[发明专利]基于NB-IoT的无线位移传感器及系统

说明书

本发明公开了一种基于NB‑IoT的无线位移传感器，包括位移计，位移计采集位移数据后送至小信号放大模块，小信号放大模块对位移数据进行放大，然后将放大后的位移数据发送至MCU核心板，MCU核心板用于对位移数据进行存储、对位移计的采集频率进行控制以及与NB‑IoT模块进行通信。本发明还公开了采用该传感器的系统。本发明低功耗、低成本、高精度。

技术领域

本发明涉及基于NB-IoT的无线位移传感器及系统。

背景技术

传统的位移传感器以有线传输为主，其中电阻式即应变电桥原理占绝大部分。其具有高精度、高灵敏度等特点，但是传输距离有限，现场位移传感器布线困难，需配备相应解调设备且后期维护困难，在供电条件不足的环境下难以维持正常工作。同时，若对桥梁或其他基础设施位移变化进行集群监测，将面临巨大现场安装工作量和极高的成本要求。采用无线技术有利于集群、大规模布设位移传感器，且方便数据集中管理。当前无线技术多样，但大部分存在高功耗问题，桥梁等基础设施现场环境复杂，供电困难，高功耗无线传输技术如WiFi，ZigBee，4G等难以满足长期使用要求。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种低功耗、低成本、高精度的基于NB-IoT的无线位移传感器及系统。

技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的基于NB-IoT的无线位移传感器，包括位移计，位移计采集位移数据后送至小信号放大模块，小信号放大模块对位移数据进行放大，然后将放大后的位移数据发送至MCU核心板，MCU核心板用于对位移数据进行存储、对位移计的采集频率进行控制以及与NB-IoT模块进行通信。

进一步，所述位移计包括顶杆式位移传感模块。

采用本发明所述的基于NB-IoT的无线位移传感器的系统，还包括数据管理模块，NB-IoT模块与数据管理模块进行通信。

进一步，所述数据管理模块对NB-IoT模块发送来的位移数据进行实时接收和存储，对可能出现的数据丢失情况建立数据恢复算法；通过固定数据长度的检测，对当前数据长度内的数据总数和时间点进行检测：如果发现数据总数少于固定长度或者时间点存在跳跃、缺失的情况，则判定该段数据存在丢失，依据数据随机丢失和连续丢失这两种情况，通过压缩感知理论，对位移数据通过稀疏变换向量进行表示。

进一步，所述数据管理模块采用以下方法对缺失数据进行恢复重构：

S1：构造测量矩阵φ：

φ∈R^M×N (1)

式(1)中，测量矩阵φ的对角线元素为1，其他元素为0；M为缺失数据数量，N为完整数据数量；

S2：通过已有数据样本，构造过完备字典，使得数据样本各段数据能够实现式(2)的表示：

y＝Dx (2)

式(2)中，y为数据样本的某段数据，D为过完备字典，x为对y的稀疏表示向量；

S3：通过以下式子求解出拟预测的完整数据估计，完成缺失数据恢复重构：

式(3)中，为拟预测的完整数据估计，为通过正交匹配算法逐步迭代求解得到的估计值。

进一步，所述步骤S2中，过完备字典通过以下步骤构造：

S2.1：将字典D初始化为已有数据样本构成的矩阵；

S2.2：求解数据样本的某段数据对应的稀疏表示向量x；

s.b.||x||₀≤T₀ (5)