Wireless passive RFID-based sensor for crack detection

This paper presents the concept of an unpowered, wireless sensor based on RFID technology for detection of cracks in ceramic parts, plates and equipment. The main objectives of this work were to develop as cheap as possible, quantitative sensor without any power source, that would be also extremely simple and have possibly long lifecycle (theoretical infinite). This type of sensor could be used in Structural Health Monitoring, in tasks connected with crack detection in concrete structures and another tasks related to detection of damages in any ceramic parts (bulletproof vest plates, ceramic bearing, insulator in power engineering). Below we present the first stage of investigations (concept of sensor, choosing the way to design and calculate inductance of planar coil, simulation of the operating principle, making prototypes that check manufacturing possibilities).

W artykule zaprezentowana została koncepcja bezprzewodowego czujnika opartego na technologii RFID, służącego do wykrywania uszkodzeń w elementach ceramicznych. Głównym celem pracy było zaprojektowanie możliwie taniego czujnika nie posiadającego własnego źródła zasilania, prostej zasadzie działania i jak najdłuższym cyklu życia (teoretycznie nieskończonym). Koncepcja czujnika opiera się na stworzeniu obwodu rezonansowego składającego się z cewki planarnej, nadrukowanej bezpośrednio na elemencie ceramicznym oraz kondensatora będącego integralną częścią chipu RFID. Pojawiające się uszkodzenie, przerywa ścieżki cewki, co prowadzi do braku sygnału zwrotnego w czytniku dostrojonym do określonej częstotliwości. Taki rodzaj czujnika mógłby być używany w zadaniach związanych z monitoringiem stanu konstrukcji oraz diagnostyką maszyn, w przypadku wykrywania uszkodzeń struktur betonowych (specjalne próbne płytki ceramiczne umieszczone bezpośrednio na/w konstrukcji) oraz innych zadaniach związanych z wykrywaniem uszkodzeń w dowolnych elementach ceramicznych (płytki używane w kamizelkach kuloodpornych, łożyska ceramiczne, izolatory używane w energetyce). Dużą zaletą czujnika jest fakt, że nie musi on być widoczny, może znajdować się w miejscach trudno dostępnych. W poniższym referacie zaprezentowane zostały rezultaty pierwszych badań nad czujnikiem tego typu (koncepcja projektowa czujnika, wybór sposobu zaprojektowania i obliczeń cewki planarnej, symulacja zasady działania, wykonanie wstępnych prototypów ukazujących możliwości produkcyjne takiego czujnika).