一种用于隧道应变监测的基于射频识别技术的应变传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于隧道应变监测的基于射频识别技术的应变传感器，包括：惠斯通电桥，用于贴附于结构待测变形处的表面，随结构的变形，其两端的电压差值改变；RFID标签，其接口与惠斯通电桥导线连接，用于采集惠斯通电桥的电压差值信号，并将电压差值信号转换为射频数字信号，并发送；RFID阅读器，用于接收RFID标签发送的射频数字信号，并将射频数字信号还原为电压差值信号，并传输；上位机，用于接收RFID阅读器传输的电压信号差值，并根据电压信号差值得出结构待测变形处的应变。使用该应变传感器为非接触式识别，避免了布设大量的数据线；且抗干扰强、识别速度快、寿命长。寿命长。寿命长。

【技术实现步骤摘要】
一种用于隧道应变监测的基于射频识别技术的应变传感器


[0001]本专利技术属于隧道监测装置
，具体涉及一种用于隧道应变监测的基于射频识别技术的应变传感器。

技术介绍

[0002]目前常用的应变传感器有电阻式应变片、振弦式应变计和布拉格光纤光栅传感器。电阻式应变片一般由康铜丝或者镍铬丝绕成栅状夹在两层绝缘薄片中制成，其测量应变的原理是：金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。振弦式应变计是利用弦振频率与弦的拉力的变化关系来测量应变。当被测结构物内部的应力发生变化时，应变计同步感受变形，变形通过前、后端座传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出被测结构物内部的应变量。布拉格光栅传感器的原理是是基于光纤光栅布拉格波长的漂移理论。布拉格光栅受到应力或温度变化影响，光栅栅距就会发生变化，反射波的光波波长也会随之改变，并且反射不同的波长。利用光栅解调仪测量反射波长变化，进而测量应变信息。
[0003]上述应变传感器具有各自的优点，同时存在不可避免的缺点：传感器需要有线布置，当测点数量大时，布线复杂；在一些无法大量布线的情况下，其适用性受到很大限制；监测过程需要实时供电，在结构受到诸如火灾的影响而供电失效时，传感器无法获得结构受灾时的数据；信号采集设备昂贵，运维成本较高。

技术实现思路

>[0004]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，提供一种用于隧道应变监测的基于射频识别技术的应变传感器，为非接触式识别，避免了布设大量的数据线；且抗干扰强、识别速度快、寿命长。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是，一种用于隧道应变监测的基于射频识别技术的应变传感器，包括：
[0006]惠斯通电桥，用于贴附于结构待测变形处的表面，随结构的变形，其两端的电压差值改变；
[0007]RFID标签，其接口与惠斯通电桥导线连接，用于采集惠斯通电桥的电压差值信号，并将电压差值信号转换为射频数字信号，并发送；
[0008]RFID阅读器，用于接收RFID标签发送的射频数字信号，并将射频数字信号还原为电压差值信号，并传输；
[0009]上位机，用于接收RFID阅读器传输的电压信号差值，并根据电压信号差值得出结构待测变形处的应变；
[0010]惠斯通电桥由第一电阻式应变片、第二电阻式应变片、第二固定电阻和第一固定
电阻依次导线连接组成，并在两两之间各引出一个连接点；
[0011]第一电阻式应变片用于贴附于结构待测变形处的表面，用于随结构变形而变形；
[0012]第二电阻式应变片，用于固定于结构待测变形处周边，用于消除温度变化对两个应变片阻值的影响。
[0013]进一步地，该RFID标签包括电压信号输入口、接地端、标签射频芯片、标签天线和纽扣电池；电压信号输入口、接地端、标签天线和纽扣电池均与标签射频芯片相连接；
[0014]电压信号输入口和接地端还分别与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；
[0015]纽扣电池的两极分别与第三连接点和第四连接点导线连接；
[0016]标签射频芯片用于接收电压差值信号，并将电压差值信号转化为射频数字信号，并发送至标签天线；
[0017]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；第一电阻式应变片和第二电阻式应变片间的连接点为第三连接点；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；第二固定电阻与第一固定电阻间的连接点为第四连接点。
[0018]进一步地，该RFID阅读器包括阅读器射频芯片、阅读器天线、数据处理模块和USB接口，阅读器天线、数据处理模块均与阅读器射频芯片相连接，USB接口与数据处理模块相连接；
[0019]阅读器射频芯片通过阅读器天线接收标签天线发送的射频数字信号，并传输；阅读器射频芯片还通过阅读器天线向标签天线发送信息；
[0020]数据处理模块，用于接收阅读器射频芯片发送的射频数字信号，并将射频数字信号转化为电压差值信号；
[0021]USB接口，用于接收数据处理模块发送的电压差值信号，并传输至上位机。
[0022]进一步地，该第一电阻式应变片和第二电阻式应变片为相同的应变片。
[0023]进一步地，该第一固定电阻和第二固定电阻为相同的电阻。
[0024]本专利技术还公开了一种用于隧道应变监测的基于射频识别技术的应变传感器组，其特征在于，包括多个惠斯通电桥和RFID标签，且惠斯通电桥和RFID标签的个数相一致；多个RFID标签均与一个RFID阅读器信号连接。
[0025]本专利技术具有如下优点：1.为非接触式识别，RFID标签和RFID阅读器间数据传输不需要连接数据线，避免了布设大量的数据线；且抗干扰强、识别速度快。2.利用电阻应变片组成惠斯通电桥，并在外加电源的激励下输出差分电压信号，根据电阻变化与输出电压变化的关系，测量应变片电阻变化进而求应变，灵敏度高、误差小、尺寸小、重量轻。
附图说明
[0026]图1为一种基于射频识别的应变传感器的结构示意图；
[0027]图2为所述惠斯通电桥示意图；
[0028]图3为所述RFID标签示意图；
[0029]图4为所述RFID阅读器示意图；
[0030]图5为惠斯通电桥原理图；
[0031]图6为模数转换采样示意图；
[0032]图7为模数转换量化、编码示意图；
[0033]其中：1.惠斯通电桥；2.RFID标签；3.RFID阅读器；4上位机；5.第一电阻式应变片；6.第二电阻式应变片；7.第一固定电阻；8.第二固定电阻；9.第一连接点；10.第二连接点；11.第三连接点；12.第四连接点；13.电压信号输入口；14.接地端；15.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；22.数据处理模块；23.USB接。
具体实施方式
[0034]本专利技术一种用于隧道应变监测的基于射频识别技术的应变传感器，包括：惠斯通电桥1，用于贴附于结构待测变形处的表面，随结构的变形，其两端的电压差值改变。RFID标签2，其接口与惠斯通电桥1导线连接，用于采集惠斯通电桥1的电压差值信号，并将电压差值信号转换为射频数字信号，并发送。RFID阅读器3，用于接收RFID标签2发送的射频数字信号，并将射频数字信号还原为电压差值信号，并传输。上位机4，用于接收RFID阅读器3传输的电压信号差值，并根据电压信号差值得出结构待测变形处的应变。
[0035]上述惠斯通电桥1由第一电阻式应变片5、第二电阻式应变片6、第二固定电阻8和第一固定电阻7依次导线连接组成，并在两两之间各引出一个连接点。
[0036]上述第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于隧道应变监测的基于射频识别技术的应变传感器，其特征在于，包括：惠斯通电桥(1)，用于贴附于结构待测变形处的表面，随结构的变形，其两端的电压差值改变；RFID标签(2)，其接口与所述惠斯通电桥(1)导线连接，用于采集所述惠斯通电桥(1)的电压差值信号，并将电压差值信号转换为射频数字信号，并发送；RFID阅读器(3)，用于接收所述RFID标签(2)发送的射频数字信号，并将射频数字信号还原为电压差值信号，并传输；上位机(4)，用于接收所述RFID阅读器(3)传输的电压信号差值，并根据电压信号差值得出结构待测变形处的应变；所述惠斯通电桥(1)由第一电阻式应变片(5)、第二电阻式应变片(6)、第二固定电阻(8)和第一固定电阻(7)依次导线连接组成，并在两两之间各引出一个连接点；所述第一电阻式应变片(5)用于贴附于结构待测变形处的表面，用于随结构变形而变形；所述第二电阻式应变片(6)，用于固定于结构待测变形处周边，用于消除温度变化对两个应变片阻值的影响。2.根据权利要求1所述的一种用于隧道应变监测的基于射频识别技术的应变传感器，其特征在于，所述RFID标签(2)包括电压信号输入口(13)、接地端(14)、标签射频芯片(15)、标签天线(16)和纽扣电池(17)；所述电压信号输入口(13)、接地端(14)、标签天线(16)和纽扣电池(17)均与所述标签射频芯片(15)相连接；所述电压信号输入口(13)和接地端(14)还分别与第一连接点(9)和第二连接点(10)导线连接；用于采集两连接点间的电压差值信号；所述纽扣电池(17)的两极分别与第三连接点(11)和第四连接点(12)导线连接；所述标签射频芯片(15)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(16)；所述第一固定电阻(7)和第一电阻式应变片(5)间的连...

【专利技术属性】
技术研发人员：种玉配，张诚，王其昂，刘永胜，熊炎林，东兆星，杨效广，刘书奎，姚士磊，邵阳，刘计顺，吴利军，孔祥瑞，戴阳，
申请(专利权)人：中铁隧道勘察设计研究院有限公司中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：