[發明專利]一種自適應掃頻激勵的弦式無線傳感器

在審

• 申請號: 202210246726.8
• 申請日: 2022-03-14
• 公開（公告）號: CN114485735A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 劉洋;王凱田
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01D5/00
• 分類號: G01D5/00;G01H1/00;G08C17/02
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 李智慧

1.一種自適應掃頻激勵的弦式無線傳感器，其特征在于所述弦式無線傳感器包括傳感器、激振系統、拾振系統和無線Lora收發系統，其中：

所述傳感器貼附于被測物體的表面或埋置于被測物體內部，利用激振系統激勵傳感器內部主體振弦發生振動，當振弦處于自由振動階段時，利用拾振系統獲取振弦的自由振動頻率信息，并將獲取的頻率信息轉換為相應的物理量變化，最后通過無線Lora收發系統將拾振系統獲取的數據發送到目標服務器。

2.根據權利要求1所述的自適應掃頻激勵的弦式無線傳感器，其特征在于所述傳感器為弦式傳感器。

3.一種利用權利要求1-2任一項所述弦式無線傳感器進行基于反饋策略的自適應掃頻激勵的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟：

步驟一：傳感器首次上電時，根據設定的掃頻區間的長度，智能選擇全頻段掃頻或分頻段掃頻；確定好掃頻區間后，選擇預掃頻步長，在掃頻區間內進行預掃頻激勵；預掃頻結束后，在共振點的附近利用小步長進行快速復掃頻，用以獲取更精確的測量結果，其中：

步驟二：步驟一中的掃頻激勵結束并成功激振后，通過主控芯片控制激勵系統關閉，拾振系統打開，通過拾振系統不斷獲取振動的波形信息，根據拾振算法找到振動過程中的自由振動階段，計算振動頻率，并將振動頻率保存在板載flash存儲芯片中；

步驟三：通過無線Lora技術實現傳感器的無線組網，根據Lora網關的指令遠程進行數據的采集工作，并最終通過無線Lora收發系統將采集數據發送到Lora網關；

步驟四：當需要再次測量時，傳感器首先讀取flash存儲芯片中的頻率信息，并假設當前頻率與存儲頻率相差不大，在取出的頻率值上下10Hz范圍內進行小步長快速掃頻激勵，控制快速掃頻步長為0.1Hz，若可以有效激勵，則省去頻段的劃分、預掃頻與復掃頻等操作，快速獲取測量結果，若不能有效激勵，則重復步驟一。

4.根據權利要求3所述的基于反饋策略的自適應掃頻激勵的方法，其特征在于所述步驟一中，預掃頻步長為1Hz到10Hz之間，初次預掃頻激勵時可以按照1Hz增量從1Hz步長到10Hz步長分別掃頻，檢測主體振弦的最大振動幅值，從而確定傳感器的最佳預掃頻步長。

5.根據權利要求3所述的基于反饋策略的自適應掃頻激勵的方法，其特征在于所述步驟一中，復掃頻步長固定為0.1Hz。

6.根據權利要求3所述的基于反饋策略的自適應掃頻激勵的方法，其特征在于所述步驟一的具體步驟如下：

步驟一一：系統根據設定的掃頻閾值自動選擇全頻段掃頻與分頻段掃頻：掃頻區段長度閾值設定為2000Hz，當掃頻區段長度小于等于2000Hz時，在整個區間段內進行預掃頻與復掃頻，當掃頻區間段的長度大于2000Hz時，將掃頻區間劃分成多個2000Hz區段，不足2000Hz的單獨成為一個區間段，按照劃分好的區間段進行預掃頻，若發現共振點則在該區間段內進行復掃頻，獲取頻率值并結束測量操作；若預掃頻沒有發現共振點，則不在該區間段進行復掃頻，繼續掃頻下一個區間段；

步驟一二：每個區間段分兩階段掃頻，第一階段為預掃頻激振階段，首先設置預掃頻脈沖序列遞增步長參數，在發送預掃頻激振脈沖序列后進行拾振測頻，并根據測頻數據檢驗振弦是否被可靠激振，若沒有可靠激振，則調節脈沖序列步長，步長從1Hz調節到10Hz，步長增量為1Hz；第二個階段為復掃頻激振階段，根據預掃頻激振的測頻數據設置復掃頻激振范圍、脈沖序列遞增步長參數，在發送復掃頻激振脈沖序列后進行拾振測頻，并根據測頻數據檢驗振弦是否被可靠激振，若兩次檢驗結果都為可靠激振，則返回測振頻率；否則返回錯誤信息。