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一种无线无源预应力检测系统的制作方法
【专利摘要】本发明属于预应力检测【技术领域】，具体为一种无线无源预应力检测系统。它采用无线无源预应力传感器，放置于混凝土内对钢索进行应变力的采集。为了对传感器进行保护，采用双层环氧树脂将传感器和钢索包住。外部数据采集和处理设备分别是中距离射频读取器和平板电脑。平板电脑通过无线数据传输服务与系统数据库服务器通信，计算实际预应力数值并返回给服务器。使用该系统，可以对建筑内的钢索预应力进行长期或者定期的检测，以防止安全事故的发生。
【专利说明】一种无线无源预应力检测系统

【技术领域】
[0001] 本发明属于预应力检测【技术领域】，具体涉及一种混凝土中钢索预应力的检测系 统。

【背景技术】
[0002] 在建筑结构健康性检测中，预应力传感器有着广泛的应用。它们间断性或者连续 的对结构内部的预应力变化进行监测，向维护人员提供第一手的预应力信息，用以防患安 全事故的产生。目前的建筑预应力检测系统，一般采用有线的方式，即将传感器与数据线 路、电源线路一起埋入混凝土中。这种方式对于可能对建筑结构本身造成一定的影响，传感 器的部署也不够方便。现有的检测系统多为独立单元，缺少传感信息的统一管理以及标准 化。


【发明内容】

[0003] 为了克服现有预应力传感系统使用有线、有源的不足，建立一套统一化，标准化的 信息管理模式，本发明提供一套无线无源预应力检测系统。
[0004] 本发明提供的无线无源预应力检测系统，在混凝土内采用无线无源预应力传感 器，在外部使用中距离射频读取器将混凝土内的钢筋预应力信息读取出来，使用平板电脑 对数据进行处理，并利用平板电脑的无线数据传输功能发送到系统服务器。具体说来，整个 系统由无线无源预应力传感器、中距离射频读取器、平板电脑、系统服务器四个部分组成。 其中： 所述无线无源预应力传感器，由传感器芯片与发射线圈组成，传感器芯片采用双层环 氧树脂保护，发射线圈放置在双层环氧树脂保护层外。无线无源预应力传感器自身带有能 量接收模块、数据采集模块以及数据传输模块，在环氧树脂的保护下，随钢索一起浇筑进混 凝土，具有安装方便，不影响建筑整体结构，使用时间长的特点；其中，所述能量接收模块用 于接收中距离射频读取器发出的低频射频信号，所述数据采集模块用于将来自应变电路的 模拟电压值转化为数字电压值，数据传输模块用于将采集到的数字电压值调制到低频射 频信号上，返回给外部数据采集设备。
[0005] 所述中距离射频读取器实现无线提供能量和接收数据的双重功能，并将数据交 由平板电脑处理。中距离射频读取器主要由D类功率放大器、射频模块、检波器、单片机、 RS232接口组成。D类功率放大器负责产生低频射频信号，射频模块负责低频射频信号的发 送和接受，检波器负责对加载数据信息的低频信号进行解调，单片机对解调获取的信息进 行处理，而RS232接口负责该中距离射频读取器和平板电脑的连接。中距离射频读取器由 移动电源供能，并且外带低感抗大直径利兹线圈来增加传输距离。
[0006] 平板电脑装有预应力数据处理和显示软件，并且利用无线数据传输服务和数据库 服务器进行远程通信，返回给服务器预应力信息。
[0007] 系统服务器安装有数据库软件，主要负责预应力信息的存储，并与平板电脑进行 数据信息的交互。
[0008] 本发明系统中，中距离射频读取器利用D类功率放大器，产生低频射频信号，利 用射频模块发射给无线无源预应力传感器，作为能量来源；同时，无线无源预应力传感器 将收集到的数据调制到该低频射频信号上，中距离射频读取器通过检波器对信号进行解 调，并通过单片机解码，获取该传感器的特定编号以及它获取的预应力所对应的原始电压 信息；单片机把提取的相关信息通过数据转换线传给平板电脑；平板电脑调用相关的驱动 程序，接收来自单片机的数据信息，并将该传感器的编号利用无线数据传输功能传给接入 internet的系统服务器，并请求与编号相应的电压--预应力转化公式与系数(生产误差 造成每个传感器的转化标准都会有误差，需要特定的转化系数)，获得转化系数后，计算实 际预应力，在显示界面显示具体数值，并将原始数据以及实际预应力值返回给服务器存储； 系统服务器接入internet，存储每个传感器的信息，传感器的读数信息以及预应力转化系 数，负责相应来自客户端的请求，包括获取计算系数请求以及预应力信息查询请求。
[0009] 本发明的有益效果是：采用无线无源预应力传感器，无线的方式使得系统的安装 复杂度降低，无需导线长期暴露在外部，延长了系统的使用寿命；采用低频信号作为传输的 信号，针对混凝土拥有良好的穿透性，在牺牲一定的数据速率的情况下，增加了传输距离， 较蓝牙、ZIGBEE等通信方式在混凝土介质下具有较大优势；采用CS的数据管理结构，使得 系统的统一性和管理性增强；对每个传感器标号以及进行出场定标，将定标系数存储在服 务器中，使用时进行提取，对每个传感器进行个性化设置，提高了测量精度。

【专利附图】

【附图说明】
[0010] 图1是本发明的整体框架图。
[0011] 图2是本系统运作示意图。
[0012] 图3是射频中距离读取器模块示意图。
[0013] 图4是无线无源传感器安装示意图。其中a正向截面图，b为侧向截面图。
[0014] 图中标号：1钢索，2无线无源传感器，3混凝土预制件，4低感抗大直径利兹线圈，5 射频中距离读取器，6平板电脑，7数据库服务器，8移动电源，9双层环氧树脂，10电路层， 11线圈层，12线圈，13传感器芯片。

【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0016] 图2中，将无线无源预应力传感器（2)随钢索（1)一起安装入混凝土预制件（3)中， 钢索在预制件两端被拉紧后，预应力传感器的应变部分感应到相应的预应力，但是当外部 没有数据采集设备时，整个传感器没有能量，不进行工作。当外部数据采集设备靠近时（目 前设计距离可以达到35cm)，为传感器无线提供工作能量。移动电源（8)为射频中距离读取 器（5)供电，信号通过低感抗大直径利兹线圈（4)发射给无线无源预应力传感器（2)，无线 无源预应力传感器（2)获取能量，并将钢索（1)上的应变转化为数字电压信号，同时读取自 身的编号，通过负载调制的方式将数字电压信号和自身的编号上载到射频信号上，并传给 数据采集设备，射频中距离读取器解调解码信号，获取传感器的编号以及电压信息，并传递 给平板电脑（6)。平板电脑（6)利用无线数据传输服务，接入internet,并连接到internet 的数据库服务器（7)。数据库服务器（7)内存储了每个无线无源传感器（2)的编号，相对应 的定标系数以及历史应变数据。定标系数来自与无线无源传感器（2)在出厂时的定标测试， 并记录相应的电压转预应力的定标系数。平板电脑（6)获取相应的定标系数后，计算出该 区域的预应力，在显示界面上显示结果，并把结果返回给数据库服务器（7)。
[0017] 图3是射频中距离读取器（5)各模块示意图。载有数据信息的射频低频信号从低 感抗大直径利兹线圈（4)进入射频模块，射频模块传递给检波器，解调出数据信息传递给单 片机，单片机负责解码、解帧提取有用信息，通过串口传递给下一级设备；另一方面，单片机 产生低频信号波，传给D类功放器，进行功率放大，再传给射频模块发射。
[0018] 图4是无线无源传感器安装示意图。其中，钢索（1)被一段双层环氧树脂（9)包 围，内层是电路层（10)，放置传感器芯片（13)，外层是线圈层（11)，放置的是传感器的发射 线圈（12)。
【权利要求】
1. 一种无线无源预应力检测系统，其特征在于在混凝土内采用无线无源预应力传感 器，在外部使用中距离射频读取器将混凝土内的钢筋预应力信息读取出来，使用平板电脑 对数据进行处理，并利用平板电脑的无线数据传输功能发送到系统服务器；整个系统由无 线无源预应力传感器、中距离射频读取器、平板电脑、系统服务器四个部分组成；其中： 所述无线无源预应力传感器由传感器芯片与发射线圈组成，传感器芯片采用双层环氧 树脂保护，发射线圈放置在双层环氧树脂保护层外；无线无源预应力传感器自身带有能量 接收模块、数据采集模块以及数据传输模块，在环氧树脂的保护下，随钢索一起浇筑进混凝 土；其中，所述能量接收模块用于接收中距离射频读取器发出的低频射频信号，所述数据采 集模块用于将来自应变电路的模拟电压值转化为数字电压值，数据传输模块用于将采集 到的数字电压值调制到低频射频信号上，返回给外部数据采集设备； 所述中距离读取器实现无线提供能量和接收数据的双重供能，并将数据交由平板电 脑处理；中距离射频读取器主要由D类功率放大器、射频模块、检波器、单片机、RS232接口 组成；D类功率放大器负责产生低频射频信号，射频模块负责低频射频信号的发送和接受， 检波器负责对加载数据信息的低频信号进行解调，单片机对解调获取的信息进行处理，而 RS232接口负责该中距离射频读取器和平板电脑的连接；中距离射频读取器由移动电源供 能； 所述平板电脑装有预应力数据处理和显示软件，并且利用无线数据传输服务和数据库 服务器进行远程通信，返回给服务器预应力信息； 所述系统服务器安装有数据库软件，主要负责预应力信息的存储，并与平板电脑进行 数据信息的交互。
【文档编号】G01L5/00GK104155041SQ201410364235
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】钱松荣, 刘青, 夏勇明, 金佳骏, 马霄 申请人:复旦大学