一種無線無源預應力檢測系統的制作方法
【專利摘要】本發明屬于預應力檢測【技術領域】，具體為一種無線無源預應力檢測系統。它采用無線無源預應力傳感器，放置于混凝土內對鋼索進行應變力的采集。為了對傳感器進行保護，采用雙層環氧樹脂將傳感器和鋼索包住。外部數據采集和處理設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據傳輸服務與系統數據庫服務器通信，計算實際預應力數值并返回給服務器。使用該系統，可以對建筑內的鋼索預應力進行長期或者定期的檢測，以防止安全事故的發生。
【專利說明】一種無線無源預應力檢測系統
【技術領域】
[0001] 本發明屬于預應力檢測【技術領域】，具體涉及一種混凝土中鋼索預應力的檢測系 統。
【背景技術】
[0002] 在建筑結構健康性檢測中，預應力傳感器有著廣泛的應用。它們間斷性或者連續 的對結構內部的預應力變化進行監測，向維護人員提供第一手的預應力信息，用以防患安 全事故的產生。目前的建筑預應力檢測系統，一般采用有線的方式，即將傳感器與數據線 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構本身造成一定的影響，傳感 器的部署也不夠方便?，F有的檢測系統多為獨立單元，缺少傳感信息的統一管理以及標準 化。
【發明內容】
[0003] 為了克服現有預應力傳感系統使用有線、有源的不足，建立一套統一化，標準化的 信息管理模式，本發明提供一套無線無源預應力檢測系統。
[0004] 本發明提供的無線無源預應力檢測系統，在混凝土內采用無線無源預應力傳感 器，在外部使用中距離射頻讀取器將混凝土內的鋼筋預應力信息讀取出來，使用平板電腦 對數據進行處理，并利用平板電腦的無線數據傳輸功能發送到系統服務器。具體說來，整個 系統由無線無源預應力傳感器、中距離射頻讀取器、平板電腦、系統服務器四個部分組成。 其中： 所述無線無源預應力傳感器，由傳感器芯片與發射線圈組成，傳感器芯片采用雙層環 氧樹脂保護，發射線圈放置在雙層環氧樹脂保護層外。無線無源預應力傳感器自身帶有能 量接收模塊、數據采集模塊以及數據傳輸模塊，在環氧樹脂的保護下，隨鋼索一起澆筑進混 凝土，具有安裝方便，不影響建筑整體結構，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出的低頻射頻信號，所述數據采集模塊用于將來自應變電路的 模擬電壓值轉化為數字電壓值，數據傳輸模塊用于將采集到的數字電壓值調制到低頻射 頻信號上，返回給外部數據采集設備。
[0005] 所述中距離射頻讀取器實現無線提供能量和接收數據的雙重功能，并將數據交 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、 RS232接口組成。D類功率放大器負責產生低頻射頻信號，射頻模塊負責低頻射頻信號的發 送和接受，檢波器負責對加載數據信息的低頻信號進行解調，單片機對解調獲取的信息進 行處理，而RS232接口負責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] 平板電腦裝有預應力數據處理和顯示軟件，并且利用無線數據傳輸服務和數據庫 服務器進行遠程通信，返回給服務器預應力信息。
[0007] 系統服務器安裝有數據庫軟件，主要負責預應力信息的存儲，并與平板電腦進行 數據信息的交互。
[0008] 本發明系統中，中距離射頻讀取器利用D類功率放大器，產生低頻射頻信號，利 用射頻模塊發射給無線無源預應力傳感器，作為能量來源；同時，無線無源預應力傳感器 將收集到的數據調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行解 調，并通過單片機解碼，獲取該傳感器的特定編號以及它獲取的預應力所對應的原始電壓 信息；單片機把提取的相關信息通過數據轉換線傳給平板電腦；平板電腦調用相關的驅動 程序，接收來自單片機的數據信息，并將該傳感器的編號利用無線數據傳輸功能傳給接入 internet的系統服務器，并請求與編號相應的電壓--預應力轉化公式與系數(生產誤差 造成每個傳感器的轉化標準都會有誤差，需要特定的轉化系數)，獲得轉化系數后，計算實 際預應力，在顯示界面顯示具體數值，并將原始數據以及實際預應力值返回給服務器存儲； 系統服務器接入internet，存儲每個傳感器的信息，傳感器的讀數信息以及預應力轉化系 數，負責相應來自客戶端的請求，包括獲取計算系數請求以及預應力信息查詢請求。
[0009] 本發明的有益效果是：采用無線無源預應力傳感器，無線的方式使得系統的安裝 復雜度降低，無需導線長期暴露在外部，延長了系統的使用壽命；采用低頻信號作為傳輸的 信號，針對混凝土擁有良好的穿透性，在犧牲一定的數據速率的情況下，增加了傳輸距離， 較藍牙、ZIGBEE等通信方式在混凝土介質下具有較大優勢；采用CS的數據管理結構，使得 系統的統一性和管理性增強；對每個傳感器標號以及進行出場定標，將定標系數存儲在服 務器中，使用時進行提取，對每個傳感器進行個性化設置，提高了測量精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發明的整體框架圖。
[0011] 圖2是本系統運作示意圖。
[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為側向截面圖。
[0014] 圖中標號：1鋼索，2無線無源傳感器，3混凝土預制件，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數據庫服務器，8移動電源，9雙層環氧樹脂，10電路層， 11線圈層，12線圈，13傳感器芯片。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0016] 圖2中，將無線無源預應力傳感器（2)隨鋼索（1)一起安裝入混凝土預制件（3)中， 鋼索在預制件兩端被拉緊后，預應力傳感器的應變部分感應到相應的預應力，但是當外部 沒有數據采集設備時，整個傳感器沒有能量，不進行工作。當外部數據采集設備靠近時（目 前設計距離可以達到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)發射給無線無源預應力傳感器（2)，無線 無源預應力傳感器（2)獲取能量，并將鋼索（1)上的應變轉化為數字電壓信號，同時讀取自 身的編號，通過負載調制的方式將數字電壓信號和自身的編號上載到射頻信號上，并傳給 數據采集設備，射頻中距離讀取器解調解碼信號，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)利用無線數據傳輸服務，接入internet,并連接到internet 的數據庫服務器（7)。數據庫服務器（7)內存儲了每個無線無源傳感器（2)的編號，相對應 的定標系數以及歷史應變數據。定標系數來自與無線無源傳感器（2)在出廠時的定標測試， 并記錄相應的電壓轉預應力的定標系數。平板電腦（6)獲取相應的定標系數后，計算出該 區域的預應力，在顯示界面上顯示結果，并把結果返回給數據庫服務器（7)。
[0017] 圖3是射頻中距離讀取器（5)各模塊示意圖。載有數據信息的射頻低頻信號從低 感抗大直徑利茲線圈（4)進入射頻模塊，射頻模塊傳遞給檢波器，解調出數據信息傳遞給單 片機，單片機負責解碼、解幀提取有用信息，通過串口傳遞給下一級設備；另一方面，單片機 產生低頻信號波，傳給D類功放器，進行功率放大，再傳給射頻模塊發射。
[0018] 圖4是無線無源傳感器安裝示意圖。其中，鋼索（1)被一段雙層環氧樹脂（9)包 圍，內層是電路層（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射 線圈（12)。
【權利要求】
1. 一種無線無源預應力檢測系統，其特征在于在混凝土內采用無線無源預應力傳感 器，在外部使用中距離射頻讀取器將混凝土內的鋼筋預應力信息讀取出來，使用平板電腦 對數據進行處理，并利用平板電腦的無線數據傳輸功能發送到系統服務器；整個系統由無 線無源預應力傳感器、中距離射頻讀取器、平板電腦、系統服務器四個部分組成；其中： 所述無線無源預應力傳感器由傳感器芯片與發射線圈組成，傳感器芯片采用雙層環氧 樹脂保護，發射線圈放置在雙層環氧樹脂保護層外；無線無源預應力傳感器自身帶有能量 接收模塊、數據采集模塊以及數據傳輸模塊，在環氧樹脂的保護下，隨鋼索一起澆筑進混凝 土；其中，所述能量接收模塊用于接收中距離射頻讀取器發出的低頻射頻信號，所述數據采 集模塊用于將來自應變電路的模擬電壓值轉化為數字電壓值，數據傳輸模塊用于將采集 到的數字電壓值調制到低頻射頻信號上，返回給外部數據采集設備； 所述中距離讀取器實現無線提供能量和接收數據的雙重供能，并將數據交由平板電 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、RS232接口 組成；D類功率放大器負責產生低頻射頻信號，射頻模塊負責低頻射頻信號的發送和接受， 檢波器負責對加載數據信息的低頻信號進行解調，單片機對解調獲取的信息進行處理，而 RS232接口負責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應力數據處理和顯示軟件，并且利用無線數據傳輸服務和數據庫 服務器進行遠程通信，返回給服務器預應力信息； 所述系統服務器安裝有數據庫軟件，主要負責預應力信息的存儲，并與平板電腦進行 數據信息的交互。
【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 優先權日:2014年7月28日
【發明者】錢松榮, 劉青, 夏勇明, 金佳駿, 馬霄 申請人:復旦大學
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