[发明专利]一种基于隧道管片的无源射频溯源及应变监测集成系统

说明书

本发明公开了一种基于隧道管片的无源射频溯源及应变监测集成系统，属于隧道管片溯源及应变监测技术领域，目的在于提供一种基于隧道管片的无源射频溯源及应变监测集成系统，解决现有技术抗干扰能力差、识别效果差、监测时间短的问题。其利用射频供能芯片的供能与信息传输功能，进行信息传输与整体供能，并利用单片机控制芯片，控制整体电路运行，盾构管片的全身没有任何连接出口，单纯依靠无线射频供能并传输信息，从而实现盾构管片无线、无源、嵌入式、低功耗的溯源及应变监测，具有超长时间管片溯源，应变感知的功能，且绿色无污染，低功耗。本发明适用于一种基于隧道管片的无源射频溯源及应变监测集成系统。

技术领域

本发明属于隧道管片溯源及应变监测技术领域，具体涉及一种基于隧道管片的无源射频溯源及应变监测集成系统。

背景技术

隧道管片的进出厂溯源，应变参数监测对于隧道的结构安全性具有重要的参考意义。在盾构机安装管片的过程中，可能造成管片的损坏，导致安装后的一些隐患，从而引发隧道安全事故。在安装后，对隧道进行验收检测，需要花费大量的人力、物力来布置应变传感器，对隧道进行应力参数定点监测，并得出验收报告。验收后隧道的后期管理，也需要众多应变参数的实时动态采集更新，对应变异常位置进行实时监测预警。此外，隧道管片的进出厂数据统计，后期事故溯源，对于隧道的安全监测也具有重要的参考意义。现有技术，对于隧道管片的溯源，以及嵌入式应变监测仍不够成熟。

现有的有线有源应变监测系统大多需要插入到管片内部，引出一根电源线以及信号传输线，影响了隧道管片的自身结构独立性、完整性，也无法在安装后及时检测结构应变变化。现有低功耗无线应变传感大多为利用纽扣电池供能，使用寿命2-3年左右，且电池会对环境造成污染，难以长时间无污染实时溯源感知应变参数。无线有源应变模块的控制程序，大多都基于不同的射频芯片与单片机芯片来实现，通用性较差，需要根据具体的硬件结构开发相应的应变程序。

现有较为成熟的技术有传统的有线应变传感以及光纤应变传感。前者需要把应变传感探头插入到管片中或者表面上，后端连接一根电源及信号传输线用于供能和传输信息。后者通过光纤中光信号的变化来表征应力参数变化，但需要在管片内部植入大量光纤并引出管片，影响管片的独立性和完整性。

现有无线无源应变传感器模块的技术缺陷在于：

(1)嵌入到钢筋、混凝土中，钢筋网络对电磁信号具有较强的反射干扰，而混凝土对于电磁信号具有较强的衰减干扰。需要具有抗干扰、高增益、大带宽的天线设计，来克服嵌入式的应变监测，实现数据传输功能。

(2)对于供能方式问题，现有技术大多采用内置电池供能，导致监测寿命有限，且会造成较大环境污染。采用电磁供能方式，需要面临一个电磁能的有效收集以及储存问题。电磁接收能量较低，要实现相关功能，就需要设计出低功耗的整体电路方案以及相关的低功耗控制程序，尽可能节约能耗，带动更多的传感探头。

(3)对于隧道管片的安全溯源，进出场资产管理问题，现有溯源手段一般采用二维码，条形码等，虽然成本低，但是需要很大的人力、物力进行数据扫描，费时费力。近年发展起来的射频识别(RFID)技术，可以远距离、快速扫描识别，但是面临管片金属、混凝土的电磁干扰与衰减，导致识别效果并不理想，且成本较高。

缺陷的原因主要在于盾构管片复杂的电磁环境，会影响电磁波的传输，造成干扰。还在于低功耗电路的设计以及基于硬件的应变监测控制程序。还在于读取距离，成本等问题。

因此，针对盾构管片溯源，应变监测的以上问题，需要研发出能无线、无源、嵌入式、低功耗的应变射频溯源传感集成模块。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种基于隧道管片的无源射频溯源及应变监测集成系统，解决现有技术抗干扰能力差、识别效果差、监测时间短的问题。

本发明采用的技术方案如下：