应变传感器及应变检测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种应变传感器及应变检测系统，该应变传感器包括：透波衬底薄膜；以及设置于透波衬底薄膜上的多个相互平行且延水平方向延伸的导电几何结构；其中导电几何结构包括多个串联连接的谐振单元。本实用新型专利技术通过设置不需要外接电源的多个谐振单元，谐振单元的谐振频率随待测结构的应变而发生变化，使检测模块能够通过电磁波对应变进行检测，实现了应变传感器与检测模块之间的无线连接；并结合透波衬底薄膜的应用，使应变传感器能够被嵌入待测结构的内部，实现了对应变的无源、无线检测及监测。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及传感器及应力应变检测
，具体来说，涉及一种应变传感器及应变检测系统。
技术介绍
在航天航空、海洋装备、地面行进装备、大型建筑等领域中，需要对结构的表面和内部应变进行应变监测，一般采用力学测试的手段来获得待测结构表面或内部的应变信息来达到应变监测的目的。通过应变监测可有效地监测待测结构内部的应变情况；推动科学研究中对材料力学性质的研究；工程中通过获取结构内部的应变信息可以有效识别结构所受载荷及结构损伤。现有技术中，大部分技术如应变片测量等只能测量物体表面应变。对于物体内部的应变测量目前主要使用光纤光栅技术，然而光纤光栅布线复杂、维护困难、成本高。目前尚未提出有效的解决方案来解决这些问题。
技术实现思路
针对相关技术中布线复杂、维护困难、成本高的问题，本技术提出一种应变传感器及应变检测系统，能够实现对应变信息的无源无线检测。本技术的技术方案是这样实现的：根据本技术的一个方面，提供了一种应变传感器，包括：透波衬底薄膜；以及设置于透波衬底薄膜上的多个相互平行且延水平方向延伸的导电几何结构；其中导电几何结构包括多个串联连接的谐振单元。在一个实施例中，谐振单元包括：叉指电容单元；以及与叉指电容单元连接的平面电感单元。在一个实施例中，叉指电容单元包括均呈梳子状的第一叉指电极和第二叉指电极。在一个实施例中，第一叉指电极和第二叉指电极相互交叉设置，以使得各自的凸起物相互伸入对方的间隙内。在一个实施例中，平面电感单元包括：呈矩形脉冲形状且延水平方向延伸的电感电极。在一个实施例中，透波衬底薄膜为柔性透波衬底薄膜；柔性透波衬底薄膜的材料包括：聚乙烯、聚丙烯、或聚酰亚胺中的一种。在一个实施例中，透波衬底薄膜为刚性透波衬底薄膜；刚性透波衬底薄膜的材料为FR4。在一个实施例中，在单个谐振单元内，叉指电容单元与平面电感单元相互垂直连接以形成“T”字形，在多个串联连接的谐振单元内，平面电感单元还与相邻谐振单元的叉指电容单元垂直连接。根据本技术的另一个方面，提供了一种应变检测系统，包括：应变传感器；以及用于检测应变传感器的谐振频率以得到待测结构的应变信息的检测模块，检测模块与应变传感器为无线连接。在一个实施例中，应变传感器贴附于待测结构的表面或嵌入待测结构的内部。在一个实施例中，检测模块包括：用于生成并发送电磁波信号的发射天线；用于接收经过应变传感器谐振响应而生成的电磁波响应信号的接收天线；以及根据电磁波响应信号得到应变传感器的谐振频率和应变信息的计算模块。本技术通过设置不需要外接电源的多个谐振单元，谐振单元的谐振频率随待测结构的应变而发生变化，使检测模块能够通过电磁波对应变进行检测，实现了应变传感器与检测模块之间的无线连接；并结合透波衬底薄膜的应用，使应变传感器能够被嵌入待测结构的内部，实现了对应变的无源、无线检测及监测。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本技术实施例的应变传感器的顶视图；图2是图1中谐振单元的放大示意图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。参考附图公开示出的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅为可以以各种和替代形式显示的实施例。附图未必按比例绘制，并且可能放大或缩小一些特征来显示特定部件的细节。所公开的具体结构和功能性细节不应解释为限制，而是作为用于教导本领域技术人员如何实践本公开的代表性基础。根据本技术的实施例，提供了一种应变传感器。如图1所示，根据本技术实施例的应变传感器，包括：透波衬底薄膜100；以及设置于透波衬底薄膜100上的多个相互平行且延水平方向延伸的导电几何结构200；其中导电几何结构200包括多个串联连接的谐振单元300。其中导电几何结构200由导电性能良好的金属制成，在本实施例中，制作导电几何结构200的材料为铜。当待测结构由于应力作用形变时，各个谐振单元300的谐振频率会随之发生相应的变化，通过对该谐振频率进行检测可以得到待测结构的应变，谐振单元300不需要外接电源，实现了对应变的无源检测。并且通过利用谐振频率来检测待测结构的应变，检测模块能够通过电磁波与本技术的应变传感器发生相互作用，实现了应变传感器与检测模块之间的无线连接；进而结合透波衬底薄膜的应用，本技术的应变传感器能够嵌入待测结构的内部，实现了对应变的无源、无线检测。优选地，任意相邻的导电几何结构200之间的间距相等。在一个实施例中，透波衬底薄膜为柔性透波衬底薄膜；具体的，柔性透波衬底薄膜的材料可以是：聚乙烯、聚丙烯、或聚酰亚胺(PI)。柔性透波衬底薄膜的材料并不限于上述三种柔性透波衬底薄膜的材料，柔性透波衬底薄膜的材料还可以是具有透波性能的其他材料。在一个实施例中，透波衬底薄膜为刚性透波衬底薄膜；刚性透波衬底薄膜的材料优选为FR4。刚性透波衬底薄膜的材料还可以是具有透波性能的其他材料。如图2所示，是图1中谐振单元300的放大示意图。谐振单元300包括：叉指电容单元310；以及与叉指电容单元310连接的平面电感单元320。进一步地，在单个谐振单元300内，叉指电容单元310与平面电感单元320相互垂直连接以形成“T”字形，在多个串联连接的谐振单元300内，平面电感单元320还与相邻谐振单元300中的叉指电容单元310垂直连接。在一个实施例中，叉指电容单元310和平面电感单元320的形状可以为圆形或矩形。叉指电容单元310和平面电感单元320的形状可根据实际需求进行选择，可以是能够实现谐振功能的多种形状和尺寸。例如，当平面电感单元320的形状为圆形时，平面电感单元可以由平面螺旋形的电极形成。叉指电容单元310和平面电感单元320的具体尺寸，也可根据实际需求进行设计。在本实施例中，叉指电容单元310和平面电感单元320的形状均为矩形。具体的，叉指电容单元310包括：相互对称且为相对交叉设置的第一叉指电极311和第二叉指电极312。其中，第一叉指电极311和第二叉指电极312相互交叉设置，以使得各自的凸起物相互伸入对方的间隙内。平面电感单元320包括：呈矩形脉冲形状且延水平方向延伸的电感电极321。其中，电感电极321的弯折部分均为直角。需要说明的，本技术不对叉指电容单元310、平面电感单元320的尺寸做出具体限定；亦不对第一叉指电极311、第二叉指电极312、电感电极321的宽度、长度等做出具体限定。根据本技术的实施例，还提供了一种应变检测系统。根据本技术的实施例的应变检测系统包括：上述应变传感器；以及用于检测应变传感器的谐振频率以得到待测结构的应变信息的检测模块，检测模块与应变传感器为无线连接。其中，应变传感器可以贴附于待测结构的表面或嵌入待测结构的内部。当由于应力作用透波衬底薄膜发生形变时，应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应变传感器，其特征在于，包括：透波衬底薄膜；以及设置于所述透波衬底薄膜上的多个相互平行且延水平方向延伸的导电几何结构；其中所述导电几何结构包括多个串联连接的谐振单元。

【技术特征摘要】
1.一种应变传感器，其特征在于，包括：透波衬底薄膜；以及设置于所述透波衬底薄膜上的多个相互平行且延水平方向延伸的导电几何结构；其中所述导电几何结构包括多个串联连接的谐振单元。2.根据权利要求1所述的应变传感器，其特征在于，所述谐振单元包括：叉指电容单元；以及与所述叉指电容单元连接的平面电感单元。3.根据权利要求2所述的应变传感器，其特征在于，所述叉指电容单元包括均呈梳子状的第一叉指电极和第二叉指电极。4.根据权利要求3所述的应变传感器，其特征在于，所述第一叉指电极和所述第二叉指电极相互交叉设置，以使得各自的凸起物相互伸入对方的间隙内。5.根据权利要求2所述的应变传感器，其特征在于，所述平面电感单元包括：呈矩形脉冲形状且延水平方向延伸的电感电极。6.根据权利要求1所述的应变传感器，其特征在于，所述透波衬底薄膜为柔性透波衬底薄膜；所述柔性透波衬底薄膜的材料包括：聚乙烯、聚丙烯、或聚酰亚胺中的一种。7.根据权利要求1所述的应变传感器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：深圳光启尖端技术有限责任公司，
类型：新型
国别省市：广东;44