CN107643046A - 基于无源rfid的大型螺栓转动角度监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无源RFID的大型螺栓转动角度监测系统及方法，监测系统包括RFID标签、遮挡套筒和RFID读卡器，RFID标签设置在螺栓或螺母周围；遮挡套筒设置在螺母上，遮挡套筒覆盖RFID标签，并设有开口，只有一个或两个标签未被遮挡套筒遮挡；RFID读卡器设置在螺栓正上方，用于读取未被遮挡套筒遮住的标签信息，根据标签信息确定螺栓转动角度。本发明能够自动识别出螺栓松动，并且计算出螺栓松动角度，相比传统的人员定期巡查方式，省时省力，为恶劣环境下大型螺栓监测提供了新的解决方案。

Description

基于无源RFID的大型螺栓转动角度监测系统及方法

技术领域

本发明涉及螺栓监测技术，特别是一种基于无源RFID的大型螺栓转动角度监测系统及方法。

背景技术

螺栓连接是常见的一种机械结构连接方式，广泛应用于各种机械设备。但是由于大多数机械设备工作环境恶劣，尤其是工作在振动剧烈的环境下，螺栓连接经常发生松动。若不及时处理，很容易发生设备损坏，甚至人员伤亡的严重事故。

目前常见的螺栓防松方式主要有三种：摩擦防松，机械防松和永久防松。机械防松和摩擦防松称为可拆卸防松，而永久防松称为不可拆卸防松。

常见的摩擦防松方式有：弹簧垫圈，双螺母防松。

常见的机械防松方式有：开口销，止动垫圈，串钢丝绳。

常见的永久防松方式有：电焊，铆接，粘合。

以上防松方式分别适用于不同的场合，都能起到很好的作用。但是它们存在一个共同的问题，就是当螺栓发生松动时，系统不能自动报警，需要安排人员定期巡检，费时费力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无源RFID的大型螺栓转动角度监测系统及方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于无源RFID的大型螺栓转动角度监测系统，包括：

设置在螺栓或螺母周围的若干个防金属反射的RFID标签；

设置在螺母上的遮挡套筒，遮挡套筒覆盖标签，并设有开口，只有一个或两个RFID标签未被遮挡套筒遮挡；

设置在螺栓正上方的RFID读卡器，用于读取未被遮挡套筒遮住的标签信息，根据标签信息确定螺栓转动角度。

一种基于无源RFID的大型螺栓转动角度监测监测方法，包括以下步骤：

步骤1，设RFID标签数量为K个，且间距相等，确定每个RFID标签的信息分别能够被读卡器读取时螺栓对应的转动角度，并将初始信息存入数据库；

初始状态时RFID读卡器仅读到1号标签的射频信号，且射频信号强度值为A₀；

步骤2，当螺栓发生松动，若读取到的标签编号为M，只有标签M的信息能够被读取，射频信号强度值为A₁，通过对比数据库确定出螺栓转过的角度α；

若读到的标签编号为N和N+1，此时标签N和N+1的信息能够同时被读卡器读取，标签N和N+1对应的射频信号强度分别为A₂和A₃，则此时螺栓转过的角度α为：

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明能够自动识别出螺栓松动，并且计算出螺栓松动角度，相比人员定期巡查，省时省力，为恶劣环境下大型螺栓监测提供了新的解决方案。

附图说明

图1为本发明一种实施方式整体系统图。

图2为本发明另一种实施方式整体系统图。

图3为只有两个标签被读取状态示意图。

图4为本发明监测方法流程图。

图5为上位机显示界面示意图。

图6为上位机初值设定与管理界面示意图。

具体实施方式

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可以识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

无源RFID的工作原理如下：读写器通过发射天线发射一定频率的射频信号，当RFID标签进入发射天线工作区域时产生感应电流，标签获得能量被激活；标签将自身编码等信息通过天线发送出去；系统接收天线接收从标签发送过来的载波信号，经天线调节器传送到读写器，读写器对接收到的信号进行解调之送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，根据不同的设定进行相关的处理，并通过天线修改标签的内部信息。

本发明提供一种大型螺栓松动角度监测系统及方法，基于无源射频识别技术(Radio Frequency Identification，简称RFID)和射频信号强度(Received SignalStrength Indication，简称RSSI)。当只有一个标签信息被读取的时候，该标签的ID信息和RSSI值就会传送给监控端，通过与初始状态比较，就能确定螺栓转过的角度值。当有两个标签的信息同时被读取时，监控端通过处理也能确定出螺栓转动的角度值。

下面结合附图具体说明本发明的技术方案。

一种基于无源RFID的大型螺栓转动角度监测系统，包括：

设置在螺栓或螺母周围的若干个防金属反射的RFID标签；

设置在螺母上的遮挡套筒，遮挡套筒覆盖标签，并设有开口，只有一个或两个电子标签未被遮挡套筒遮挡；

设置在螺栓正上方的RFID读卡器，用于读取未被遮挡套筒遮住的标签信息，根据标签信息确定螺栓转动角度。

进一步的，如图1所示，RFID标签均匀设置在螺栓周围，遮挡套筒下边缘覆盖标签，且下边缘上设有开口，只有一个或两个电子标签未被遮挡套筒遮挡。遮挡套筒内孔为正六边形状，与六角螺母通过形体配合连接。

进一步的，如图2所示，监测系统还包括螺母套筒，RFID标签均匀设置在螺母套筒筒壁上，螺母套筒与螺母通过形体配合连接；遮挡套筒固定于螺母套筒外围，每种状态下只能有一个或两个电子标签信息被读卡器读取。

进一步的，遮挡套筒为可屏蔽电磁信号的金属材料。

一种基于无源RFID的大型螺栓转动角度监测方法，包括以下步骤：

步骤1，设RFID标签数量为K个，且间距相等，确定每个RFID标签的信息分别能够被读卡器读取时螺栓对应的转动角度，并将初始信息存入数据库；

初始状态时RFID读卡器仅读到1号标签的射频信号，且射频信号强度值为A₀；

步骤2，当螺栓发生松动，若读取到的标签编号为M，只有标签M的信息能够被读取，射频信号强度值为A₁，通过对比数据库确定出螺栓转过的角度α；

若读到的标签编号为N和N+1，此时标签N和N+1的信息能够同时被读卡器读取，标签N和N+1对应的射频信号强度分别为A₂和A₃，则此时螺栓转过的角度α为：

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，32个防金属反射的RFID标签均匀粘贴在螺栓周围，遮挡套筒固定在螺母上，套筒下边缘覆盖标签，每种状态下只能有一个或两个电子标签信息被读卡器读取。

32个标签预先分别写入了各自的编号信息。在螺栓的正上方固定有一个RFID读卡器，该读卡器仅能读取未被遮挡套筒遮住的标签的信息，而不能读取被遮挡套筒遮住的标签的信息。

遮挡套筒为轻质金属材料，可屏蔽电磁信号。遮挡套筒内孔为正六边形状，与六角螺母通过形体配合连接。本实施例方案选用超高频RFID系统，频率范围为300MHz-3GHz，选用433MHz的频率典型值。

如图4所示，本实施例的监测方法为：

首先，确定每个电子标签的信息分别能够被读卡器读取时螺栓对应的转动角度，并将初始信息存入数据库。

假定图1的状态为初始状态，此时RFID读卡器仅读到1号标签的射频信号，且射频信号强度值为A₀。

当螺栓发生松动，设此时读到的射频信号强度值A₁等于A₀或接近于A₀，且读到的标签编号为M。说明此时只有标签M的信息能够被读取，这时可通过对比数据库确定出螺栓转过的角度α。

若读到的标签编号为N和N+1，且标签N和N+1对应的射频信号强度分别为A₂和A₃。说明此时标签N和N+1的信息能够同时被读卡器读取，如图3所示。此时有：

A₂+A₃≈A₁ (1)

则此时螺栓转过的角度α可由下式确定：

上位机界面如图5和图6所示，其中图5是显示界面，系统清楚地显示每个螺栓当前时刻的转动角度。图6是初始设定界面。即显示每个螺栓上的电子标签相对于其对应读写器的初始角度。每次检修拆卸重新安装后，用户根据实际情况记录下初始角度，螺栓松动转过的角度即以初始值为标准确定。用户可以通过从数据库中直接导入原先设定的初值，也可以根据当前实际手动输入初值，并自动导入到数据库。

实施例2

如图2所示，在实施例的监测系统还包括螺母套筒，24个RFID标签均匀粘贴在螺母套筒壁上，螺母套筒与六角螺母通过形体配合连接。遮挡套筒固定于螺母套筒外围，每种状态下只有一个或两个电子标签信息能够被读卡器读取。

实施例2与实施例1工作原理相同，仅在系统布置方式存在差别。

以上所述的具体实施方式，对本发明的应用场景，技术方案和工作步骤进行了详细的说明，所应理解的是，以上所述为本发明的具体实施方式而已，并不限制本发明，凡在本发明基础上所做的修改、改进和完善，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于无源RFID的大型螺栓转动角度监测系统，其特征在于，包括：

设置在螺栓或螺母周围的若干个防金属反射的RFID标签；

设置在螺母上的遮挡套筒，遮挡套筒覆盖标签，并设有开口，只有一个或两个RFID标签未被遮挡套筒遮挡；

设置在螺栓正上方的RFID读卡器，用于读取未被遮挡套筒遮住的标签信息，根据标签信息确定螺栓转动角度。

2.根据权利要求1所述的基于无源RFID的大型螺栓转动角度监测系统，其特征在于，RFID标签设置在螺栓周围，遮挡套筒下边缘覆盖标签，且下边缘上设有开口，只有一个或两个RFID标签未被遮挡套筒遮挡。

3.根据权利要求2所述的基于无源RFID的大型螺栓转动角度监测系统，其特征在于，RFID标签均匀设置在螺栓周围。

4.根据权利要求2或3所述的基于无源RFID的大型螺栓转动角度监测系统，其特征在于，遮挡套筒内孔为正六边形状，与六角螺母通过形体配合连接。

5.根据权利要求1所述的基于无源RFID的大型螺栓转动角度监测系统，其特征在于，监测系统还包括螺母套筒，RFID标签均匀设置在螺母套筒筒壁上，螺母套筒与螺母通过形体配合连接；遮挡套筒固定于螺母套筒外围，每种状态下只能有一个或两个RFID标签信息被读卡器读取。

6.根据权利要求2或5所述的基于无源RFID的大型螺栓转动角度监测系统，其特征在于，遮挡套筒为可屏蔽电磁信号的金属材料。

7.一种基于权利要求1所述基于无源RFID的大型螺栓转动角度监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，设RFID标签数量为K个，且间距相等，确定每个RFID标签的信息分别能够被读卡器读取时螺栓对应的转动角度，并将初始信息存入数据库；

初始状态时RFID读卡器仅读到1号标签的射频信号，且射频信号强度值为A₀；

步骤2，当螺栓发生松动，若读取到的标签编号为M，只有标签M的信息能够被读取，射频信号强度值为A₁，通过对比数据库确定出螺栓转过的角度α；

若读到的标签编号为N和N+1，此时标签N和N+1的信息能够同时被读卡器读取，标签N和N+1对应的射频信号强度分别为A₂和A₃，则此时螺栓转过的角度α为：