基于能量采集的結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其方法
【專(zhuān)利摘要】基于能量采集的結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其方法，本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，解決現(xiàn)有技術(shù)未能夠?qū)崿F(xiàn)完全無(wú)源，抗干擾能力差且成本高昂等技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明主要包括感知模塊和通信模塊；用于雷達(dá)測(cè)量的感知模塊由雷達(dá)脈沖發(fā)生器、脈沖存儲(chǔ)電容、開(kāi)關(guān)電路、無(wú)源傳感器組和計(jì)時(shí)模塊組成。本發(fā)明用于橋梁、建筑等結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于能量采集的結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于能量采集的結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)(Structural Health Monitoring，SHM)定義為對(duì)工程結(jié)構(gòu)的損傷監(jiān)測(cè)和特性描述。這是一個(gè)近20年來(lái)新興的概念。其主要專(zhuān)注的領(lǐng)域是基礎(chǔ)設(shè)施的健康狀況，包括建筑物、橋梁、隧道以及航空工業(yè)。此外在水下管道系統(tǒng)(油管、光纖等)、高速公路、機(jī)械、醫(yī)療和電路板方面也有相關(guān)應(yīng)用。
[0003]2007年，美國(guó)，1-35公路橋梁由于超負(fù)荷而坍塌;2009年，德國(guó)，城市歷史檔案館由于地基形變坍塌;這兩個(gè)案例都是由于缺乏結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)而導(dǎo)致的基礎(chǔ)設(shè)施坍塌。其中的建筑物和橋梁分別由于地基形變和過(guò)度形變而導(dǎo)致的坍塌。美國(guó)克里夫蘭的一架已經(jīng)使用了 50年的舊高速公路橋梁。該座橋梁在2009年被診斷出主鋼筋損壞以及過(guò)度形變。之后，在2014年這座橋梁被拆除并重建。
[0004]傳感器典型的感知參數(shù)(測(cè)量參數(shù))有應(yīng)變、壓力、溫度、傾斜率、濕度、腐蝕、振動(dòng)、壓強(qiáng)和水平程度。這些參數(shù)通過(guò)各式傳感器采集得來(lái)，包括:風(fēng)速計(jì)、加速度計(jì)、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)應(yīng)變片、位移傳感器、溫度傳感器、全球定位系統(tǒng)、水平傳感器、動(dòng)態(tài)稱(chēng)重設(shè)備、氣壓計(jì)、雨量計(jì)、濕度計(jì)、腐蝕傳感器、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和電磁傳感器。
[0005]目前，由于高昂的成本開(kāi)銷(xiāo)，結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅僅應(yīng)用在一些至關(guān)重要的大型橋梁和重要的摩天大樓上。在眾多橋梁中以香港昂船洲大橋?yàn)槔?，這座大橋上安裝有風(fēng)力和結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是世界上最昂貴的數(shù)字化橋梁之一。在建筑物方面，以世界上最高的哈利法塔為例。香港昂船洲大橋上總共安裝有1723個(gè)監(jiān)測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)。其中有82%(1416個(gè))的傳感器是應(yīng)變片和溫度傳感器。另一方面，安裝在哈利法塔上428個(gè)應(yīng)變片。對(duì)于此類(lèi)至關(guān)重要的結(jié)構(gòu)體來(lái)說(shuō)，安裝全面健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所帶來(lái)的高成本是可以接受的；而對(duì)于其它大部分橋梁和建筑物，時(shí)常首先選擇定制的系統(tǒng)。這種定制的系統(tǒng)僅監(jiān)測(cè)部分結(jié)構(gòu)體參數(shù)，從而降低了成本。中國(guó)的一部分橋梁使用改造的結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使其能夠在技術(shù)上使用混合拓?fù)?，比如，通?光纖，有線，或無(wú)線；能源:電力線，電池，或能量采集；傳感器類(lèi)型:主動(dòng)式，或被動(dòng)式(無(wú)源)。
[0006]美國(guó)橋梁健康診斷的案例。結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)的重要性可以通過(guò)下面這個(gè)例子體現(xiàn)出來(lái)。從1990年開(kāi)始，美國(guó)各地交通管理局要求以半年為周期目視檢查全部576,000個(gè)高速橋梁。這樣的檢測(cè)能夠發(fā)現(xiàn)橋梁的毫米級(jí)形變，從而召回維修部分結(jié)構(gòu)體已老化的橋梁。這樣的統(tǒng)計(jì)顯示:
[0007]1990年初期:美國(guó)將近35%的橋梁(236,000座)在結(jié)構(gòu)上或功能上有缺陷；
[0008]2006年:超過(guò)149，000座橋梁在結(jié)構(gòu)上有缺陷；
[0009]2012年:差不多25%的橋梁有缺陷。
[0010]值得強(qiáng)調(diào)的是，在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中感知的主要工作量集中在應(yīng)變測(cè)量和溫度測(cè)量上。橋梁損毀的主要原因是超載(常由重型卡車(chē)導(dǎo)致)，強(qiáng)風(fēng)和地震。這需要周期性的監(jiān)測(cè)由這些原因所導(dǎo)致的橋梁形變。高速公路橋梁的案例中，對(duì)橋梁形變程度測(cè)量的重要性是顯而易見(jiàn)的一一僅通過(guò)目視應(yīng)變檢查就能預(yù)測(cè)橋梁損害的程度。應(yīng)變測(cè)量在評(píng)估建筑物沉降和傾斜狀況方面也是至關(guān)重要的，尤其在施工階段。
[0011]如果結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)在結(jié)構(gòu)診斷中是極其重要的，并且在當(dāng)前市場(chǎng)中也是現(xiàn)成的，那么問(wèn)題是為什么周?chē)匾幕A(chǔ)設(shè)施中并沒(méi)有這樣的系統(tǒng)?在這里，主要的原因是其高昂的成本。此外其他的原因包括系統(tǒng)的高功耗和高維護(hù)的開(kāi)銷(xiāo)，尤其是在電池供電或太陽(yáng)能供電的案例系統(tǒng)中。系統(tǒng)精度漂移(尤其受溫度的影響)依然是一個(gè)無(wú)法忽略的因素。
[0012]拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，感知參數(shù)的數(shù)量等等。每個(gè)傳感器成本(costper sensor)是評(píng)估一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成本的很好的判斷依據(jù)。圖1所示為4座橋梁的成本對(duì)比，在這些橋梁里使用了光纖和無(wú)線監(jiān)測(cè)技術(shù)。昂貴的成本是全自動(dòng)結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只安裝在少量重要橋梁的原因。中國(guó)橋梁估計(jì)成本大概在一到兩百萬(wàn)美元。在安裝有自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的橋梁里，每個(gè)傳感器的成本大概在5000美元左右。
[0013]功耗(電池壽命)限制隨著近年來(lái)嵌入式無(wú)線傳感系統(tǒng)的發(fā)展，似乎實(shí)現(xiàn)一個(gè)高信價(jià)比的無(wú)線結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)疑是近在眼前的。協(xié)同能源采集技術(shù)(太陽(yáng)能或振動(dòng)能量)能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)解決方案。為了更好的去權(quán)衡成本與系統(tǒng)之間的關(guān)系，研究了一些當(dāng)前已部署的無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r。
[0014]以韓國(guó)的珍島大橋(344米長(zhǎng))為例，在這座大橋上安裝有113個(gè)節(jié)點(diǎn)(除開(kāi)基站和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn))，其中105個(gè)節(jié)點(diǎn)使用電池供電，額外8個(gè)節(jié)點(diǎn)使用太陽(yáng)能充電電池供電。這些傳感節(jié)點(diǎn)用來(lái)測(cè)量橋梁加速度、應(yīng)變、溫濕度和風(fēng)速。每個(gè)傳感器的成本是500美元。該系統(tǒng)中主要的限制為兩方面:I)通信時(shí)間。由于節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)沖突，從46個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)需要近30分鐘。2)電池壽命。節(jié)點(diǎn)裝備有大容量20 ,OOOmAh電池。若節(jié)點(diǎn)每天只采集數(shù)據(jù)4次，電池容量將在兩個(gè)月后減少至75%。電池容量發(fā)展的潛在原因遵守Eveready定律。相比于微處理機(jī)技術(shù)，電池容量的發(fā)展是非常緩慢的。當(dāng)前工業(yè)電池典型能量密度為150-200Wh/kg，1000次循環(huán)充電次數(shù)。這意味著任何裝備有可充電電池的無(wú)源系統(tǒng)將承擔(dān)高昂的維護(hù)經(jīng)費(fèi)(一般而言需每幾個(gè)月維護(hù)一次)。另外，由于傳感和通信的高功耗需求，完全無(wú)源的能量采集解決方案是沒(méi)有可行性的。
[0015]溫度導(dǎo)致的誤差溫度導(dǎo)致的誤差或許是作為隱藏的參數(shù)沒(méi)有被結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)制造商公開(kāi)。由于結(jié)構(gòu)體的整體體積與溫度呈正相關(guān)，溫度的改變將導(dǎo)致明顯的誤差。其原因有多種，其中典型的有兩類(lèi):溫度影響傳感器(如應(yīng)變片)本身;溫度影響采樣設(shè)備(如數(shù)模轉(zhuǎn)換器)。溫度導(dǎo)致的誤差程度常常達(dá)到由負(fù)載施加的正常應(yīng)變的六倍。為了解決這樣的問(wèn)題，現(xiàn)有的系統(tǒng)使用溫度校準(zhǔn)在做測(cè)量補(bǔ)償。然而事實(shí)證明即便使用了溫度校準(zhǔn)，應(yīng)變測(cè)量錯(cuò)誤率依然居高不下，其誤差值常波動(dòng)在幾百微米到毫米之間。
[0016]另一個(gè)重要的方面是當(dāng)系統(tǒng)安裝、修復(fù)、維護(hù)或者升級(jí)過(guò)程系統(tǒng)的校準(zhǔn)工作。雖然這不是一個(gè)經(jīng)費(fèi)上的問(wèn)題，但這些系統(tǒng)診斷和操作都需要專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員才能進(jìn)行，否則系統(tǒng)的最佳狀態(tài)得不到保障。
[0017]從實(shí)際情況上看，射頻干擾以及電磁干擾是另一種影響系統(tǒng)工作狀態(tài)的因素。舉個(gè)例子，如果將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)修建在靠近輸電干線和GSM信號(hào)塔旁，系統(tǒng)將嚴(yán)重受到這些噪聲源的影響。一般情況下，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在此類(lèi)環(huán)境下工作狀態(tài)得不到任何保障。相比之下，基于光纖的系統(tǒng)有著更好的可靠性，而基于ADC的系統(tǒng)卻會(huì)受到很大的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明目的在于提供基于能量采集的結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其方法，解決現(xiàn)有技術(shù)未能夠?qū)崿F(xiàn)完全無(wú)源，抗干擾能力差且成本高昂等技術(shù)問(wèn)題。
[0019]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0020]基于能量采集的結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括偶極子天線，用于通信和能量吸收，匹配接收射頻信號(hào);通信控制模塊，接收偶極子天線匹配輸出的射頻信號(hào);微帶天線，用于能量吸收，匹配接收射頻信號(hào)；第一能量采集模塊，用于作為驅(qū)動(dòng)電源，接收微帶天線匹配輸出的射頻信號(hào)；傳感器組，用于采集結(jié)構(gòu)體的應(yīng)力變化信息；外接傳感器模塊，接收第一能量采集模塊輸出的直流電壓，輸出雷達(dá)脈沖信號(hào)至傳感器組并接收傳感器組輸出的應(yīng)力傳感信號(hào);其中，所述的通信控制模塊，控制所述外接傳感器模塊選擇地輸出雷達(dá)脈沖信號(hào)并接收所述外接傳感器模塊輸出的反饋信號(hào)；其中，所述的偶極子天線還彈射由所述通信控制模塊調(diào)制的反向散射射頻信號(hào)。通信控制模塊顧名思義:有通信和控制兩個(gè)功能;通信是指模塊與閱讀器之間的通信;控制是指模塊與傳感器之間的數(shù)據(jù)交換。本質(zhì)上地，反向散射通信時(shí)，偶極子天線是選擇性反彈閱讀器發(fā)射的信號(hào)一一這類(lèi)似于打乒乓球，對(duì)方發(fā)球后選擇是否把球打回去，球的自旋變化比作射頻信號(hào)攜帶信息變化。
[0021 ]上述方案中，所述的外接傳感器模塊，包括主控模塊，用于提供控制、通信和處理，由通信控制模塊控制;雷達(dá)脈沖發(fā)生器，用于提供傳感器組信號(hào)源，接收主控模塊輸出的第一控制信號(hào);雷達(dá)脈沖存儲(chǔ)電容，接收并存儲(chǔ)雷達(dá)脈沖發(fā)生器輸出的雷達(dá)脈沖信號(hào);開(kāi)關(guān)電路，接收主控模塊輸出的選擇信號(hào)并選擇地釋放雷達(dá)脈沖存儲(chǔ)電容的雷達(dá)脈沖信號(hào)至傳感器組;計(jì)時(shí)模塊，用于測(cè)量雷達(dá)脈沖飛行時(shí)間，接收傳感器組輸出的應(yīng)力傳感信號(hào)；高頻時(shí)鐘晶振，用于提供采樣基準(zhǔn)，輸出高頻計(jì)時(shí)基準(zhǔn)時(shí)鐘至計(jì)時(shí)模塊;系統(tǒng)時(shí)鐘晶振，用于提供工作基準(zhǔn)，輸出工作基準(zhǔn)時(shí)鐘至主控模塊;通信模塊，接收通信控制模塊輸出的第二控制信號(hào)或輸出反饋信號(hào)至通信控制模塊。
[0022]上述方案中，所述的傳感器組，選用無(wú)源傳感器組，無(wú)源傳感器組其中包括溫度傳感器和應(yīng)力傳感器，采集結(jié)構(gòu)體的溫度變化信息和被動(dòng)地采集經(jīng)結(jié)構(gòu)體回響的應(yīng)力變化信息;所述的外接傳感器模塊，還包括溫度補(bǔ)償模塊，溫度補(bǔ)償模塊接收主控模塊輸出的簡(jiǎn)易雷達(dá)脈沖信號(hào)并且其還輸出補(bǔ)償脈沖信號(hào)至計(jì)時(shí)模塊。
[0023]上述方案中，所述的通信控制模塊，包括阻抗匹配模塊，匹配射頻信號(hào)頻率，最小化能量散失(最大化信號(hào)接收)；第二能量采集模塊，接收阻抗匹配模塊匹配到的射頻信號(hào)并轉(zhuǎn)化成直流電壓;能量管理模塊，接收第二能量采集模塊轉(zhuǎn)換輸出的直流電壓并對(duì)這些電壓進(jìn)行存儲(chǔ)和穩(wěn)壓輸出；時(shí)鐘晶振，用于提供基準(zhǔn)時(shí)鐘，由能量管理模塊供電;EPC協(xié)議執(zhí)行模塊，由能量管理模塊供電;解調(diào)器，接收阻抗匹配模塊匹配到的射頻信號(hào)并解調(diào)輸出的數(shù)字基帶信號(hào)至EPC協(xié)議執(zhí)行模塊;調(diào)制器，接收EPC協(xié)議執(zhí)行模塊輸出的基帶信息，根據(jù)基帶信息切換偶極子天線工作狀態(tài)，從而將基帶信息調(diào)制加載于反向散射射頻信號(hào)。。
[0024]上述方案中，所述的第一能量采集模塊或第二能量采集模塊，包括射頻-直流轉(zhuǎn)換器和電荷栗，電荷栗提升射頻-直流轉(zhuǎn)換器輸出的直流電壓的電壓值；
[0025]所述的能量管理模塊，包括存儲(chǔ)電容、檢測(cè)存儲(chǔ)電容電壓的電壓管理器和穩(wěn)定存儲(chǔ)電容電壓輸出的升壓斬波電路。
[0026]上述方案中，還包括能量管理模塊，包括存儲(chǔ)電容、檢測(cè)存儲(chǔ)電容電壓的電壓管理器和穩(wěn)定存儲(chǔ)電容電壓輸出的升壓斬波電路，存儲(chǔ)電容接收第一能量采集模塊的直流電壓。
[0027]基于能量采集的結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟
[0028]步驟1、獲取射頻信號(hào)；
[0029]步驟2、轉(zhuǎn)換射頻信號(hào)為直流電壓，觸發(fā)一通信控制模塊和一外接傳感器模塊進(jìn)入工作狀態(tài)，再根據(jù)射頻信號(hào)，由通信控制模塊控制外接傳感器模塊選擇地輸出雷達(dá)脈沖信號(hào)，記錄發(fā)射時(shí)間，其中，直流電壓中還包含了從外界閱讀器發(fā)來(lái)射頻信號(hào)中的控制信息；
[0030]步驟3、利用一傳感器組接收雷達(dá)脈沖信號(hào)，傳感器組被動(dòng)地采集經(jīng)結(jié)構(gòu)體回響的雷達(dá)脈沖信號(hào)并獲得結(jié)構(gòu)體應(yīng)力變化信息；
[0031]步驟4、再通過(guò)一計(jì)時(shí)模塊接收傳感器組輸出具有應(yīng)力變化信息的電脈沖，記錄接收時(shí)間并計(jì)算出時(shí)間差，獲得應(yīng)力測(cè)量數(shù)據(jù)；
[0032]步驟5、根據(jù)應(yīng)力測(cè)量數(shù)據(jù)和時(shí)間差，計(jì)算獲得結(jié)構(gòu)體的形變數(shù)據(jù)；
[0033]步驟6、利用幅移鍵控調(diào)制方法，將結(jié)構(gòu)體形變數(shù)據(jù)的基帶信息加載于反向散射的所述射頻信號(hào)，彈射具有結(jié)構(gòu)體形變數(shù)據(jù)的射頻信號(hào)，閱讀器收到具有結(jié)構(gòu)體形變數(shù)據(jù)的射頻信號(hào)。。
[0034]上述方法中，所述的步驟I，包括如下步驟
[0035]步驟1.1、依次通過(guò)偶極子天線、阻抗匹配模塊對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行匹配接收，獲得第一射頻信號(hào)；
[0036]步驟1.2、通過(guò)微帶天線對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行匹配接收，獲得第二射頻信號(hào)。
[0037]上述方法中，所述的步驟2，包括如下步驟
[0038]步驟2.1、將第一射頻信號(hào)、第二射頻信號(hào)分別依次對(duì)應(yīng)通過(guò)兩組不同的能量采集模塊和能量管理模塊，獲得第一直流電壓和第二直流電壓；
[0039]步驟2.2、由第一直流電壓、第二直流電壓分別對(duì)應(yīng)觸發(fā)一通信控制模塊、一外接傳感器模塊進(jìn)入工作狀態(tài)；
[0040]步驟2.2.1、根據(jù)第一射頻信號(hào)，由通信控制模塊控制外接傳感器模塊中的主控模塊，發(fā)出第一控制信號(hào)至外接傳感器模塊中的一雷達(dá)脈沖發(fā)生器和發(fā)出選擇信號(hào)至外接傳感器模塊中的一開(kāi)關(guān)電路；
[0041 ]步驟2.2.2、再利用主控模塊對(duì)開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行控制并使雷達(dá)脈沖發(fā)生器選擇地輸出雷達(dá)脈沖信號(hào)，同時(shí)主控模塊記錄發(fā)射時(shí)間。
[0042]上述方法中，所述的步驟3，傳感器組還采集結(jié)構(gòu)體溫度變化信息；
[0043]所述的步驟4，包括如下步驟
[0044]步驟4.1、由主控模塊內(nèi)部產(chǎn)生簡(jiǎn)易雷達(dá)脈沖信號(hào)，該信號(hào)分別通過(guò)一溫敏電阻與一標(biāo)準(zhǔn)電阻后，由放大器接收并輸出補(bǔ)償脈沖信號(hào)，再由計(jì)時(shí)模塊對(duì)補(bǔ)償脈沖信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，獲得測(cè)量數(shù)據(jù)；
[0045]步驟4.2、根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，由主控模塊計(jì)算獲得溫度比率；
[0046]步驟4.3、再通過(guò)一計(jì)時(shí)模塊接收傳感器組輸出具有應(yīng)力變化信息的電脈沖并記錄接收時(shí)間，獲得應(yīng)力測(cè)量原始數(shù)據(jù)；
[0047]步驟4.4、根據(jù)溫度比率，主控模塊對(duì)應(yīng)力測(cè)量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償并計(jì)算出時(shí)間差，獲得應(yīng)力測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0048]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
[0049](I)實(shí)現(xiàn)了完全無(wú)源的結(jié)構(gòu)體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；
[0050](2)系統(tǒng)使用超高頻射頻遠(yuǎn)場(chǎng)通信，通信和數(shù)據(jù)采集距離大大提升；
[0051](3)系統(tǒng)采集到的應(yīng)力信息直接為數(shù)字信號(hào)，這樣避免了在進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換時(shí)由于環(huán)境干擾導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真；
[0052](4)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不僅可以通信還可以接收傳感器采集數(shù)據(jù)；
[0053](5)使用雙天線雙能量采集模塊，一個(gè)天線用于通信，另一個(gè)天線只用于傳感器供會(huì)K;
[0054](6)在對(duì)應(yīng)力數(shù)據(jù)采集方面，現(xiàn)有技術(shù)使用傳統(tǒng)方法(ADC+惠斯通電橋)，而使用雷達(dá)測(cè)量電阻值(應(yīng)力和溫度)方法;兩種方法原理不同，前者為測(cè)量電壓，后者為測(cè)量時(shí)間，后者抗數(shù)據(jù)干擾、精確度高且計(jì)算速度快；
[0055](7)無(wú)源系統(tǒng)從射頻無(wú)線電波中獲取能量，由于射頻是由人手持式閱讀器發(fā)出，故其頻率和能量是可以確定的，具有更好的應(yīng)用范圍和前景。
【附圖說(shuō)明】
[0056]圖1為四座橋梁的光纖和無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的成本對(duì)比表格示意圖；
[0057]圖2為各類(lèi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)比表格示意圖；
[0058]圖3為本發(fā)明的單個(gè)橋梁或建筑物成本表格示意圖；
[0059]圖4為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；
[0060]圖5為本發(fā)明的能量模塊示意圖；
[0061 ]圖6為本發(fā)明的外接傳感器模塊原理圖；
[0062]圖7為本發(fā)明的溫度補(bǔ)償模塊示意圖；
[0063]圖8為本發(fā)明的通信控制模塊示意圖；
[0064]圖9為本發(fā)明的安裝位置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0065]本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0066]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明:
[0067]實(shí)施例1
[0068]同典型的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一樣，系統(tǒng)還可這樣劃分，由四個(gè)模塊組成:感知模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、數(shù)據(jù)分析模塊。感知模塊為外接傳感器模塊和傳感器組;其中數(shù)據(jù)庫(kù)模塊同其他系統(tǒng)一樣負(fù)責(zé)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)。數(shù)據(jù)分析模塊用來(lái)從時(shí)域或頻域的角度分析采集到的感知參數(shù)。系統(tǒng)的主要?jiǎng)?chuàng)新在感知模塊和通信模塊上。感知模塊可以埋在混凝土內(nèi)I米，而模塊的傳感器可在此基礎(chǔ)上再深埋2米。傳感器采集到的精確數(shù)據(jù)可以用手持式閱讀器通過(guò)無(wú)線通信方式讀取，通信距離為I米。閱讀器可以根據(jù)傳感器類(lèi)型、橋梁或建筑物名稱(chēng)、GPS定位(如果需要的話)將數(shù)據(jù)封裝好，然后通過(guò)蜂窩網(wǎng)(CDMA或GSM)將數(shù)據(jù)包上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)模塊。接下來(lái)數(shù)據(jù)會(huì)被分類(lèi)存儲(chǔ)，以便更進(jìn)一步的分析處理。
[0069]通信模塊由一個(gè)定制的手持式閱讀器組成。閱讀器能夠與掩埋在結(jié)構(gòu)體內(nèi)部I米的感知模塊通信。安裝有大容量電池的閱讀器能穩(wěn)定讀取傳感器的數(shù)據(jù)并將其傳送給數(shù)據(jù)庫(kù)模塊;用戶(hù)能夠操作閱讀器上的人機(jī)交互界面查看數(shù)據(jù)和控制傳感器模塊。通信模塊是全自動(dòng)工作的，即它能夠?qū)?shù)據(jù)通過(guò)CDMA或GSM直接傳送給服務(wù)器(數(shù)據(jù)庫(kù)模塊和數(shù)據(jù)分析模塊)而不需要其它額外的基站支持。
[0070]感知模塊由完全無(wú)源的無(wú)線電雷達(dá)模塊、能量采集模塊、處理器構(gòu)成。能量采集模塊為整個(gè)電路提供能量;處理器從傳感器讀取數(shù)據(jù)并同手持式閱讀器通信。感知模塊和閱讀器之間的無(wú)線通信是通過(guò)一塊無(wú)線電芯片實(shí)現(xiàn)的。用作測(cè)量應(yīng)變、溫濕度的低功耗雷達(dá)電路是專(zhuān)利的創(chuàng)新點(diǎn)。本系統(tǒng)中一個(gè)突出的特點(diǎn)在于它的即安裝即用(PI ug and PI ay)特性，也就是在系統(tǒng)安裝、升級(jí)或者換新之后不需要校準(zhǔn)。并且，由于雷達(dá)的原理，溫度將不會(huì)影響傳感器測(cè)量。這種基于飛行時(shí)間(time-of-flight)的雷達(dá)測(cè)量方法是系統(tǒng)的關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)。其原理是雷達(dá)單元發(fā)送一個(gè)脈沖，這個(gè)脈沖通過(guò)連接線經(jīng)過(guò)應(yīng)變片傳感器然后又返回到雷達(dá)單元。發(fā)送與接收脈沖之間有段延時(shí)，而這個(gè)延時(shí)與應(yīng)變片的形變有函數(shù)關(guān)系。這段時(shí)延能夠通過(guò)高精度的計(jì)時(shí)器(精度高達(dá)15皮秒)測(cè)得。這樣就可以得到應(yīng)變片的物理長(zhǎng)度。此外雷達(dá)測(cè)量的方式使得系統(tǒng)對(duì)手機(jī)基站產(chǎn)生的射頻噪聲和電力線的干擾有很強(qiáng)的抗干擾能力。
[0071]實(shí)施例2
[0072]無(wú)線測(cè)量范圍=I米；
[0073 ] 傳感器連接線長(zhǎng)度，應(yīng)變片為2-3米，溫度傳感器為1-2米，濕度傳感器為1-2米；
[0074]傳感器參數(shù)，應(yīng)變片測(cè)量范圍為1000_5000με，應(yīng)變片精度為ΙΟμε，溫度測(cè)量范圍為-40到+125°C，溫度精度為±0.5°C- ±0.3°C (每次測(cè)量將在片內(nèi)采樣250次取平均值)，濕度測(cè)量范圍為0_100%RH，濕度精度為±3%RH溫度漂移為Δ ε〈100μπι(-20到+100°C)，校準(zhǔn)無(wú)(不需要)，誤報(bào)率為0% (250次片內(nèi)采樣避免了系統(tǒng)誤報(bào))，受射頻/電磁影響無(wú)。
[0075]整體采樣延遲由于系統(tǒng)是完全無(wú)源的，每次工作系統(tǒng)需要花費(fèi)一定時(shí)間采集能量。并且為了達(dá)到高精度數(shù)據(jù)采集，每次測(cè)量將在片內(nèi)采樣250次取平均值的操作也花費(fèi)一定時(shí)間。此外還需要一些時(shí)間留給系統(tǒng)各個(gè)模塊之間通信(傳感器、處理器、雷達(dá)模塊之間
[0076]以下列舉出不同感知參數(shù)對(duì)一次完整采樣所需要的時(shí)間，應(yīng)變?yōu)?.2秒，應(yīng)變+溫度為6.2秒，應(yīng)變+溫度+濕度為11秒；圖2和圖3，如需降低價(jià)格，可以用性?xún)r(jià)比更高的電纜代替，只會(huì)犧牲很小的測(cè)量精度。
[0077]如圖4，無(wú)源系統(tǒng)分為主要分為三個(gè)部分:通信控制部分、能量采集部分和外接傳感器模塊。通信控制部分主要負(fù)責(zé)同閱讀器通信，采集閱讀器發(fā)來(lái)電磁波的能量，接收來(lái)著閱讀器的控制命令并能將從傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給閱讀器。外接傳感器模塊隨系統(tǒng)應(yīng)用而變化，通常為各種傳感器模塊或微處理器單元等。考慮到許多應(yīng)用場(chǎng)景使用的傳感器功耗較高，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和傳感器的正常工作，使用額外的能量采集部分為外圍傳感器模塊提供電源。
[0078]通信控制部分由偶極子天線、射頻前端、能量管理、時(shí)鐘發(fā)生器、EPC協(xié)議模塊、存儲(chǔ)模塊、外圍設(shè)備接口組成。偶極子天線接收從閱讀器發(fā)來(lái)的射頻信號(hào)。射頻前端負(fù)責(zé)將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成直流電壓。能量管理模塊將從射頻前端得到的直流電壓存儲(chǔ)起來(lái)，當(dāng)累積的能量足夠時(shí)，釋放給時(shí)鐘發(fā)生器和EPC協(xié)議模塊。EPC協(xié)議模塊解析處閱讀器發(fā)送過(guò)來(lái)的信息，并根據(jù)具體應(yīng)用訪問(wèn)存儲(chǔ)模塊和外圍設(shè)備接口。當(dāng)從外接傳感器模塊采集到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)之后，外接設(shè)備接口將數(shù)據(jù)發(fā)給EPC協(xié)議模塊，之后協(xié)議模塊經(jīng)過(guò)編碼調(diào)制發(fā)給射頻前端，最后通過(guò)射頻前端控制天線以反向散射的形式將數(shù)據(jù)發(fā)回給閱讀器。
[0079]能量采集部分由微帶天線、射頻-直流轉(zhuǎn)換器、電壓管理器、穩(wěn)壓器組成。由于能量采集部分不需要與閱讀器通信，微帶天線相比偶極子天線能夠接受更多的射頻能量，通過(guò)射頻-直流轉(zhuǎn)換器之后存儲(chǔ)在電壓管理器中。當(dāng)積累的電壓足夠時(shí)，電壓管理器打開(kāi)電閘，電壓通過(guò)穩(wěn)壓器后輸出供給外接傳感器模塊。
[0080]本系統(tǒng)中存在兩個(gè)能量采集模塊。一個(gè)是在通信和控制模塊中的能量采集模塊，另一個(gè)是本節(jié)介紹的獨(dú)立的能量采集模塊。
[0081]如圖5所示，當(dāng)射頻信號(hào)到達(dá)設(shè)備時(shí)同時(shí)也會(huì)被能量采集模塊的微帶天線吸收。微帶天線相比于偶極子天線(使用在通信和控制模塊中)具有更好的能量吸收能力，但相應(yīng)反向散射通信能力較差，故使用微帶天線的能量采集模塊僅用來(lái)為高功耗傳感器提供額外的充足電源。射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)微帶天線被RF-DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的能量采集模塊轉(zhuǎn)換成直流電壓，然后被電荷栗升壓并充能存儲(chǔ)電容。電壓管理器監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)電容里的電壓。當(dāng)電容儲(chǔ)能充足時(shí)，電壓管理器通過(guò)INT引腳告知MCU(微控制器)或處理器能量采集模塊的狀態(tài)。此外，若存儲(chǔ)電容根據(jù)應(yīng)用選擇了超級(jí)電容，可通過(guò)外圍電路置RESET引腳切換模塊充能模式來(lái)減少超級(jí)電容的充能時(shí)間。當(dāng)存儲(chǔ)電容充能足夠時(shí)，電容放電流向升壓斬波電路。升壓斬波電路將來(lái)至電容的電壓升壓并穩(wěn)壓之后輸出在Vout引腳為傳感器供電。Vout的電壓是可定制的，由VSET引腳輸入電壓控制。
[0082]如圖6所示，該模塊用于結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)。整個(gè)模塊通過(guò)主控電路控制。雷達(dá)測(cè)量的核心由雷達(dá)脈沖發(fā)生器、脈沖存儲(chǔ)電容、開(kāi)關(guān)電路、無(wú)源傳感器組和計(jì)時(shí)模塊組成。主控控制雷達(dá)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖，產(chǎn)生的脈沖被存儲(chǔ)在脈沖存儲(chǔ)電容之中。當(dāng)積累的脈沖足夠時(shí)，主控控制開(kāi)關(guān)電路釋放脈沖。釋放的脈沖信號(hào)通過(guò)傳感器之后攜帶著傳感器的信息，并由高精度計(jì)時(shí)模塊測(cè)量。在獲得傳感器信息之后，計(jì)時(shí)模塊將傳感器信息發(fā)送給主控。模塊使用兩個(gè)時(shí)鐘晶振。其中系統(tǒng)時(shí)鐘晶振為主控提供工作節(jié)拍，而獨(dú)立的高頻時(shí)鐘晶振為計(jì)時(shí)模塊提供測(cè)量節(jié)拍。此外，通信模塊負(fù)責(zé)與外部電路(如MCU、處理器等)通信，將測(cè)量數(shù)據(jù)上傳或接收控制命令。
[0083]對(duì)于溫度變化導(dǎo)致傳感器測(cè)量的誤差，可以使用溫度補(bǔ)償來(lái)減少。如圖7所示，溫度補(bǔ)償模塊內(nèi)部有溫敏電阻、高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻和放大器。溫敏電阻的電阻值會(huì)隨著溫度呈現(xiàn)線性變化，而高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻受溫度影響極小。溫度補(bǔ)償測(cè)量過(guò)程與傳感器測(cè)量過(guò)程類(lèi)似。與傳感器測(cè)量過(guò)程不同的是:溫度補(bǔ)償是由主控電路內(nèi)部產(chǎn)生簡(jiǎn)易雷達(dá)脈沖，該脈沖分別經(jīng)過(guò)溫敏電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻后經(jīng)放大器放大后成為補(bǔ)償脈沖信號(hào)，由計(jì)時(shí)模塊測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果發(fā)送給主控。之后主控經(jīng)過(guò)計(jì)算得到溫度比率，作為溫度補(bǔ)償?shù)囊罁?jù)。
[0084]如圖8所示，當(dāng)射頻信號(hào)到達(dá)設(shè)備時(shí)被通信和控制模塊的偶極子天線吸收之后到達(dá)阻抗匹配模塊。阻抗匹配模塊能盡量減少射頻信號(hào)的反射，從而增加模塊接收射頻信號(hào)的能力。之后射頻信號(hào)分為兩路分別達(dá)到能量采集模塊和解調(diào)器。能量采集模塊負(fù)責(zé)將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為直流電壓并傳送給能量管理模塊。能量管理模塊將直流電壓存儲(chǔ)在其內(nèi)部的電容中。當(dāng)電容中電能積累到一定程度時(shí)，電容放電。能量管理模塊內(nèi)部的穩(wěn)壓器將放電電壓調(diào)節(jié)到穩(wěn)定的電壓輸出并供給于時(shí)鐘晶振和EPC協(xié)議執(zhí)行模塊工作。時(shí)鐘晶振為EPC協(xié)議執(zhí)行模塊提供必要的工作時(shí)鐘信號(hào)。EPC協(xié)議執(zhí)行模塊工作后接收從解調(diào)器傳來(lái)的數(shù)字基帶信號(hào)。此外，EPC協(xié)議執(zhí)行模塊還可以從/向存儲(chǔ)模塊讀取/寫(xiě)入數(shù)據(jù)，并通過(guò)外圍設(shè)備接口與傳感器通信。當(dāng)設(shè)備準(zhǔn)備向閱讀器傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，EPC協(xié)議執(zhí)行模塊將數(shù)據(jù)發(fā)給調(diào)制器，調(diào)制器控制天線電路使天線切換在兩個(gè)不同的阻抗?fàn)顟B(tài)，從而將基帶信息搭載到反向散射回閱讀器的連續(xù)射頻信號(hào)波上。
[0085]如圖9所示，通信模塊由一個(gè)定制的手持式閱讀器組成。閱讀器能夠與掩埋在結(jié)構(gòu)體內(nèi)部I米的感知模塊通信。安裝有大容量電池的閱讀器能穩(wěn)定讀取傳感器的數(shù)據(jù)并將其傳送給數(shù)據(jù)庫(kù)模塊；用戶(hù)能夠操作閱讀器上的人機(jī)交互界面查看數(shù)據(jù)和控制傳感器模塊。通信模塊是全自動(dòng)工作的，即它能夠?qū)?shù)據(jù)通過(guò)CDMA或GSM直接傳送給服務(wù)器(數(shù)據(jù)庫(kù)模塊和數(shù)據(jù)分析模塊)而不需要其它額外的基站支持。
[0086]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于能量采集的結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括 偶極子天線，用于通信和能量吸收，匹配接收射頻信號(hào)； 通信控制模塊，接收偶極子天線匹配輸出的射頻信號(hào)； 微帶天線，用于能量吸收，匹配接收射頻信號(hào)； 第一能量采集模塊，用于作為驅(qū)動(dòng)電源，接收微帶天線匹配輸出的射頻信號(hào)； 傳感器組，用于采集結(jié)構(gòu)體的應(yīng)力變化信息； 外接傳感器模塊，接收第一能量采集模塊輸出的直流電壓，輸出雷達(dá)脈沖信號(hào)至傳感器組并接收傳感器組輸出的應(yīng)力傳感信號(hào)； 其中，所述的通信控制模塊，控制所述外接傳感器模塊選擇地輸出雷達(dá)脈沖信號(hào)并接收所述外接傳感器模塊輸出的反饋信號(hào)； 其中，所述的偶極子天線還彈射由所述通信控制模塊調(diào)制的反向散射射頻信號(hào)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量采集的結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的外接傳感器模塊，包括 主控模塊，用于提供控制、通信和處理，由通信控制模塊控制； 雷達(dá)脈沖發(fā)生器，用于提供傳感器組信號(hào)源，接收主控模塊輸出的第一控制信號(hào)； 雷達(dá)脈沖存儲(chǔ)電容，接收并存儲(chǔ)雷達(dá)脈沖發(fā)生器輸出的雷達(dá)脈沖信號(hào)； 開(kāi)關(guān)電路，接收主控模塊輸出的選擇信號(hào)并選擇地釋放雷達(dá)脈沖存儲(chǔ)電容的雷達(dá)脈沖信號(hào)至傳感器組； 計(jì)時(shí)模塊，用于測(cè)量雷達(dá)脈沖飛行時(shí)間，接收傳感器組輸出的應(yīng)力傳感信號(hào)； 高頻時(shí)鐘晶振，用于提供采樣基準(zhǔn)，輸出高頻計(jì)時(shí)基準(zhǔn)時(shí)鐘至計(jì)時(shí)模塊； 系統(tǒng)時(shí)鐘晶振，用于提供工作基準(zhǔn)，輸出工作基準(zhǔn)時(shí)鐘至主控模塊； 通信模塊，接收通信控制模塊輸出的第二控制信號(hào)或輸出反饋信號(hào)至通信控制模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于能量采集的結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于， 所述的傳感器組，選用無(wú)源傳感器組，無(wú)源傳感器組其中包括溫度傳感器和應(yīng)力傳感器，采集結(jié)構(gòu)體的溫度變化信息和被動(dòng)地采集經(jīng)結(jié)構(gòu)體回響的應(yīng)力變化信息； 所述的外接傳感器模塊，還包括溫度補(bǔ)償模塊，溫度補(bǔ)償模塊接收主控模塊輸出的簡(jiǎn)易雷達(dá)脈沖信號(hào)并且其還輸出補(bǔ)償脈沖信號(hào)至計(jì)時(shí)模塊。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量采集的結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的通信控制模塊，包括 阻抗匹配模塊，匹配射頻信號(hào)頻率； 第二能量采集模塊，接收阻抗匹配模塊匹配到的射頻信號(hào)； 能量管理模塊，接收第二能量采集模塊轉(zhuǎn)換輸出的直流電壓； 時(shí)鐘晶振，用于提供基準(zhǔn)時(shí)鐘，由能量管理模塊供電； EPC協(xié)議執(zhí)行模塊，由能量管理模塊供電； 解調(diào)器，接收阻抗匹配模塊匹配到的射頻信號(hào)并解調(diào)輸出的數(shù)字基帶信號(hào)至EPC協(xié)議執(zhí)行模塊； 調(diào)制器，接收EPC協(xié)議執(zhí)行模塊輸出的基帶信息，根據(jù)基帶信息切換偶極子天線工作狀態(tài)，從而將基帶信息調(diào)制加載于反向散射射頻信號(hào)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于能量采集的結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于， 所述的第一能量采集模塊或第二能量采集模塊，包括射頻-直流轉(zhuǎn)換器和電荷栗，電荷栗提升射頻-直流轉(zhuǎn)換器輸出的直流電壓的電壓值； 所述的能量管理模塊，包括存儲(chǔ)電容、檢測(cè)存儲(chǔ)電容電壓的電壓管理器和穩(wěn)定存儲(chǔ)電容電壓輸出的升壓斬波電路。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量采集的結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，還包括能量管理模塊，包括存儲(chǔ)電容、檢測(cè)存儲(chǔ)電容電壓的電壓管理器和穩(wěn)定存儲(chǔ)電容電壓輸出的升壓斬波電路，存儲(chǔ)電容接收第一能量采集模塊的直流電壓。7.基于能量采集的結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟1、獲取射頻信號(hào)； 步驟2、轉(zhuǎn)換射頻信號(hào)為直流電壓，觸發(fā)一通信控制模塊和一外接傳感器模塊進(jìn)入工作狀態(tài)，再根據(jù)射頻信號(hào)，由通信控制模塊控制外接傳感器模塊選擇地輸出雷達(dá)脈沖信號(hào)，記錄發(fā)射時(shí)間； 步驟3、利用一傳感器組接收雷達(dá)脈沖信號(hào)，傳感器組被動(dòng)地采集經(jīng)結(jié)構(gòu)體回響的雷達(dá)脈沖信號(hào)并獲得結(jié)構(gòu)體應(yīng)力變化信息； 步驟4、再通過(guò)一計(jì)時(shí)模塊接收傳感器組輸出具有應(yīng)力變化信息的電脈沖，記錄接收時(shí)間并計(jì)算出時(shí)間差，獲得應(yīng)力測(cè)量數(shù)據(jù)； 步驟5、根據(jù)應(yīng)力測(cè)量數(shù)據(jù)和時(shí)間差，計(jì)算獲得結(jié)構(gòu)體的形變數(shù)據(jù)； 步驟6、利用幅移鍵控調(diào)制方法，將結(jié)構(gòu)體形變數(shù)據(jù)的基帶信息加載于反向散射的所述射頻信號(hào)，彈射具有結(jié)構(gòu)體形變數(shù)據(jù)的射頻信號(hào)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于能量采集的結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述的步驟I，包括如下步驟 步驟1.1、依次通過(guò)偶極子天線、阻抗匹配模塊對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行匹配接收，獲得第一射頻信號(hào)； 步驟1.2、通過(guò)微帶天線對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行匹配接收，獲得第二射頻信號(hào)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于能量采集的結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述的步驟2，包括如下步驟 步驟2.1、將第一射頻信號(hào)、第二射頻信號(hào)分別依次對(duì)應(yīng)通過(guò)兩組不同的能量采集模塊和能量管理模塊，獲得第一直流電壓和第二直流電壓； 步驟2.2、由第一直流電壓、第二直流電壓分別對(duì)應(yīng)觸發(fā)一通信控制模塊、一外接傳感器模塊進(jìn)入工作狀態(tài)； 步驟2.2.1、根據(jù)第一射頻信號(hào)，由通信控制模塊控制外接傳感器模塊中的主控模塊，發(fā)出第一控制信號(hào)至外接傳感器模塊中的一雷達(dá)脈沖發(fā)生器和發(fā)出選擇信號(hào)至外接傳感器模塊中的一開(kāi)關(guān)電路； 步驟2.2.2、再利用主控模塊對(duì)開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行控制并使雷達(dá)脈沖發(fā)生器選擇地輸出雷達(dá)脈沖信號(hào)，同時(shí)主控模塊記錄發(fā)射時(shí)間。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于能量采集的結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)方法，其特征在于， 所述的步驟3，傳感器組還采集結(jié)構(gòu)體溫度變化信息； 所述的步驟4，包括如下步驟 步驟4.1、由主控模塊內(nèi)部產(chǎn)生簡(jiǎn)易雷達(dá)脈沖信號(hào)，該信號(hào)分別通過(guò)一溫敏電阻與一標(biāo)準(zhǔn)電阻后，由放大器接收并輸出補(bǔ)償脈沖信號(hào)，再由計(jì)時(shí)模塊對(duì)補(bǔ)償脈沖信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，獲得測(cè)量數(shù)據(jù)； 步驟4.2、根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，由主控模塊計(jì)算獲得溫度比率； 步驟4.3、再通過(guò)一計(jì)時(shí)模塊接收傳感器組輸出具有應(yīng)力變化信息的電脈沖并記錄接收時(shí)間，獲得應(yīng)力測(cè)量原始數(shù)據(jù)； 步驟4.4、根據(jù)溫度比率，主控模塊對(duì)應(yīng)力測(cè)量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償并計(jì)算出時(shí)間差，獲得應(yīng)力測(cè)量數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】H02J50/20GK106017574SQ201610590977
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月26日
【發(fā)明人】魯力, 李松璠
【申請(qǐng)人】成都布阿澤科技有限公司