RFID传感网络的设计及在结构健康监测中的应用

发布时间：2020-07-02 02:09

【摘要】：近年来随着科学技术水平的提高以及国力的增强,基层设施的建设与现代化的推进成为我国的重要的前进方向,现代化建设对设备工作生命周期的监测具有更大的要求。传统的无损检测,因为其检测设备局限,在复杂环境下的数据失真,以及检测精度的要求,对构件的各类缺陷长时间监测对无损检测技术是一个严峻的挑战。因此,无损检测与结构健康监测技术相结合成为了一种有效的解决方法。结构健康监测常用的有源传感器所带来的高成本以及解决电池所需要承担的环境风险使得提出新的解决方案成为研究方向。射频识别技术(RFID)的标签具有无源性,以及无线通信等特点,使RFID传感技术逐渐成为一个具有应用潜力的结构健康监测研究方向。本文研究RFID标签阵列传感技术在结构健康监测以及无损检测领域的应用,可以监测试件全位置应力分布,并能够得出更高鲁棒性的监测方案。本文主要从如下几个方面具体介绍所做工作:(1)、介绍无损检测与结构健康监测的应用,讨论传统无损检测技术的优缺点,讨论结构监测中有源传感器的优缺点,提出了RFID传感技术可作为无损检测技术与健康结构监测技术的结合的应用来适应复杂的工作环境,介绍了RFID的起源,研究现状,目前应用领域以及前景。(2)、介绍了利用RFID传感技术对金属裂纹进行检测的可行性方法,介绍了所用的实验设备以及搭建了实验系统,包括对FreeRTOS系统的使用以及提出了一种基于扫频技术的定频分析启动功率算法。提取了标签返回功率与全频率启动均值作为比值特征,建立与缺陷的深度的关系,并进行了验证。(3)、建立了标签阵列传感技术对复合材料的弯曲应力评估方法,首先对标签阵列布局进行了分析,并由该分析选取合适的标签阵列的设计。然后通过贴附于试件表面的标签阵列对不同挠度下的试件进行标签信息的采集,提取标签阵列内不同标签的全频率启动功率均值,分析不同标签处的弯曲应力分布,并且通过全标签阵列信息提取全频率均值,建立与试件挠度变化的映射关系,最后利用线性回归模型建立标签阵列启动功率均值与挠度的关系模型。(4)、设计基于RFID标签传感的监测系统,设计了基于Farsens阻值传感标签以及Spectra Flex Sensor弯曲传感器的RFID弯曲传感标签,设计了监测系统的软件界面以刷新界面的形式展示以及特殊RFID弯曲传感标签的读取与保存,并且能够实时返回读取的信息以便得到被监测试件的弯曲程度。将RFID弯曲传感器与RFID标签阵列同时进行弯曲实验,通过传感器将试件的弯曲程度以返回阻值差的形式直观的表示,并将实验数据进行比较,得出直观的弯曲度与标签阵列提取特征的关系。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318;TP391.44
【图文】：

框图,无线电通信系统,框图

图 2-1 无线电通信系统框图天线是一种辐射或接收空间电磁波的一种装置，是转换导行波与自由空间波的转换装置。随着 1865 年麦克斯韦预言了电磁波的存在，此后的一百多年，天线的技术取得巨大的进步，成为了移动通信、导航、广播电视、雷达、卫星、微波遥感的重要的，必不可少的设备。如图 2-1 所示，最基本的无线通信系统由发射端、馈线、天线和接收端组成[55]。在发射端，信号被调制成高频电流能量，通过馈线传送至天线，发射天线将高频已调电流变换为空间传播的电磁波能量的同时将其发送至预定的方向。接收天线将无线电波的能量再次转化为高频电流由馈线传递给接收端。2.1.2 天线辐射场理论点电流天线又可看做电基本振子，为一段载有高频电流，且带有相同值异号电荷的短导线。如图 2-1-2 所示，其直径 d l ，其中l ，分别为长度和波长。有矢量磁位A可以推导出电基本振子在空间所产生的电磁场，A的计算公式如下:

示意图,本振,麦克斯韦方程,场点

v 222 x )(y y )(z z )为源点到场点的距离，( )xyz , , 为场点的坐标。再同下述麦克斯韦方程以及电源流密度方程HjE 1( )J Il z 产生的电磁场E： jkrrjkrjkrrerrkjIlHHHEerjrkrkjIlEerjrIlkE2223231sin4001sin14cos24

【参考文献】