混凝土应力应变检测的长航时电源装置的制作方法

本发明涉及电池管理技术领域，特别涉及混凝土应力应变检测的长航时电源装置。

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，申请人提出了一种厚埋层混凝土穿透式无线应力应变传感器，通过将传感器埋入混凝土中，将采集到的数据通过无线的方式发送至外部的接收装置，进行后续的处理分析。由于埋在混凝土中，与外界无接触，整个传感器需要内置的电池进行供电，由于当前电池的能量密度存在上限，考虑到施工成本，电池的体积也有限度，导致电量有限，如何在有限电量的情况下，延长传感器整体的使用时间，成了需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明提供了混凝土应力应变检测的长航时电源装置，能够有效延长使用时间。

为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

混凝土应力应变检测的长航时电源装置，包括电池组、电源管理模块和微处理模块；电池组用于为电源管理模块和微处理模块供电；

微处理模块用于工作时间达到预设工作时长后进入休眠状态；微处理模块还用于进入休眠状态后进行计时，当计时达到预设休眠时长后，退出休眠状态；

微处理模块退出休眠状态后，电源管理模块用于获取电池组的当前电量，并发送至微处理模块；微处理模块还用于判断电池组的当前电量是否低于第一阈值，如果低于第一阈值，微处理模块延长预设休眠时长。

基础方案原理及有益效果如下：

本方案中，微处理模块工作时间达到预设工作时长后进入休眠状态，进入休眠状态后进行计时，当计时达到预设休眠时长后，退出休眠状态，也就是采用工作一段时间，休眠一段时间的模式，相比实时处于工作状态，能有效降低电量的消耗，延长使用时间。而且微处理模块预设休眠时长并不是一成不变的，当电池组的当前电量低于第一阈值后，会延长预设休眠时长，以增加使用时间。混凝土在浇注完成的前期，由于使用场景和环境不确定性较高，混凝土出现问题的可能性高，因此需要提高应力应变检测的频率，而混凝土在浇注完成的中、后期，各种使用场景和环境因素都经历过，以桥梁为例，使用一年后，各种车型通过桥梁都得到了实际验证，混凝土如果经受住考验，后续出现问题的可能性变低，因此可以降低应力应变检测的频率(本方案不涉及混凝土寿命的末期，此时可以进行维护加固，或重新布置传感器等)。与一开始就将延长预设休眠时长，本方案在电池组的当前电量低于第一阈值后才延长预设休眠时长，更契合混凝土的检测需求。

进一步，还包括受电线圈和转换模块，受电线圈与转换模块连接，转换模块与电池组连接；受电线圈用于接收外部线圈输送的交流电，转换模块用于将交流电转换为直流电为电池组充电。

工作人员可以使用连接有外部线圈的供电装置，使外部线圈靠近受电线圈，为电池组充电，以延长使用时间。

进一步，所述受电线圈与转换模块之间还连接有第一开关电路，电源管理模块还用于获取电池组的当前电量，判断当前电量是否达到100％，如果达到100％，电源管理模块还用于控制第一开关电路断开。

可以在电池组充满后，及时停止充电。

进一步，还包括检测模块和第二开关电路，检测模块通过第二开关电路与电池组连接；微处理模块还用于在进入休眠状态前，向电源管理模块发送省电指令，电源管理模块用于接收到省电指令后，控制第二开关电路断开。

微处理模块进入休眠状态，还断开检测模块的供电，可以进一步降低能耗。

进一步，所述电源管理模块还用于根据电池组的当前电量和电池组的历史电量判断电池组是否处于充电状态，如果处于充电状态，向微处理模块发送唤醒指令；微处理模块用于接收到唤醒指令后，退出休眠状态。

在充电时，唤醒微处理模块，微处理模块可以在有充足供电的情况下进行工作。

进一步，所述受电线圈与混凝土表面的距离小于1厘米。

可以保证无线充电的效果，避免受电线圈与外部线圈距离过远导致的无法充电的情况。

进一步，所述电池组为锂电池组。

进一步，还包括无线收发模块，无线收发模块用于获取外部信息，微处理模块用于在退出休眠状态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。

进一步，所述微处理模块还用于在退出休眠状态后控制无线收发模块将当前电量发送至预设区域的无线收发模块。

附图说明

图1为实施例一混凝土应力应变检测的长航时电源装置的逻辑框图。

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，本实施例的混凝土应力应变检测的长航时电源装置，包括电池组、电源管理模块、微处理模块、受电线圈、转换模块、检测模块、第一开关电路和第二开关电路。

电池组用于为电源管理模块、微处理模块、无线收发模块和检测模块供电。本实施例中电池组采用锂电池组。

微处理模块用于工作时间达到预设工作时长后进入休眠状态；微处理模块还用于进入休眠状态后进行计时，当计时达到预设休眠时长后，退出休眠状态；

微处理模块退出休眠状态后，电源管理模块用于获取电池组的当前电量，并发送至微处理模块；微处理模块还用于判断电池组的当前电量是否低于第一阈值，如果低于第一阈值，微处理模块延长预设休眠时长。第一阈值为40％-60％，本实施例中为50％。

受电线圈与转换模块连接，第一开关电路连接在受电线圈与转换模块之间。转换模块与电池组连接；受电线圈用于接收外部线圈输送的交流电，转换模块用于将交流电转换为直流电为电池组充电。受电线圈与混凝土表面的距离小于1厘米。本实施例中，受电线圈由绝缘材料包裹，埋设于混凝土表面的距离3-5mm的位置，长航时电源装置的其他部分埋设于需要检测应力应变的位置，受电线圈与长航时电源装置的其他部分之间通过导线连接。这样设置，既保证了长航时电源装置的其他部分埋设深度的要求，又保证了无线充电的效果。相比与受电线圈位于混凝土表面外，埋设入混凝土表面内，可以延缓受电线圈因风吹雨淋日晒等因素老化的速度。施工时，在埋设受电线圈的混凝土表面应进行标注，便于后续将外部线圈贴在标注的混凝土表面，进行充电。在其他实施例中，如果埋设地点不便于后期进行无线充电，还可以设置天线和相关电路，将空间电磁能量转换为电能为电池组充电，以替代受电线圈，基于空间电磁能的供能系统属于现有技术，这里不再赘述。

电源管理模块还用于获取电池组的当前电量，判断当前电量是否达到100％，如果达到100％，电源管理模块还用于控制第一开关电路断开。

电源管理模块还用于根据电池组的当前电量和电池组的历史电量判断电池组是否处于充电状态，如果处于充电状态，向微处理模块发送唤醒指令；微处理模块用于接收到唤醒指令后，退出休眠状态。

检测模块通过第二开关电路与电池组连接；微处理模块还用于在进入休眠状态前，向电源管理模块发送省电指令，电源管理模块用于接收到省电指令后，控制第二开关电路断开。微处理模块退出休眠状态后，还用于向电源管理模块发送恢复指令；电源管理模块还用于接收到恢复指令后，控制第二开关电路连通。本实施例中，检测模块包括电阻式应变片、信号放大电路和模数转换电路。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，无线收发模块用于获取外部信息。微处理模块用于在退出休眠状态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。微处理模块还用于在唤醒后获取电源模块的当前电量，还控制无线收发模块将当前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当前电量。

当地质风险信息为低时，微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，达到预设休眠时长后，再次被唤醒，退出休眠状态。

当地质风险信息为中时，微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，基于本体的当前电量和指定位置的其他无线应力应变传感器的当前电量判断本体的当前电量是否最高，如果最高，进入工作状态；当工作时间达到预设工作时长后；再次基于本体的当前电量和指定位置的其他无线应力应变传感器的当前电量判断本体的当前电量是否最高，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，微处理模块基于本体的当前电量和其他无线应力应变传感器的当前电量判断本体的当前电量是否最低，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，退出休眠状态；微处理模块再次基于本体的当前电量和外部传感器的当前电量判断本体的当前电量是否是最低，如果不是最低，微处理模块基于预存的安装位置信息判断本体是否与当前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；再次进行当前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当前电量最低，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，即预设区域内的微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当前电量，由指定位置电量最高的无线应力应变传感器进行“值班”，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当前电量，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。与当前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当前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。