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　　智能識(shí)別(RFID)是Radio Frequency Identification的縮寫(xiě)，即射頻識(shí)別。常稱(chēng)為感應(yīng)式電子晶片或近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子標(biāo)簽、電子條碼等等。一套完整 RFID系統(tǒng)由 Reader 與 Transponder 兩部份組成，其動(dòng)作原理為由 Reader 發(fā)射一特定頻率的無(wú)線電波能量給Transponder，用以驅(qū)動(dòng)Transponder電路將內(nèi)部之ID Code送出，此時(shí)Reader便接收此ID Code。 Transponder的特殊在于免用電池、免接觸、免刷卡、不怕臟污，且晶片密碼為世界唯一無(wú)法復(fù)制，安全性高、長(zhǎng)壽命。最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成：標(biāo)簽(Tag)：由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象的所有信息；閱讀器(Reader)：讀取（有時(shí)還可以寫(xiě)入）標(biāo)簽設(shè)備的信息，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式；天線(Antenna)或電纜：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。RFID的應(yīng)用非常廣泛，目前典型應(yīng)用有銀行卡片、汽車(chē)防盜器、門(mén)禁管制、停車(chē)場(chǎng)管制、生產(chǎn)線自動(dòng)化、物料管理等。RFID標(biāo)簽有兩種：有源標(biāo)簽和無(wú)源標(biāo)簽。大壩安全監(jiān)測(cè)智能識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用的是有源標(biāo)簽和無(wú)源標(biāo)簽。

1簡(jiǎn)介

摘要：智能識(shí)別傳感器的出現(xiàn)是大壩監(jiān)測(cè)技術(shù)的一次革命，將對(duì)儀器的設(shè)計(jì)和制造提出新的要求，同時(shí)給儀器的使用方式帶來(lái)了根本的改變。智能識(shí)別傳感器內(nèi)存有儀器的各項(xiàng)參數(shù)及編號(hào)，并可植入安裝人員、安裝時(shí)間、安裝部位、安裝環(huán)境，基準(zhǔn)值等信息，采集時(shí)與讀取系統(tǒng)自動(dòng)交互，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)工作的無(wú)紙化，方便數(shù)據(jù)的快速查詢(xún)統(tǒng)計(jì)計(jì)算。關(guān)鍵詞：智能傳感器；智能識(shí)別技術(shù)；電子標(biāo)簽ETC；識(shí)別芯片；傳感器系數(shù) Title：Dam monitoring sensor based on the intelligent identification technology. Abstract: The appearance of intelligent identification sensors is a revolution of dam monitoring technology, which not only raises new requirements for the design and manufacture of the instruments, but also brings revolutionary ways in the usage. Within the intelligent identification sensors, the sensor numbers and sorts of parameters are stored. In addition, the information such as installation persons, installation time, installation parts, installation environment and the reference values can also be embedded in the sensors. At the time of data collection, the sensors can interact with the reading out system automatically to realize paperless monitoring and measurement, and facilitate the fast querying, analyzing, and calculating of data. Key words:intelligent sensor, intelligent identification technology, electronic tag ETC, identification chip, sensor parameters. 傳感器技術(shù)、^[1] 現(xiàn)代通信技術(shù)^[2] 與計(jì)算機(jī)技術(shù)^[3] 是構(gòu)成現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)，它們分別完成對(duì)被測(cè)量的信息感知、信息傳輸及信息處理，是當(dāng)代科學(xué)發(fā)展的重要標(biāo)志^[4] 。隨著加工工藝逐步成熟，新型敏感材料不斷出現(xiàn)，尤其是計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的滲入，人們把微處理器和傳感器相結(jié)合，開(kāi)發(fā)出具備一定數(shù)據(jù)處理能力，并能自檢、自校、自補(bǔ)償?shù)男乱淮鷤鞲衅?mdash;—“智能傳感器”。智能傳感器的出現(xiàn)是傳感器技術(shù)的一次革命，對(duì)傳感器的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。智能識(shí)別技術(shù)在我們?nèi)粘Ｉ钪幸央S處可見(jiàn)，如身份證、銀行卡、商品識(shí)別碼、火車(chē)票公交卡、水電費(fèi)自報(bào)收取等都大量使用了身份識(shí)別技術(shù)^[5] 。在高速公路收費(fèi)站汽車(chē)過(guò)站收費(fèi)采用人工操作方式是：過(guò)往車(chē)輛停車(chē)?yán)U費(fèi)，收費(fèi)員需要判斷過(guò)往車(chē)輛的車(chē)型及收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，并讀卡和收費(fèi)找零工作。這導(dǎo)致過(guò)站時(shí)間長(zhǎng)，在交通高峰期堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重，時(shí)常因不能識(shí)別車(chē)輛是否或如何收費(fèi)而扯皮。隨著智能識(shí)別技術(shù)應(yīng)用在車(chē)輛計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中(車(chē)載電子標(biāo)簽ETC)，可以在不停車(chē)的情況下在高速公路收費(fèi)站快速通過(guò)自動(dòng)計(jì)費(fèi)^[5] 。當(dāng)裝有無(wú)線智能識(shí)別模塊的車(chē)輛接近收費(fèi)站時(shí)，無(wú)線智能識(shí)別模塊將本車(chē)輛的繳費(fèi)賬戶(hù)、存款金額、車(chē)輛車(chē)型、車(chē)牌號(hào)碼、進(jìn)路站點(diǎn)等識(shí)別信息發(fā)送給收費(fèi)站智能收費(fèi)系統(tǒng)，收費(fèi)站的攝像機(jī)先對(duì)車(chē)輛的車(chē)牌號(hào)進(jìn)行視頻信息采集識(shí)別，并與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比，兩者一致進(jìn)入收費(fèi)程序。記錄車(chē)輛進(jìn)路站名、進(jìn)站時(shí)間、出站名、出站時(shí)間等信息，并準(zhǔn)確收取相應(yīng)費(fèi)用，同時(shí)將收費(fèi)情況通過(guò)無(wú)線智能識(shí)別系統(tǒng)返回給車(chē)輛。當(dāng)收費(fèi)站與車(chē)輛的識(shí)別系統(tǒng)不一致時(shí)，將進(jìn)入報(bào)警程序，下閘、向下個(gè)收費(fèi)站發(fā)出預(yù)警等方式。智能識(shí)別技術(shù)應(yīng)用在車(chē)輛計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中可有效緩解高速公路收費(fèi)堵車(chē)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守不停車(chē)自動(dòng)繳費(fèi)的工作。大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)融入了電子、機(jī)械、光學(xué)、信息等多行業(yè)，是個(gè)多學(xué)科融合的專(zhuān)業(yè)。由于水電站大壩所處的重要性和應(yīng)用環(huán)境的嚴(yán)酷及不可回收，所以對(duì)安全監(jiān)測(cè)傳感器的要求比其他行業(yè)更高，傳感器必須是另部件少、可靠性高、前端少用電子元器件等。由于所限條件大壩監(jiān)測(cè)傳感器多數(shù)還停留在比較原始的狀態(tài)，僅有將物理量轉(zhuǎn)換為電量的功能。在大量的工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)埋入大壩中的傳感器有3個(gè)致命的弱點(diǎn)：1）現(xiàn)有的傳感器都是通過(guò)電纜傳輸信號(hào)，在工地現(xiàn)場(chǎng)區(qū)分傳感器之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系是依靠電纜尾部的標(biāo)簽，在建壩施工過(guò)程中，施工斷面的變化、大型機(jī)械作業(yè)、人為的損壞都大量造成電纜線的斷裂。多條成束電纜斷裂后將很難判別每根電纜線與之相連的是那一支傳感器，傳感器標(biāo)簽也很容易磨損或丟失，這樣就導(dǎo)致傳感器因參數(shù)不可知(身份不明)而成為廢品。2）工地現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量沿用的是傳統(tǒng)筆寫(xiě)紙記的方式，而測(cè)量?jī)x表中也有自帶存儲(chǔ)的功能，可存儲(chǔ)數(shù)據(jù)都是按時(shí)間排序的，多支傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)又非常近似，即便人工判別也非常困難，沒(méi)有智能識(shí)別的測(cè)量?jī)x表的存貯和通訊功能只能是個(gè)擺設(shè)。3）大型的水電站的建設(shè)施工期都比較長(zhǎng)達(dá)十多年以上，儀器安裝的數(shù)量多、品種多、部位復(fù)雜。儀器的生產(chǎn)廠家、安裝人員、安裝時(shí)間、安裝部位、儀器類(lèi)型、儀器名稱(chēng)、儀器編號(hào)、儀器系數(shù)以及儀器基準(zhǔn)值等原始資料，可能會(huì)隨著時(shí)間的推移、安裝記錄人員的流動(dòng)很難追溯，對(duì)日后數(shù)據(jù)整理解析大壩運(yùn)行狀態(tài)帶來(lái)不便。

2智能識(shí)別傳感器

大壩監(jiān)測(cè)傳感器智能識(shí)別技術(shù)就是將傳感器的儀器名稱(chēng)、儀器類(lèi)型、出廠編號(hào)、標(biāo)定系數(shù)、溫度修正系數(shù)等參數(shù)寫(xiě)進(jìn)智能識(shí)別芯片，相當(dāng)每個(gè)傳感器都攜帶有電子身份證^[5] 。附有智能識(shí)別功能的讀取系統(tǒng)在測(cè)量時(shí)，首先讀取智能識(shí)別芯片內(nèi)的信息，當(dāng)需要存貯測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)是自動(dòng)排列在傳感器的編號(hào)及系數(shù)后。這樣測(cè)量數(shù)據(jù)不管存貯在讀數(shù)儀中或傳輸給計(jì)算機(jī)永遠(yuǎn)不會(huì)混亂，測(cè)量時(shí)也不需要再另記錄電纜上的傳感器編號(hào)，只要將測(cè)量數(shù)據(jù)存入讀數(shù)儀就一定與本支傳感器是對(duì)應(yīng)的。如遇多支傳感器電纜被剪斷，只要將每支傳感器測(cè)量一遍，就自動(dòng)識(shí)別出了每支傳感器所對(duì)應(yīng)編號(hào)。

3研制技術(shù)要點(diǎn)

智能識(shí)別傳感器有4部分組成：傳感器本體及密封系統(tǒng)部件、物理量轉(zhuǎn)換為電量的敏感元件、智能識(shí)別電路、信號(hào)傳輸部件。傳感器本體及密封系統(tǒng)部件、物理量轉(zhuǎn)換為電量的敏感元件及信號(hào)傳輸部件在長(zhǎng)期的生產(chǎn)使用過(guò)程中已經(jīng)非常成熟，智能識(shí)別傳感器就是在原有傳感器中加裝智能識(shí)別電路。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)已有的智能識(shí)別傳感器在信號(hào)讀取中需要2芯電纜，加上原有的物理量轉(zhuǎn)換為電量的信號(hào)電纜需要6(振弦式) 芯或7(差阻式)芯電纜線才能滿(mǎn)足其信號(hào)的讀取；通用的識(shí)別電路復(fù)雜，線路板大無(wú)法植入現(xiàn)有傳感器狹小的空間，信號(hào)電纜傳輸距離近等問(wèn)題，智能識(shí)別技術(shù)要用在大壩監(jiān)測(cè)傳感器上必須解決以上問(wèn)題。

3.1線纜芯數(shù)不變

智能識(shí)別傳感器必須使原有的測(cè)量線纜芯數(shù)不變，因?yàn)樵S多工程在土建施工中都大量預(yù)埋了電纜，如果電纜芯數(shù)不對(duì)應(yīng)，將需要重新敷設(shè)電纜增大成本。葛南公司研制的智能識(shí)別電路并接在傳感器的溫度電阻上，所以讀取時(shí)與溫度測(cè)量共用兩芯線，解決了智能識(shí)別芯片讀取需要多加電纜芯數(shù)的問(wèn)題。

3.2識(shí)別電路可靠性

大壩監(jiān)測(cè)傳感器設(shè)計(jì)必須遵循組成部件在滿(mǎn)足其使用性能的條件下元器件和機(jī)械另件越少越可靠的原則，葛南公司研制的傳感器智能識(shí)別電路專(zhuān)為植入小巧傳感器而設(shè)計(jì)的，面積大小約為0.4平方厘米，電路大量減化了外部元件的數(shù)量，提高了識(shí)別電路的可靠性。智能識(shí)別電路圖1。 Fig. 1 Read/Writecircuit schematic diagram ofintelligent identification 圖1智能識(shí)別讀寫(xiě)電路原理圖.

3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

智能識(shí)別電路采用進(jìn)口芯片綁定，讀寫(xiě)次數(shù)≥100000次，可植入儀器名稱(chēng)、儀器類(lèi)型、出廠編號(hào)、標(biāo)定系數(shù)、溫度修正系數(shù)等參數(shù)，植入數(shù)據(jù)可保存時(shí)間≥10年，可在惡劣的環(huán)境中使用，數(shù)據(jù)讀取穩(wěn)定不丟失，滿(mǎn)足大壩長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的使用要求。

3.4 連續(xù)識(shí)別

智能識(shí)別芯片喚醒時(shí)間≤3ms，寫(xiě)讀間隔≤8ms，可進(jìn)行單次識(shí)別、連續(xù)識(shí)別，解決了自動(dòng)或手動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)讀取時(shí)快速切換的問(wèn)題。

3.5 電纜距離長(zhǎng)

特設(shè)的寄存器對(duì)前端儀器參數(shù)進(jìn)行控制，使得每一次應(yīng)用的讀取距離最大化。由于有專(zhuān)設(shè)的讀取程序(下行鏈路，從讀取器到智能識(shí)別芯片)，讀取距離達(dá)到800米以上，基本滿(mǎn)足大型水電工程傳感器長(zhǎng)電纜傳輸?shù)囊蟆?

3.5 可重復(fù)寫(xiě)入

用戶(hù)可以將自己重新檢驗(yàn)的傳感器標(biāo)定系數(shù)、溫度修正系數(shù)以及設(shè)計(jì)編號(hào)等寫(xiě)入智能識(shí)別芯片，有效解決了一次寫(xiě)入無(wú)法修改的問(wèn)題，方便用戶(hù)隨時(shí)更新儀器參數(shù)，提高了智能識(shí)別功能的使用交互性。

4智能識(shí)別讀取系統(tǒng)

智能識(shí)別采集系統(tǒng)就是在原有采集系統(tǒng)中增加讀取識(shí)別芯片中的傳感器各項(xiàng)參數(shù)及編號(hào)的功能，將讀取到的傳感器參數(shù)及識(shí)別出的傳感器類(lèi)型進(jìn)行公式對(duì)應(yīng)，并根據(jù)該傳感器的各項(xiàng)參數(shù)、對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式、傳感器輸出的電量直接可以計(jì)算出實(shí)際物理工程值。

4.1讀取識(shí)別芯片

智能識(shí)別采集系統(tǒng)在單支儀器逐個(gè)測(cè)量時(shí)，首先讀取智能傳感器識(shí)別芯片內(nèi)傳感器的各項(xiàng)參數(shù)及編號(hào)。智能識(shí)別振弦讀數(shù)儀測(cè)量顯示如圖2：A為存貯單元、0048為序號(hào)、SA5121為傳感器類(lèi)型及編號(hào)、2008/10/18 10:28為日期和時(shí)間、K=0.4897με/F為傳感器的標(biāo)定系數(shù)、b=13.5με/℃為傳感器的溫度修正系數(shù)、【【】為讀數(shù)儀的在線電壓、200-4840F為掃頻激勵(lì)范圍、4500.5F為被測(cè)傳感器的頻率摸數(shù)值、R=3k為被測(cè)傳感器溫度計(jì)的類(lèi)型、25.5℃為被測(cè)傳感器的溫度值。 Fig.2Display interface of the intelligent identification vibrating wire readoutinstrument. 圖2智能識(shí)別振弦讀數(shù)儀的顯示界面智能識(shí)別讀數(shù)儀在連接自動(dòng)或手動(dòng)集線箱快速切換時(shí)可以設(shè)置連續(xù)快速識(shí)別，其讀寫(xiě)間隔≤8ms的反應(yīng)速度完全可以滿(mǎn)足要求。

4.2 快速查詢(xún)

智能識(shí)別采集系統(tǒng)在存貯測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)數(shù)據(jù)是自動(dòng)排列在傳感器的編號(hào)及系數(shù)后，與計(jì)算機(jī)通信后數(shù)據(jù)排列為：存貯單元及序號(hào)、儀器名稱(chēng)、儀器編號(hào)、標(biāo)定系數(shù)、系數(shù)單位、溫度修正系數(shù)、存貯日期及時(shí)間、頻率模數(shù)值、頻率值、溫度值(如圖3)，這樣排列測(cè)量數(shù)據(jù)不管存貯在智能識(shí)別讀數(shù)儀中或傳輸給計(jì)算機(jī)永遠(yuǎn)不會(huì)混亂，在大壩監(jiān)測(cè)海量的數(shù)據(jù)中分析時(shí)可以任意按儀器名稱(chēng)、儀器編號(hào)、最小讀數(shù)b···進(jìn)行排序并查詢(xún)，節(jié)約了查詢(xún)的時(shí)間，解決了因數(shù)據(jù)量過(guò)大無(wú)法快速排序查詢(xún)的難題。智能識(shí)別采集系統(tǒng)可以判別出儀器類(lèi)型，如：P08320為滲壓計(jì)，SA7300為150mm標(biāo)距的應(yīng)變計(jì)，RF0091為配筋25mm的鋼筋計(jì)(該鋼筋計(jì)溫度修正系數(shù)為0)··· ，并自動(dòng)將判別出的儀器顯示在儀器名稱(chēng)欄里，讓觀測(cè)人員一目了然，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)排序的智能化。 Fig.3Snapshot shown in the computer of the data collected from the intelligentidentification readout instrument. 圖3智能識(shí)別讀數(shù)儀存貯數(shù)據(jù)上傳計(jì)算機(jī)排列截屏

4.3 統(tǒng)計(jì)計(jì)算

智能識(shí)別采集系統(tǒng)先讀取識(shí)別芯片中的傳感器參數(shù)及編號(hào)，即可根據(jù)識(shí)別到的傳感器類(lèi)型調(diào)用與其對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式，根據(jù)傳感器參數(shù)、計(jì)算公式、傳感器測(cè)出的電量直接計(jì)算出實(shí)際物理工程值。測(cè)斜儀智能識(shí)別讀數(shù)儀測(cè)量顯示如圖4：29-X001為編號(hào)29號(hào)測(cè)孔-X方向第一個(gè)測(cè)點(diǎn)，GN6158為測(cè)斜儀的編號(hào)；99.5m為在測(cè)點(diǎn)高程孔深米數(shù)；+X +145.05mm為+X方向測(cè)值經(jīng)計(jì)算后的位移量，單位為mm；-X -148.05mm為-X方向測(cè)值經(jīng)計(jì)算后的位移量，單位為mm；-/2=+146.55mm為測(cè)量值差的一半，有效位移值；+/2=-1.5mm為測(cè)量值和的一半，理論鉛垂線值。由下至上進(jìn)行測(cè)量，每按一次線控開(kāi)關(guān)(或存貯鍵)當(dāng)前測(cè)量數(shù)據(jù)存貯一次，同時(shí)孔深遞減一個(gè)設(shè)定的測(cè)量標(biāo)距，存貯器序號(hào)加1(測(cè)點(diǎn)數(shù))。將讀數(shù)儀存儲(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)位移值數(shù)據(jù)繪制管形圖，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量工作無(wú)紙化，也方便測(cè)量數(shù)據(jù)的快速查詢(xún)統(tǒng)計(jì)計(jì)算。 Fig.4Display interface of the intelligent identification inclinometer readoutinstrument .圖4智能識(shí)別測(cè)斜儀讀數(shù)儀的顯示界面大壩監(jiān)測(cè)儀器使用智能識(shí)別系統(tǒng)技術(shù)后，已在全國(guó)葛南幾百個(gè)實(shí)際工程中使用，得到了現(xiàn)場(chǎng)使用人員的肯定和好評(píng)，解決了用戶(hù)在測(cè)量時(shí)因測(cè)量數(shù)據(jù)不能隨意快速存貯，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化操作的困難，給大壩監(jiān)測(cè)儀器的使用方式帶來(lái)了根本的變革。

5結(jié)語(yǔ)

大壩及巖土工程監(jiān)測(cè)儀器大多都使用在國(guó)計(jì)民生的大型重點(diǎn)工程上，要使測(cè)量工作真正做到無(wú)紙化的快速測(cè)量存貯，減輕測(cè)量人員的負(fù)擔(dān)和減少記錄失誤，使用傳感器智能識(shí)別技術(shù)將是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。采用智能識(shí)別技術(shù)的傳感器，可以省去大量的人工操作，解決了因傳感器標(biāo)簽?zāi)p、丟失、電纜被剪斷導(dǎo)致傳感器因參數(shù)不可知、身份不明而成為廢品的難題。隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大量應(yīng)用到傳感器中，加快了智能傳感器的發(fā)展和普及，這將會(huì)是大壩監(jiān)測(cè)技術(shù)的一次革命。

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大壩監(jiān)測(cè)智能識(shí)別系統(tǒng)

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