CN108490423A

CN108490423A - 无线定位系统、检测装置及建筑结构

Info

Publication number: CN108490423A
Application number: CN201810255246.1A
Authority: CN
Inventors: 王智华
Original assignee: Individual
Current assignee: Zhejiang Ubisor Technology Co ltd
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2018-09-04

Abstract

本发明公开一种无线定位系统、检测装置及建筑结构，其中，无线定位系统包括至少一个信号发生模块和频谱分析模块；信号发生模块包括脉冲发生器、功率放大器及第一线圈，功率放大器及第一线圈依次与脉冲发生器连接，脉冲发生器邻近传感器设置；频谱分析模块包括第二线圈、滤波器及频谱仪，滤波器及频谱仪依次与第二线圈连接；其中，当第一线圈及第二线圈缠绕钢筋设置时，第一线圈与第二线圈通过钢筋耦合，脉冲发生器发出的电波依次经过功率放大器、第一线圈、第二线圈及滤波器输入至频谱仪，频谱仪根据接收到的电波的频率和相位判断出与当前脉冲发生器邻近的传感器的位置信息。本无线定位系统能够获得嵌入在建筑结构中的传感器的位置信息。

Description

无线定位系统、检测装置及建筑结构

技术领域

本发明涉及建筑结构检测技术领域，特别涉及一种无线定位系统、检测装置及建筑结构。

背景技术

建筑结构的健康检测是一个较新的技术领域。实时地检测桥梁，房屋，道路等建筑结构内部参数变化，能够提前获知建筑结构的健康状态，预防建筑结构发生坍塌等安全事故。

目前建筑定位故障的方法为磁粉探伤和超声波检查。需要人工对整个建筑面逐步扫描定位，工程量巨大，时间金钱成本高昂。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种无线定位系统，旨在获得嵌入在建筑结构中的传感器的位置信息。

为实现上述目的，本发明提出一种无线定位系统，用于获知嵌入在建筑结构中的传感器的位置，所述建筑结构包括钢筋，其中，所述无线定位系统包括至少一个信号发生模块和频谱分析模块；所述信号发生模块包括脉冲发生器、功率放大器及与所述钢筋相匹配的第一线圈，所述功率放大器及所述第一线圈依次与所述脉冲发生器连接，所述脉冲发生器邻近所述传感器设置；所述频谱分析模块包括滤波器、频谱仪及与所述钢筋相匹配的第二线圈，所述滤波器及所述频谱仪依次与所述第二线圈连接；当所述第一线圈及所述第二线圈缠绕所述钢筋设置时，所述第一线圈与所述第二线圈通过所述钢筋耦合，所述脉冲发生器发出的电波依次经过所述功率放大器、所述第一线圈、所述第二线圈及所述滤波器输入至所述频谱仪，所述频谱仪根据接收到的电波的频率和相位判断出与当前脉冲发生器邻近的传感器的位置信息。

优选地，所述信号发生模块还包括第一耦合电容，所述第一耦合电容用于与所述第一线圈产生谐振，以增大所述脉冲发生器输出的电波的幅度。

优选地，所述脉冲发生器发出的电波的频率在0至200赫兹之间。

优选地，所述传感器包括压力传感器、温度传感器、湿度传感器及pH计中的任意一者。

优选地，所述频谱分析模块还包括第二耦合电容，所述第二耦合电容用于与所述第二线圈产生谐振，以增大所述频谱仪接收的电波的幅度。

本发明还提出一种检测装置，用于检测建筑结构的健康状态，其中，所述检测装置包括如上所述的无线定位系统。

本发明还提出一种建筑结构，其内嵌入有如上所述的无线定位系统。

优选地，所述建筑结构包括桥梁、楼宇、港口及大坝中的任意一者。

本发明技术方案通过采用脉冲发生器邻近传感器设置，第一线圈及第二线圈与钢筋匹配，使得当第一线圈及第二线圈缠绕钢筋设置时，第一线圈与第二线圈通过钢筋耦合，脉冲发生器输出的电波依次经过功率放大器、第一线圈、钢筋、第二线圈及滤波器输入至频谱仪，频谱仪根据接收到的电波的频率和相位判断出当前脉冲发生器与自身的距离，从而获得嵌入在建筑结构中的传感器的位置信息。此外，一方面，由于第一线圈与第二线圈通过钢筋耦合，因此，在电波传输过程中，能够克服因钢筋混凝土损耗衰减而导致频谱仪接收电波中断的问题。另一方面，由于信号发生模块仅依赖第一线圈、钢筋和第二线圈就能将电波发送至频谱分析模块，无需电力线接入，因此，能够克服因电力线受损而导致频谱分析模块接收电波中断的问题。这样，本无线定位系统就能够可靠获得嵌入在建筑结构中的传感器的位置信息。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明无线定位系统一实施例的电路结构示意图；

图2为本发明无线定位系统另一实施例的电路结构示意图；

图3为本发明无线定位系统中，脉冲发生器-频谱仪之间的距离d，与频谱仪接收到的电波的频率f、相位p的对应关系示意图；

图4为本发明无线定位系统一应用场景示意图；

图5为本发明无线定位系统另一应用场景示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种无线定位系统，用于获知嵌入在建筑结构中的传感器(图未标出)的位置信息。其中，建筑结构可以是桥梁、楼宇、港口、大坝等包含有钢筋的建筑物。

请参阅图1，在本无线定位系统一实施例中，无线定位系统包括至少一个信号发生模块100和频谱分析模块200。信号发生模块100包括脉冲发生器110、功率放大器120及与钢筋相匹配的第一线圈130，功率放大器120及第一线圈130依次与脉冲放大器连接，脉冲发生器110邻近传感器设置。频谱分析模块200包括滤波器220、频谱仪230及与钢筋相匹配的第二线圈210，滤波器220及频谱仪230依次与第二线圈210连接。

在此，信号发生模块100用于发出电波，频谱分析模块200用于接收信号发生模块100发出的电波，并根据接收到电波的频率和相位判断出信号发生模块100与自身的距离，从而获得传感器的位置信息。

需要说明的是，图3示出了在一实验条件下，脉冲发生器110-频谱仪230之间的距离d，频谱仪230接收到电波的频率f，以及相位p的对应关系。根据图3可知，当频谱仪230接收到的电波的频率和相位都确定时，该电波所对应的脉冲发生器110-频谱仪230之间的距离也确定且唯一。因此，频谱仪230能够根据接收到的电波的频率和相位判断出脉冲发生器110与自身之间的距离。

进一步地，由于脉冲发生器110邻近传感器设置，因此，频谱仪230也能够判断出脉冲发生器110与自身之间的距离。

更进一步地，当第一线圈130和第二线圈210均缠绕在钢筋上时，脉冲发生器110(传感器)偏离频谱仪230的角度固定。

即，频谱仪230既能够判断出脉冲发生器110(传感器)与自身之间的距离，也能够获知脉冲发生器110(传感器)偏离自身的角度。换言之，频谱仪230能够根据接收到电波的频率和相位获知脉冲发生器110(传感器)的位置信息。

值得一提的是，请继续参阅图3，为了增大频谱仪230接收的电波的频率范围，增强无线定位系统的适应性，在一实施例中，脉冲发生器110为频率可调脉冲发生器110，且发出电波的频率在0至200赫兹之间。

上述内容中，第一线圈130与钢筋相匹配，包括两者机械参数和电学参数的匹配。比如，第一线圈130的内径尺寸应当与钢筋的外径尺寸相匹配，以使第一线圈130缠绕(或者套设)在钢筋上时不发生形变。或者，第一线圈130的绕制方向、匝数、绕线直径以及绕线材料等参数，应当与钢筋的铁磁材料含量、铁磁材料分布等参数相匹配，以使第一线圈130缠绕(或者套设)在钢筋上通电时，钢筋产生的感应磁场对第一线圈130的通电电流起到增强作用。

同样的，第二线圈210与钢筋相匹配，包括两者机械参数和电学参数的匹配。

本实施例中，由于第一线圈130与钢筋的机械参数及电学参数相匹配，第二线圈210与钢筋的机械参数及电学参数相匹配。因此，当第一线圈130与第二线圈210缠绕钢筋设置时，第一线圈130与第二线圈210通过钢筋耦合，脉冲发生电路发出的电波依次经过功率放大器120、第一线圈130、第二线圈210及滤波器220输入至频谱仪230。这样，就能够克服因钢筋混凝土损耗而导致的频谱仪230接收电波中断的问题。此外，由于频谱分析模块200仅依赖第一线圈130、钢筋和第二线圈210就可以接收电波，无需电力线接入，因此，能够克服因电力受损而频谱仪230接收电波中断的问题。

也就是说，本无线供电系统能够可靠地获取嵌入在建筑结构中的传感器的位置信息。

请参阅图2，在本无线定位系统另一实施例中，信号发生模块100还包括第一耦合电容140，第一耦合电容140用于与第一线圈130产生谐振，以增大脉冲发生器110输出的电波的幅度。可以理解的是，在此，第一耦合电容140与第一线圈130构成LC谐振放大电路，因此，能够增大脉冲发生器110输出的电波的幅度。

请继续参阅图2，进一步地，频谱分析模块200还包括第二耦合电容240，第二耦合电容240用于与第二线圈210产生谐振，以增大输入至频谱仪230的电波的幅度。同样的，第二耦合电容240与第二线圈210构成LC谐振放大电路，因此，能够增大输入至频谱仪230的电波的幅度。

以下，结合图1至图5，说明本无线定位系统的工作原理：

首先，分别将第一线圈130和第二线圈210套设在钢筋上(等同于分别将传感器、信号发生模块100和频谱分析模块200套设在钢筋上)，第一线圈130和第二线圈210通过钢筋耦合连接，信号发生模块100偏离频谱分析模块200的角度固定；其中，信号发生模块100可以为一个(如图4所示)，也可以为多个(如图5所示)；

然后，根据第一线圈130、第二线圈210、钢筋的电参数，以及建筑结构的设计参数，选择(一个或者多个)第一线圈130与第二线圈210的距离；

接着，启动信号发生模块100中的脉冲发生器110，使得脉冲发生器110发出的电波依次经功率放大器120、第一耦合电容140、第一线圈130、钢筋、第二线圈210、第二耦合电容240及滤波器220输入至频谱仪230；

最后，频谱仪230接收到电波，并根据当前电波的频率和相位判断出脉冲发生器110(传感器)与自身之间的距离，以及，结合脉冲发生器110(传感器)偏离自身的角度，获得脉冲发生器110的位置信息。

本发明还提出一种检测装置，用于检测建筑结构的健康状态，该检测装置包括如上所述的无线供电系统，该无线供电系统的具体结构参照上述实施例，由于本检测装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，建筑结构的健康状态，可由建筑结构温度、湿度、pH值、压力等参数表征，此处不做限制。

此外，本发明还提出一种建筑结构，其内嵌入有如上所述的无线定位系统。其中，建筑结构可以是桥梁、楼宇、港口、或者大坝等，此处不做限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种无线定位系统，用于获知嵌入在建筑结构中的传感器的位置，所述建筑结构包括钢筋，其特征在于，所述无线定位系统包括至少一个信号发生模块和频谱分析模块；

所述信号发生模块包括脉冲发生器、功率放大器及与所述钢筋相匹配的第一线圈，所述功率放大器及所述第一线圈依次与所述脉冲发生器连接，所述脉冲发生器邻近所述传感器设置；

所述频谱分析模块包括滤波器、频谱仪及与所述钢筋相匹配的第二线圈，所述滤波器及所述频谱仪依次与所述第二线圈连接；

其中，当所述第一线圈及所述第二线圈缠绕所述钢筋设置时，所述第一线圈与所述第二线圈通过所述钢筋耦合，所述脉冲发生器发出的电波依次经过所述功率放大器、所述第一线圈、所述第二线圈及所述滤波器输入至所述频谱仪，所述频谱仪根据接收到的电波的频率和相位判断出与当前脉冲发生器邻近的传感器的位置信息。

2.如权利要求1所述的无线定位系统，其特征在于，所述信号发生模块还包括第一耦合电容，所述第一耦合电容用于与所述第一线圈产生谐振，以增大所述脉冲发生器输出的电波的幅度。

3.如权利要求1所述的无线定位系统，其特征在于，所述脉冲发生器发出的电波的频率在0至200赫兹之间。

4.如权利要求1所述的无线定位系统，其特征在于，所述传感器包括压力传感器、温度传感器、湿度传感器及pH计中的任意一者。

5.如权利要求1所述的无线定位系统，其特征在于，所述频谱分析模块还包括第二耦合电容，所述第二耦合电容用于与所述第二线圈产生谐振，以增大所述频谱仪接收的电波的幅度。

6.一种检测装置，用于检测建筑结构的健康状态，其特征在于，包括如权利要求1-5任意一项所述无线定位系统。

7.一种建筑结构，其特征在于，其内嵌入有如权利要求1-5任意一项所述的无线定位系统。

8.如权利要求7所述的建筑结构，其特征在于，所述建筑结构包括桥梁、楼宇、港口及大坝中的任意一者。