[發明專利]隧道初期支護拱架應變的無線監測方法

在審

• 申請號: 202011232972.5
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112344845A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 種玉配;王其昂;李文俊;劉永勝;張誠;熊炎林;東兆星;羅占夫;邵陽;劉書奎;楊效廣;屈永平;戴陽
• 申請（專利權）人: 中鐵隧道勘察設計研究院有限公司;中國礦業大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;E21F17/18;G06K7/10
• 代理公司: 西安維賽恩專利代理事務所(普通合伙) 61257
• 代理人: 劉艷霞

1.隧道初期支護拱架應變的無線監測方法，其特征在于，該無線監測方法如下：

步驟一、將所述第一電阻式應變片(7)緊密粘貼到二次襯砌鋼筋(3)待測應變處的表面，用于隨二次襯砌鋼筋(3)的變形而變形；

步驟二、將第二電阻式應變片(8)固定于待測應變處周邊；

步驟三、導線連接所述第一電阻式應變片(7)和第二電阻式應變片(8)，且在所述第一電阻式應變片(7)和第二電阻式應變片(8)外端導線連接串聯連接的第一固定電阻(9)和第二固定電阻(10)，封閉連接形成惠斯通電橋(1)；

步驟四、連接RFID標簽(2)，所述RFID標簽(2)的電壓信號輸入口(13)和接地端(14)與所述惠斯通電橋(1)的第一連接點(11)和第二連接點(12)導線連接；用于采集兩連接點間的電壓差值信號，并將電壓差值信號轉換為射頻數字信號；

所述第一固定電阻(9)和第一電阻式應變片(7)間的連接點為第一連接點(11)；所述第二電阻式應變片(8)和第二固定電阻(10)間的連接點為第二連接點(12)；

步驟五、將所述惠斯通電橋(1)的第三連接點(24)和第四連接點(25)均各與對應的電源連接；所述電源用于向所述惠斯通電橋(1)供電；

步驟六、將所述第二電阻式應變片(8)、第二固定電阻(10)和第一固定電阻(9)封裝于一保護膜內；

步驟七、澆筑二次襯砌，所述第一電阻式應變片(7)、第一固定電阻(9)、第二固定電阻(10)、第二電阻式應變片(8)和RFID標簽(2)澆筑在二次襯砌內；

步驟八、將RFID閱讀器(5)和數據采集處理儀(6)連接；使RFID閱讀器(5)進入所述RFID標簽(2)的射頻識別范圍；

所述RFID閱讀器(5)向各所述RFID標簽(2)發射信號，激活各所述RFID標簽(2)；并接收各所述RFID標簽(2)發送的射頻數字信號，并將數字信號還原為電壓差值信號，并傳輸；

步驟九、所述數據采集處理儀(6)接收所述步驟六中傳輸的電壓差值信號，根據如下公式，

求得到所述第一電阻式應變片(7)的應變，即為所述錨桿(3)待測應變處的應變；

其中，ΔU為第一連接點(11)和第二連接點(12)間的電壓差值；

e為第二電阻式應變片(8)和第二固定電阻(10)阻值的比；

ΔR為第一電阻式應變片(7)的阻值變化值；

K為所述第一電阻式應變片(7)的靈敏度；

ε為所述第一阻式應變片(7)的應變；

R₁為第一阻式應變片(7)的初始電阻值。

所述RFID閱讀器(5)發射信號，激活所述RFID標簽(2)，接收所述RFID標簽(2)通過射頻信號發送的數字信號，并將數字信號還原為電壓信號，通過數據線傳輸至數據采集處理儀(6)，得到所述二次襯砌鋼筋應變。

2.根據權利要求1所述的隧道初期支護拱架應變的無線監測方法，其特征在于，所述RFID閱讀器(5)和數據采集處理儀(6)均設置在隧道檢測車上。

3.根據權利要求2所述的隧道初期支護拱架應變的無線監測方法，其特征在于，所述RFID標簽(2)還包括標簽射頻芯片(15)和標簽天線(16)；

所述標簽射頻芯片(15)與所述電壓信號輸入口(13)、接地端(14)、標簽天線(16)和紐扣電池(17)均相連接；

所述標簽射頻芯片(15)用于接收所述電壓差值信號，并將電壓差值信號轉化為射頻數字信號，并發送至所述標簽天線(16)。

4.根據權利要求3所述的隧道初期支護拱架應變的無線監測方法，其特征在于，所述RFID閱讀器(5)包括閱讀器射頻芯片(20)閱讀器天線(21)、數據處理模塊(22)和USB接口(23)，所述閱讀器天線(21)、數據處理模塊(22)均與所述閱讀器射頻芯片(20)相連接，所述USB接口(23)與所述數據處理模塊(22)相連接；

所述閱讀器射頻芯片(20)通過所述閱讀器天線(21)接收所述標簽天線(16)發送的射頻數字信號，并傳輸；所述閱讀器射頻芯片(20)還通過所述閱讀器天線(21)向所述標簽天線(16)發送信息；

所述數據處理模塊(22)，用于接收所述閱讀器射頻芯片(20)發送的射頻數字信號，并將所述射頻數字信號轉化為電壓差值信號；

USB接口(23)，用于接收所述數據處理模塊(22)發送的電壓差值信號，并傳輸至數據采集處理儀(6)。