[發明專利]一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋無損檢測系統與方法

有效

• 申請號: 202110400258.0
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113065624B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 付樺蔚;倫培元;周期石;張華帥
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06K17/00
• 分類號: G06K17/00;G01N27/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 戚星

1.一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋無損檢測系統，其特征在于，包括：

埋入式RFID電子標簽(1)：檢測并記錄鋼橋面板是否發生貫穿型開裂的信息，并通過RFID近場通訊的方式傳送給讀寫器(2)；

讀寫器(2)：為埋入式RFID電子標簽(1)提供能量并進行無線通訊，可以實現對標簽識別碼及相應檢測信息的讀取或寫入操作；

上位機(3)：即裝有數據管理系統的計算機，根據需要向讀寫器(2)提供指令或處理讀寫器返回的埋入式RFID電子標簽(1)數據，對標簽信息進行顯示、存儲和處理；

移動載具(4)：搭載讀寫器(2)與上位機(3)的移動平臺，在車道上移動過程中遂行檢測任務；

裝有讀寫器(2)與上位機(3)的移動載具(4)在橋面車道上移動過程中，當進入讀寫器(2)天線與鋪裝層中的埋入式RFID電子標簽(1)天線有效感應范圍內時，在上位機(3)的指令下，埋入式RFID電子標簽(1)受到經由讀寫器(2)發射的射頻信號激發，即啟動開裂檢測，然后并將標簽信息以及相應檢測結果通過天線傳回讀寫器(2)，并經由讀寫器(2)被裝有相關應用系統的上位機(3)獲取并處理；

所述埋入式RFID電子標簽(1)包括：

微帶天線(11)：埋置于鋪裝層中，能夠進行射頻信號與電流信號的轉換，既可以接收讀寫器(2)天線發射的射頻信號，獲取能量與數據，也可以向讀寫器(2)天線發射射頻信號；

芯片(12)：埋置于鋪裝層中，主要包括供電模塊、基帶處理控制模塊、調制與解調模塊、時鐘、數模轉換模塊與存儲模塊；供電模塊負責將天線耦合得到的射頻能量轉化成標簽各電路所需的穩定直流電；基帶處理控制模塊則主要負責數據編解碼、差錯校驗、數據加密、命令解析和防沖撞處理功能；調制與解調模塊主要負責天線收/發的電磁射頻信號與數字信號的轉化；時鐘主要負責將所有電路功能時序化，使存儲器中的數據在精確的時間內傳送到讀寫器中；數模轉換模塊則可以將裂紋檢測模塊(13)的模擬信號轉化成數字信號儲存在存儲模塊中；存儲模塊主要負責程序代碼、標簽信息和開裂檢測信息數據的存儲；

裂紋檢測模塊(13)：主要由基底(131)、裂紋檢測電路(132)與覆蓋層(134)通過粘合劑結合制成的片狀裂紋檢測傳感器，裂紋檢測電路(132)是一條或者多條按照設計間距呈柵形排列的U型導電線路；裂紋檢測模塊(13)與芯片(12)采用分體式設計并通過帶絕緣層的引線相連，在導電回路端部設置接線端子(133)以方便與引線相接；基底(131)與覆蓋層(134)的主要作用是對裂紋檢測電路(132)起到絕緣隔離與防腐蝕的作用，粘結劑選擇粘結強度高、穩定性與絕緣性好的材料；

基座保護裝置(14)：一方面是用于防止微帶天線(11)和芯片(12)在橋面鋪裝層施工過程中，或在長期服役過程中的車輪荷載外部因素作用下受到損壞，起到保護作用；另一方面則是通過預置的方式保證微帶天線(11)在鋪裝的中的埋置深度滿足其與讀寫器之間的有效通訊要求，起到定位作用，基座保護裝置可以但不限于采用混凝土或陶瓷材料進行預制；

所述讀寫器(2)包括：天線(21)：主要負責電磁波信號與電流信號的轉換；天線(21)與其它部分采用分體式設計，其與路面間距滿足讀寫器(2)與電子標簽微帶天線(11)之間的有效通信距離要求；天線(21)可為多天線設計，以擴展信號覆蓋范圍并提高檢測效率，從而實現一次通過車道寬度范圍內的埋入式RFID電子標簽(1)都能被激發并通訊；

射頻模塊(22)：對已編碼的基帶信號進行調制，對接收的高頻信號進行解調；具體包括對發射信號進行功率放大，通過天線(21)為電子標簽提供能量，對讀寫器(2)發往電子標簽的基帶信號進行調制并通過天線(21)發送給電子標簽，接收并解調來自電子標簽的應答信號；

基帶模塊(23)：實現上位機(3)與射頻模塊(22)間的數據交換，包括編解碼和校驗功能；根據上位機指令控制射頻模塊(22)的收發功能，實現防碰撞處理以及多標簽識別過程；

接口模塊(24)：提供與上位機(3)之間進行數據交換的標準端口；

電源模塊(25)：提供電源。

2.一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋無損檢測的方法應用于如權利要求書1中的所述正交異性鋼橋面板疲勞裂紋無損檢測系統，其特征在于，包括以下步驟：

S1：根據疲勞分析與工程經驗制定疲勞監測方案，確定橋面板上需要進行疲勞裂紋監測的具體部位，可選擇慢車道上橫梁/隔板外縱肋-橋面板連接焊縫部位，并進行位置標記；

S2：在開始橋面鋪裝前根據標記位置完成埋入式RFID電子標簽(1)

安裝，在上位機(3)相應數據管理系統中預先建立電子標簽編碼與對應位置信息的數據庫；

S3：在移動載具(4)上安裝好讀寫器(2)及上位機(3)，組成一套移動檢測平臺，根據預定順序在移動過程中完成對橋面埋入式電子標簽的裂紋檢測結果的讀??；

S4：以所收集的橋面板疲勞裂紋檢測結果為依據，考慮采取必要的應對措施，確定下次檢測日期。