CN113295082B - 裂纹检测方法、系统和计算机设备和可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种裂纹检测方法、系统、计算机设备和计算机可读存储介质，其中，应用于裂纹检测系统，该系统包括：传感标签、读写器、汇聚设备、卫星、和监控端，传感标签设于待检测的区域位置，该裂纹检测方法包括：传感标签与读写器匹配；当传感标签接收读写器发出的射频信号时，解析命令并转化为直流能量，同时返回传感标签的调制信号；调制信号包括裂纹数据以及通信信号；读写器收集传感标签的裂纹数据，并通过汇聚设备收集读写器获取的裂纹数据；卫星获取汇聚设备的裂纹数据，并发送至监控端。通过本申请，解决了传统人工裂纹检测无法企及某些狭窄、偏僻区域的问题，实现了高精度裂纹检测的功能。

Description

裂纹检测方法、系统和计算机设备和可读存储介质

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别是涉及裂纹检测方法、系统、计算机设备和计算机可读存储介质。

背景技术

随着我国基础设施大量建设，特别是交通运输事业的快速发展，加速了不同地区的相互交流。然而，由于土地结构的因素，人口主要集中在超大的沿海城市或者省会城市，人口的密集也将导致交通拥堵，车辆超重等现象，这将严重影响交通的健康运行。尤其是在特殊路段，比如桥梁、涵洞和铁路等，这些道路比较脆弱的地方，交通拥堵和车辆超重现象更为严重，容易出现道路受损，然后导致交通事故。同时在不同的地势、环境中，由于气候的问题或出现地震、台风等恶劣天气，这也将导致道路严重受损，特别是桥梁处于水陆交汇处，常年大风大浪等，都将加速桥梁的衰老，导致各种交通事故的发生。因此，如何有效监测基础设施的健康状态是避免交通事故的有力手段。

在检测基础设施的过程中，裂纹检测是一种最直观的检测对象，裂纹检测一般分为：长度检测、宽度检测和深度检测。一般长度检测可以用人工在现场进行测量，并做标记，等待下次检测对比；宽度检测一般使用裂缝宽度检测仪，需要非常小心的安装，确保千分表是垂直于裂缝,并且衡脚是坚实的，并关注裂纹的进一步发展；深度检测可以采用超声波/红外等方式进行检测。

在某些危险区域，比如桥梁顶端或者经常有车辆出入的涵洞等，如果每次都需要工作人员现场测试，将非常费时费力，并影响交通的正常运行，采用无线的方式测量裂纹得到了广泛的研究，比如图形处理，红外线和超声波等。由于，裂纹非常直观，因此通过图像检测和图形处理的方法提取裂纹信息，可以直观的得到裂纹的发展情况，并找到有危险的裂纹进行处理。然而，在被遮挡的位置，图像处理往往没有优势。

目前，现有技术采用RFID技术结合裂纹传感器进行裂纹检测，然而，大多仅仅能检测是否有裂纹，也就是开关型裂纹传感器，其精度很低，很难满足安全系数的要求。虽然有些裂纹传感器能够进行精确的裂纹检测，然而，其裂纹传感器一般都需要电池，传感器体积大，笨重，并且工作寿命有限，需要人工维护，很难满足长期监控的要求。

发明内容

本申请实施例提供了一种裂纹检测方法、系统、计算机设备和计算机可读存储介质，以至少解决相关技术中无法长期监控一些复杂的区域裂纹的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种裂纹检测方法，应用于裂纹检测系统，所述系统包括：传感标签、读写器、汇聚设备、卫星、和监控端，所述汇聚设备包括第一天线和第二天线，所述传感标签设于待检测的区域位置，所述方法包括：

所述传感标签与所述读写器匹配；

当所述传感标签接收所述读写器发出的射频信号时，解析命令并转化为直流能量，同时返回所述传感标签的调制信号；所述调制信号包括裂纹数据以及通信信号；

所述读写器收集所述传感标签的裂纹数据，并通过所述汇聚设备收集所述读写器获取的裂纹数据；其中，所述第一天线用于与所述读写器通信并控制所述读写器的工作状态；

所述卫星获取所述汇聚设备的裂纹数据，并发送至所述监控端；其中，所述第二天线用于与所述卫星通信。

进一步的，所述传感标签包括第三天线、可调匹配网络、整流电路、能量收集电路、解调器、反向调制器、MCU和阻抗网络；

其中，所述第三天线用于与所述读写器建立通信，所述MCU包括ADC(模数转换器)以及DAC(数模转换器)；

所述MCU通过所述DAC(数模转换器)调整所述可调匹配网络使所述传感标签的电路与所述第三天线保持匹配状态；

所述整流电路用于将所述读写器发出的射频信号转换为直流能量；

所述能量收集电路用于将所述整流电路输出的直流能量进行升压并存储，为有源器件提供电能；

所述解调器用于解调所述读写器发出的射频信号，并转换为所述MCU能识别的数字信号；

所述反向调制器用于将传感标签的调制信号返回至所述读写器；

所述阻抗网络用于根据裂纹长度变化输出对应的阻抗R_p。

在其中一些实施例中，裂纹检测方法中所述阻抗R_p的计算公式如下：

其中，R₁到R_n为多个等线宽且固定间距并联设置的电阻，且阻值相同，R₀的一端串联R_p，另一端连接所述ADC；通过分析计算ADC采样R₀和R_p的分压电压值，判断裂纹的位置和长度；R₀的分压电压值的计算公式如下：

式中，V_out为MCU输出电压；进一步的，根据ADC的转换公式，获得输出的数字信号N_ADC，输出信号N_ADC的计算公式如下：

式中，数字12表示ADC的位宽为12-bits(大部分微处理器的ADC位宽)，也可以采用其它位宽的ADC。

进一步的，所述阻抗网络用于测试裂纹长度，当有m个电阻和R₀断开时，阻抗变为如下：

R₀的分压电压值的计算公式如下：

输出信号N_ADC的计算公式如下：

通过上述公式，可以得到

的另一种计算公式如下：

进一步的可以得到m的计算公式如下：

最后可推导出裂纹长度L_crack，并且裂纹长度L_crack的计算公式如下：

L_crack＝m*(W_line+G_line)

其中，W_line为所述阻抗网络的PCB线宽，G_line为线间距。

进一步的，所述裂纹检测方法还包括：

通过DAC控制所述可调匹配网络的输入阻抗Z_value，使所述传感标签的输入阻抗Z_value保持与所述第三天线匹配；

实时获取所述传感标签的返回信号功率A_power和返回信号相位A_phase，其中，所述返回信号功率A_power随温度变化而变化；

所述读写器调整载波频率，测试不同频率下所述传感标签返回信号功率和返回信号相位；

根据所述传感标签存储的温度关于输入阻抗Z_value、返回信号功率A_power和返回信号相位A_phase的多项式F(x,y,z)计算所述传感标签当前环境的温度T，计算公式如下：

T＝F(Z_value,A_power,A_phase)。

进一步的，所述裂纹检测方法还包括：

测试传感标签处于不同温度下的裂纹长度系数，得到裂纹长度系数λ关于温度T的拟合多项式F(T)，计算出裂纹长度系数λ＝F(T)；

计算理论裂纹长度L，计算公式如下：

L＝L_crack/λ。

第二方面，本申请实施例提供了一种裂纹检测系统，包括：传感标签、读写器、汇聚设备、卫星、和监控端，所述汇聚设备包括第一天线和第二天线，所述传感标签包括第三天线；

其中，所述传感标签用于获取待检测区域的裂纹数据并与所述读写器互联进行数据交互；

所述读写器用于向所述传感标签发出射频信号请求裂纹数据并发送至所述汇聚设备；

所述汇聚设备与所述卫星通信并将所述裂纹数据传输至监控端；

所述监控端用于数据处理和显示所述裂纹数据。

在其中一些实施例中，所述传感标签包括：第三天线、可调匹配网络、整流电路、能量收集电路、解调器、反向调制器、MCU和阻抗网络；

其中，所述第三天线用于与所述读写器建立通信，所述MCU包括ADC(模数转换器)以及DAC(数模转换器)；

所述MCU通过所述DAC(数模转换器)调整所述可调匹配网络使所述传感标签的电路与所述第三天线保持匹配状态；

所述整流电路用于将所述读写器发出的射频信号转换为直流能量；

所述能量收集电路用于将所述整流电路输出的直流能量进行升压并存储，为有源器件提供电能；

所述解调器用于解调所述读写器发出的射频信号，并转换为所述MCU能识别的数字信号；

所述反向调制器用于将传感标签的调制信号返回至所述读写器；

所述阻抗网络用于根据裂纹长度变化输出对应的阻抗R_p。

第三方面，本申请实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述的裂纹检测方法。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的裂纹检测方法。

相比于相关技术，本申请实施例提供的裂纹检测方法，通过上述的传感标签设置在待检测区域实时采集裂纹数据，并通过读写器配合汇聚设备以及卫星实现了裂纹数据传输至监控端，解决了无法长期监控一些复杂的区域裂纹的问题。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例中裂纹检测方法的流程图；

图2是本发明实施例中传感标签的结构示意图；

图3是图2阻抗网络的结构示意图；

图4是本发明实施例中裂纹检测消除温度影响的流程图；

图5是本发明裂纹检测系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

本发明实施例提供了一种裂纹检测方法。应用于裂纹检测系统，该系统包括：传感标签、读写器、汇聚设备、卫星、和监控端，所述汇聚设备包括第一天线和第二天线，所述传感标签设于待检测的区域位置，图1是根据本申请实施例的裂纹检测方法的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：

步骤S101，传感标签与读写器匹配。

本发明实施中，读写器和传感标签遵守ISO/IEC 18000-6C协议，使得两者实现匹配互联，可以理解的，在本发明其他实施例中，读写器和传感标签还可以采用其他通信协议来达到进行匹配互联的目的，本发明对此不作具体限定。

步骤S102，当传感标签接收读写器发出射频信号时，解析命令并转化为直流能量，同时返回传感标签的调制信号。

其中，本发明实施例中传感标签在接收到读写器发出的射频信号时，传感标签根据接收到的射频信号对命令进行解析，并返回传感标签的调制信号，调制信号中包含有裂纹数据以及通信信号，通信信号用于匹配读写器，裂纹数据为传感标签检测所得到的裂纹信息。

步骤S103，读写器收集传感标签的裂纹数据，并通过汇聚设备收集读写器获取的裂纹数据。

当读写器接收到裂纹数据时，通过汇聚设备对裂纹数据进行收集，汇聚设备的第一天线用于和读写器通信收集裂纹信息和控制读写器的工作状态，第二天线用于和卫星通信。

步骤S104，卫星获取汇聚设备的裂纹数据，并发送至监控端。

在本发明实施例中，传感标签一般设置在人工测试很难达到的地方，如桥梁顶端或者经常有车辆出入的涵洞等，读写器可固定设置在一特定区域用于与汇聚设备和传感标签进行互联，也可以装配在无人机上定期飞行到传感标签所在区域收集传感标签的裂纹数据。

通过上述步骤，将传感标签安置在人工测试不便的特定区域，采用读写器与传感标签进行数据收集反馈，并发送至汇聚设备再统一发送至卫星，通过卫星将数据传输至监控端，通过该方式，解决的传统人工测试裂纹数据不能对某些复杂区域进行检测的问题，可通过卫星将裂纹数据传输至监控端，节省了人力资源，且本发明提供的裂纹检测方式具有实时性，提升了裂纹检测的时效性，克服了人力检测存在时滞性的问题，有效的杜绝了安全隐患。

请参阅图2，在本发明实施例中，传感标签包括：第三天线、可调匹配网络、整流电路、能量收集电路、解调器、反向调制器、MCU和阻抗网络；

其中，第三天线用于与读写器建立通信，MCU包括ADC(模数转换器)以及DAC(数模转换器)。

整流电路用于将读写器发出的射频信号转换为直流能量。

在本发明实施例中，整流电路运用二极管的单向导电特性，使得射频信号转换为直流电压，并提供给能量收集电路

能量收集电路用于将整流电路输出的直流能量进行升压并存储，为有源器件提供电能；

具体的，当能量收集电路中的储能电容大于设定的阈值时，开始为后续有源器件提供稳定的工作电压。

解调器用于解调读写器发出的射频信号，并转换为MCU能识别的数字信号。

具体的，解调器运用二极管实现包络检波的功能，将第三天线收到的射频信号解调为数字基带信号，并将其之间传输到MCU中进行协议的解析。

反向调制器用于将传感标签的调制信号返回至读写器。

本发明实施例中，反向调制器实现传感标签反向散射调制功能，将传感标签的返回信号发送到读写器。当传感标签需要发送二进制1时，使用MCU给反向调制器输入高电压(一般大于1000mV),则读写器接收到二进制1；当标签需要发送二进制0时，使用MCU给反向调制器输入低电压(一般小于100mV), 则读写器接收到二进制0。因此，当传感标签要返回数据到读写器时，仅仅使用MCU控制反向调制器的工作状态，从而将标签需要发送的数据传输到读写器，不需要标签提供额外的发射能量，从而节约了标签的功耗。

MCU通过DAC(数模转换器)调整可调匹配网络使标签传感标签的电路与第三天线保持匹配状态。

具体的，MCU控制DAC调整可调匹配网络，使得标签工作在最佳性能状态；MCU实现ISO/IEC 18000-6C协议，分析读写器发出的命令，并控制V_out的输出状态，然后通过ADC采集VADC的值得到N_ADC，将其与上一次的值进行比较，如果有变化，则将本次采集的N_ADC发送给读写器，否则发送全0信号给读写器(传感标签环境没有变化)。通过在MCU端进行简单的比较，然后返回变化的数据给读写器，可以降低读写器的计算复杂度和提高系统检测速率。

阻抗网络用于根据裂纹长度变化输出对应的阻抗R_p。本发明实施例中，阻抗网络的连接线按一定的规则(本发明使用平行排列的方法)进行排列，设置 PCB的最小线宽(约50um)和最小线间距(约50um)，通过最小线宽和最小线间距能够设计阻抗网络监测裂纹长度的分辨率(100um)。将其固定在需要检测裂纹的位置，可以检测裂纹的长度变化。

如图3所示，为阻抗网络的结构示意图，如虚线框所示，其中，MCU接收读写器发出的命令，并控制V_out的输出电压输出0或者输出V_cc(MCU供电电压)，V_out经过阻抗网络R₀-R_n到地，其中R₁到R_n的阻值都为R,使用并联连接 (并联阻抗为Rp)，其计算公式如下：

R_p和R₀串联，然后将R₀的另一端连接到MCU的ADC。MCU在读写器的控制下，通过ADC采样R_p和R₀的分压电压值，然后通过反向散射发射到读写器，读写器分析ADC采样值的变化可以知道裂纹位置和裂纹大小。R_p和R₀的分压电压值可以通过如下公式计算：

然后使用ADC的转换公式，可以得到ADC输出的数字信号N_ADC:

可以理解的，当有裂纹存在时，阻抗网络中的某些电阻连接线将由于裂纹的存在而出现断裂，导致R_p发生变化，并进一步影响V_ADC，最终导致N_ADC发生变化，读写器可以通过比较N_ADC的变化过程来判断裂纹的变化大小以及裂纹的演变过程，从而估算出裂纹的风险系数，使得可以及时发现和预警，减少人员伤亡和财产损失。

当n个电阻中，有一个电阻和R₀断开，阻抗变为

R₀的分压电压值的计算公式如下：

输出信号N_ADC的计算公式如下：

通过上述公式，可以得到

的另一种计算公式如下：

进一步的可以得到m的计算公式如下：

最后可推导出裂纹长度L_crack，并且裂纹长度L_crack的计算公式如下：

L_crack＝m*(W_line+G_line)

其中，W_line为所述阻抗网络的PCB线宽，G_line为线间距。

同理的，当有多个电阻和和R₀断开时，通过上式可计算得到对应的导裂纹长度L_crack。

通过上述步骤，以传感标签中阻抗网络中分压电阻的变化趋势来计算推导出导裂纹长度Lcrack。具体的，通过ADC采集V_ADC的值得到N_ADC，将其与上一次的值进行比较，如果有变化，则将本次采集的N_ADC发送给读写器，否则发送全0信号给读写器(标签环境没有变化)。通过在MCU端进行简单的比较，将调制信号返回变化的数据给读写器。达到了对于传感标签对于裂纹长度的计算和传输目的。

本实施例还提供了一种裂纹检测方法。图4是根据本申请实施例中裂纹检测消除温度影响的流程图，如图4所示，该流程包括如下步骤：

步骤S401，通过DAC控制可调匹配网络的输入阻抗Z_value，使传感标签的输入阻抗Z_value保持与第三天线匹配。

步骤S402，实时获取传感标签的返回信号功率A_power和返回信号相位A_phase。

步骤S403，根据传感标签存储的温度关于输入阻抗Z_value、返回信号功率 A_power和返回信号相位A_phase的多项式F(x,y,z)计算传感标签当前环境的温度T。

本发明实施例中，通过读写器设置不同工作频率，并基于MCU控制可调匹配网络Z_value、天线反向散射信号功率(返回信号功率A_power)和天线反向散射信号相位(返回信号相位A_phase)来估算传感标签环境的温度。可调匹配网络的输入阻抗用Z_value表示，在不同的工作环境下，可以通过MCU的DAC来控制输入阻抗Z_value的大小，使得传感标签匹配网络的输入阻抗能够保持在和传感标签的第三天线总是匹配的状态；当传感标签和读写器距离和方向不变时，返回信号功率A_power会随着温度的变化而变化；当标签周围的温度变化时，返回信号相位 A_phase也会有细微的差别。读写器通过调整载波的频率，测试在不同的频率下，标签返回信号的功率和相位，得到当前标签返回的有效功率和相位，根据标签存储的温度关于阻抗、功率和相位的多项式F(x,y,z)，可以计算出当前标签环境的温度，计算公式如下：

T＝F(Z_value,A_power,A_phase)

使用读写器估算标签周围的温度，可以在不增加传感标签设计复杂度和功耗的同时提高裂纹检测的精度。在读写器端，通过温度补充系数可以消除裂纹长度受温度变化的影响。

具体的，裂纹检测方法还包括：

步骤S404，测试传感标签处于不同温度下的裂纹长度系数，得到裂纹长度系数λ关于温度T的拟合多项式F(T)，计算出裂纹长度系数λ＝F(T)；

本发明实施例中，假设裂纹长度受温度的影响系数是λ，测试标签处于不同温度下的裂纹长度系数，得到裂纹长度系数λ关于温度T的拟合多项式F(T)。这样读写器可以通过上述方法测量标签周围的温度T，然后计算出裂纹长度系数λ＝F(T)，最终可以计算理论裂纹长度L，计算公式如下：

L＝L_crack/λ。

通过上述裂纹检测方法，可以通过无源无线的方式对裂纹状态进行监控，从而得到与温度无关的裂纹长度和其变化过程，工作人员可以实时处理，避免人员伤亡和财产损失。

综上，本发明提供的裂纹检测方法，读写器获取标签的裂纹数据，并通过第二天线与汇聚设备通信，汇聚设备与卫星通信，将大量的标签裂纹信息通过卫星发射给监控端；或者无人机携带读写器，直接扫描所有需要观察的区域，采集所有标签的裂纹情况，然后无人机将数据带回监控端。通过上述方法，有效的克服了人工检测裂纹无法到达如桥梁顶端或者经常有车辆出入的涵洞等偏僻、狭窄区域进行检测的问题，也避免了采用传统开关型裂纹传感器不能长久使用的问题。达到了特定区域可长期监控的作用效果。

请参阅图5，为本发明实施例提出的裂纹检测系统结构示意图，具体的，该系统包括：传感标签、读写器、汇聚设备、卫星、和监控端，汇聚设备包括第一天线和第二天线，传感标签包括第三天线。

其中，传感标签用于获取待检测区域(如承台、桥墩和系梁区域)的裂纹数据并与读写器互联进行数据交互。读写器用于向传感标签发出射频信号请求裂纹数据并发送至汇聚设备。汇聚设备与卫星通信并将裂纹数据传输至监控端。监控端用于显示裂纹数据。

进一步的，传感标签包括：第三天线、可调匹配网络、整流电路、能量收集电路、解调器、反向调制器、MCU和阻抗网络。

其中，第三天线用于与读写器建立通信，MCU包括ADC(模数转换器)以及DAC(数模转换器)；MCU通过DAC(数模转换器)调整可调匹配网络使标签传感标签的电路与第三天线保持匹配状态；整流电路用于将读写器发出的射频信号转换为直流能量；能量收集电路用于将整流电路输出的直流能量进行升压并存储，为有源器件提供电能；解调器用于解调读写器发出的射频信号，并转换为MCU能识别的数字信号；反向调制器用于将传感标签的调制信号返回至读写器；阻抗网络用于根据裂纹长度变化输出对应的阻抗R_p。

本发明实施例提供的裂纹检测系统，通过上述的传感标签用于检测待测区域的裂纹长度，并形成裂纹数据返回调制信号传输至读写器，最终通过汇聚设备发送到卫星反馈至监控端，达到了对于裂纹数据实时监控的目的效果，并且该系统采用的传感标签自带能量收集功能，具体的，通过整流电路输出的直流能量进行升压并存储，为有源器件提供电能。使得该裂纹检测系统可脱离电池的依赖，直接通过射频信号获取直流能量并转化为电能。克服了传统传感器不能长久使用的问题。

另外，本申请还提供一种计算机设备，该计算机设备可以基于获取到的裂纹数据，执行本申请实施例中的裂纹检测方法，从而实现结合图1描述的裂纹检测方法。

另外，结合上述实施例中的裂纹检测方法，本申请实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种裂纹检测方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种裂纹检测方法，应用于裂纹检测系统，所述系统包括：传感标签、读写器、汇聚设备、卫星、和监控端，所述汇聚设备包括第一天线和第二天线，所述传感标签设于待检测的区域位置，其特征在于，所述方法包括：

所述传感标签与所述读写器匹配；

当所述传感标签接收所述读写器发出的射频信号时，解析命令并转化为直流能量，同时返回所述传感标签的调制信号；所述调制信号包括裂纹数据以及通信信号；

所述读写器收集所述传感标签的裂纹数据，并通过所述汇聚设备收集所述读写器获取的裂纹数据；其中，所述第一天线用于与所述读写器通信并控制所述读写器的工作状态；

所述卫星获取所述汇聚设备的裂纹数据，并发送至所述监控端；其中，所述第二天线用于与所述卫星通信；所述传感标签包括第三天线、可调匹配网络、整流电路、能量收集电路、解调器、反向调制器、MCU和阻抗网络；

其中，所述第三天线用于与所述读写器建立通信，所述MCU包括ADC以及DAC；

所述MCU通过所述DAC调整所述可调匹配网络使所述传感标签的电路与所述第三天线保持匹配状态；

所述整流电路用于将所述读写器发出的射频信号转换为直流能量；

所述能量收集电路用于将所述整流电路输出的直流能量进行升压并存储，为有源器件提供电能；

所述解调器用于解调所述读写器发出的射频信号，并转换为所述MCU能识别的数字信号；

所述反向调制器用于将传感标签的调制信号返回至所述读写器；

所述阻抗网络用于根据裂纹长度变化输出对应的阻抗R_p；

所述阻抗R_p的计算公式如下：

其中，R₁到R_n为多个等线宽且固定间距并联设置的电阻，且阻值相同，R₀的一端串联R_p，另一端连接所述ADC；通过分析计算ADC采样R₀和R_p的分压电压值，判断裂纹的位置和长度；R₀的分压电压值的计算公式如下：

式中，V_out为MCU输出电压；进一步的，根据ADC的转换公式，获得输出的数字信号N_ADC，输出信号N_ADC的计算公式如下：

式中，数字12表示ADC的位宽为12-bits。

2.根据权利要求1所述的裂纹检测方法，其特征在于，所述阻抗网络用于测试裂纹长度，当有m个电阻和R₀断开时，阻抗变为如下：

R₀的分压电压值的计算公式如下：

输出信号N_ADC的计算公式如下：

通过上述公式，可以得到

的另一种计算公式如下：

进一步的可以得到m的计算公式如下：

最后可推导出裂纹长度L_crack，并且裂纹长度L_crack的计算公式如下：

L_crack＝m*(W_line+G_line)

其中，W_line为所述阻抗网络的PCB线宽，G_line为线间距。

3.根据权利要求1所述的裂纹检测方法，其特征在于，所述裂纹检测方法还包括：

通过DAC控制所述可调匹配网络的输入阻抗Z_value，使所述传感标签的输入阻抗Z_value保持与所述第三天线匹配；

实时获取所述传感标签的返回信号功率A_power和返回信号相位A_phase，其中，所述返回信号功率A_power随温度变化而变化；

所述读写器调整载波频率，测试不同频率下所述传感标签返回信号功率和返回信号相位；

根据所述传感标签存储的温度关于输入阻抗Z_value、返回信号功率A_power和返回信号相位A_phase的多项式F(x,y,z)计算所述传感标签当前环境的温度T，计算公式如下：

T＝F(Z_value,A_power,A_phase)。

4.根据权利要求3所述的裂纹检测方法，其特征在于，所述裂纹检测方法还包括：

测试传感标签处于不同温度下的裂纹长度系数，得到裂纹长度系数λ关于温度T的拟合多项式F(T)，计算出裂纹长度系数λ＝F(T)；

计算理论裂纹长度L，计算公式如下：

L＝L_crack/λ。

5.一种裂纹检测系统，其特征在于，包括：传感标签、读写器、汇聚设备、卫星、和监控端，所述汇聚设备包括第一天线和第二天线，所述传感标签包括第三天线；

其中，所述传感标签用于获取待检测区域的裂纹数据并与所述读写器互联进行数据交互；

所述读写器用于向所述传感标签发出射频信号请求裂纹数据并发送至所述汇聚设备；

所述汇聚设备与所述卫星通信并将所述裂纹数据传输至监控端；

所述监控端用于数据处理和显示所述裂纹数据；

所述纹检测系统用于执行如权利要求1至4中任一项所述的裂纹检测方法；

所述传感标签包括：第三天线、可调匹配网络、整流电路、能量收集电路、解调器、反向调制器、MCU和阻抗网络；

其中，所述第三天线用于与所述读写器建立通信，所述MCU包括ADC以及DAC；

所述MCU通过所述DAC调整所述可调匹配网络使所述传感标签的电路与所述第三天线保持匹配状态；

所述整流电路用于将所述读写器发出的射频信号转换为直流能量；

所述能量收集电路用于将所述整流电路输出的直流能量进行升压并存储，为有源器件提供电能；

所述解调器用于解调所述读写器发出的射频信号，并转换为所述MCU能识别的数字信号；

所述反向调制器用于将传感标签的调制信号返回至所述读写器；

所述阻抗网络用于根据裂纹长度变化输出对应的阻抗R_p；

所述阻抗R_p的计算公式如下：

其中，R₁到R_n为多个等线宽且固定间距并联设置的电阻，且阻值相同，R₀的一端串联R_p，另一端连接所述ADC；通过分析计算ADC采样R₀和R_p的分压电压值，判断裂纹的位置和长度；R₀的分压电压值的计算公式如下：

式中，V_out为MCU输出电压；进一步的，根据ADC的转换公式，获得输出的数字信号N_ADC，输出信号N_ADC的计算公式如下：

式中，数字12表示ADC的位宽为12-bits。

6.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4中任一项所述的裂纹检测方法。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的裂纹检测方法。

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