一种基于RFID技术的电网基建工程质量管控设备的制作方法

一种基于rfid技术的电网基建工程质量管控设备
技术领域
1.本实用新型涉及rfid技术和电网基建工程质量管控设备，具体涉及一种基于rfid技术的电网基建工程质量管控设备。


背景技术：

2.基建工程安全质量过程管控现阶段主要是按照各级规范进行人员准入、进出场人员管控、作业票电子化录入执行及人脸识别、视频监控系统部署监控等利用各类感知层设备进行安全维度数据采集处理，从而进行安全管控，管控的侧重点较多偏重于现场安全管控，并且由于安全管控所应用的单一状态的感知、管控分析方法，对于动态过程的持续感知处理途径较少，管控设备无法随工程实体移交运维部门继续发挥作用；质量管控也仅是通过巡查、抽检对已完成工序进行的质量监督，基建工程施工过程监督有部分施工工序通过视频监督实现过程管控，但覆盖面小，手段有限，未能达到全过程质量管控的目标，更缺乏能够全寿命应用的质量监督设备，不能做到随工程移交设备运维单位，继续发挥作用。
3.射频识别技术，即rfid(radio frequency identification)技术，是近年来发展最为迅速的非接触式自动识别技术，该技术使射频信号经空间耦合，在不需要接触的情况下完成信息的传递。射频识别技术在无人干预情况下能够实现特定目标的自动识别，同时还能快速完成相应的数据采集，即使在恶劣环境下依然能正常工作。该技术不但可以识别特定目标，而且可同时识别多个目标，对于物体在高速运动下也可实现准确识别。与其他自动识别技术相比，射频识别技术拥有以下特点和优势：具有非接触型，识别无需人工干预，能够实现自动化；除了需要传输的信息外，射频识别技术还可以传输目标的身份信息、运行状态等大量数据，因此可准确、迅速的识别目标；信息处理速度快，可达到几十微秒；保密安全性高，rfid芯片都是经过加密处理后来储存信息，未经允许，储存的信息几乎无法篡改，而且芯片几乎很难复制；识别距离远，标签与阅读器之间的距离可以有数十米之远；具有很强的环境适应能力，抗干扰能力强，可以全天候使用，几乎不受污染和潮湿等恶劣条件影响，抗污损能力强，使用寿命长；一种系统可满足多种需求，能够实现多目标识别和运动目标的识别；标签一般体积小成本低，利用无线方式传输数据，结构简单。rfid技术近年来飞速发展，逐步成为了研究热点，应用领域十分广泛。rfid技术本身仅是一种自动识别技术，不具备感知周围事物的能力，但是利用传感器与rfid标签进行融合，使得标签拥有了感知能力，rfid传感器标签不但继承了rfid技术的优点，而且能够通过传感器感知、监测周围环境，采集数据，再基于rfid技术通过无线方式传输数据，这种技术具有很强的竞争力。射频识别(radio frequency identification,rfid)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频通信自动识别目标对象，射频识别过程无需人工干预，环境适应力强。高精度温度传感器和超高频(ultra high fre-quency,uhf)射频识别(rfid)标签的结合是目前的研究热点。目前国内外对超高频无源rfid电子标签技术的研究，一方面集中在提高标签工作距离和降低成本，另一方面则是将电子标签与传感技术相结合，从而扩展了电子标签的功能，使其可以在更为广泛的领域得到应用。uhf rfid标签技术的研究始于21世纪初，是在低频和
高频标签技术发展成熟及集成电路工艺和设计技术取得长足进步后开始的。2003年，德国帕德博恩大学u.karthaus等人在ieee journal of solid-state circuits报道了一种最小输入功率为16.7μw的uhf rfid标签芯片，uhf rfid标签芯片主要是由射频模拟前端、数字基带电路和存储器等部分构成，这些模块是构成高性能rfid标签芯片的基础。国外很多研究者对阻抗匹配网络和整流电路关键技术进行了研究，主要是提高阻抗匹配和整流电路的能量转换效率。
4.目前传统的温度监测方法分布式光纤传感器温度监测系统是利用光线的光时域反射原理及后向拉曼散射温度效应原理的光纤温度传感器测温，采用有线方式完成数据传输，安装调试复杂，且光纤质地脆、易断裂、成本较高。采用uhf rfid标签针在电网基建领域进行以质量管控为目的温度监测研究较少。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种能实时动态纠正、监督，实现质量全过程、全寿命管控的基于rfid技术的电网基建工程质量管控设备。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
7.一种基于rfid技术的电网基建工程质量管控设备，包括封装于电网基建施工设备材料组件上对各组件其标识作用的rfid标签、与rfid标签频率相适应的天线和能将rfid标签中的信息读出和/或将rfid标签所需存储的信息写入的读写终端，所述读写终端与所述天线电连接；
8.所述电网基建施工设备材料组件包括螺栓、预制混凝土和电气设备。
9.进一步地，封装于所述电气设备上的rfid标签内嵌设有无线无源温度传感器。
10.进一步地，所述预制混凝土包括预制电缆盖板、预制散水和预制电缆沟。
11.进一步地，所述电气设备包括线缆、隔离开关、断路器、汇控柜和端子箱。
12.进一步地，所述线缆包括电力电缆、控制电缆和光缆。
13.进一步地，所述读写终端为变电站智能巡检机器人或手持终端。
14.进一步地，所述rfid标签为抗金属rfid标签。
15.进一步地，所述rfid标签为超高频rfid标签。
16.本实用新型与现有技术相比，具有如下技术效果：
17.本实用新型结合rfid标签的无线身份识别功能，将其封装于电网基建施工设备材料组件中，实现可追溯的质量责任制管理，并利用rfid标签的无源特征，将基建领域应用的质量管控功能随工程移交运维管理，实现全寿命周期应用。
18.本实用新型利用封装在螺栓上的rfid标签，进行输电线路工程中的地脚螺栓标识，螺栓上rfid标签的封装在地脚螺栓制造过程中加工而成，保证了基础施工完成后，不经测量，就能获知、识别不同杆塔地脚螺栓的型号，在基础施工工序完成，转入杆塔组立工序前，通过对螺栓上rfid标签进行适配识别，将拟安装的螺母型号的标识相互印证校核，一一对应，降低地脚螺栓不适配，导致的错装风险。
附图说明
19.图1为本实用新型实施例所涉的基于rfid技术的电网基建工程质量管控设备的结
构示意图；
20.图2为本实用新型实施例所涉的rfid标签在电力电缆上的安装结构示意图。
21.图中：1、rfid标签；2、天线；3、读写终端；4、电力电缆。
具体实施方式
22.以下结合附图及实施例对本实用新型的具体内容做进一步详细解释说明。
23.参照图1-2，本实施例提供一种基于rfid技术的电网基建工程质量管控设备，包括封装于电网基建施工设备材料组件上对各组件其标识作用的rfid标签1、与rfid标签1频率相适应的天线2和能将rfid标签1中的信息读出和/或将rfid标签1所需存储的信息写入的读写终端3，所述读写终端3与所述天线2电连接；
24.所述电网基建施工设备材料组件包括螺栓、预制混凝土和电气设备。
25.所述读写终端3为变电站智能巡检机器人或手持终端。
26.本实用新型中读写终端3可将rfid标签1中的信息读出，或将标签所需要存储的信息写入，根据使用的结构和技术不同，读写终端3可以是读/写装置，是整个设备信息控制和处理的中心。在设备工作时，由读写终端3及天线2在一个区域内发送射频能量形成电磁场，区域的大小取决于发射功率；在天线2覆盖区域内的rfid标签1被触发，发送存储在其中的数据，或根据读写终端3的指令修改存储在其中的数据，并能通过接口与计算机网络进行通信。
27.本实用新型结合rfid标签1的无线身份识别功能，将其封装于电网基建施工设备材料组件中，实现可追溯的质量责任制管理，并利用rfid标签1的无源特征，将基建领域应用的质量管控功能随工程移交运维管理，实现全寿命周期应用。
28.本实用新型利用封装在螺栓上的rfid标签1，进行输电线路工程中的地脚螺栓标识，螺栓上rfid标签1的封装在地脚螺栓制造过程中加工而成，保证了基础施工完成后，不经测量，就能获知、识别不同杆塔地脚螺栓的型号，在基础施工工序完成，转入杆塔组立工序前，通过对螺栓上rfid标签1进行适配识别，将拟安装的螺母型号的标识相互印证校核，一一对应，降低地脚螺栓不适配，导致的错装风险。
29.优选的，封装于所述电气设备上的rfid标签1内嵌设有无线无源温度传感器。其中，所述电气设备包括线缆、隔离开关、断路器、汇控柜和端子箱。
30.电气设备的发热及局部温度异常往往与设备制造、安装质量密切相关，本实用新型在隔离开关、断路器、汇控柜和端子箱等电气设备上的rfid标签1内嵌设无线无源温度传感器，通过投运后质保期内的温度监测，可实现异常提早发现消缺，管控电网基建工程安装质量，并根据rfid标签1信息追溯质量责任个体；目前配置有加热设备的汇控柜、端子箱等电气设备的温度控制策略较为粗放，普遍通过人为开启温控器进行温度控制，本实用新型在rfid标签1内设置无线无源温度传感器，结合天线2及读写终端3，可实现温度监测及温度采集分析，实施精准控制，减少人员劳动投入，并汇总温度控制结论，校验工程暖通设计成果，解决现有设备温度监测系统存在的精度不高、实施复杂、成本较高等问题，使得工作人员可以读取各测点的温度，并且可以随时处理由于温度过高而可能产生的事故，对系统的安全运行提供了保障。
31.优选的，所述线缆包括电力电缆4、控制电缆和光缆。
32.电网基建过程中的电力电缆4、控制电缆、光缆等线缆普遍集中敷设摆放于电缆沟道，施工工艺要求于各类线缆起止端标记电缆信息，电缆沟道内的线缆标记未做要求，实际运维场景下，经常有需要确定电缆沟道中部分电缆的起止信息，通过敷设线缆同时将具有唯一身份信息的rfid标签1安装于线缆上实现电力电缆4、控制电缆全路径可识别，安装质量可追溯。
33.优选的，所述预制混凝土包括预制电缆盖板、预制散水和预制电缆沟。
34.为控制工程质量，大量土建施工采用预制构件，预制电缆盖板、预制散水、预制电缆沟等构件安装，部分预制混凝土构件体积较大，堆场面积较大，查找难度也较大，预制混凝土构件应用到具体工程后，生产关键信息难以溯源，本实用新型结合射频识别技术的特点，通过在预制混凝土构件中植入rfid标签1，对预制混凝土构件进行实时监控，记录生产过程中关键工序的数据，做到从原材料到生产过程，再到实际应用全生命周期的监控，提高预制混凝土构件的质量及管理水平。
35.优选的，所述电网基建施工设备材料组件还包括其他各混凝土构件和钢筋，所述混凝土构件内部和钢筋表面装有rfid标签1。
36.本实用新型利用rfid技术实现混凝土和钢筋的质量检测监控，保证建筑物的最终质量和安全性，通过在混凝土内部和钢筋表面植入rfid标签1，从施工现场到第三方检测单位全过程进行追踪和动态监管，以规范建筑材料质量监管过程中的公正性和真实性。现存的质量追踪系统仅仅覆盖了施工单位、监理单位及第三方检测机构，将来需要利用rfid技术与生产单位进行联动，从材料的生产开始进行质量追溯，例如将同条件养护混凝土试块埋入rfid标签1进行可追溯的质量管控，实现包括生产、运输、仓储、交易到施工完成及运营阶段的整个供应链的全程记录，为存在纰漏的环节预警，为控制整个工程质量产生巨大的经济效益和社会效益。将具有自动识别的rfid标签1运用于建筑构件的生产，在生产制造过程中实现构件和材料信息的实时追踪和可视化，从而将信息及时反馈。在预制构件生产时，在同一类构件的同一固定位置置入rfid标签1，方便在物流运输、施工安装和运维阶段中识别和获取构件信息。rfid标签1可以随时跟踪构件的制作、运输和安装情况，也能为建筑的运营维护做好准备。在生产阶段，构件都可以埋入rfid标签作为构件的“身份证”，标签含有构件几何信息、材料种类、质量检验、安装位置、所处状态等信息。工作人员用手持终端扫构件rfid标签1，可以立即对构件信息进行获知，就能够通过智能识别技术将建筑构件转化为智能建筑构件，结构构件安装前，施工人员对照图纸中的工作区域和构件的信息，通过扫实际构件上的rfid标签1迅速的找到对应的构件，把构件吊装到正确的安装区域。结构构件安装的过程中，施工人员使用手持终端即手持式rfid阅读器获得构件的安装位置，减少因构件外观相似而安装错误，并可根据rfid标签1信息实现质量责任追溯。
37.由于电网基建工程的特殊性，rfid标签1普遍运行于金属表面或在有电磁干扰的环境中，为避免rfid的识别可靠性问题，就要首先解决rfid的抗金属性及电子干扰问题。因为金属表面本身的导电特性，薄的rfid标签1如果直接黏附在金属表面，根据镜像原理，rfid标签1和天线2可能无法辐射，rfid标签1也就没有办法完成正常的信息读写和传输工作。因此，针对在金属表面使用的情况，需要一些独特的设计才能使电子标签能够正常工作。根据电子标签在金属表面和非金属表面所表现出来的特性的不同，可以将在金属表面工作的电子标签分为抗金属型电子标签和金属型电子标签，抗金属型电子标签是指既可以
在金属表面上使用，也可以在非金属表面使用，并且在这两种不同的表面上标签的性能没有较大差异，为避免rfid在金属表面应用性能差异，优选的，本实用新型的rfid标签1统一采用抗金属rfid标签1，高介电常数的工程陶瓷材料如氧化铝陶瓷等，根据工程需要，相对介电常数较高，适用于电网基建领域。
38.至于变电站电磁环境的复杂性对于rfid性能的影响，可通过超高频rfid的应用而规避，常见的工频50hz频率较低，在故障等特殊情况下，例如局部放电时，变电站电磁波评率也低于100mhz，低于超高频rfid频率范围，因此，优选的，本实用新型的rfid标签1采用超高频rfid标签1。
39.应用在断路器、隔离开关及线缆终端，汇控柜等场景的无线无源温度传感器，采用嵌入式超高频rfid温度传感芯片技术，将无线无源温度传感器与rfid标签1中的rfid芯片结合在一起，利用空间耦合原理，通过读写终端3和前端温度检测系统来实现温度信息的读取和写入，信息实时上传到终端系统。采用iso18000c标准通讯规约，温度误差不超过5℃，工作频率在915mhz左右，超高频的频率范围避免了设备局放电产生的高频信号混杂，能保持较高灵敏度，较之采用设备运行后感应出的电能供电的传感器，无安装位置的限定，在进行抗金属封装后具有较好的耐高温、震动抗干扰能力，读取距离随着天线2功率的提升可以达到10米左右。
40.无线无源温度传感器在rfid标签1中的嵌入式设置，解决了运行信息无法实时掌握的难题，实现温度在线监测和各项信息的存储及调用，为安全运行提供技术支撑。
41.本实用新型所涉及的基于rfid技术的电网基建工程质量管控设备属于一种在线监测设备，综合采用了嵌入式技术、无线射频识别技术、以及无线通信技术，通过研发前端温度检测系统，将无线无源温度传感器嵌入标准超高频rfid标签1里，在同一芯片内集成了温度传感器和无源射频识别芯片，在完全不影响设备绝缘性能的前提下，实现了温度传感测量装置智能化、小型化、低成本、低能耗，将温度信息发送给读写终端3对电缆的温度进行实时监测。
42.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。