[實用新型]一種超低功耗無源結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520867680.7
• 申請日: 2015-11-03
• 公開（公告）號: CN205120032U
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳積明;陳敏;張茜;史治國
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)，尤其涉及一種超低功耗被動式無源結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測裝置。

背景技術(shù)

城市基礎(chǔ)設(shè)施的健康狀況與社會公共安全與人民生命財產(chǎn)息息相關(guān)，這些重要的基礎(chǔ)設(shè)施不可避免地要承受如環(huán)境侵蝕、地震、人為災(zāi)害等諸多因素帶來的威脅，結(jié)構(gòu)健康狀況監(jiān)測可以對建筑物結(jié)構(gòu)狀態(tài)進行長期監(jiān)控分析，有效評估其安全性能，全面掌握結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)并對突發(fā)情況進行預(yù)警。結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力對結(jié)構(gòu)健康關(guān)系重大。

通常結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是指利用集成在結(jié)構(gòu)中的傳感元件，實時獲取與結(jié)構(gòu)健康狀況相關(guān)的信息，通過信號處理和力學(xué)建模提取結(jié)構(gòu)損傷特征參數(shù)，識別結(jié)構(gòu)狀態(tài)，預(yù)測損傷，進行安全評定，提出使用和維護意見。目前，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測廣泛使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)測建筑物結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化、位移變化、振動變化等等?，F(xiàn)有的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測節(jié)點功耗、體積較大，且一般都由電池供電。要實現(xiàn)長期的頻繁的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與處理需要定期對電池進行維護，實際使用會有諸多不便。

射頻識別技術(shù)通常用于物流跟蹤、倉儲管理領(lǐng)域，目前的RFID系統(tǒng)中的標簽通常由專用的集成芯片構(gòu)成，儲存固定信息且存儲容量有限?；贛SP430系列單片機實現(xiàn)的EPCC1G2通信協(xié)議平臺擺脫電池束縛，相比一般的RFID標簽具有傳感、計算和通信功能，為無線傳感信息采集與傳輸提供了新的思路。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)的不足，提供一種超低功耗被動式無源結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中傳感器需要電池進行能量供給、后期需要維護電池不能長期工作的問題。

本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種超低功耗無源應(yīng)變監(jiān)測裝置，所述裝置包括射頻前端、超低功耗MCU、應(yīng)變檢測模塊和儲能電容，其中射頻前端包括偶極子天線、整流倍壓穩(wěn)壓模塊、解調(diào)模塊與發(fā)射模塊；所述偶極子天線分別與整流倍壓穩(wěn)壓模塊、解調(diào)模塊和發(fā)射模塊相連，整流倍壓穩(wěn)壓模塊分別與儲能電容和超低功耗MCU相連，解調(diào)模塊、應(yīng)變檢測模塊和發(fā)射模塊均與超低功耗MCU相連；解調(diào)模塊包括依次相連的整流倍壓電路和運算放大器組成的包絡(luò)檢波電路。

進一步地，所述射頻前端中的偶極子天線為板載的PCB天線，工作頻段為920～925MHz，天線的輸出端有LC匹配電路調(diào)整阻抗匹配，提高電磁波能量采集效率。

進一步地，所述整流倍壓穩(wěn)壓模塊包括依次相連的三階Dickson電路和線性穩(wěn)壓器。

進一步地，所述解調(diào)模塊包括整流電路以及由運算放大器組成的包絡(luò)檢波器。

進一步地，所述應(yīng)變檢測模塊包含由箔式應(yīng)變片組成的橋式電路及儀表放大器組成的電壓放大模塊，應(yīng)力的大小以輸出電壓值來表征；其中，橋式電路由電阻Rb1～Rb4組成；將Rb1～Rb4任意一個電阻換成阻值相等的箔式應(yīng)變片組成四分之一橋電路、或者將Rb1與Rb3換成兩個阻值相等的箔式應(yīng)變片組成半橋電路，或者將Rb2與Rb4換成兩個阻值相等的箔式應(yīng)變片組成半橋電路；電阻Rb1一端接參考電壓Vreg，另一端接電阻Rb2；電阻Rb2與Rb1相連后接儀表放大器輸入負極，電阻Rb2另一端接地；電阻Rb4一端接參考電壓Vreg，另一端接Rb3；電阻Rb3另一端接地；電位計和電阻Rb5組成校零電路，電位計引腳1接參考電壓Vreg，引腳3接地，引腳2接電阻Rb5一端，電阻Rb5另一端接儀表放大器輸入正極；電阻R1一端接儀表放大器的第一放大倍數(shù)設(shè)置引腳，另一端接儀表放大器的第二放大倍數(shù)設(shè)置引腳，儀表放大器的正電源引腳接電容C4一端，電容C4另一端接參考電壓Vreg，儀表放大器的使能引腳接超低功耗MCU的數(shù)字I/O控制引腳，儀表放大器的接地引腳接地，電阻R4一端接參考電平Vreg另一端分別連接電阻R5與電容C1的一端，電阻R5和電容C1并聯(lián)，另一端接地；電阻R2和電容C2并聯(lián)，一端接儀表放大器的偏置電壓引腳，另一端與電阻R3的一端相連后接儀表放大器的輸出引腳，電阻R3另一端分別接電容C3的一端、電阻C5的一端后作為應(yīng)變檢測模塊的輸出Vstrain接入超低功耗MCU的A/D引腳，電容C3的另一端、電阻C5的另一端均接地。

所述應(yīng)變檢測模塊中，箔式應(yīng)變片的阻值為120歐、350歐、1000歐或者2000歐，調(diào)節(jié)儀表放大器的放大倍數(shù)為50倍、100倍、500倍或者1000倍。

本實用新型的有益效果是：