基于微电容测量的SMA复合结构无线健康监测系统

摘要

本发明公开了一种基于微电容测量的SMA复合结构无线健康监测系统，传感标签与用于无线控制传感标签和接受传感标签信号的前端读写器通过无线方式连接，前端读写器与用于将命令和数据进行转发的中继读写器通过无线方式连接，中继读写器与用于接收上位机的命令和中继读写器转发过来的数据包的终端读写器通过无线方式连接，终端读写器与用于接收、处理终端读写器传输信息的上位机连接。本发明能自动测量复合结构的电容变化值，然后将数据无线发送出去，通过电容变化值与应变值之间的对应关系，得到该复合结构的状态信息，实现对SMA增强复合结构的无线健康监测。

主权项

一种基于微电容测量的SMA复合结构无线健康监测系统，其特征是：有用于采集SMA复合结构电容变化信息的传感标签，传感标签与用于无线控制传感标签和接受传感标签信号的前端读写器通过无线方式连接，前端读写器与用于将命令和数据进行转发的中继读写器通过无线方式连接，中继读写器与用于接收上位机的命令和中继读写器转发过来的数据包的终端读写器通过无线方式连接，终端读写器与用于接收、处理终端读写器传输信息的上位机连接，然后通过互联网与控制中心通信；所述传感标签为RFID传感标签；所述的传感标签包括微处理器模块，微处理器模块与电容测量模块及无线收发模块连接，电容测量模块主要由PS021芯片构成；所述的前端读写器包括微控制器模块，微控制器模块与数据存储模块及无线收发模块连接；所述的中继读写器包括微控制器模块，微控制器模块与数据存储模块及无线收发模块连接；所述的终端读写器包括微控制器模块，微控制器模块与串口模块及无线收发模块连接；所述电容测量模块主要由PS021芯片构成，通过比较参考电容与传感电容的充放电时间计算出参考电容与传感电容的比值关系，再通过SPI串口将测量结果输出给单片机；所述微处理器模块主要由单片机C8051F330组成，由于数据采集是在多通道的情况下进行的，所以各个标签采集来的数据需要进行处理，加上标签信息以及测量时间信息，信息打包处理好之后先放入FLASH存储器中，当测量数值达到一定量时，控制PTR4000无线收 发模块，命令其向前端读写器发送请求，前端读写器确认后，发送已存储的测量数值，发送完毕后，检测当前开关状态，如果需要继续工作则继续以上操作；所述无线收发模块采用2.4GHZ的PTR4000无线嵌入式模块，可进行无线通信，通信时由于每个标签的发射频点不同，所以读写器模块内的无线收发模块需要每读取一个标签测量结果，更改一次PTR4000频点的设置，以此达到对多标签或多传感器数据的发送与读取；所述数据存储模块采用AT24C02芯片将采集的数据暂时存储，主要将无线收发模块接收到的信息暂存，之后发送给上一级的读写器，进行存储和转发；所述串口模块使用RS232串口实现终端读写器和上位机的通信；所述上位机利用LabVIEW实现系统软件的开发，其中，利用MSComm控件实现串口数据的发送及读取，由于PS021的测量数据是个相对测量值，而且需要对其零点进行标定，所以在这个软件里将把测量数据处理成电容值，并且以图像的形式显示出来，再根据电容变化情况与复合结构自身应力应变情况对照起来，评估出当前结构健康状态。