一种电磁波穿透混凝土传输装置及方法与流程

本发明涉及无线传输技术领域，特别涉及一种电磁波穿透混凝土传输装置及方法。

背景技术：

混凝土应力应变分析无论是理论上还是实践上都是较复杂的问题。第一，混凝土材料本身的复杂性：混凝土是存在微裂缝及孔隙的多相材料，不是理想的线弹性材料，弹性模量等力学参数随时间而变化，存在徐变、松弛、热胀冷缩、湿胀干缩等现象，骨料分离可能导致的不均匀性等；第二，具体安装铺设混凝土建筑结构的基础结构的复杂性：整个建筑结构内部存在各种纵横结构缝、施工缝、键槽、孑l口、闸门等局部构造，基础一般均存在结构面等地质缺陷及不均匀性，裂缝的出现导致整体性的丧失等；第三，结构荷载在空间及时间分布上的复杂性：水与混凝土及基础的相互作用形成复杂的非均匀、非恒定的渗流场，接缝及固结灌浆会引起不可恢复的施工应力，内外约束及基础约束等产生的温度荷载空间及时间分布复杂等。

为了检测混凝土的应力、应变，公开号为cn101071114a的中国专利公开了机敏混凝土结构的应力、应变信号的无线采集方法及装置，测量方法为：在机敏混凝土结构中需要测量的位置埋设一个电极组；对所述电极组的极间电位差信号进行采集、处理，然后转换成数字信号通过无线模块发送出去。使用该方法的装置包括电极组、采样电路、测量电路、模数转换电路、处理模块和无线模块，电极组中各个电极分离固定在被测量的机敏混凝土结构中，所述电极组的极间电位差信号经采样电路、测量电路和模数转换电路处理后变成数字信号传递给处理模块，处理模块通过串行通信口将测量信息传递给无线模块。

通过上述方案可以方便进行混凝土结构的应力、应变检测。由于整个采集装置埋设于混凝土中，与外部没有数据线连接，采集装置需要自身附带电源，但是由于电源的体积不能无限制的扩大，电源的电量存在上限，因此采集装置的工作时间也是有限的。

因此需要一种能够延长整个装置工作时间的电磁波穿透混凝土传输装置及方法。

技术实现要素：

本发明提供了一种电磁波穿透混凝土传输装置及方法，能够延长整个装置的工作时间。

为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

一种电磁波穿透混凝土传输装置，包括埋设在混凝土中的处理模块、无线收发模块和电源模块；处理模块用于初始化后控制自身和无线收发模块进入休眠状态，处理模块还用于每隔预设时间退出休眠状态，获取数字信号，处理模块还用于唤醒无线收发模块，将数字信号发送至无线收发模块，无线收发模块用于通过电磁波向外发送数字信号；处理模块还用于在无线收发模块完成发送后，控制自身和无线收发模块再次进入休眠状态；电源模块用于为处理模块和无线收发模块供电。

基础方案原理及有益效果如下：

本方案中，传输装置采用无线传输的方式，相比于有线传输，使得检测应力、应变的整个装置埋设更方便，限制更小。处理模块和无线收发模块正常情况下处于休眠状态，每隔预设时间才进行一次唤醒，与实时检测实时发送数据相比，在保障正常的信息传递的同时，可以有效减低能耗，延长整个装置的工作时间。

进一步，所述无线收发模块还用于接收外部信息，判断外部信息是否为预设的唤醒指令，如果是，向处理模块发送唤醒指令；处理模块还用于接收到唤醒指令后，退出休眠状态，立即获取数字信号。

便于工作人员通过外部的设备对处理模块进行人工唤醒，这样工作人员可以在任意时间获取最新的数字信号。

进一步，所述无线收发模块包括无线芯片和传输天线；传输天线的数量大于或等于2个。

恶劣的电磁传播环境对电磁波有衰减、反射、散射等影响，本传输装置埋设于混凝土中，电磁波很难将能量传输出去，导致很难与外界通信，通过增加传输天线的数量，可以缓解这种情况。

进一步，所述处理模块还用于在退出休眠状态后，获取电源模块的剩余电量，如果剩余电量低于第一阈值，处理模块还用于延长退出休眠状态的预设时间。

通过延长退出休眠状态的预设时间，可以进一步降低电量消耗，延长工作时间。

进一步，还包括存储模块，处理模块获取电源模块的剩余电量，如果剩余电量低于第二阈值，处理模块还用于将数字信号存储于存储模块中，当存储数字信号的次数等于预设存储值时，处理模块还用于唤醒无线收发模块，将已存储的数字信号发送至无线收发模块；其中第二阈值小于第一阈值。

在电量进一步降低时，降低发送数字信号的次数，可以进一步降低电量消耗，延长工作时间。

进一步，所述第一阈值为40％-60％。

进一步，所述第二阈值为20％-30％。

进一步，所述预设存储值为3-10次。

进一步，所述处理模块还用于控制无线收发模块将剩余电量发送至预设区域的其他无线收发模块。

一种电磁波穿透混凝土传输方法，采用上述电磁波穿透混凝土传输装置。

附图说明

图1为实施例一一种电磁波穿透混凝土传输装置的逻辑框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例一

如图1所示，本实施例的一种电磁波穿透混凝土传输装置，包括埋设在混凝土中的处理模块、无线收发模块和电源模块，还包括测量模块和模数转换模块。

测量模块用于获取模拟电信号，本实施例中，测量模块包括电阻式应变片，它能将混凝土内部应变的变化转换为电阻变化，进而生成电信号。模数转换模块用于将模拟电信号转换为数字信号并发送至处理模块。在其他实施例中，模数转换模块还可以对模拟电信号进行信号放大。

处理模块用于初始化后控制自身和无线收发模块进入休眠状态，处理模块还用于每隔预设时间退出休眠状态，获取数字信号，处理模块还用于唤醒无线收发模块，将数字信号发送至无线收发模块，无线收发模块用于通过电磁波向外发送数字信号；处理模块还用于在无线收发模块完成发送后，控制自身和无线收发模块再次进入休眠状态。本实施例中，处理模块采用stm32系列低功耗处理器。

无线收发模块还用于接收外部信息，判断外部信息是否为预设的唤醒指令，如果是，向处理模块发送唤醒指令；处理模块还用于接收到唤醒指令后，退出休眠状态，立即获取数字信号。

电源模块用于为处理模块和无线收发模块供电。处理模块还用于在退出休眠状态后，获取电源模块的剩余电量，如果剩余电量低于第一阈值，处理模块还用于延长退出休眠状态的预设时间。第一阈值为40％-60％，本实施例中为40％。

本实施例中，无线收发模块包括无线芯片和传输天线；传输天线的数量大于或等于2个，本实施例中传输天线的数量为3个。

为了进一步说明传输装置的工作过程，本实施例中还包括数据传输子系统、监控中心和预警系统；传输天线将包含应力/应变情况的数字信号发送至数据传输子系统，数据传输子系统通过物联网与监控中心连接，将数字信号发送至监控中心。监控中心用于对数据信号进行解析与显示。如果数据信号进行解析后，发现存在危险，预警系统可以从监控中心获取存在危险这一情况，通过预设的方式，例如短信、邮件等推送预警信息。监控中心还可以连接用户的手机端和pc端等，方便用户远程访问。

本实施例还提供一种电磁波穿透混凝土传输方法，采用上述电磁波穿透混凝土传输装置。

实施例二

本实施例和实施例一的区别在于，本实施例中还包括存储模块，处理模块获取电源模块的剩余电量，如果剩余电量低于第二阈值，处理模块还用于将数字信号存储于存储模块中，当存储数字信号的次数等于预设存储值时，处理模块还用于唤醒无线收发模块，将已存储的数字信号发送至无线收发模块。其中第二阈值小于第一阈值。预设存储值为3-10次，本实施例中为5次。第二阈值为20％-30％，本实施例中为20％。

本实施例的电磁波穿透混凝土传输方法，采用上述电磁波穿透混凝土传输装置。

实施例三

本实施例和实施例二的区别在于，本实施例中，处理模块获取电源模块的剩余电量，如果剩余电量低于第三阈值，当存储数字信号的次数等于预设存储值时，处理模块还用于唤醒无线收发模块，将当前一次的数字信号发送至无线收发模块。其中第三阈值小于第二阈值。第三阈值为5％-10％，本实施例中为10％。

处理模块还用将当前一次的数字信号覆盖存储模块中时间最早一次的数字信号。在其他实施例中，还可以通过外部唤醒的方式，使无线收发模块将存储模块中存储的数字信号全部发送至数据传输子系统。

本实施例的电磁波穿透混凝土传输方法，采用上述电磁波穿透混凝土传输装置。

实施例四

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，处理模块用于在唤醒后判断外部信息是否包含当前地质风险信息，地质风险信息包括高、中和低。处理模块还用于在唤醒后获取电源模块的剩余电量，还控制无线收发模块将剩余电量发送至预设区域的其他无线应力应变传感器；无线收发模块从其他无线应力应变传感器接收剩余电量。

当地质风险信息为低时，处理模块在唤醒后进入工作状态并开始计时，当计时到达预设工作时长进入休眠状态直到再次被唤醒。

当地质风险信息为中时，处理模块基于预存的安装位置信息判断是否处于预设区域的指定位置，如果是，基于本体的剩余电量和指定位置的其他无线应力应变传感器的剩余电量判断本体的剩余电量是否最高，如果最高，进入工作状态；当工作时间达到预设工作时长后；再次基于本体的剩余电量和指定位置的其他无线应力应变传感器的剩余电量判断本体的剩余电量是否最高，如果最高，继续工作，如果不是最高，进入休眠状态直到再次被唤醒。本实施中，指定位置为人为设定，指定位置的大小不变，位置在预设区域内循环变化。例如在预设区域的36个无线应力应变传感器按照6x6的矩阵进行布置，那么指定位置可以是位于中心的2x2个无线应力应变传感器所在位置，指定位置每隔24小时切换一次，从位于中心的2x2个无线应力应变传感器所在位置切换为边角的2x2个无线应力应变传感器所在位置，再切换到两个边角之间的2x2个无线应力应变传感器所在位置，如此循环，直到覆盖预设区域所有的无线应力应变传感器。

当地质风险信息为高时，处理模块基于本体的剩余电量和其他无线应力应变传感器的剩余电量判断本体的剩余电量是否最低，如果最低，进入休眠状态直到再次被唤醒；当休眠达到预设时间后，退出休眠；处理模块再次基于本体的剩余电量和外部传感器的剩余电量判断本体的剩余电量是否是最低，如果不是最低，处理模块基于预存的安装位置信息判断本体是否与剩余电量最低的无线应力应变传感器相邻，如果相邻，进入工作状态，当工作时间达到预设工作时长后；再次进行剩余电量和安装位置的判断，如此循环。例如在预设区域的9个无线应力应变传感器按照3x3的矩阵进行布置，如果右上角的一个无线应力应变传感器剩余电量最低，那么与之相邻呈l形的三个无线应力应变传感器进入工作状态。

当预设区域的地质风险信息为低时，发生地址灾害的可能性较低，此时按照初始的规则，即预设区域内的处理模块在外部唤醒时，或每隔预设时间退出休眠状态进行工作，其他时间处于休眠状态，能够有效的降低耗电量，延长无线应力应变传感器的使用时间。

当预设区域的地质风险信息为中时，存在一定地质灾害的可能性，因此需要有无线应力应变传感器“值班”，达到不间断监测的目的。本实施中预设区域内的无线应力应变传感器可以彼此共享剩余电量，由指定位置电量最高的无线应力应变传感器进行“值班”，且指定位置循环变化，可以平衡整体的电量消耗。

当预设区域的地质风险信息为高时，地质灾害发生的可能性高，因此一定数量的无线应力应变传感器“值班”，达到充分监测的目的。本实施中预设区域内的无线应力应变传感器可以彼此共享剩余电量，电量最低的无线应力应变传感器休眠，可以有效延长电量最低的无线应力应变传感器的工作时间。与剩余电量最低的无线应力应变传感器相邻的其他无线应力应变传感器，进入工作状态，保证了具有一定数量的无线应力应变传感器“值班”，而且“值班”的无线应力应变传感器围绕剩余电量最低的无线应力应变传感器分布，保证了尽可能大的检测范围。

以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。