隧道初期支护拱架应变的无线监测方法技术

本发明专利技术公开了提供隧道初期支护拱架应变的无线监测方法，如下：步骤一、将所述第一电阻式应变片紧密粘贴到二次衬砌钢筋待测应变处的表面，用于随二次衬砌钢筋的变形而变形；步骤二、将第二电阻式应变片固定于待测应变处周边；步骤三、导线连接所述第一电阻式应变片和第二电阻式应变片，且在所述第一电阻式应变片和第二电阻式应变片外端导线连接串联连接的第一固定电阻和第二固定电阻，封闭连接形成惠斯通电桥。通过该方法不需要为应变片连接大量长的数据线，能够减少工作量，同时提高数据采集的效率。集的效率。集的效率。

【技术实现步骤摘要】
隧道初期支护拱架应变的无线监测方法


[0001]本专利技术属于铁路隧道初期支护受力监测
，具体涉及隧道初期支护拱架应变的无线监测方法。

技术介绍

[0002]在隧道施工过程中，为了分析初期支护受力情况，以及为初期支护的动态设计提供参考依据，需要对钢拱架的应力进行监测。
[0003]目前通常采用的初期支护拱架受力监测方法是：通过在初期支护拱架内部焊接钢筋应变计，然后将数据线引出初期支护外，待初期支护混凝土喷射完成后，开始连接采集仪进行数据采集处理。
[0004]以上方法均需要为每一个钢筋应变计连接数据线，然后将数据线引出至每一个数据采集箱，通常数公里的隧道采用大量的数据线，工作量巨大，采集工作繁琐，工作效率低下。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供隧道初期支护拱架应变的无线监测方法，通过该方法可以不需要为应变片连接大量长的数据线，能够减少工作量，同时提高数据采集的效率。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是，1.隧道初期支护拱架应变的无线监测方法，该无线监测方法如下：
[0007]步骤一、将所述第一电阻式应变片紧密粘贴到二次衬砌钢筋待测应变处的表面，用于随二次衬砌钢筋的变形而变形；
[0008]步骤二、将第二电阻式应变片固定于待测应变处周边；
[0009]步骤三、导线连接所述第一电阻式应变片和第二电阻式应变片，且在所述第一电阻式应变片和第二电阻式应变片外端导线连接串联连接的第一固定电阻和第二固定电阻，封闭连接形成惠斯通电桥；
[0010]步骤四、连接RFID标签，所述RFID标签的电压信号输入口和接地端与所述惠斯通电桥的第一连接点和第二连接点导线连接；用于采集两连接点间的电压差值信号，并将电压差值信号转换为射频数字信号；
[0011]所述第一固定电阻和第一电阻式应变片间的连接点为第一连接点；所述第二电阻式应变片和第二固定电阻间的连接点为第二连接点；
[0012]步骤五、将所述惠斯通电桥的第三连接点和第四连接点均各与对应的电源连接；所述电源用于向所述惠斯通电桥供电；
[0013]步骤六、将所述第二电阻式应变片、第二固定电阻和第一固定电阻封装于一保护膜内；
[0014]步骤七、浇筑二次衬砌，所述第一电阻式应变片、第一固定电阻、第二固定电阻、第
二电阻式应变片和RFID标签浇筑在二次衬砌内；
[0015]步骤八、将RFID阅读器和数据采集处理仪连接；使RFID阅读器进入所述RFID标签的射频识别范围；
[0016]所述RFID阅读器向各所述RFID标签发射信号，激活各所述RFID标签；并接收各所述RFID标签发送的射频数字信号，并将数字信号还原为电压差值信号，并传输；
[0017]步骤九、所述数据采集处理仪接收所述步骤六中传输的电压差值信号，根据如下公式，
[0018][0019]求得到所述第一电阻式应变片的应变，即为所述锚杆待测应变处的应变；
[0020]其中，ΔU为第一连接点和第二连接点间的电压差值；
[0021]e为第二电阻式应变片和第二固定电阻阻值的比；
[0022]ΔR为第一电阻式应变片的阻值变化值；
[0023]K为所述第一电阻式应变片的灵敏度；
[0024]ε为所述第一阻式应变片的应变；
[0025]R1为第一阻式应变片的初始电阻值。
[0026]所述RFID阅读器发射信号，激活所述RFID标签，接收所述RFID标签通过射频信号发送的数字信号，并将数字信号还原为电压信号，通过数据线传输至数据采集处理仪，得到所述二次衬砌钢筋应变。
[0027]进一步地，使用时，该RFID阅读器和数据采集处理仪均设置在隧道检测车上。
[0028]进一步地，RFID标签还包括标签射频芯片和标签天线；
[0029]所述标签射频芯片与所述电压信号输入口、接地端、标签天线和纽扣电池均相连接；
[0030]所述标签射频芯片用于接收所述电压差值信号，并将电压差值信号转化为射频数字信号，并发送至所述标签天线。
[0031]进一步地，RFID阅读器包括阅读器射频芯片(20)阅读器天线、数据处理模块和USB接口，所述阅读器天线、数据处理模块均与所述阅读器射频芯片相连接，所述USB接口与所述数据处理模块相连接；
[0032]所述阅读器射频芯片通过所述阅读器天线接收所述标签天线发送的射频数字信号，并传输；所述阅读器射频芯片还通过所述阅读器天线向所述标签天线发送信息；
[0033]所述数据处理模块，用于接收所述阅读器射频芯片发送的射频数字信号，并将所述射频数字信号转化为电压差值信号；
[0034]USB接口，用于接收所述数据处理模块发送的电压差值信号，并传输至数据采集处理仪。
[0035]本专利技术具有如下优点：1.采取惠斯通电桥，温度补偿片不直接粘贴于结构表面，将两个电阻式应变片放置于同一温度场下，抵消温度变化对应变测量造成的误差。
[0036]2.通过RFID标签发射射频信号进行数据传输，不需要大量数据线，减少大量导线
布设工作，加快数据采集速度。
[0037]3.通过RFID阅读器和数据采集处理仪可布置在隧道检测车上，可以加快数据采集速度。
附图说明
[0038]图1为隧道初期支护拱架应变的无线监测方法示意图；
[0039]图2为惠斯通电桥示意图；
[0040]图3为RFID标签示意图；
[0041]图4为RFID阅读器示意图；
[0042]图5惠斯通电桥原理图；
[0043]其中：1.惠斯通电桥；2.RFID标签；3.锚杆；4.纽扣电池；5.RFID阅读器；6.数据采集处理仪，7.第一电阻式应变片；8.第二电阻式应变片；9.第一固定电阻；10.第二固定电阻，11.第一连接点；12.第二连接点；13.电压信号输入口；14.接地端；15.标签射频芯片；16.标签天线；17.纽扣电池；18.正极；19.负极；20.阅读器射频芯片；21.阅读器天线；22.数据处理模块；23.USB接口，24.第三连接点；25.第四连接点。
具体实施方式
[0044]本专利技术隧道初期支护拱架应变的无线监测方法，该无线监测方法如下：
[0045]步骤一、将第一电阻式应变片7紧密粘贴到二次衬砌钢筋3待测应变处的表面，用于随二次衬砌钢筋3的变形而变形。在粘贴前，将二次衬砌钢筋3的待测应变处的表面打磨干净。
[0046]步骤二、将第二电阻式应变片8固定于待测应变处周边；该第二电阻式应变片8作为温度补偿片使用，其要设置在与第一电阻式应变片7相同的温度场下，两者经历相同的温度变化，所以由于温度变化引起的第一电阻式应变片7与第二电阻式应变片8的电阻变化相同，惠斯通电桥1仍为平衡状态，消除了温度变化对应变测量的影响。所以第二电阻式应变片8的固定位置要靠近第一电阻式应变片7，但是它不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.隧道初期支护拱架应变的无线监测方法，其特征在于，该无线监测方法如下：步骤一、将所述第一电阻式应变片(7)紧密粘贴到二次衬砌钢筋(3)待测应变处的表面，用于随二次衬砌钢筋(3)的变形而变形；步骤二、将第二电阻式应变片(8)固定于待测应变处周边；步骤三、导线连接所述第一电阻式应变片(7)和第二电阻式应变片(8)，且在所述第一电阻式应变片(7)和第二电阻式应变片(8)外端导线连接串联连接的第一固定电阻(9)和第二固定电阻(10)，封闭连接形成惠斯通电桥(1)；步骤四、连接RFID标签(2)，所述RFID标签(2)的电压信号输入口(13)和接地端(14)与所述惠斯通电桥(1)的第一连接点(11)和第二连接点(12)导线连接；用于采集两连接点间的电压差值信号，并将电压差值信号转换为射频数字信号；所述第一固定电阻(9)和第一电阻式应变片(7)间的连接点为第一连接点(11)；所述第二电阻式应变片(8)和第二固定电阻(10)间的连接点为第二连接点(12)；步骤五、将所述惠斯通电桥(1)的第三连接点(24)和第四连接点(25)均各与对应的电源连接；所述电源用于向所述惠斯通电桥(1)供电；步骤六、将所述第二电阻式应变片(8)、第二固定电阻(10)和第一固定电阻(9)封装于一保护膜内；步骤七、浇筑二次衬砌，所述第一电阻式应变片(7)、第一固定电阻(9)、第二固定电阻(10)、第二电阻式应变片(8)和RFID标签(2)浇筑在二次衬砌内；步骤八、将RFID阅读器(5)和数据采集处理仪(6)连接；使RFID阅读器(5)进入所述RFID标签(2)的射频识别范围；所述RFID阅读器(5)向各所述RFID标签(2)发射信号，激活各所述RFID标签(2)；并接收各所述RFID标签(2)发送的射频数字信号，并将数字信号还原为电压差值信号，并传输；步骤九、所述数据采集处理仪(6)接收所述步骤六中传输的电压差值信号，根据如下公式，式，求得到所述第一电阻式应变片(7)的应变，即为所述锚杆(3)待测应变处的应变；其中，ΔU为第一连接点(11)...

【专利技术属性】
技术研发人员：种玉配，王其昂，李文俊，刘永胜，张诚，熊炎林，东兆星，罗占夫，邵阳，刘书奎，杨效广，屈永平，戴阳，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：