Reflection based Strain Sensing using Metamaterials
DOI:
https://doi.org/10.21935/tls.v3i1.125Abstract
Resonator arrays of periodicially arranged electromagnetic sub-wavelength resonators show a strong frequency filter behaviour which can be controlled by the geometry, size and arrangement of the resonators. The use of several resonator arrays and their integration into a polymer matrix allows the realisation of metamaterials with a specific resonance behaviour. The resonance behaviour can be influenced by material and structural changes enabling a passive sensor function. The considered sensor approach based on metamaterials is investigated to enable structural health monitoring of lightweight structures. In the present case, a double-layer Jerusalem cross (JC) resonator array (RA) is integrated into a glass fibre reinforced plastic (GFRP) to analyse the change of the resonance behaviour under load (strain) using a reflection measurement. The CST (Computer Simulation Technology) Microwave Studio was used to model the resonator array for operation in the microwave frequency range between 15 GHz and 35 GHz as well as for the numerical analysis of the resonance behaviour under load. The numerical results were validated by a tensile test using a tensile test machine (type TIRATEST 28100, Tira GmbH) and by a reflection measurement using two standard gain horn antennas (type Standard Gain Horn Series 862, ARRA Inc) and a vector network analyser (type ZVA50, Rohde&Schwarz). The reflection measurement shows a reflection minimum at 28.6 GHz which moves to higher frequencies under load of the GFRP laminate. With the shift of the minimum, the quality factor decreases and the dip widens. The investigation shows that it is possible to provide a GFRP laminate with a specific electromagnetic behaviour by integrating resonator arrays. It is also shown that the specific electromagnetic behaviour can be influenced by structural changes and thus opens up the possibility of monitoring the condition of lightweight structures.
Downloads
Veröffentlicht
Ausgabe
Rubrik
Lizenz
Autor/innen, die in Technologies for Lightweight Structures (TLS) publizieren möchten, stimmen den folgenden Bedingungen zu:
Der korrespondierenden Autor/innen bestätigen mit der Imprimatur (Druckfreigabe), dass alle am Beitrag beteiligten (Co-)Autor/innen genannt und mit der Veröffentlichung in Technologies for Lightweight Structures sowie den Vereinbarungen zum Urheberrecht einverstanden sind
Die Autor/innen behalten das Urheberrecht und übertragen Technologies for Lightweight Structures ein einfaches Nutzungsrecht zur Erstveröffentlichung ihres Werkes.
Die Publikation akzeptierter Beiträge erfolgt unter der Creative Commons-Lizenz "Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)". Diese Lizenz erlaubt es, den Inhalt zu vervielfältigen, zu verbreiten und öffentlich aufzuführen sowie Bearbeitungen bzw. Übersetzungen anzufertigen unter folgender Bedingungen: Der Name des Autors/Rechtsinhabers muss genannt werden. Abweichende Creative Commons-Lizenzen können nur in begründeten Einzelfällen und unter vorheriger Rücksprache mit den Herausgebern (Email an: tls-journal@tu-chemnitz.de).
Die Autor/innen können zusätzliche Verträge für die nicht-exklusive Verbreitung der in Technologies for Lightweight Structures veröffentlichten Version ihrer Arbeit unter Nennung und/oder Verlinkung des Erstveröffentlichungsortes Technologies for Lightweight Structures eingehen.
Autor/innen werden dazu ermutigt, die begutachtete Manuskriptversion (Post-Print) ihres Artikels parallel zur Einreichung in Technologies for Lightweight Structures online zu archivieren (z.B. auf einem Dokumenten- und Publikationsserver ihrer Institution oder auf ihrer eigenen Homepage), weil so produktive Austauschprozesse wie auch eine frühe und erweiterte Bezugnahme auf das veröffentlichte Werk gefördert werden (siehe: The Effect of Open Access). Autor/innen werden darum gebeten, die Archivversion mit folgendem Hinweis und einem Link (DOI) auf das Originaldokument in Technologies for Lightweight Structures zu versehen, um eine konsistente Zitierung des Artikels sicherzustellen:
Dies ist die begutachtete, uneditierte Version eines Artikels, der in der Open-Access-Zeitschrift Technologies for Lightweight Structures (TLS) erstveröffentlicht wurde. Die Originalversion im Verlags-Layout mit den vollständigen Titelangaben für die Zitierung des Artikels sind verfügbar unter: xxx [DOI der Originalversion einfügen].
Sollten Sie Fragen bezüglich des Urheberrechts haben, können Sie uns gern per E-Mail kontaktieren.