设计方法及优先设计指标。研究结果表明:基于应变传递理论的优化设计方法较适用于依靠界面剪应力传递变形的光纤传感器,其优先设计指标依次为粘贴(感知)长度、层间粘结强度、保护层弹性模量和半径、粘贴层厚度;端部扩径型传感器的优化设计则因其应变传递系数能较准确和便利地通过标定试验获取而不依赖应变传递理论,且无明显的优先设计指标。本文充分考虑了传感器工程应用的实际状态,以测试准确性为核心,从力学作用机理角度对传感器进行了较全面和系统的分析,其研究结果可以用于指导工程化光纤传感器的应用设计和标定测试。     

矩形舵面应变模态测试中的传感器优化布置

针对矩形舵面结构应变模态测试中信噪比低、模态阶次遗漏等问题,研究了应变传感器的优化布置方法。首先,建立应变传感器布置的动力学模型;其次,基于应变振型,研究了有效独立法（effective independence, 简称EI）、MinMAC法（minimize modal assurance criteria,简称MinMAC）和奇异值分解法（singular value decomposition,简称SVD）的应用;最后,利用振动台对矩形舵面模型进行了实验验证。结果表明：测点优化前,应变响应信号缺少第2阶模态信息,应变振型向量正交性差;测点优化后,根据应变响应信号能够准确识别第2阶固有频率和阻尼比,振型向量的正交性得到改善。该优化后结果验证了传感器优化布置的必要性和有效性。     

表面粘贴式MEMS应变传感器的应变传递分析

表面粘贴式MEMS应变传感器已被广泛运用于航空航天、汽车工业及土木工程等领域的应变测量和监测中。但由于粘接层的影响,结构的应变并不能全部准确、有效地传递到MEMS应变传感器上,造成传感器的测量值与结构的真实应变之间存在一定误差。为了分析表面粘贴式MEMS应变传感器的应变传递机理,基于剪滞理论建立了MEMS应变传感器的力学分析模型,推导出基体和MEMS应变传感器基底上的应变分布、粘接层中的剪力分布及表征MEMS应变传感器应变传递效果的应变传递率,并与有限元数值模拟结果进行了比较。特别地,具体分析了粘接层及MEMS应变传感器基底的几何参数和物理特性参数对应变传递率的影响。结果表明,金属类粘接材料的应变传递率明显高于有机胶的应变传递率,且粘接层厚度越薄,应变传递效果越好。此外,在制造MEMS应变传感器时,采用厚度较薄的Si或Si C基底能保证较高的应变传递率。     

电阻应变式F／T传感器在Matlab中建模与仿真

介绍F／T传感器工作原理,根据美国ATI工业自动化公司生产的mini85型F／T传感器建立数学模型,使用Matlab软件中Simulink模块对传感器进行仿真,研究不同F／T输入的响应曲线。     

应变式集成力传感器的研制

该文研究了一种应变式集成力传感器,设计了其弹性体结构,详细分析了测量原理,给出了力与应变量的对应关系,设计了传感器的放大处理电路。     

应变式集成力传感器的研制

研究了一种应变式集成力传感器,探讨了其弹性体结构和测量原理,分析了力与应变量的对应关系,设计了传感器的放大处理电路。     

某雷达天线骨架仿真与测试分析

天线骨架是雷达接收、发射、天馈分系统的基础部件,为整个天线系统的主承力结构。风载荷是天线骨架需要承受的主要外负载。文中采用有限元方法对天线骨架在自重和风载荷组合作用下的刚强度进行了仿真分析,然后考虑风载荷的作用对天线骨架进行了实际力学试验,并对仿真设计计算进行了验证分析。结果表明：有限元分析结果能基本反映结构的整体应力水平和变形趋势,该分析方法能够很好地用于天线骨架的设计。试验中对风载的模拟加载方法,可供天线骨架的风载试验参考。     

基于HFSS的微带天线设计与仿真

针对专用冲击波测试系统中微带天线的特性要求,利用仿真软件HFSS建立天线模型,并对模型进行仿真优化,得到了最佳的天线参数.同时为该系统设计了中心频率为2.4 GHz的微带天线,采用矢量网络分析仪对天线的各参数进行了实测,实测结果与仿真结果吻合,验证了设计的有效性.     

基于BP神经网络的矩形花键滚刀齿形设计

针对矩形花键滚刀的齿形设计问题,提出了应用BP神经网络逼近滚刀切削刃形的设计方法;基于BP神经网络的非线性映射特性,建立了滚刀理论齿形坐标点与模拟齿形曲线之间的BP网络模型。模拟仿真结果表明,此方法根据设置的目标误差逼近滚刀理论齿形,达到了精确设计矩形花键滚刀齿形的目的;与三点共圆法比较,神经网络方法大幅度提高了滚刀刃形的设计精度和设计效率。     

新型应变筒式光纤Bragg光栅压力传感器

设计并制作了一种基于弹性应变筒式光纤布拉格光栅压力传感器,通过对传统结构进行优化,即弧形筒身设计,避免了应力梯度的存在,使筒身受力均匀,同时增大了应力响应范围.使用参考光栅进行温度补偿,解决了交叉敏感问题带来的影响.通过对应变筒几何尺寸和材料的改变,达到具体测量所需传感头的参数.实验以普通不锈钢材料为基体,测量范围0～30 MPa,压力灵敏度达到0.033 nm/MPa.使用该结构可用于液体和气体的高压测量.     

光栅式宏/微应变传感器的设计

为满足桥梁及深海设备对毫米级测量范围和纳米级测量分辨力的应变测量要求,设计了一种基于光栅莫尔条纹测量原理的宏/微应变传感器。该传感器由上下两个滑块构成,滑块之间不设置导向机构,而是由弹簧片连接,以避免被测件的横向形变对传感器上下滑块导向机构的影响并由此影响到传感器的安装条件。考虑到弹簧片能够对传感器支撑结构产生附加形变,对支撑结构的形变进行了理论计算和有限元仿真。理论分析和实验结果表明,在-2~2mm形变测量范围内,传感器的测量分辨力小于5nm,而由支撑结构产生的最大附加形变小于20nm。     

某星载雷达天线微放电特性的仿真分析与测试

随着航天电子技术的快速发展,星载雷达射频信道的功率越来越大,对雷达微波组件尤其是雷达天线提出了较高的防微放电要求。文中针对某星载雷达微带天线进行结构分析,介绍了天线内部二次电子发射效应与天线电场分布之间的关系。利用CST软件的粒子工作室对该天线的馈电层和辐射层分别进行了微放电阀值仿真和微放电粒子分布分析。在此基础上,搭建了辐射天线微放电试验平台,采用前后向功率调零检测法进行微放电试验,天线顺利通过峰值功率500 W的真空高低温微放电试验,验证了天线的真空环境适应性。     

应变式三维加速度传感器的设计研究

基于惯性式加速度传感器原理,采用质量块与弹性元件串并联的结构,提出了一种应变式三维加速度传感器.建立了应变式三维加速度传感器的动力学模型,运用正交试验法,优选了参数选择方案.分析了传感器结构参数对传感器固有频率和灵敏度及其综合性能指标的影响,获得了传感器三维动态响应曲线,并利用有限元方法对传感器的动态响应性能进行了仿真分析.仿真结果表明:新型应变式三维加速度传感器具有良好的低频特性,能有效提取轴承低频振动信号,且结构简单、成本低廉,易于加工装配,可用于轴承运行状态的监测与故障诊断领域.