CN111024931A - 用于混凝土面板全龄期湿度无线测量的装置及使用方法 - Google Patents

用于混凝土面板全龄期湿度无线测量的装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种用于混凝土面板全龄期湿度无线测量的装置及使用方法，其特征在于，包括：采集装置、中继路由装置和接收终端装置；所述采集装置包括防水外壳，以及设置在防水外壳内的采集电路板和电池；所述采集电路板上集成有依次连接的湿度传感器、采集电路和无线模块，以及供电模块；所述供电模块连接电池；所述湿度传感器的探头伸出防水外壳，其伸出部分的外部覆盖有e‑PTFE膜并通过有机硅密封胶与防水外壳构成水密性连接；所述中继路由装置包括无线增益模块和路由模块；所述接收终端装置包括无线接收模块。其设计巧妙，高精度，稳定性好，可在高湿度环境下长时间监测混凝土面板内部湿度，且不易被外界条件扰动。

Description

用于混凝土面板全龄期湿度无线测量的装置及使用方法
技术领域
本发明属于混凝土监测、传感与控制技术领域，尤其涉及一种具有防水功能用于混凝土面板全龄期湿度的无线监测装置及使用方法。
背景技术
湿度干缩引起水泥混凝土路面板早期开裂，湿度翘曲又是水泥混凝土路面板翘曲的重要组成部分，影响着路面板支撑状态以及车辆荷载下的服役期性能。混凝土路面板的全龄期湿度监测得到越来越多人重视。传统的湿度监测系统大多用于工厂、车间、环境场等，对于水泥混凝土路面板早龄期其内部的高湿环境（95%~100%），容易引起湿度传感器短路失效，然而为了高精度监测湿度又不能对传感器进行完全密封。多项试验研究表明，常规的湿度传感器在监测混凝土内部湿度时存活率较低。
此外，在水泥混凝土路面板施工过程中，传统的有线传输设备由于大量的线缆铺设降低了监测系统灵活性和施工的便利性，而且电源线、控制线、信号线混在一起时，还可能会出现互相干扰的现象，尤其是测点较多时，布线会更复杂，成本也更高。因此，如何实现水泥混凝土路面板全龄期湿度测量系统中湿度传感器探头的防水功能和无线传输是急需解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷和不足，本发明提出一种具有防水功能的用于混凝土面板全龄期湿度无线测量装置。其具体采用以下技术方案：
一种用于混凝土面板全龄期湿度无线测量的装置，其特征在于，包括：采集装置、中继路由装置和接收终端装置；所述采集装置包括防水外壳，以及设置在防水外壳内的采集电路板和电池；所述采集电路板上集成有依次连接的湿度传感器、采集电路和无线模块，以及供电模块；所述供电模块连接电池；所述湿度传感器的探头伸出防水外壳，其伸出部分的外部覆盖有e-PTFE膜并通过有机硅密封胶与防水外壳构成水密性连接；所述中继路由装置包括无线增益模块和路由模块；所述接收终端装置包括无线接收模块。
优选地，所述e-PTFE膜上微孔的直径为0.1~0.5微米。
优选地，所述湿度传感器采用SHT35；所述采集电路板包括第一CC2530核心板；所述无线模块为ZigBee无线模块；所述供电模块为DC-DC升降压电路；所述电池为14250电池。
优选地，所述采集电路板的周部包覆有橡胶垫。
优选地，所述无线增益模块设置在第二CC2530核心板上。
优选地，所述无线接收模块设置在第三CC2530核心板上，并连接USB接口。
优选地，所述采集装置埋设在水泥混凝土面板内；所述中继路由装置设置在水泥混凝土面板外，且与采集装置的距离不大于5m。
其使用方法包括以下步骤：
步骤S1：将多个所述采集装置在水泥混凝土面板铺筑前预埋在水泥混凝土面板指定深度、平面位置处；
步骤S2：在水泥混凝土面板外固定设置一个或多个所述中继路由装置，使所有采集装置均位于中继路由装置的5m范围内 ；
步骤S3：在远端设置与上位机连接的接收终端装置。
相较于现有技术，本发明及其优选方案设计巧妙，高精度，稳定性好，可在高湿度环境下长时间监测混凝土面板内部湿度，且不易被外界条件扰动，具有多节点采集-单节点接收的分布式湿度监测功能，能够实现混凝土路面板全龄期湿度的多点无线监测。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1是本发明实施例湿度监测采集端示意图；
图2是本发明实施例湿度监测中继路由装置示意图；
图3是本发明实施例湿度监测接收端装置示意图；
图中：11-采集电路板；12-螺丝孔（采集装置）；13-板载天线（采集装置）；14-探头；15-第一CC2530核心板；16-防水外壳（采集装置）；17-14250电池（采集装置）；18-供电模块（采集装置）；19-橡胶垫（采集装置）；21-防水外壳（中继路由装置）；22-14250电池（采集装置）；23-第二CC2530核心板；24-螺丝孔（中继路由装置）；25-中继路由装置电路板；26-外置天线；27-供电模块（中继路由装置）；28-橡胶垫（中继路由装置）；31-接收终端装置外壳；32-板载天线（接收终端装置）；33-第三CC2530核心板；34-USB接口。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：
如图1-图3所示，本实施例方案提供的装置方案实际上包括形态上独立，通过无线通信的方式建立连接的三个部分,即：采集装置、中继路由装置和接收终端装置。
如图1所示，采集装置的主体包括防水外壳16，以及设置在防水外壳16内的采集电路板11和14250电池17。
其中，采集电路板11上集成有依次连接的湿度传感器、采集电路和无线模块，以及为各个模块供电的供电模块18；供电模块18连接电池。为了实现混凝土面板湿度的准确测量，湿度传感器的探头14伸出防水外壳16，为了在保证水密性的同时实现湿度的测量，本实施例在其伸出部分的外部覆盖有e-PTFE膜，该e-PTFE膜由聚四氟乙烯拉伸而成，微孔直径为0.1~0.5微米，能有效阻止液态水分子通过但允许气体分子（水蒸气）通过，同时能够保证良好的耐久性，以确保长期、可靠的工作状态。探头14与防水外壳16之间的缝隙通过密封涂抹有机硅密封胶保证水密性，。
具体地，本实施例中，湿度传感器采用SHT35，精度为±1.5%；采集电路板11的主体部分包括第一CC2530核心板15，采集电路烧录进CC2530核心板制作成低功耗采集模块，采集电路的结构采用现有常规的与湿度传感器配合的信号采集电路即可，主要功能在于模数转换，并将采集后的信号通过无线模块进行实时传输。无线模块采用ZigBee无线模块，也可以集成在CC2530核心板当中，保证低功耗和实现多点同步无线传输的性能，并利用CC2530核心板的板载天线13进行信号的发射，发射频率可设置为30秒~1分钟；供电模块18则采用DC-DC升降压电路。根据以上电路模块的设计，14250电池17可以确保使用年限达三年以上。
在本实施例中，防水外壳16的尺寸为为50mm*50mm*25mm，采集电路板11的周部包覆有避震橡胶垫19，进一步保证防水和防损伤的性能，探头14伸出25mm能在实现稳定水密的基础上保证较好的采集效果，螺丝孔12等可能存在接缝的部位也通过有机硅密封胶保证水密性。
在本实施例中，中继路由装置的作用在于中继放大采集装置所发送的采集信号，并路由至远端的接收终端装置内，因此，其主要包括实现信号放大的无线增益模块，以及路由模块。两个模块都可以采用现有的常规设计，其中无线增益模块主要由放大电路构成，路由模块相当于一个路由器，将信号通过指定的通信制式进行传送。中继路由装置可以选择露天设置，也可以设置在定制的监测站内，为了保障最大的设计冗余，本实施例也考虑充分保障其防水性，确保在较为恶劣的环境条件下长期、稳定工作，如图2所示，其具体采用了类似采集装置的结构方案，包括：防水外壳21、设置在防水外壳21内的中继路由装置电路板和14250电池22。
其中，无线增益模块和路由模块具体在第二CC2530核心板23上实现并连接供电模块27，采用外置天线26确保放大后信号的远距离传输。中继路由装置电路板25的周部也包覆有避震橡胶垫28，螺丝孔24等可能存在接缝的部位也通过有机硅密封胶保证水密性。
在本实施例中，接收终端装置的作用在于接收中继路由装置传递的信号，因此至少需要包括无线接收模块即可，无线接收模块采用与中继路由装置选用的相同通信制式的现有无线接收电路设计方案即可。如图3所示，无线接收模块设置在第三CC2530核心板33上，通过第三CC2530核心板33的板载天线32实现信号的接收，并外接一个USB接口34，以便直接与上位机进行连接。在本实施例中，接收终端装置外壳31的尺寸为50mm*20mm*10mm。
在使用的过程中，采集装置埋设在水泥混凝土面板内；中继路由装置设置在水泥混凝土面板外，且与采集装置的距离不大于5m；接收终端装置则在远端进行信号的接收和导出。
其设置方法具体包括以下步骤：
步骤S1：将多个（以本实施例提供的装置方案，最多可以达到100个）采集装置在水泥混凝土面板铺筑前预埋在水泥混凝土面板指定深度、平面位置处；
步骤S2：在水泥混凝土面板外固定设置一个或多个中继路由装置，使所有采集装置均位于中继路由装置的3m-5m范围内 ；
步骤S3：在远端设置与上位机连接的接收终端装置，由于本实施例中继路由装置采用大功率天线增益，在空旷环境下传输距离为2500米以上，因此接收终端装置可以在较远的室内接收信号，便于操作。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的用于混凝土面板全龄期湿度无线测量的装置及使用方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种用于混凝土面板全龄期湿度无线测量的装置，其特征在于，包括：采集装置、中继路由装置和接收终端装置；所述采集装置包括防水外壳，以及设置在防水外壳内的采集电路板和电池；所述采集电路板上集成有依次连接的湿度传感器、采集电路和无线模块，以及供电模块；所述供电模块连接电池；所述湿度传感器的探头伸出防水外壳，其伸出部分的外部覆盖有e-PTFE膜并通过有机硅密封胶与防水外壳构成水密性连接；所述中继路由装置包括无线增益模块和路由模块；所述接收终端装置包括无线接收模块。
2.根据权利要求1所述的用于混凝土面板全龄期湿度无线测量的装置，其特征在于：所述e-PTFE膜上微孔的直径为0.1~0.5微米。
3.根据权利要求1所述的用于混凝土面板全龄期湿度无线测量的装置，其特征在于：所述湿度传感器采用SHT35；所述采集电路板包括第一CC2530核心板；所述无线模块为ZigBee无线模块；所述供电模块为DC-DC升降压电路；所述电池为14250电池。
4.根据权利要求3所述的用于混凝土面板全龄期湿度无线测量的装置，其特征在于：所述采集电路板的周部包覆有橡胶垫。
5.根据权利要求1所述的用于混凝土面板全龄期湿度无线测量的装置，其特征在于：所述无线增益模块设置在第二CC2530核心板上。
6.根据权利要求1所述的用于混凝土面板全龄期湿度无线测量的装置，其特征在于：所述无线接收模块设置在第三CC2530核心板上，并连接USB接口。
7.根据权利要求1所述的用于混凝土面板全龄期湿度无线测量的装置，其特征在于：所述采集装置埋设在水泥混凝土面板内；所述中继路由装置设置在水泥混凝土面板外，且与采集装置的距离不大于5m。
8.根据权利要求1-6其中任一所述的用于混凝土面板全龄期湿度无线测量的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：将多个所述采集装置在水泥混凝土面板铺筑前预埋在水泥混凝土面板指定深度、平面位置处；
步骤S2：在水泥混凝土面板外固定设置一个或多个所述中继路由装置，使所有采集装置均位于中继路由装置的5m范围内 ；
步骤S3：在远端设置与上位机连接的接收终端装置。
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