吕志刚 范向前 魏荣 方浩楠

摘要：传统的高强混凝土粘度动态测试方法测试准确率较低，测试效率差，为了解决上述问题，基于RFID芯片研究了一种新的高强混凝土粘度动态测试方法，分析改良后的RFID芯片，针对RFID芯片特性探究RFID芯片对高强混凝土粘度动态测试原理，利用内置天线连续发射的无规则无线电波判断高强混凝土的温度与湿度等数据，由集成电路IC将这些数据转化为无线电信号形式传输给远程客户端，通过远程客户端将植入高强混凝土中的RFID芯片进行关闭或者休眠，确定测试结果。实验结果表明，基于RFID芯片的高强混凝土粘度动态测试方法工作效率和测试结果准确率更高。

关键词：RFID芯片;高强混凝土;粘度测试;动态测试

中图分类号：TU30

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2020）06-0148-05

0 引言

随着我国建筑领域的不断发展与进步，高强混凝土在我国建筑行业的各方面得到了广泛的应用。高强混凝土具有许多的优点，主要表现为以下两个方面，首先高强混凝土具有强大的牢固性，在减少结构断面的同时也降低了鋼筋的用量，不但可以降低成本，还可以增加房屋使用面积和有效空间，减少地基负荷[1]。其次高强混凝土还具有致密坚硬的特点，在抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性、抗冲击性等方面都要强于普通的混凝土，因此高强混凝土的应用领域十分的广泛[2]。

高强混凝土虽然给我国的建筑领域提供了诸多的便利，但其对粘度的要求却显得十分苛刻，粘度是决定高强混凝土的好坏的主要因素之一，针对高强混凝土不同的应用领域，对高强混凝土的粘度要求也有所不同，若粘度过高，则有可能造成增加结构断面、无法返工修改、增加成本的情况，若粘度过低，则有可能造成抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性、抗冲击性等不理想的状况，因此能否对高强混凝土的粘度进行检测十分重要，但目前并没有十分有效的方法[3]。

本文通过RFID芯片设计了一种高强混凝土粘度动态测试方法，RFID芯片是一种可以使用射频（RF）信号与阅读器交换的数据的标签，具有一个内置天线和一个集成电路IC，内置天线主要负责发送与接收无线电波，集成电路IC则负责对无线电信号进行处理，本文设计的高强混凝土粘度动态测试方法需要将改良后的RFID芯片植入到高强混凝土中，通过RFID芯片的内置天线和集成电路IC来与外界的智能设备进行无线电波与无线电信号的联系，对高强混凝土粘度进行一种动态测试，进而达到测试高强混凝土粘度的目的[4]。

1 基于RFID芯片的高强混凝土粘度动态测试原理

RFID芯片具有很多的类型，由于本文研究的方法需要对高强混凝土粘度动态进行测试，所以需要对传统的RFID芯片进行相对应的改良[5]。

1.1 RFID芯片的改良

受高强混凝土的因素的影响，在把RFID芯片植入到高强混凝土后，将无法再将RFID芯片取出来，因此我们需要让改良后的RFID芯片满足以下需求：

1） RFID芯片需要满足体积足够小且成本低廉的要求，因为植入的RFID芯片不能对未来高强混凝土的应用造成影响且该芯片为一次性产物。

2） RFID芯片需要满足自己提供能源的要求，即需要安装微型储能电池且续航能力要求较高。

3）需要有强大的保护设备即RFID芯片在测试的过程中不能出现损坏的情况，且在测试的过程中需要保证信号的流畅性与准确性[6]。经过设计改良后的RFID芯片如图l所示。

改良后的RFID芯片在原来的基础上增加了保护措施且具有信号加强的功能，微型储能电池价格低廉且足够满足续航的要求，而在RFID芯片完成相关工作后，会受远程客户端的影响可以进行自动休眠状态，不会对未来高强混凝土的应用造成影响[7]。

1.2 RFID芯片对高强混凝土粘度动态测试原理

在RFID芯片植入到高强混凝土之前，相关工作人员需要将RFID芯片与远程客户端即电脑控制设备进行相关连接，进而保证无线电波与无线信号的正常传输，由于高强混凝土受粘度的影响整体状态会存在一定的变化，所以高强混凝土的状态不是固定不变的，本文称之为粘度动态，而本文设计的方法则是通过RFID芯片来测试高强混凝土的粘度动态进而达到测试高强混凝土粘度的目的[8]。

当RFID芯片植入到高强混凝土后，RFID芯片的内置天线会自动向外发射无线电波，由于高强混凝土颗粒之间都存在着一定的间隙，所以内置天线自动发射的无线电波会自由的在这些间隙中进行传递与碰撞，经过多次的传递与碰撞后，这些无线电波最终会逐渐的回到RFID芯片的无线电波接收器当中，接收器会对这些无线电波发送与接收的时间间隔进行记录并将这些记录转化为数据传输到RFID芯片的集成电路IC中，而集成电路IC则会将这些数据转化为电信号的形式传输给远程客户端进而达到对高强混凝土粘度动态进行测试的目的[9]。RFID芯片的具体工作流程图如图2所示。

高强混凝土颗粒之间间隙的大小对高强混凝土粘度动态起着决定性的作用，若高强混凝土颗粒之间间隙过大即高强混凝土的粘度动态过低，则同一无线电波传递与碰撞的空间会更大，所以发送与接收的时间间隔会变长，同理，若高强混凝土颗粒之间间隙过小即高强混凝土的粘度动态过高，则同一无线电波传递与碰撞的空间会变得很小，发送与接收的时间间隔也会随之变短[10]。

2 RFID对高强混凝土粘度动态的测试

在将RFID芯片植入到高强混凝土前，相关工作人员可以根据不同的建筑情况对高强混凝土设立粘度要求即高强混凝土粘度动态标准，这一标准中所包含的数据可以设为数据组A，这一数据组A会在远程客户端的电脑设备中进行保存，以便和未来通过RFID芯片测试得到的数据进行对比参照[11]。

RFID芯片植入到高强混凝土后，内置天线会连续发射无规则无线电波，这些电波受频率影响都存在着些许差异，具有独特性，而且在高强混凝土中碰撞传递时其特有的频率不会发生改变，这也为未来时间间隔的记录提供了诸多的便利，可以将内置天线发射的这些无线电波归纳为一个大集合B，这个大集合中包含着内置天线发射的所有无线电波即b1，b2……bn，内置天线在发射这些无线电波的同时会对这些无线电波进行拷贝并将拷贝的集合信息交给RFID芯片的接收器以便对每一个无线电波完成相对应的接收，虽然无线电波在高强混凝土间隙中传递与碰撞时，其特有的频率不会发生改变，但也存在着被高强混凝土破坏与吸收削弱的可能，所以当这些无线电波被RFID芯片的接收器接收时，需要通过相关公式来进行计算验证：

其中b为每个独特的无线电波，hz则是每个无线电波特有的专属频率，t即为每个无线电波从发射到接收的间隔时间，C则为无线电波可接受的正常范围标准值，若将这些参数带人到上述公式后满足结果等于C，则说明这些无线电波并没有受到高强混凝土的影响，所获得的t即时间间隔可作为高强混凝土粘度动态测试参照[12]。该过程的具体流程图如图3所示。

在RFID芯片的接收器完所有的无线电波后，会将所有合格的时间间隔t归纳为集合T，该集合T会由RFID芯片的接收器传输到RFID芯片的集成电路IC中。集成电路IC是RFID芯片的一个重要结构，该结构除了会对间隔时间集合T进行接收，还会对高强混凝土的温度与湿度进行实时采集，因为温度与湿度这些环境因素也是影响高强混凝土粘度动态的重要因素，所有对这些环境因素进行采集是不可或缺的，当对这些数据都进行完全采集后，集成电路IC会将这些数据转化为无线电信号的形式传输给远程客户端[13]。在转化的过程中需要应用公式（2）来进行计算：

其中L与W分别为集成电路IC采集到的高强混凝土温度与湿度的信息，Z即为间隔时间T、温度L、湿度W转化而成的电信号。虽然集成电路会对间隔时间T这一主观因素和温度L、湿度W这两个客观因素进行整合得到数据组Z，但在发送的过程中还是需要分开以便对主客观因素进行区分的，集成电路IC对远程客户端发送的无线电信号具体如图4所示。

虽然对于无线电信号来说dB/m值越趋近于0值则表明无线电信号越好，但由于电信号中存在着大量的数据，所以集成电路IC所发送的无线电信号会存在着一定的波动，根据上图可知客观因素的无线电信号dB/m值大于主观因素的无线电信号dB/m值，这是由于受RFID芯片自身结构限制所造成的，而且时间间隔集合T才是测试高强混凝土粘度动态的主要因素，客观因素即温度L与湿度T虽然不可忽略，但对本文设计方法所要达到的目的影响不大，因此相对要求较低[14]。

当远程客户端接收到集成电路IC所发送的无线电信号后，会将这些电信号再次转化为数据Z的形式，再应用公式（3）来对数据Z进行计算，进而得到最终的数据组X：

接下来需要相关工作人员将数据组A即标准参照数据组与最终得到的数据组X进行对比，若A大于X，则说明高强混凝土粘度动态过低即需要增强高强混凝土的粘度，同理，若A小于X则说明高强混凝土粘度动态过高即需要降低高强混凝土的粘度，当得到最终的测试结果后，可通过远程客户端将植入高强混凝土中的RFID芯片进行关闭或者休眠，以便保证在高强混凝土没有达到需要标准之前可以对RFID芯片进行重复使用进而达到最终的目的[15]。

本文研究的高强混凝土粘度动态测试整体方法所应用设备的具体模拟概念图如图5所示。

3 实验研究

3.1 实验目的

为检测本文研究方法的应用性，特设立对比实验，与传统的高强混凝土粘度动态测试方法分别对多组高强混凝土粘度动态进行测试，比较二者对高强混凝土粘度动态测试的准确性与高效性。

3.2 实验参数

为完成上述对比实验，可列实验参数如表1所示。

3.3 实验结果与分析

根据上述实验参数可以得到应用本文设计的RFID芯片高强混凝土粘度动态测试方法与传统的测试方法对多组高强混凝土粘度动态测试的准确性对比图如图6所示。

根据上图可知在应用本文研究的测试方法与传统的测试方法对多组高强混凝土粘度动态进行测试的过程中，应用本文研究的测试方法测试的准确率远高于传统方法测试的准确率，这一结果与本文研究的测试方法中经改良后的RFID芯片的加入密不可分，本文研究的测试方法不但将主观因素进行明细的记录，还将客观因素考虑到了其中，因此最终测试的准确率远高于传统方法测试的准确率。

根据上述实验参数可得到在相同时间内应用本文研究的测试方法与传统方法对高强混凝土粘度动态测试的效率对比图如图7所示。

由于本文研究的测试方法采用无线声波信息采集技术与无线信号传输技术，最终再通过智能化技术进行处理，而传统测试方法则需要人工采样与测试等种种工序来进行，因此本文研究的测试方法对高强混凝土粘度动态测试的效率远高于传统的测试方法。

4 结语

文章研究的高强混凝土粘度动态测试方法结合了多种不同的技术，在测试的准确性与效率方面都产生了质的飞跃，为高强混凝土的合理应用提供了巨大的帮助，从长远角度看，不但提高了应用高强混凝土的建筑效率，而且减少了高强混凝土的浪费，从根本上节省了开支，但由于本文研究的测试方法需要改良后的RFID芯片加入，所以相比较传统的人I检测方法需要的开支会提高一些，这也是该研究的测试方法在未来需要改进的不足与研究重点。

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作者简介：吕志刚（1987-），男，汉族，甘肃泾川人，硕士研究生，讲师，研究方向：建筑工程，施工技术。E-mail： yongsimei@163.com

基金項目：广东大学生科技创新培育专项资金资助项目（pdjh2019b0999）。