21、无线温度和应变传感器：原理、设计与测试

无线温度和应变传感器：原理、设计与测试

1. FRP 材料与监测需求

纤维增强聚合物（FRP）材料由高强度纤维和聚合物基体组成。纤维能承受高负荷，基体材料则固定纤维位置并保护其免受外部影响。然而，FRP 组件的生产过程复杂，材料参数受多种因素影响，如纤维取向、基体树脂成分、流速、固化温度等。

• 固化温度 ：固化过程中基体温度是一个重要参数，准确监测和调节固化温度对于预测材料参数和优化工艺至关重要。在较厚的 FRP 组件中，由于加热不均匀、基体材料的热容量和导热性以及树脂固化反应的放热特性，温度可能会有所不同。因此，材料集成温度测量是更好地监测固化过程的一种方法。
• 机械加载 ：FRP 组件在应用过程中会受到不同的机械力和负载情况，产生应力和磨损。机械应变（ϵ）是用于测量组件负载的一个物理量，定义为负载引起的长度变化（Δl）与原始长度（l）的比值。常见的应变测量方法是通过测量导体或半导体的电阻变化，这主要是由压阻效应引起的。应变计是这种测量原理的常见应用。不同设计的应变传感器可用于监测组件的结构健康状况，实现预测性维护。

2. 现有监测方法

目前，用于应变和温度监测的方法有多种：
|监测方法|优点|缺点|
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|应变计与惠斯通电桥电路|可自主生成测量数据并无线传输| - |
|传感器天线|生产成本低|易受环境影响，难以区分干扰和测量信号|
|光纤|能提供组件状况的深入信息，适合材料集成|需要复杂的分析设备，成本较高|
|有线应变计|可用