混凝土中钢筋腐蚀在线监测技术研究

作     者：张耀超 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡志忠

授予年度：2010年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0835[工学-软件工程] 081002[工学-信号与信息处理] 

主      题：钢筋腐蚀监测 无源无引线传感器 谐振频率 无线传感网络 DDS 无线收发 

摘      要：混凝土中的钢筋腐蚀监测对基础设施的耐久性评定和剩余寿命预测具有重要意义。本文以Texas大学Matthew等人提出的将钢筋等效物监测与射频技术结合的方案为基础,设计了钢筋腐蚀在线监测系统。 首先,设计了钢筋腐蚀在线监测系统的总体方案。确定采用基于电磁耦合的无源无引线的钢筋腐蚀检测方式;对钢筋腐蚀检测的工作原理进行详细阐述,确定了其低成本实现的可行性;通过比较最终选择了以MSP430为主控制芯片的外部电路方案,并将星状拓扑结构以及FDMA和CSMA/CA混合的协议作为本系统中无线传感器网络的拓扑结构和MAC协议。 其次,设计了钢筋腐蚀在线监测系统的硬件部分。通过PSPICE仿真验证,确定了传感器的参数;设计了DDS扫频信号发生、峰值检波、无线收发、数字控制部分以及汇聚节点等电路。 再次,设计了钢筋腐蚀在线监测系统的软件部分。对普通节点进行软件设计,包括外部电路各功能模块的软件实现以及普通节点与汇聚节点之间的通信协议实现等,同时对普通节点的低功耗实现进行了初步的研究;然后对汇聚节点进行软件设计,包括无线通信及CSMA/CA协议的实现;最后,对钢筋腐蚀在线监测系统进行测试。确定了传感器的最终参数,并结合外部电路对系统的性能进行测试验证,测试结果表明,无源无引线传感器满足系统要求,钢筋腐蚀在线监测系统能够满足低成本的工程实现。