基于钢筋电极的二维混凝土健康监测方法
【专利说明】
(一)
技术领域
[0001]本发明属建筑材料检测，涉及混凝土质量测试，特别是基于钢筋电极二维混凝土健康监测。
(二)
【背景技术】
[0002]混凝土是广泛用于房屋建筑、桥梁工程、水利工程等的一种重要的工程材料，混凝土健康检测和监测仪器是保证混凝土安全长久运行的技术手段。混凝土健康的预测、预报、诊断是当今国际上急需攻克的主要难题之一。公路、桥梁、大坝以及其他工用民用建筑，都需进行定期的或实时的健康检测和监测。然而现有的混凝土质量检测手段还不能完全适应建设发展的需要。专利号为ZL 2006 I 00200932.8中国专利《基于阻抗成像的混凝土损伤检测方法与设备》，以检测混凝土损伤为目的，采用了阻抗成像的技术，取得了较好效果。但在实际使用中，由于检测电极与混凝土不能很好的兼容，存在一定的应用局限。
[0003]专利号为ZL 2012 I 0199249.0的中国专利《以钢筋为电极的混凝土裂缝检测仪》，利用发射电极激励信号和接收电极的响应信号之间的关系，判断混凝土裂缝。该发明主要检测裂缝，没有检测其他的异常行为。
[0004]专利号为ZL 2013 I 0029782.7的中国专利《以钢筋为电极的混凝土监测仪以及监控检测方法》，利用钢筋做电极，检测两个钢筋电极之间的电参数，判断混凝土裂缝。该发明提出了一种监控方法，但没有根据钢筋混凝土的不同结构给出不同的测试方法。
(三)
【发明内容】
[0005]本发明的目的是在提供一种基于钢筋电极的二维混凝土健康监测方法，为设有平行钢筋的面状二维混凝土提供健康检测，及时发现混凝土病变并预报预警。
[0006]本发明的目的是这样达到的:
[0007]利用二维混凝土内同一水平面上线性等距离铺设的相互平行的η根钢筋电极，制成面状二维混凝土，通过连接器件将钢筋电极连接到混凝土参数测量电路，在微处理器控制下，混凝土参数测量电路中正弦信号发生器发出不同频率信号，通过多路开关选通测量电极；通过混凝土电压放大器对被测混凝土两端电压进行电压放大，通过电阻电压放大器对参考电阻两端电压进行电压放大，对二维混凝土上各个电极间的混凝土进行不同频率的阻抗模和相位的测量和监控，不同频率的阻抗模和相位的测量包括对相邻四根钢筋电极的中间两根电极间的混凝土参数测量，单一频率下面状二维混凝土所有相邻钢筋电极间参数测量和多个典型频率下面状二维混凝土所有相邻钢筋电极间参数测量三部分。
[0008]在对混凝土相邻四根钢筋电极的中间两根电极间的混凝土参数测量中测量得到中间两根钢筋电极间混凝土的阻抗模和相位值。在单一频率下面状二维混凝土所有参数测量中，在测量频率下，将二维混凝土中的所有相邻钢筋间的混凝土进行阻抗模和相位值测量，并得到面状二维混凝土的所有相邻电极间的阻抗模和相位值，在多个典型频率下面状二维混凝土所有相邻钢筋电极间参数测量中，通过微处理器选择数个典型测量频率，在典型测量频率下，测量出二维混凝土中的所有相邻钢筋间的混凝土的阻抗模和相位值。
[0009]在单一频率下和在多个典型频率下，面状二维混凝土的所有相邻电极间的阻抗模和相位值，均不包括在两侧最外侧的钢筋电极与相邻电极间的混凝土的阻抗模和相位值。
[0010]通过多个典型频率下测得的同样规格的正常二维混凝土相邻钢筋间的混凝土的阻抗模和相位值，与被测二维混凝土对应频率对应位置对应测量参数比较，判断出二维混凝土的健康状况，并根据不同测量点的数据找出混凝土异常状况的具体位置。
[0011]通过连接器件将钢筋电极连接到混凝土参数测量电路的方法是:连接器件为η根钢筋电极与多路开关连接电缆和多路开关组合，η根钢筋电极与多路开关连接电缆的编号与所连接的钢筋电极编号一致；每根钢筋电极与多路开关连接电缆由一个电极接插件，一根一分四的同轴电缆，4个多路开关接插件构成，将4个多路开关接插件序号编号为1-4 ;多路开关组合由四个相同的η选一多路开关组成，微处理器有控制线连接到多路开关组合，每个η选一多路开关的选通受微处理器控制，4个多路开关分别编号为1-4号；多路开关共有η个电缆连接器，将其编号为1-η，每个钢筋电极连接到相同序号的钢筋电极与多路开关连接电缆的电极接插件上。
[0012]序号为K的钢筋电极与多路开关连接电缆的多路开关接插件12-1与编号为I的多路开关的电缆连接器14-Κ连接，序号为K的钢筋电极与多路开关连接电缆的多路开关接插件12-2与编号为2的多路开关的电缆连接器14-Κ连接，序号为K的钢筋电极与多路开关连接电缆的多路开关接插件12-3与编号为3的多路开关的电缆连接器14-Κ连接，序号为K的钢筋电极与多路开关连接电缆的多路开关接插件12-4与编号为4的多路开关的电缆连接器14-Κ连接，其中，K大于等于1，小于等于η。
[0013]钢筋电极的选择和布置结合二维混凝土的设计要求来选择。二维混凝土钢筋电极的设置方法是:设η为钢筋电极总数，在混凝土内同一水平面上线性铺设相互平行且等距的η根钢筋电极，将钢筋电极依次编号为1，2，3，……，η-2，η-1，η ;钢筋电极由钢筋和电缆接插件组成，钢筋和电缆接插件焊接，钢筋根据混凝土设计要求埋入混凝土中，电缆接插件露出混凝土外用于连接到钢筋电极与多路开关连接电缆。
[0014]混凝土参数测量电路由4个测量接口，通信接口，混凝土电压放大器，电阻，正弦信号发生器、电阻电压放大器，混凝土电压模数转换器，电阻电压模数转换器和微处理器构成；将测量接口依次排序为测量接口 1、测量接口 2、测量接口 3、测量接口 4 ;测量接口 4 一端与正弦信号发生器连接，另一端与4号多路开关的测量接插件连接；测量接口 I 一端与电阻连接，另一端与I号多路开关的测量接插件连接；测量接口 3—端与混凝土电压放大器的正输入连接，另一端与3号多路开关的测量接插件连接；测量接口 2 —端与混凝土电压放大器的负输入连接，另一端与2号多路开关的测量接插件连接；测量接口 4和测量接口 I连接的混凝土与正弦信号发生器的输出端口、电阻一起组成串联电路；混凝土电压放大器将测量接口 2和测量接口 3之间的电压放大后，经过混凝土电压模数转换器将模拟信号转换为数字信号送给微处理器；电阻电压放大器放大电阻两端的电压，经过电阻电压模数转换器将模拟信号转换为数字信号送给微处理器；微处理器控制正弦信号发生器的频率和多路开关的选通；通信接口用于微处理器和数据采集服务器通信，将数据采集服务器的指令传送给微处理器，将微处理器的数据传送给数据采集服务器。
[0015]所述混凝土参数测量步骤:
[0016]第一步在微处理器控制下，选择相邻的4根钢筋电极，面对4根钢筋电极，将钢筋电极依次编号为I号、2号、3号、4号，通过多路开关组合分别将I号钢筋电极连接到混凝土参数测量电路的测量接口 I，2号钢筋电极连接到混凝土参数测量电路的测量接口 2，3号钢筋电极连接到混凝土参数测量电路的测量接口 3，4号钢筋电极连接到混凝土参数测量电路的测量接口 4 ;
[0017]第二步、微处理器设置正弦信号发生器的输出频率，并将输出频率用f表示；
[0018]第三步、设置混凝土电压模数转换器和电阻电压模数转换器的采样频率为f的100倍，同时采集混凝土电压模数转换器和电阻电压模数转换器的输出数据，连续采集数据100个，将混凝土电压模数转换器的数据用DH1，DH2，DH3，……，DH98，DH99, DH100表示；将电阻电压模数转换器的数据用DZl, DZ2，DZ3，……，DZ98, DZ99, DZ100表示；
[0019]第四步、计算DH1，DH2，DH3，……，DH98，DH99, DH100的平均值，设平均值为Pdh，计算 DZl, DZ2，DZ3，......，DZ98, DZ99, DZ100 的平均值，设平均值为 Pdz ；
[0020]第五步、计算CHI, CH2，CH3，......，CH98, CH99, CH100 的值，其中 CHl = DHl-Pdh ；
CH2 = DH2-Pdh ；CH3 = DH3_Pdh ；......CH98 = DH98_Pdh ；CH99 = DH99_Pdh ；CHlOO =
DHlOO-Pdh ；
[0021]第六步、计算CZl, CZ2，CZ3，......，CZ98, CZ99, CZlOO 的值，其中 CZl = DZl-Pdz ;
CZ2 = DZ2-Pdz ；CZ3 = DZ3_Pdz ；....