[发明专利]用于监测混凝土中氯离子浓度的无线传感器

说明书

本发明提供了一种用于监测混凝土中氯离子浓度的无线传感器，包括能量采集管理电路、单片机、频射识别标签芯片、嵌入式短截段插槽和U型槽天线、参照电极和工作电极，所述能量采集管理电路包括RF电感、陶瓷微调电容器、低压差稳压器、以及若干个SMS7630零偏置肖特基二极管，所述频射识别标签芯片的内存通过I2C接口被所述单片机访问，所述无线传感器由无线阅读器辐射的能量来为其电路供电，所述嵌入式短截段插槽和U型槽天线与所述射频识别标签芯片相连接，所述能量采集管理电路与所述射频识别标签芯片相连接，所述工作电极为Ag/AgCl二级电极。本发明能够解决射频功率和射频利用率低、设备体积大的问题。

技术领域

本发明涉及氯离子浓度监测技术领域，特别是涉及一种用于监测混凝土中氯离子浓度的无线传感器。

背景技术

目前，传统的监测海洋服役环境下混凝土氯离子浓度方法包括收集不同深度的混凝土粉末样品，然后利用化学分析法量化总氯离子含量。虽然这种方法已经很成熟，但它有侵入性和时间成本限制等缺点。而连续监测探针法是鉴定氯离子浓度的另一种方法，它们需要在浇筑之前嵌入混凝土中，它只能实现氯离子含量的实时测量。使用Ag/AgCl电极测量氯离子含量的方法也引起了人们的极大兴趣。但是，这种方法是不可靠的间歇测量。

近年来，各种无线传感器由于其快速部署和无线功能而广泛用于工业领域。通常，无线传感器利用ZigBee技术，蓝牙和无线局域网来实现无线通信，通常采用这些无线传感器来建立用于环境监测的无线传感器网络，但现有的用于监测混凝土中氯离子浓度的无线传感器，存在射频功率和射频利用率低、设备体积大的问题。

发明内容

鉴于上述状况，本发明提供一种用于监测混凝土中氯离子浓度的无线传感器，以解决射频功率和射频利用率低、设备体积大的问题。

一种用于监测混凝土中氯离子浓度的无线传感器，包括能量采集管理电路、单片机、频射识别标签芯片、嵌入式短截段插槽和U型槽天线、参照电极和工作电极，所述能量采集管理电路包括RF电感、陶瓷微调电容器、低压差稳压器、以及若干个SMS7630零偏置肖特基二极管，所述频射识别标签芯片的内存通过I2C接口被所述单片机访问，所述无线传感器由无线阅读器辐射的能量来为其电路供电，所述嵌入式短截段插槽和U型槽天线与所述射频识别标签芯片相连接，所述能量采集管理电路与所述射频识别标签芯片相连接，所述射频识别标签芯片和所述低压差稳压器分别与所述单片机的接口相连，所述单片机与可提供64kBRAM和12位200ksps的模数转换器连接，所述模数转换器通过导线与预埋在混凝土中的所述参照电极和所述工作电极相连接，所述工作电极为Ag/AgCl二级电极。

根据本发明提供的用于监测混凝土中氯离子浓度的无线传感器，设置了能量采集管理电路，该能量采集管理电路包括RF电感、陶瓷微调电容器、低压差稳压器、以及若干个SMS7630零偏置肖特基二极管，通过能量采集管理电路能够提高射频功率和射频利用率，通过嵌入式短截段插槽和U型槽天线能够减小尺寸，提高穿透性能，通过设置Ag/AgCl二级电极，由金属和金属不溶性盐组成，由于有机氯化物在溶液中的溶解度小，因此可以长期保持电极电位，可以降低解决方案被污染的可能性。结果表明，所提出的无线传感器可以实现16.3米的可靠通信距离，并可以可靠地监测混凝土中的氯离子浓度。

另外，根据本发明上述的用于监测混凝土中氯离子浓度的无线传感器，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步的，所述嵌入式短截段插槽和U型槽天线通过调整横向尺寸Lf1和Lf2的值设置天线阻抗。

进一步的，所述工作电极通过以下方法制备：

首先用防水砂纸打磨银线，所述银线被粘贴在Ag/AgCl糊剂层，然后分别用丙酮、无水乙醇、蒸馏水清洗抛光后的银线，最后采用电化学沉积技术将银线作为阳极，以铂作为阴极，再用一层银胶对银线进行包裹。

进一步的，所述银线的直径为1mm，纯度为99.99％。