厚埋层混凝土穿透式无线应力应变传感器的制作方法

1.本发明涉及传感器技术领域，特别涉及厚埋层混凝土穿透式无线应力应变传感器。


背景技术：

2.混凝土应力应变分析无论是理论上还是实践上都是较复杂的问题。第一，混凝土材料本身的复杂性：混凝土是存在微裂缝及孔隙的多相材料，不是理想的线弹性材料，弹性模量等力学参数随时间而变化，存在徐变、松弛、热胀冷缩、湿胀干缩等现象，骨料分离可能导致的不均匀性等；第二，具体安装铺设混凝土建筑结构的基础结构的复杂性：整个建筑结构内部存在各种纵横结构缝、施工缝、键槽、孑l口、闸门等局部构造，基础一般均存在结构面等地质缺陷及不均匀性，裂缝的出现导致整体性的丧失等；第三，结构荷载在空间及时间分布上的复杂性：水与混凝土及基础的相互作用形成复杂的非均匀、非恒定的渗流场，接缝及固结灌浆会引起不可恢复的施工应力，内外约束及基础约束等产生的温度荷载空间及时间分布复杂等。
3.为了检测混凝土的应力、应变，公开号为cn111323152a的中国专利公开了一种检测混凝土结构应力变化的光纤传感方法，包括铺设应力传感光纤、设置应力变化测点、设置应力传感光纤保护措施、混凝土侧边位置的应力传感光纤引出、应力数据检测和应力数据计算。该检测混凝土结构应力变化的光纤传感方法，在铺设应力传感光纤过程中，不同高度位置共设置两层应力检测面方便对不同高度位置应力进行检测，以便于获得更加充分的应力检测数据，并且呈“井”字形分布的四组应力传感光纤能够对同一检测面上的横向应力变化和纵向应力变化进行全面的检测。
4.但是上述方案光纤铺设的面积大，施工成本较高，而且，还需要外部设备与引出的应力传感光纤连接，也增加了后期的维护成本。
5.因此需要一种成本较低的厚埋层混凝土穿透式无线应力应变传感器。


技术实现要素：

6.本发明提供了厚埋层混凝土穿透式无线应力应变传感器，能够降低施工及维护成本。
7.为了解决上述技术问题，本技术提供如下技术方案：
8.厚埋层混凝土穿透式无线应力应变传感器，包括检测模块、信号放大模块、微处理模块和无线收发模块；检测模块用于将采集到的电信号发送至信号放大模块，信号放大模块用于对电信号进行放大和模数转换生成数字信号，将数字信号发送至微处理模块，微处理模块用于控制无线收发模块向外发送数字信号；
9.微处理模块用于在初始化后进入休眠状态，无线收发模块用于接收外部信息，判断外部信息是否包含唤醒指令，如果包含唤醒指令，唤醒微处理模块。
10.基础方案原理及有益效果如下：
11.本方案在使用时，可以将无线应力应变传感器整体埋入混凝土内，通过无线传输的形式向外发送包含应力/应变信息的数字信号，与大面积铺设光纤相比，施工方式变成了单点挖孔埋设，施工成本更低。而且，微处理模块在外部唤醒时工作，其他时间处于休眠状态，能够有效的降低耗电量，延长整个无线应力应变传感器的使用时间，降低维护成本。综上，本方案能够有效降低施工及维护成本。
12.进一步，还包括电源模块，电源模块用于为检测模块、信号放大模块、微处理模块和无线收发模块供电。
13.进一步，所述微处理模块还用于对数字信号进行加密，控制无线收发模块向外发送加密后的数字信号。
14.可以保证数字信号传输的安全性，即使被未经授权的设备截获，也无法基于数字信号处理分析得到应力/应变信息。
15.进一步，所述微处理模块还用于在唤醒后开始计时，当计时到达预设时间进入休眠状态直到再次被唤醒。
16.避免微处理模块唤醒后一直处于工作状态，能进一步降低耗电量。
17.进一步，所述微处理模块还用于在进入休眠状态前，控制电源模块断开检测模块和信号放大模块的供电；微处理模块还用于在唤醒后，控制电源模块恢复对检测模块和信号放大模块的供电。
18.可以降低检测模块和信号放大模块的耗电，提升续航。
19.进一步，所述电源模块包括锂电池和电源管理芯片。
20.进一步，所述电源管理芯片用于获取锂电池的当前电量，微处理模块用于在唤醒后判断外部信息是否包含当前地质风险信息，地质风险信息包括高、中和低；微处理模块还用于在唤醒后从电源管理芯片接收当前电量，还控制无线收发模块将当前电量信息发送至预设区域的其他无线应力应变传感器；无线收发模块从其他无线应力应变传感器接收外部传感器的当前电量。
21.进一步，当地质风险信息为低时，微处理模块用于在唤醒后进入工作状态并开始计时，当计时到达预设时间进入休眠状态直到再次被唤醒。
22.当预设区域的地质风险信息为低时，发生地址灾害的可能性较低，此时按照初始的规则，即预设区域内的微处理模块在外部唤醒时工作，其他时间处于休眠状态，能够有效的降低耗电量，延长无线应力应变传感器的使用时间。
23.进一步，当地质风险信息为中时，微处理模块基于本体的当前电量和外部传感器的当前电量判断本体的当前电量是否最高，如果最高，进入工作状态；当工作时间达到预设工作时长后；再次基于本体的当前电量和外部传感器的当前电量判断本体的当前电量是否最高，如果最高，继续工作，如果不是最高，进入休眠状态直到再次被唤醒。
24.当预设区域的地质风险信息为中时，存在一定地质灾害的可能性，因此需要有无线应力应变传感器“值班”，达到不间断监测的目的。通过预设区域内的无线应力应变传感器彼此共享当前电量，由电量最高的无线应力应变传感器进行“值班”，可以平衡整体的电量消耗。
25.进一步，当地质风险信息为高时，微处理模块基于本体的当前电量和外部传感器的当前电量判断本体的当前电量是否最低，如果最低，进入休眠状态直到再次被唤醒；当休
眠达到预设休眠时长后，退出休眠；微处理模块再次基于本体的当前电量和外部传感器的当前电量判断本体的当前电量是否是最低，如果不是最低，进入工作状态，当工作时间达到预设工作时长后；再次基于本体的当前电量和外部传感器的当前电量判断本体的当前电量是否最低，如此循环。
26.当预设区域的地质风险信息为高时，地质灾害发生的可能性高，因此需要尽可能多的无线应力应变传感器“值班”，达到充分监测的目的。通过预设区域内的无线应力应变传感器彼此共享当前电量，只有电量最低的无线应力应变传感器休眠，可以有效延长电量最低的无线应力应变传感器的工作时间。
附图说明
27.图1为实施例一厚埋层混凝土穿透式无线应力应变传感器的逻辑框图；
28.图2为实施例一监测平台的逻辑框图。
具体实施方式
29.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
30.实施例一
31.如图1所示，本实施例的厚埋层混凝土穿透式无线应力应变传感器，包括检测模块、信号放大模块、微处理模块、无线收发模块和电源模块。电源模块用于为检测模块、信号放大模块、微处理模块和无线收发模块供电。本实施例中，电源模块包括锂电池和电源管理芯片。
32.微处理模块用于在初始化后进入休眠状态，微处理模块还用于在进入休眠状态前，控制电源模块断开检测模块和信号放大模块的供电。本实施例中，微处理模块采用stm32系列低功耗处理。
33.无线收发模块用于接收外部信息，判断外部信息是否包含唤醒指令，如果包含唤醒指令，唤醒微处理模块。本实施例中，无线收发模块采用nb
‑
iot窄带互联网网络，具体包括无线控制芯片和传输天线，为保证信号传输质量，传输天线的数量可以大于或等于2个。
34.微处理模块还用于在唤醒后，控制电源模块恢复对检测模块和信号放大模块的供电。微处理模块还用于在唤醒后开始计时，当计时到达预设时间进入休眠状态直到再次被唤醒。
35.检测模块用于将采集到的电信号发送至信号放大模块，信号放大模块用于对电信号进行放大和模数转换生成数字信号，将数字信号发送至微处理模块，微处理模块还用于对数字信号进行加密，控制无线收发模块向外发送加密后的数字信号。本实施例中，检测模块包括电阻式应变片。本实施例中，信号放大模块包括信号放大电路和模数转换电路。
36.如图2所示，为了进一步说明无线应力应变传感器的工作过程，本实施例中提供一种监测平台，包括无线应力应变传感器、数据传输子系统、监控中心和预警系统；无线收发模块将包含应力/应变情况的数字信号发送至数据传输子系统，数据传输子系统通过物联网与监控中心连接，将数字信号发送至监控中心。监控中心用于对数据信号进行解析与显示。如果数据信号进行解析后，发现存在危险，预警系统可以从监控中心获取存在危险这一情况，通过预设的方式，例如短信、邮件等推送预警信息。监控中心还可以连接用户的手机
端和pc端等，方便用户远程访问。监控中心也可以通过数据传输子系统对指定位置的无线应力应变传感器进行唤醒。
37.实施例二
38.本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，电源管理芯片用于获取锂电池的当前电量。
39.微处理模块用于在唤醒后判断外部信息是否包含当前地质风险信息，地质风险信息包括高、中和低。微处理模块还用于在唤醒后从电源管理芯片接收当前电量，还控制无线收发模块将当前电量信息发送至预设区域的其他无线应力应变传感器；无线收发模块从其他无线应力应变传感器接收外部传感器的当前电量。
40.当地质风险信息为低时，微处理模块在唤醒后进入工作状态并开始计时，当计时到达预设时间进入休眠状态直到再次被唤醒。
41.当地质风险信息为中时，微处理模块基于本体的当前电量和外部传感器的当前电量判断本体的当前电量是否最高，如果最高，进入工作状态；当工作时间达到预设工作时长后；再次基于本体的当前电量和外部传感器的当前电量判断本体的当前电量是否最高，如果最高，继续工作，如果不是最高，进入休眠状态直到再次被唤醒。
42.当地质风险信息为高时，微处理模块基于本体的当前电量和外部传感器的当前电量判断本体的当前电量是否最低，如果最低，进入休眠状态直到再次被唤醒；当休眠达到预设休眠时长后，退出休眠；微处理模块再次基于本体的当前电量和外部传感器的当前电量判断本体的当前电量是否是最低，如果不是最低，进入工作状态，当工作时间达到预设工作时长后；再次基于本体的当前电量和外部传感器的当前电量判断本体的当前电量是否最低，如此循环。本实施例中，外部传感器指预设区域内除本体外的其他无线应力应变传感器。
43.当预设区域的地质风险信息为低时，发生地址灾害的可能性较低，此时按照初始的规则，即预设区域内的微处理模块在外部唤醒时工作，其他时间处于休眠状态，能够有效的降低耗电量，延长无线应力应变传感器的使用时间。
44.当预设区域的地质风险信息为中时，存在一定地质灾害的可能性，因此需要有无线应力应变传感器“值班”，达到不间断监测的目的。本实施中预设区域内的无线应力应变传感器可以彼此共享当前电量，由电量最高的无线应力应变传感器进行“值班”，可以平衡整体的电量消耗。
45.当预设区域的地质风险信息为高时，地质灾害发生的可能性高，因此需要尽可能多的无线应力应变传感器“值班”，达到充分监测的目的。本实施中预设区域内的无线应力应变传感器可以彼此共享当前电量，只有电量最低的无线应力应变传感器休眠，可以有效延长电量最低的无线应力应变传感器的工作时间。
46.以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱
离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。