高端装备在长期服役中，不可避免地积累一些应力损伤，产生裂纹. 由于裂纹主要萌生在承载部件的应变集中处，对结构特定区域进行应变监测是实现高端装备承载部件在役健康监测的关键技术[1-2]. 针对电阻应变传感器和光纤应变传感器成本高、结构复杂等问题[3]，研究人员提出将微带贴片天线应用于应变测量，Tata等[4]对比分析了微带天线应变测量与应变片测量结果，证实微带贴片天线应变传感器可行. Daliri等[5]通过有限元仿真和实验测量证明圆形贴片天线传感器能实现结构应变的全向性检测. 葛航宇等[6]设计了不同尺寸的微带天线进行应变测量，并分析其影响因素. 但是，现有研究大多使用传输线，迫切需要解决无线技术.

近几年，有学者利用无线射频识别(radio frequency identification，RFID)技术的远距离读取特性，将其与传感器技术相结合，设计无线无源传感器[7-8]. Vena 等[9]根据应变对天线表面电导率的影响，以雷达散射截面作为应变的测量参数，设计了基于印刷天线的RFID传感器. Bhattacharyya等[10]利用偶极子天线接近金属物理性能会随之改变的特性，采用阈值能量表征金属受力时的位移变化. Zhang等[11]设计了基于偶极子天线的RFID应变传感器.

本课题组在前期微带贴片天线应变传感器实验研究的基础上[12]，将RFID技术与微带天线技术相结合，提出了一种RFID式微带天线应变传感器. 从微带天线与应变的作用机理入手，分别设计了边缘馈电式和插入馈电式2种RFID式微带天线应变传感器，通过仿真优化确定了天线结构和设计参数，并根据力学和电磁耦合模拟仿真结构分析，验证了结果的正确性，明确了RFID式微带天线应变传感器谐振频率偏移量与应变的线性关系，为实验研究奠定了理论基础.

1 天线与应变的作用机理

设计一种由辐射元、介质基层、接地板和短路孔4部分组成的微带天线[13]，模型见图1，电场示意图见图2. 根据传输线模型，微带天线谐振频率为

(1)

式中：c为真空中的光速；由于天线的边缘电场线存在于介质基层和空气中，导致辐射元理论电尺寸大于其几何尺寸，大于部分记为补偿长度ΔL，同时，介质基层的有效介电常数εre与相对介电常数εr和传感器的尺寸有关[4]，其关系式为

(2)

(3)

图1 微带天线结构模型 Fig.1 Microstrip antenna structure model

图2 微带天线电场示意图 Fig.2 Schematic diagram of microstrip antenna field

假设天线传感器沿长度方向受到一定的拉伸，产生应变εL，由于泊松比的影响，辐射元的宽度W和介质基体的厚度h也会有如下改变：

W1=(1-νPεL)W h1=(1-νSεL)h

(4)

假设辐射元的泊松比νP与介质基体的泊松比νS相同，则由拉伸应变εL导致变化后的宽度和厚度的比值W1/h1≈W/h近似为常数，有效介电常数εr不受拉伸应变εL，且补偿长度ΔL与介质基体的厚度h呈线性关系，因此，天线传感器的谐振频率又可表示为

(5)

式中

应变导致天线传感器尺寸发生变化，同时改变了传感器的谐振频率，当受到应变εL影响时，天线应变传感器的谐振频率变为

(6)

结合式(5)(6)，可以得到应变εL谐振频率频移量Δf的关系表达式

青樱低着头：“侧福晋与格格受封妃嫔，皆由主子娘娘统领六宫裁决封赏。妾身此时的确还是侧福晋，主子娘娘并未委屈妾身。”

(7)

=KεL

(8)

式中K为天线的应变灵敏度，即每个微应变对应频率的偏移量. 由式(8)可知，矩形贴片天线的谐振频率偏移量和应变呈线性关系.

2 微带天线与RFID芯片的匹配设计

通常RFID系统由标签、阅读器和应用系统3个部分组成，其中，标签包括天线和芯片[14]. 将RFID技术中的标签天线设计成微带天线形式，使RFID的标签天线成为能检测结构应变的感应元件，当外部的通信设备通过电磁波的形式给标签天线提供能量时，能量传输到标签芯片，标签被激活，即天线传感器被激活，并将其自身的感应信息发送给阅读器，实现应变的无线监测[15].

为了天线传感器的小型化，对于超高频RFID标签，将标签芯片与微带天线直接相连，等效电路结构如图3所示.

夏国忠小心地把这朵小花挖出来，轻轻地捧在手上。他要找一个安全的地方把它栽下，让它好好地生长。可是转了一圈，总也找不到一个合适的地方。最后，他取下头上的钢盔，把这朵小黄花放进去栽好，摆在阵地上。

图3 传感器的等效电路图 Fig.3 Equivalent circuit diagram of the sensor

天线的辐射电磁场可用固定距离上随空间坐标分布的辐射方向图表示，三维空间的立体方向图上常用2个互相垂直的主平面内的方向图来表示，其中，xy为电场矢量与最大辐射方向所构成的平面，其角度用φ表示；xz为磁场矢量与最大辐射方向所构成的平面，其角度用θ表示，在工程上，为简化模型通常用图9所示的二维图来表示此特性.

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微带天线与标签芯片阻抗匹配的好坏直接影响二者间功率传输系数，假设天线能传输给芯片的最大功率是Pa，则标签芯片能获得的功率为

Pc=Paτ

(9)

由式(8)可知，天线应变传感器的灵敏度与谐振频率有关，由式(5)计算出不同应变下2种传感器的理论谐振频率，将其与谐振频率仿真结果进行对比分析，如表2所示.

(10)

由高频电路原理可知，微带天线阻抗与标签芯片阻抗共轭匹配时，即时，天线与芯片之间的传输功率最大. 功率反射系数与传输系数相对应，反映了等效电源传输给负载后被反射的功率. 微带天线与标签芯片之间的反射系数Γ可以表示为

(11)

则功率反射系数的平方可表示为

(12)

结合式(10)(12)，可以得到功率传输系数与功率反射系数平方之间的关系表达式

(13)

由式(13)可知，功率反射系数绝对值的平方与功率传输系数之和等于1，即

τ+|Γ|2=1

(14)

回波损耗S11与入射功率与反射功率之比有关，可由功率反射系数表示为

S11=20lg |Γ|

(15)

由式(15)可知，回波损耗的特性参数S11代表了天线反射效率的优劣，天线反射的能量越大，参数S11值越大，反之，天线反射的能量越小，参数S11值也越小. 根据谐振腔理论，在天线谐振频率处，天线接收的激励信号被其谐振腔所吸收，该频率点的回波损耗S11最小，因此，可将回波损耗最低点对应的频率视为天线的谐振频率.

3 标签天线传感器建模与仿真分析

3.1 RFID标签天线应变传感器检测原理

图4为RFID通信系统组成框图，本文根据雷达方程，计算无线通信系统中标签天线所能接收到的功率. 假定阅读器和标签之间没有障碍物，在自由空间中，端口和极化均匹配.

图4 RFID通信系统组成原理 Fig.4 Principle of RFID communication system composition principle composition principle

在不考虑损耗的情况下，接收天线所接收功率P2可表示为

(16)

式中：G1为阅读器天线的增益；G2为标签天线的增益；d为阅读器和标签之间的距离；λ为波长；f为频率.

由式(12)(15)可知，标签天线处于谐振频率时，标签芯片反射的能量最小，标签芯片能获得的功率为

P3=P2(1-|Γ|2)

(17)

每个标签芯片在出厂时都会有一个固定的激活功率，假设该功率为P3，当阅读器所发出的功率P1刚好激活芯片时，标签的阈值即P1可表示为

(18)

根据式(17)(18)可知，以微带天线为标签天线制作标签应变传感器，当标签天线处于谐振频率时，标签应变传感器接受能量的效率最高，标签应变传感器所需阈值P1最小. 当标签天线检测到形变时，标签天线谐振频率会发生偏移，标签天线的阈值也随之发生偏移，从而实现应变检测[16].

3.2 标签天线应变传感器谐振频率与带宽

分别设计边缘馈电式和插入馈电式2种传感器，将微带天线与标签芯片的辐射引脚一端相连，标签芯片的接地引脚通过一段短路短截线与标签天线的地相连，通过调节短路短截线尺寸，使标签芯片和微带天线的阻抗相匹配，天线传感器结构如图5所示[17-19].

利用HFSS软件分别对边缘馈电和插入馈电2种馈电方式的应变传感器进行仿真分析和参数优化，获取天线最优参数值，确定天线理想结构. 图6为边缘馈电式和插入馈电式标签天线传感器模型，模型将标签天线设计成微带天线形式，选择RT/duroid5580作为微带天线的介质基层材料，其相对介电常数εr=2.2，厚度为0.787 mm. 在传感器尺寸允许的条件下，将2种传感器的谐振频率设计成950 MHz，根据介质基层的参数，其宽度W表达式为

(19)

图5 传感器的结构 Fig.5 Structure of sensor

图6 标签天线传感器模型 Fig.6 Tag antenna sensor model

根据式(19)确定微带天线宽度W的尺寸. 由式(1)(2)(3)即可求得微带天线长度L为

(20)

微带天线与标签芯片阻抗匹配的好坏直接影响传感器效率. 由于标签芯片釆用的是容性阻抗，而微带天线为感性阻抗，所以虚部的匹配往往比实部的匹配更为重要，因此，在对系统的阻抗匹配进行仿真优化时，重点分析结构参数对标签天线虚部电抗值的影响.

微带天线的虚部电抗主要由短路短截线长度LS决定，在仿真中，采用集总端口激励端模拟标签芯片，并设定其电抗值为170 Ω，不断改变天线短路短截线长度LS，观察微带天线电抗值随长度变化的趋势. 图7为2种馈电方式标签天线传感器仿真结果.

大学生498人，其中女生342人，男生149人，7人未报告性别；平均年龄19.72岁(标准差为1.78)。

图7 短路短截线长度对传感器电抗值的影响 图7 Effect of short circuit length on the reactance value of the sensor

从图7中可以看出，天线虚部电抗值随短路短截线长度LS增长而增大，且当频率f为950 MHz时，传感器虚部电抗恰为170 Ω时，标签芯片与天线阻抗相匹配，此时，边缘式和插入式2种馈电方式标签天线短路短截线长度LS分别为30 mm和8 mm. 由此可根据短路短截线长度LS和频率f的关系确定标签天线传感器尺寸参数[19]，表1为2种馈电方式标签天线传感器尺寸参数优化设计结果.

表1 传感器几何尺寸

Table 1 Geometric dimensions of sensors

馈电方式天线短截线W/mmL/mmW1/mmLS/mmf/MHz边缘式5754130950插入式555428950

图8 传感器天线的回波损耗 Fig.8 Return loss of sensor antenna

天线设计时，回波损耗小于-10 dB时的频率范围为天线带宽. 分别对2种馈电方式的标签传感器的天线回程损耗进行扫频分析，其扫描频率范围为910～970 MHz，结果如图8所示. 由图可见，边缘馈电式传感器在全部扫频范围内S11均小于-10 dB，最小值为-28.79 dB；插入馈电式传感器在930～960 MHz时S11小于-10 dB，最小值为-13.61 dB. 2种传感器的天线回程损耗最小值所对应的频率均为950 MHz，表明2种馈电方式的应变传感器谐振频率均为950 MHz，且边缘馈电式传感器的带宽大于入馈电式传感器的带宽，其工作范围更大.

3.3 标签天线的辐射方向与增益

假设V为微带天线接收电磁波而产生的等效电源，Za=Ra+jXa为天线的复阻抗，Zc=Rc+jXc为芯片复阻抗.

图9 标签天线传感器的二维增益图 Fig.9 Two dimensional gain map of tagantenna sensor

天线增益G表示在相同输入功率下，天线与理想辐射单元在空间同一点处所产生的信号功率密度之比，其定量描述了天线朝一个方向辐射和接收电磁信号能力的强弱，且天线增益越大，传播距离越远. 增益与天线方向图密切相关，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高. 图9为边缘馈电式和插入馈电式2种标签天线在950 MHz频率时的二维增益，由图可见，边缘馈电式和插入馈电式标签天线增益值分别为1.88 dB和3.81 dB. 与边缘馈电式传感器相比，插入馈电式传感器增益大，故其在相同功率下，传播距离更远.

4 传感器力磁耦合性能数值仿真分析

HFSS软件虽可对传感器的电磁性能进行仿真，但因其缺少力学模块，无法模拟传感器的受力情况. 在多领域的科学研究和工程计算中得到广泛应用的COMSOL数值仿真软件，具有力学模块和电磁模块，利用力磁耦合作用，可对应变传感器进行应变模拟仿真. 利用COMSOL仿真软件分别对边缘式馈电传感器和插入式馈电传感器进行应力作用的数值仿真，天线具体参数与HFSS设计的相同. 在力学模块仿真中，将边缘馈电式传感器介质基层的一段固定，另一端分别加0.15、0.30、0.45、0.60、0.75 MPa的应力，观察贴片天线的应变响应情况，图10为边缘馈电式传感器介质基层和天线辐射元的位移d随应力的变化情况.

图10 边缘式传感器应变响应 Fig.10 Strain response of edge-feeding type

为证明传感器在不同应变状态下谐振频率与应变间的关系，在插入馈电式传感器介质基层一端分别加0.30、0.60、0.90、1.20、1.50 MPa的应力，图11为插入馈电式传感器的应变响应情况. 根据介质基层材料的杨氏模量(约为0.15 GPa)，将应力计算成应变，发现2种传感器的辐射元均随介质基层产生相应形变.

图11 插入式传感器应变响应 Fig.11 Strain response of inserted-feeding type

在电磁模块仿真中，对传感器模型在910～970 MHz频率范围内的进行扫频，获得标签天线在不同应变下的参数S11曲线，提取不同应变下的谐振频率，并用MATLAB软件进行拟合，图12、13分别是边缘馈电式传感器和插入馈电式传感不同应变作用下回程损耗曲线和谐振频率与应变关系的拟合曲线.

图12 边缘馈电式传感器谐振频率与应变关系 Fig.12 Resonant frequency and strain relation of edge-feeding sensor

图13 插入馈电式传感器谐振频率与应变关系 Fig.13 Resonant frequency and strain relation of inserted-feeding sensor

由图12、13可见，当标签天线受到应力发生变形时，谐振频率随着应变增大而变小，且标签天线的谐振频率偏移量Δf与应变ε间存在线性关系，边缘馈电式传感器和插入式馈电传感器的灵敏度K分别为0.943 kHz/10-6ε和0.880 kHz/10-6ε.

式中τ为功率传输系数，可表示为

将表2中仿真值与理论值进行对比可以看出，2种传感器在不同应变下的谐振频率的变化趋势基本相同，随着应变增大，谐振频率减小.

为了更清晰展示2种标签传感器的灵敏度，将不同应变下谐振频率偏移量Δf的仿真值与理论值进行对比，如图14、15所示，可以看出其灵敏度基本一致，由此确定，利用天线传感器的谐振频率偏移量可以实现应变定量表征.

表2 谐振频率的仿真值与理论值

Table 2 Simulation and theoretical value ofresonant frequency

馈电方式ε理论值f/GHz仿真值f/GHz0.0000.93640.95780.0010.93550.9569边缘式0.0020.93450.95600.0030.93360.95510.0040.93270.95420.0050.93170.95330.0000.93640.95200.0020.93450.9500插入式0.0040.93270.94850.0060.93080.94650.0080.92890.94500.0100.92700.9430

图14 边缘式馈电传感器谐振频率偏移量仿真与理论值对比 Fig.14 Simulation and theoretical value comparison of resonant frequency offset edge-feeding type sensor

图15 插入式馈电传感器谐振频率偏移量仿真与理论值对比 Fig.15 Simulation and theoretical value comparison of resonant frequency offset inserted-feeding type sensor

5 结论

1) 将RFID技术与微带天线技术相结合，提出一种RFID式微带天线应变传感器，利用微带天线作为标签天线，当天线受到应变时，天线的谐振频率发生改变，利用RFID读写器检测该变化，从而实现应变传感测量.

不曾想，蹲地上的权筝老爸权头一抬眼看见何东走了过来，“腾”一下站了起来，还没等大家反应过来，他一个耳光子扇到何东右脸上：“都是你！”他先下手为强了。

2) 设计了边缘式馈电和插入式馈电2种传感器，HFSS仿真分析结果表明，边缘式馈电传感的带宽性能优于插入式馈电传感器，但是，增益较低，在相同能量下工作距离较短；利用COMSOL仿真软件中固体力学模块与电磁学模块，通过力磁耦合仿真，确定当对传感器施加不同应变时，2种传感器的谐振频率偏移量与应变间均存在线性关系；且2种传感器的谐振频率偏移量与应变间线性关系曲线的仿真结果与理论值相吻合，这为标签贴片天线应变传感器的研制及实验研究奠定了理论基础.

3) 由于每个RFID芯片均具有唯一识别编码，因此，RFID阅读器可同时读取多个芯片，这为RFID式微带天线应变传感器阵列排布，实现承载部件多方向、大面积应变检测，以及高端装备结构健康无线监测提供新的技术手段.

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太阳能制冷系统分为集热系统和制冷系统两部分。集热系统是对太阳能进行收集，并且将收集的太阳能用来驱动吸收式制冷。集热系统图如图1，制冷系统图如图2所示。

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本文设计的索引模块使用基于Java 的全文索引工具包——Lucene 完成，其应用与实现都非常简单，图4所示为设计流程。

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教育史证明，一定历史时期的教育思想和教学方式，总是为培养那个历史时期的社会所需要的人服务的。不同历史时期政治、经济与社会的发展，需要不同素养的人。不同素养的人，需要不同的教育思想和教学方式来培养。因此，人类社会的教育思想和教学方式是随着人类社会的发展而发展的。我国的语文教育经历了三个发展阶段。

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(3) 根据实验结果可以得出的实验结论： 在一定范围内，随光照强度增强，光合作用速率____________。

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直接能用语文教材中的学习活动组织教学，对教师来说既省时又省力，学习质量也有基本保证，应该是不错的选择。但是在这个问题上，可能部分教师存在一个认识误区，即教学中照搬教材中的学习活动容易被看成是“没有水平”的标志，部分评课专家可能也持这样的观点。其实，这是不成立的。因为语文教材一般经过了较长时间的研究，理应为教师和学生呈现优秀的活动设计。而课堂教学水平的高低，更多取决于教师在教学组织上的表现，否则大家都去模仿优秀的教学设计，问题不就解决了吗？因此，教师对教材中精彩的适合自己的活动设计不妨大胆选用，节省下来的时间、精力可投入到多读书、多向学生提供学习资料、多与学生交流上，这才是事半功倍的做法。

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（二）心肌炎型 多无先兆性症状，或仅表现轻微腹泻，继而突然衰弱，呻吟，黏膜发绀，呼吸极度困难，脉搏快而弱，心脏听诊出现杂音，来不及治疗在数小时内死亡。

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《爱如茉莉》是苏教版语文五年级下册第五单元主题“亲情依依”的开篇。课文用平凡生活的片断来诠释爱的真谛，使爱能看得见、听得见，让人能真切地感受到。真爱是这篇文章的主旨，茉莉是文章的线索。本文注重细节描写，语言质朴却句句拨动读者的情感之弦。对于五年级学生来说，读懂这些文字并不困难，但由于年龄限制，他们很容易对生活细节熟视无睹，不懂真正用心去体会文字背后深刻的内涵。因此，本课教学要借助教材文本增强学生对生活的敏感性，擦亮学生的眼睛，让他们善于去发现感悟生活之美，并学习借助一定的线索来表达自己的所见所思所想。

当前，国家环保政策逐渐收紧，根据2017年6月27日第十二届全国人民代表大会常务委员会第二十八次会议《关于修改〈中华人民共和国水污染防治法〉的决定》第二次修正案条款，水资源环境政策约束趋紧，传统渔业水域面积将不断减少，湖北渔业发展空间受限。同时，渔业养殖水域环境污染严重，天然水域过度捕捞长期存在，涉水工程建设不断增加，主要鱼类产卵场退化，渔业天然资源日趋衰退，天然水生野生动物濒危程度加剧，实现渔业绿色发展和可持续发展的难度加大。