1.研究目的及意义

1.1 研究背景

长期以来，焊缝裂纹监测在结构健康监测系统中一直是很重要的部分。传统的裂纹监测方法主要有声发射、涡流传感器和真空比较监测（CVM）等。声发射技术主要是超声波传感器通过研究传播的超声波和裂纹之间的相互作用，进行相对较大区域上的裂纹，但其在实施过程中容易受到噪声影响，且需要参考信号和大量专业知识，因此信号处理难度大；涡流传感器在监测裂纹时需要较大的功率，并且在确定裂纹确切位置和尺寸方面存在分辨率不足的问题；CVM传感器利用裂纹扩展引起的空气泄露进行监测，但无法检测到裂纹的数量和确切位置。而贴片天线传感器具有体积小、重量轻、分辨率高、成本低的优点，可以监测到亚毫米级的裂纹并提供量化信息，在结构健康监测领域具备很广阔的发展前景。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 关于贴片天线传感器的研究

Tata（2008年）提出了一种利用贴片天线测量应变的创新方法，将贴片天线贴于悬臂梁上，在另一端悬挂重物施加应力，得出了应变改变贴片天线尺寸，进而引起了贴片天线谐振频率的变化[1]。

SrikarDeshmukh和Irshad Mohammad等（2009年）提出了一种能够对裂纹定量信息进行监测的无源无线传感器，详细地介绍了天线传感器的结构和操作原理，通过制造疲劳样本进行监测实验，与预期结果进行比较分析，得出此种传感器在监测工作中表现稳健，有望为结构检测和预测提供重要的量化信息[2]。

SrikarDeshmukh（2010年）通过测量贴片天线谐振频率的变化，量化引起这种变化的应变和裂纹等物理因素，通过无线审讯技术消除了有线连接测量这一限制，将由天线模式和结构模式组成的反向散射信号进行归一化, 以分离天线模式的反向散射, 从中提取天线传感器谐振频率。此外, 还对环形谐振器等其他微波元件的使用进行了初步研究[3]。

XYi和Y Wang等（2011年）描述了一种设计为折叠贴片天线的无线和被动智能皮肤传感器的裂纹传感性能。当贴片天线发生应变/变形时，天线的电长度会发生变化，其磁共振频率也会发生相应的变化。在信号调制设计中采用了一种先进的现成射频识别 (RFID)芯片。在RFID芯片的帮助下，无线阅读器可以对共振频率的变化进行交互和记录[4]。

IMohammad和H Huang等（2012年）研究了天线传感器的裂纹定位检测能力，矩形贴片天线传感器以两种基本模式辐射，裂纹对这两个谐振频率的影响取决于其自身的方向，通过分析两个谐振频率的裂纹诱导偏移，便可以监测裂纹方向[5]。