全文总字数:4398字
1. 研究目的与意义(文献综述)
传统传感器虽然能在一定情况下满足实际要求,但是存在一些问题限制了其应用。这些问题包括:(1)大多数都是有线传感器,需要冗长的电线,且布置结构复杂,不利于后期维护,导致成本很高。(2)存在一些检测盲区,在一些不易达到的空间区域以及复杂的弯曲处无法检测。(3)传感器很难大规模分布式布置以实现较大区域内的结构健康监测。(4)有源传感器也限制了使用寿命和范围。
石墨烯微带贴片天线与具备普通贴片天线的功能;载体共形,可用于应变测量和裂纹识别;天线传感器同时作为传感单元和数据传输单元,简化了整体结构,且无需功能,可被动式工作,能够大量布置,实现全天候监测。比传统传感器有更大的优势和发展前景。同时,石墨烯薄膜具有良好的导电性,抗氧化、可印刷、便于集成的优势,并且石墨烯微带天线[7,9]比铜天线具有更宽的工作频带,因此可代替铜线。贴片天线的尺寸越小,其谐振频率越高,几乎成指数关系,尺寸小的传感器灵敏度更高,且测量更加精准到位。并且随着小型化电路发展,电子器件的尺寸越来越小,工作频率越来越高。但是,在高频领域,传统金属在小尺寸条件下会遇到严重的尺度效应问题,金属线尺寸与其电子平均自由程相当时,引起电阻率急剧增加,并且在太赫兹工作频率下,电阻还会由于趋肤效应的影响而进一步增大,导致器件性能的急剧退化。碳纳米材料石墨烯能很好解决这类问题,因此石墨烯微带天线具有更广泛的应用前景。利用贴片天线对裂纹的宽度,长度进行监测,探究裂纹的扩展方向与中心频率的变化的机理。
2. 研究的基本内容与方案
2. 基本内容和技术方案
2.1设计(论文)任务
2.1.1石墨烯贴片天线传感器的应变测试机理、裂纹测试机理
3. 研究计划与安排
(1)第1周—第2周,熟悉题目背景,检索相关的中英文文献,了解微带贴片天线应变测试和裂纹别机理。
(2)第3周,阅读文献并分类整理,提交文献检索报告,完成20000字符的英文文献翻译,并撰写论文开题报告。
(3)第4周—第7周,建立基于CST仿真的贴片矩形天线的有限元模型。能够独立分析石墨烯贴片天线传感器的谐振频率随金属结构应变和裂纹的变化规律;
4. 参考文献(12篇以上)
[1]宋国荣,王学东,吕 炎,孙婷婷,王 硕,任 捷,何存富,吴 斌. 基于矩形贴片天线的应变测量技术.北京工业大学学报.第45卷 第一期.2019年1月
[2]何存富,闫天婷,宋国荣,吕 炎,吴 斌. 微带贴片天线应变传感器优化设计研究.仪器仪表学报.第38卷第2期2017年2月
[3] 闫天婷.基于微带贴片天线的应变传感器与检测技术.硕士学位论文
