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一種無線無源預(yù)應(yīng)力檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于預(yù)應(yīng)力檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種無線無源預(yù)應(yīng)力檢測系統(tǒng)。它采用無線無源預(yù)應(yīng)力傳感器，放置于混凝土內(nèi)對鋼索進(jìn)行應(yīng)變力的采集。為了對傳感器進(jìn)行保護(hù)，采用雙層環(huán)氧樹脂將傳感器和鋼索包住。外部數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備分別是中距離射頻讀取器和平板電腦。平板電腦通過無線數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通信，計算實際預(yù)應(yīng)力數(shù)值并返回給服務(wù)器。使用該系統(tǒng)，可以對建筑內(nèi)的鋼索預(yù)應(yīng)力進(jìn)行長期或者定期的檢測，以防止安全事故的發(fā)生。
【專利說明】一種無線無源預(yù)應(yīng)力檢測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于預(yù)應(yīng)力檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種混凝土中鋼索預(yù)應(yīng)力的檢測系 統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在建筑結(jié)構(gòu)健康性檢測中，預(yù)應(yīng)力傳感器有著廣泛的應(yīng)用。它們間斷性或者連續(xù) 的對結(jié)構(gòu)內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力變化進(jìn)行監(jiān)測，向維護(hù)人員提供第一手的預(yù)應(yīng)力信息，用以防患安 全事故的產(chǎn)生。目前的建筑預(yù)應(yīng)力檢測系統(tǒng)，一般采用有線的方式，即將傳感器與數(shù)據(jù)線 路、電源線路一起埋入混凝土中。這種方式對于可能對建筑結(jié)構(gòu)本身造成一定的影響，傳感 器的部署也不夠方便。現(xiàn)有的檢測系統(tǒng)多為獨立單元，缺少傳感信息的統(tǒng)一管理以及標(biāo)準(zhǔn) 化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力傳感系統(tǒng)使用有線、有源的不足，建立一套統(tǒng)一化，標(biāo)準(zhǔn)化的 信息管理模式，本發(fā)明提供一套無線無源預(yù)應(yīng)力檢測系統(tǒng)。
[0004] 本發(fā)明提供的無線無源預(yù)應(yīng)力檢測系統(tǒng)，在混凝土內(nèi)采用無線無源預(yù)應(yīng)力傳感 器，在外部使用中距離射頻讀取器將混凝土內(nèi)的鋼筋預(yù)應(yīng)力信息讀取出來，使用平板電腦 對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并利用平板電腦的無線數(shù)據(jù)傳輸功能發(fā)送到系統(tǒng)服務(wù)器。具體說來，整個 系統(tǒng)由無線無源預(yù)應(yīng)力傳感器、中距離射頻讀取器、平板電腦、系統(tǒng)服務(wù)器四個部分組成。 其中： 所述無線無源預(yù)應(yīng)力傳感器，由傳感器芯片與發(fā)射線圈組成，傳感器芯片采用雙層環(huán) 氧樹脂保護(hù)，發(fā)射線圈放置在雙層環(huán)氧樹脂保護(hù)層外。無線無源預(yù)應(yīng)力傳感器自身帶有能 量接收模塊、數(shù)據(jù)采集模塊以及數(shù)據(jù)傳輸模塊，在環(huán)氧樹脂的保護(hù)下，隨鋼索一起澆筑進(jìn)混 凝土，具有安裝方便，不影響建筑整體結(jié)構(gòu)，使用時間長的特點；其中，所述能量接收模塊用 于接收中距離射頻讀取器發(fā)出的低頻射頻信號，所述數(shù)據(jù)采集模塊用于將來自應(yīng)變電路的 模擬電壓值轉(zhuǎn)化為數(shù)字電壓值，數(shù)據(jù)傳輸模塊用于將采集到的數(shù)字電壓值調(diào)制到低頻射 頻信號上，返回給外部數(shù)據(jù)采集設(shè)備。
[0005] 所述中距離射頻讀取器實現(xiàn)無線提供能量和接收數(shù)據(jù)的雙重功能，并將數(shù)據(jù)交 由平板電腦處理。中距離射頻讀取器主要由D類功率放大器、射頻模塊、檢波器、單片機(jī)、 RS232接口組成。D類功率放大器負(fù)責(zé)產(chǎn)生低頻射頻信號，射頻模塊負(fù)責(zé)低頻射頻信號的發(fā) 送和接受，檢波器負(fù)責(zé)對加載數(shù)據(jù)信息的低頻信號進(jìn)行解調(diào)，單片機(jī)對解調(diào)獲取的信息進(jìn) 行處理，而RS232接口負(fù)責(zé)該中距離射頻讀取器和平板電腦的連接。中距離射頻讀取器由 移動電源供能，并且外帶低感抗大直徑利茲線圈來增加傳輸距離。
[0006] 平板電腦裝有預(yù)應(yīng)力數(shù)據(jù)處理和顯示軟件，并且利用無線數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)和數(shù)據(jù)庫 服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，返回給服務(wù)器預(yù)應(yīng)力信息。
[0007] 系統(tǒng)服務(wù)器安裝有數(shù)據(jù)庫軟件，主要負(fù)責(zé)預(yù)應(yīng)力信息的存儲，并與平板電腦進(jìn)行 數(shù)據(jù)信息的交互。
[0008] 本發(fā)明系統(tǒng)中，中距離射頻讀取器利用D類功率放大器，產(chǎn)生低頻射頻信號，利 用射頻模塊發(fā)射給無線無源預(yù)應(yīng)力傳感器，作為能量來源；同時，無線無源預(yù)應(yīng)力傳感器 將收集到的數(shù)據(jù)調(diào)制到該低頻射頻信號上，中距離射頻讀取器通過檢波器對信號進(jìn)行解 調(diào)，并通過單片機(jī)解碼，獲取該傳感器的特定編號以及它獲取的預(yù)應(yīng)力所對應(yīng)的原始電壓 信息；單片機(jī)把提取的相關(guān)信息通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換線傳給平板電腦；平板電腦調(diào)用相關(guān)的驅(qū)動 程序，接收來自單片機(jī)的數(shù)據(jù)信息，并將該傳感器的編號利用無線數(shù)據(jù)傳輸功能傳給接入 internet的系統(tǒng)服務(wù)器，并請求與編號相應(yīng)的電壓--預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)化公式與系數(shù)(生產(chǎn)誤差 造成每個傳感器的轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)都會有誤差，需要特定的轉(zhuǎn)化系數(shù))，獲得轉(zhuǎn)化系數(shù)后，計算實 際預(yù)應(yīng)力，在顯示界面顯示具體數(shù)值，并將原始數(shù)據(jù)以及實際預(yù)應(yīng)力值返回給服務(wù)器存儲； 系統(tǒng)服務(wù)器接入internet，存儲每個傳感器的信息，傳感器的讀數(shù)信息以及預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)化系 數(shù)，負(fù)責(zé)相應(yīng)來自客戶端的請求，包括獲取計算系數(shù)請求以及預(yù)應(yīng)力信息查詢請求。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是：采用無線無源預(yù)應(yīng)力傳感器，無線的方式使得系統(tǒng)的安裝 復(fù)雜度降低，無需導(dǎo)線長期暴露在外部，延長了系統(tǒng)的使用壽命；采用低頻信號作為傳輸?shù)?信號，針對混凝土擁有良好的穿透性，在犧牲一定的數(shù)據(jù)速率的情況下，增加了傳輸距離， 較藍(lán)牙、ZIGBEE等通信方式在混凝土介質(zhì)下具有較大優(yōu)勢；采用CS的數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)，使得 系統(tǒng)的統(tǒng)一性和管理性增強；對每個傳感器標(biāo)號以及進(jìn)行出場定標(biāo)，將定標(biāo)系數(shù)存儲在服 務(wù)器中，使用時進(jìn)行提取，對每個傳感器進(jìn)行個性化設(shè)置，提高了測量精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明的整體框架圖。
[0011] 圖2是本系統(tǒng)運作示意圖。
[0012] 圖3是射頻中距離讀取器模塊示意圖。
[0013] 圖4是無線無源傳感器安裝示意圖。其中a正向截面圖，b為側(cè)向截面圖。
[0014] 圖中標(biāo)號：1鋼索，2無線無源傳感器，3混凝土預(yù)制件，4低感抗大直徑利茲線圈，5 射頻中距離讀取器，6平板電腦，7數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，8移動電源，9雙層環(huán)氧樹脂，10電路層， 11線圈層，12線圈，13傳感器芯片。

【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0016] 圖2中，將無線無源預(yù)應(yīng)力傳感器（2)隨鋼索（1)一起安裝入混凝土預(yù)制件（3)中， 鋼索在預(yù)制件兩端被拉緊后，預(yù)應(yīng)力傳感器的應(yīng)變部分感應(yīng)到相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力，但是當(dāng)外部 沒有數(shù)據(jù)采集設(shè)備時，整個傳感器沒有能量，不進(jìn)行工作。當(dāng)外部數(shù)據(jù)采集設(shè)備靠近時（目 前設(shè)計距離可以達(dá)到35cm)，為傳感器無線提供工作能量。移動電源（8)為射頻中距離讀取 器（5)供電，信號通過低感抗大直徑利茲線圈（4)發(fā)射給無線無源預(yù)應(yīng)力傳感器（2)，無線 無源預(yù)應(yīng)力傳感器（2)獲取能量，并將鋼索（1)上的應(yīng)變轉(zhuǎn)化為數(shù)字電壓信號，同時讀取自 身的編號，通過負(fù)載調(diào)制的方式將數(shù)字電壓信號和自身的編號上載到射頻信號上，并傳給 數(shù)據(jù)采集設(shè)備，射頻中距離讀取器解調(diào)解碼信號，獲取傳感器的編號以及電壓信息，并傳遞 給平板電腦（6)。平板電腦（6)利用無線數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，接入internet,并連接到internet 的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（7)。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（7)內(nèi)存儲了每個無線無源傳感器（2)的編號，相對應(yīng) 的定標(biāo)系數(shù)以及歷史應(yīng)變數(shù)據(jù)。定標(biāo)系數(shù)來自與無線無源傳感器（2)在出廠時的定標(biāo)測試， 并記錄相應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力的定標(biāo)系數(shù)。平板電腦（6)獲取相應(yīng)的定標(biāo)系數(shù)后，計算出該 區(qū)域的預(yù)應(yīng)力，在顯示界面上顯示結(jié)果，并把結(jié)果返回給數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（7)。
[0017] 圖3是射頻中距離讀取器（5)各模塊示意圖。載有數(shù)據(jù)信息的射頻低頻信號從低 感抗大直徑利茲線圈（4)進(jìn)入射頻模塊，射頻模塊傳遞給檢波器，解調(diào)出數(shù)據(jù)信息傳遞給單 片機(jī)，單片機(jī)負(fù)責(zé)解碼、解幀提取有用信息，通過串口傳遞給下一級設(shè)備；另一方面，單片機(jī) 產(chǎn)生低頻信號波，傳給D類功放器，進(jìn)行功率放大，再傳給射頻模塊發(fā)射。
[0018] 圖4是無線無源傳感器安裝示意圖。其中，鋼索（1)被一段雙層環(huán)氧樹脂（9)包 圍，內(nèi)層是電路層（10)，放置傳感器芯片（13)，外層是線圈層（11)，放置的是傳感器的發(fā)射 線圈（12)。
【權(quán)利要求】
1. 一種無線無源預(yù)應(yīng)力檢測系統(tǒng)，其特征在于在混凝土內(nèi)采用無線無源預(yù)應(yīng)力傳感 器，在外部使用中距離射頻讀取器將混凝土內(nèi)的鋼筋預(yù)應(yīng)力信息讀取出來，使用平板電腦 對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并利用平板電腦的無線數(shù)據(jù)傳輸功能發(fā)送到系統(tǒng)服務(wù)器；整個系統(tǒng)由無 線無源預(yù)應(yīng)力傳感器、中距離射頻讀取器、平板電腦、系統(tǒng)服務(wù)器四個部分組成；其中： 所述無線無源預(yù)應(yīng)力傳感器由傳感器芯片與發(fā)射線圈組成，傳感器芯片采用雙層環(huán)氧 樹脂保護(hù)，發(fā)射線圈放置在雙層環(huán)氧樹脂保護(hù)層外；無線無源預(yù)應(yīng)力傳感器自身帶有能量 接收模塊、數(shù)據(jù)采集模塊以及數(shù)據(jù)傳輸模塊，在環(huán)氧樹脂的保護(hù)下，隨鋼索一起澆筑進(jìn)混凝 土；其中，所述能量接收模塊用于接收中距離射頻讀取器發(fā)出的低頻射頻信號，所述數(shù)據(jù)采 集模塊用于將來自應(yīng)變電路的模擬電壓值轉(zhuǎn)化為數(shù)字電壓值，數(shù)據(jù)傳輸模塊用于將采集 到的數(shù)字電壓值調(diào)制到低頻射頻信號上，返回給外部數(shù)據(jù)采集設(shè)備； 所述中距離讀取器實現(xiàn)無線提供能量和接收數(shù)據(jù)的雙重供能，并將數(shù)據(jù)交由平板電 腦處理；中距離射頻讀取器主要由D類功率放大器、射頻模塊、檢波器、單片機(jī)、RS232接口 組成；D類功率放大器負(fù)責(zé)產(chǎn)生低頻射頻信號，射頻模塊負(fù)責(zé)低頻射頻信號的發(fā)送和接受， 檢波器負(fù)責(zé)對加載數(shù)據(jù)信息的低頻信號進(jìn)行解調(diào)，單片機(jī)對解調(diào)獲取的信息進(jìn)行處理，而 RS232接口負(fù)責(zé)該中距離射頻讀取器和平板電腦的連接；中距離射頻讀取器由移動電源供 能； 所述平板電腦裝有預(yù)應(yīng)力數(shù)據(jù)處理和顯示軟件，并且利用無線數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)和數(shù)據(jù)庫 服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，返回給服務(wù)器預(yù)應(yīng)力信息； 所述系統(tǒng)服務(wù)器安裝有數(shù)據(jù)庫軟件，主要負(fù)責(zé)預(yù)應(yīng)力信息的存儲，并與平板電腦進(jìn)行 數(shù)據(jù)信息的交互。
【文檔編號】G01L5/00GK104155041SQ201410364235
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】錢松榮, 劉青, 夏勇明, 金佳駿, 馬霄 申請人:復(fù)旦大學(xué)