结构健康监测技术对大型结构的管养与维护有重要意义。传统应变监测设备存在有线连接、成本较高、操作维护较为复杂的缺点。近年发展起来的各种无线应变传感器电路模块组成相对复杂,成本也较高。射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）作为一种新兴自动识别技术,依靠射频信号的空间耦合实现标签与阅读器的无线通讯,具有非接触式信息传递、成本及能耗较低、使用方便的优点。本文采用两种方式将RFID技术应用于应变无线测量,第一种方式为将可采集数据的RFID标签与全桥应变片结合,利用标签与阅读器之间的无线通讯实现应变的无线测量;第二种方式为将RFID标签天线本身作为应变传感单元,利用天线谐振频率漂移与应变之间的线性关系间接测量应变。本文依据上述两种方式,开展基于RFID技术的结构无线应变传感器研究及测试,并针对应变测量数据开展应变数据的建模与预测算法研究。本文的具体研究内容如下:（1）将可采集数据的半主动式RFID标签与全桥应变片结合,设计RFID标签电路应变传感器,利用标签与阅读器之间的无线通讯实现应变的无线测量。采用的RFID芯片型号为CC2530,该芯片属于半主动式超高频RFID芯片,具有休眠状态和激活状态两种模型,芯片内部的模数转换器可采集毫伏级电压信号,将RFID标签的电源与信号采集引脚引出,分别与全桥应变片的激励引脚和信号输出引脚相连,形成RFID标签电路应变传感器,该传感器具有体积小、功耗及成本低的优点。设计多组应变测量对比实验验证其测量精度,在6061铝合金板上的应变测量对比实验结果表明,RFID标签电路应变传感器与有线应变采集系统的测量结果均方根误差为22微应变。为解除RFID标签必须自带电池的限制,设计了无源化RFID标签电路应变传感器,将设计的整流天线及稳压电路嵌入RFID标签,利用电磁波射频能量激活标签,进行无源化RFID标签电路应变传感器的应变测量实验,测量结果证明无源化RFID标签电路应变传感器的测量结果与有线应变采集系统测量结果较为接近。（2）利用微带贴片天线谐振频率漂移量与应变之间的线性关系,将RFID标签天线本身作为应变传感单元,设计基于微带贴片天线的RFID标签天线应变传感器。在天线仿真软件HFSS中建立侧馈型微带贴片天线有限元模型,通过仿真模拟天线受力变形状态,发现微带贴片天线谐振频率漂移量与应变之间存在线性关系,并通过侧馈型微带贴片天线测试实验证明了仿真结果,验证了微带贴片天线的频移—应变公式。在此基础上设计可嵌入被动式RFID芯片的RFID标签天线应变传感器,通过HFSS仿真优化微带贴片天线的尺寸参数,使其在谐振频率处与芯片实现阻抗匹配。采用表面开槽技术对天线进行小型化设计,经过小型化设计的RFID标签天线应变传感器长度方向尺寸减小40%。在HFSS中仿真模拟天线变形状态下的应变感应性能,并加工RFID标签天线应变传感器进行实物测试。将RFID标签电路应变传感器粘贴在拉伸试件上并通过万能试验机进行拉伸,试验结果证明RFID标签天线应变传感器的谐振频率漂移量与应变存在良好的线性关系,线性相关系数R~2（28）0.97。（3）针对RFID标签电路应变传感器的测量数据预测,本文开展了适用于应变监测数据的建模与预测算法研究,提出将先进的数据预测算法——变分异方差高斯过程（Variational heteroscedastic Gaussian Process,VHGP）应用于应变建模预测,编写基于变分异方差高斯过程的数据预测代码,对RFID标签电路应变传感器的测量数据进行预测,预测模型与RFID标签电路应变传感器实测数据较为吻合。进一步采用大型结构应变监测数据作为案例,验证变分异方差高斯过程的预测效果,结果表明,引入变分近似的变分异方差高斯过程对应变异方差噪声的建模及预测效果均优于另一种异方差高斯过程——最大似然高斯过程,应变数据预测精度平均提高51.9%。针对实际应变监测数据常表现出多种成分叠加的情况,为进一步提高预测精度,本文提出成分变分异方差高斯过程（Component Variational heteroscedastic Gaussian Process,CVHGP）,建立贝叶斯动态线性模型对应变数据的不同成分进行分离和提取,再使用变分异方差高斯过程对各个应变时间序列成分进行预测,最后将预测结果进行叠加。使用成分变分异方差高斯过程对RFID标签电路应变传感器测量数据进行预测,预测精度比变分异方差高斯过程提高57.2%,结果证明成分变分异方差高斯过程对周期性变化的应变数据具有良好的预测效果。本论文有图144幅,表23个,参考文献80篇。