This paper presents a flexible low-profile antenna sensor for fatigue crack detection and monitoring. The sensor was inspired by the sense of pain in bio-systems as a protection mechanism. Because the antenna sensor does not need wiring for power supply or data transmission, it is an ideal candidate as sensing elements for the implementation of engineering sensor skins with a dense sensor distribution. Based on the principle of microstrip patch antenna, the antenna sensor is essentially an electromagnetic cavity that radiates at certain resonant frequencies. By implementing a metallic structure as the ground plane of the antenna sensor, crack development in the metallic structure due to fatigue loading can be detected from the resonant frequency shift of the antenna sensor. A monostatic microwave radar system was developed to interrogate the antenna sensor remotely. Fabrication and characterization of the antenna sensor for crack monitoring as well as the implementation of the remote interrogation system are presented.
Yi, Xiaohua;Cho, Chunhee;Wang, Yang;Tentzeris, Manos M.
Smart Structures and Systems
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v.18
no.6
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pp.1217-1231
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2016
In this research, a slotted patch antenna sensor is designed for wireless strain and crack sensing. An off-the-shelf RFID (radiofrequency identification) chip is adopted in the antenna sensor design for signal modulation. The operation power of the RFID chip is captured from wireless reader interrogation signal, so the sensor operation is completely battery-free (passive) and wireless. For strain and crack sensing of a structure, the antenna sensor is bonded on the structure surface like a regular strain gage. Since the antenna resonance frequency is directly related with antenna dimension, which deforms when strain occurs on the structural surface, the deformation/strain can be correlated with antenna resonance frequency shift measured by an RFID reader. The slotted patch antenna sensor performance is first evaluated through mechanics-electromagnetics coupled simulation. Extensive experiments are then conducted to validate the antenna sensor performance, including tensile and compressive strain sensing, wireless interrogation range, and fatigue crack sensing.
In this paper, a new sensor chip with frequency reconstruction range of 2.252 GHz ~ 2.450 GHz is designed and fabricated. On this basis, a self-designed "T-shaped" shell is added to overcome the disadvantage of uneven deformation of the traditional steel shell, and the range of the sensor chip is expanded to 0 kN ~ 96 kN. The liquid metal antenna is used to carry out a step-by-step loading test, and the relationship between the antenna resonance frequency and the pressure load is analyzed. The results show that there is a good linear relationship between the pressure load and the resonant frequency. Therefore, the liquid metal antenna can be regarded as a pressure sensor. The cyclic loading and unloading experiments of the sensor are carried out, and different loading rates are used to explore the influence on the performance of the sensor. The loading and unloading characteristic curves and the influence characteristic curves of loading rate are plotted. The experimental results show that the sensor has no residual deformation during the cycle of loading and unloading. Moreover, the influence of temperature on the performance of the sensor is studied, and the temperature correction formula is derived.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.14
no.3
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pp.217-225
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2003
In this paper, in order to investigate the near field distribution characteristic of the Loop Antenna we simulated and measured the near field of a Loop Antenna using optical electric-field sensor in a large Chamber(8.5 m x 7 m x 7 m). The simulation methods were used MoM for frequency domain and FDTD for time domain. From the analysis results, it can be seen that the simulation and measurement results are very aggregated, and the optical electric-field sensor is a certificate of validity. In frequency domain, in case of the optical sensor with vertical polarization is located above the near vertical line of the Loop Antenna the signal strength level is more 15 ㏈ than with horizontal polarization. But in case of the optical sensor located above horizontal line of the Loop Antenna, signal strength level is not different. And, in the time domain, although input signal is positive, in the case of the optical sensor with vertical polarization is located above horizontal line of the Loop Antenna, it can be seen that the received pulse shape is negative.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.9
no.3
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pp.101-108
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2006
This paper describes the design, fabrication, and measured results of a W-band Cassegrain antenna suitable for the target detecting fuze sensor. The Cassegrain antenna is designed using MATLAB and MWS of CST. We use the multi-mode horn antenna as a feeder. The measurement results are as follows: The gain is about 41dB; SLL is 17.7dB; 3dB beamwidth is about $1.51^{\circ}$ in E-plane and $1.45^{\circ}$ in H-plane. The magnitude of leakage signals is about 43.5mVpp when the fabricated antenna and the transceiver of the fuze sensor ire combined. As a result, the designed W-band Cassegrain antenna could be quite applicable to the target detecting fuze sensor.
Journal of electromagnetic engineering and science
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v.13
no.4
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pp.208-213
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2013
This paper proposes a tag antenna for radio frequency identification (RFID) food system. The RFID tag antenna is designed and fabricated based on the rectangular loop concept used in the UHF band (Korean and Japanese standards, 916.7-923.5MHz). The proposed tag antenna is composed of a radiation patch, sensor tag chip, temperature sensor, oscillator, and battery. We conjugated matching between the tag antenna and the sensor tag using a U-shaped stub. Details of the proposed tag antenna design and the simulated and measured results are presented and discussed.
In this paper, we designed a tunable microstrip patch antenna using RF MEMS switches. The design and simulation of the antenna were performed using a high frequency structure simulator(HFSS). The antenna was designed for use in the ISM band and either operates at 2.4 GHz or 5.7 GHz achieving -10 dB return-loss bandwidths of 20 MHz and 180 MHz, respectively. In order to obtain high efficiency and improve the ease of integration, a high resistivity silicon(HRS) wafer on a glass substrate was used for the antenna. The antenna achieved high gains: 8 dB at 5.7 GHz and 1 dB at 2.4 GHz. The RF MEMS DC contact switches were simulated and analyzed using ANSYS software.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.11
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pp.1037-1043
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2004
In this paper, a new fault detection and isolation algorithm fur inertial sensor system is proposed. To identify the inertial sensor fault, single antenna GPS receiver is used as an effective redundancy source. To use GPS receiver as redundancy for the inertial sensors, the algorithm to estimate the attitude and acceleration using single antenna GPS receiver is adopted. By using Doppler shift of carrier phase signal and kinetic characteristics of aircraft, attitude information of aircraft can be obtained at the coordinated flight condition. Based on this idea, fault diagnosis algorithm for inertial sensors using single antenna GPS based attitude is proposed. For more effective FDI, decision variables considering the aircraft maneuver are proposed. The effectiveness of the proposed algorithm is verified through the numerical simulations.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2008.04c
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pp.27-31
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2008
In this study, The new type of loop antenna which detects the partial discharge was designed based on microstrip line technology. In diagnosis of power cable, partial discharge signal generally occurred at the frequency range lower than 100MHz because high frequency PD signals could be lost along the propagation path in the cable. The new type of loop antenna sensor has been studied by using Simulation software named CST microwave studio version 5.0. In partial discharge measuring experiments, commercial HFCT sensor was used as a reference sensor. Several experiments were made over HFCT sensor and loop antenna sensor in detection partial discharge on MV XLPE cable of 22.9kV. In this study, we have shown our loop antenna sensor can apply as a commercial HFCT sensor.
In this paper, when we control Elevation Angle and Azimuth Angle of Antenna, intend to implement sensor system for stabilization control of antenna pedestral system because of wind in land, wave and external disturbances such as rolling, pitching, and yawing. Therefore, this sensor system is consist of Tilt Sensor for measuring absolute angle of roll ing and pitching, Level Rate Sensor, Cross Level Rate Sensor, Azimuth Rate Sensor for controlling short_term azimuth angle and Flux Gate Sensor for measuring long_term azimuth angle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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