同轴一维钢筋混凝土构件混凝土介电常数测量设备和方法技术

一种同轴一维钢筋混凝土构件混凝土介电常数测量设备和方法。同轴一维钢筋混凝土构件内的钢筋为同轴电缆结构，由若干纵筋和箍筋构成内、外导体。介电常数测量设备含控制服务器、微处理器、信号源、功分器、测量连接端口等。控制服务器通过通信接口与微处理器通信，对被测同轴一维钢筋混凝土的测量进行控制。测量流程包括控制服务器程序流程和微处理器程序流程。根据微处理器程序流程的参数计算子程序得到混凝土构件的介电常数值。测量混凝土介电常数的变化，监测混凝土健康状况。本发明专利技术在不改变混凝土材料和设计方法的基础上，使得混凝土材料自身成为一种传感材料，根据测量的混凝土介电常数实时监测混凝土构件健康状态。

【技术实现步骤摘要】
(一)
本专利技术属于建筑材料检测范畴，涉及混凝土质量监测，具体是同轴一维钢筋混凝土构件混凝土介电常数测量设备和测量方法。(二)
技术介绍
混凝土是土木工程结构中使用最为广泛的结构材料，混凝土结构材料的损伤会严重破坏结构的整体性、影响结构的耐久性、甚至直接危害工程结构的安全性，因此，混凝土材料损伤检测或监测是工程质量检查与结构健康监测的重要内容。对混凝土构件进行实时有效检测和实时监测，科学地掌握混凝土构件结构性能的动态变化，对及时采取灾害防治措施、提高结构的运营效率、实现混凝土结构全生命周期的可持续绿色发展、保障人民生命财产安全具有极其重大的意义。在当今社会飞速发展的形势下，各种混凝土的质量检测有了不同程度的提高。专利号ZL201520402418.5《钢筋同轴电缆结构一维混凝土健康监测阶跃测试》，给出了一种对钢筋同轴电缆结构一维混凝土的健康监测方法，但是不论测试精度还是可靠性、稳定性还有待提高。专利号ZL201310029782.7《以钢筋为电极的混凝土监控检测仪及其监控检测方法》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。本法明提出了一种方法，但没有根据钢筋混凝土的不同结构给出不同的测试方法。专利号ZL201210199249.0《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。本专利技术主要局限在检测混凝土的裂缝，没有检测其他的异常行为，存在局限性。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种不需改变混凝土材料和设计方法，将混凝土构件自身成为一种传感材料，根据混凝土材料在不同龄期、不同健康状况下呈现出不同介电常数，采用基于频域反射的方法对混凝土构件的介电常数进行检测，监测混凝土各阶段的健康状况。本专利技术的目的是这样达到的：混凝土介电常数测量设备与被测同轴一维钢筋混凝土构件的内、外导体共同完成测量。同轴一维钢筋混凝土构件内的钢筋为同轴电缆结构，有外导体和内导体，外导体与内导体均由若干箍筋、纵筋组合而成，纵筋沿同轴一维钢筋混凝土构件轴向分布，箍筋沿横截面方向分布，内导体位于钢筋混凝土构件内部的中心位置、与外导体形状一致但箍筋尺寸小于外导体，外导体位于混凝土构件的外边，并满足一维混凝土构件设计规范的要求。混凝土介电常数测量设备由控制服务器、微处理器、信号源、功分器、信号放大器、测量连接端口和定向耦合器、反射信号处理电路、混频器、混频信号处理电路、模数转换电路以及程控衰减器组成。微处理器通过通信接口连接控制服务器上。混凝土介电常数测量设备连接在连接电缆上,被测同轴一维钢筋混凝土构件的测量端的内、外导体与连接电缆内、外导体相连，被测同轴一维钢筋混凝土构件的外导体与连接电缆外导体连接，被测同轴一维钢筋混凝土构件的内导体与连接电缆内导体连接。微处理器连接信号源、程控衰减器和模数转换电路，信号源的信号输入功分器，功分器将信号源信号分成两路，一路送到混频器，一路送入信号放大器组和程控衰减器组连接的电路；信号放大器组和程控衰减器组连接的电路的输出信号连接到定向耦合器，定向耦合器将输入信号送给测量连接端口，并从测量连接端口接收反射信号，将接收到的测量连接端口的反射信号送给反射信号处理电路，反射信号处理电路的输出信号连接到混频器；混频器的输出信号送入混频信号处理电路，混频信号处理电路输出送入模数转换电路，模数转换电路的输出送给微处理器。被测同轴一维钢筋混凝土构件的内、外导体纵筋数量均不小于6根。同轴一维钢筋混凝土构件横截面为圆形或椭圆形或正方形或长方形。采用混凝土介电常数测量设备对被测同轴一维钢筋混凝土构件进行测量；在测量前，将被测一维钢筋混凝土构件测量端的内、外导体与连接电缆内、外导体相连，连接电缆为同轴电缆；被测同轴一维钢筋混凝土构件的外导体与连接电缆外导体连接，被测同轴一维钢筋混凝土构件的内导体与连接电缆内导体连接；混凝土介电常数测量设备的测量连接端口与连接电缆连接。混凝土介电常数测量设备中的控制服务器通过与微处理器的通信，对被测同轴一维钢筋混凝土构件的测量进行控制，控制服务器对微处理器下达控制命令，设置测量参数，同时微处理器将测量结果发送给控制服务器。混凝土介电常数测量设备对被测同轴一维钢筋混凝土构件的测量流程包括控制服务器程序流程和微处理器程序流程；微处理器程序流程中包括微处理器主程序、定时器A中断程序、定时器B中断程序、参数计算子程序。控制服务器程序流程：第一步：向微处理器发出设置系统参数命令，发出的系统参数包括：模数转换采样频率Fadc，信号源最低频率Flow，信号源最高频率Fhigh，信号源步进次数Cstep，信号源步进时间间隔Tstep，被测混凝土构件长度L，程控衰减器衰减参数，进入第二步；第二步：接收微处理器测量数据，返回第一步。微处理器主程序：第一步，接收控制服务器发出的控制参数命令，并执行控制服务器发出的参数命令，令数组长度为Dmax，Dmax等于采样频率Fadc乘以信号源步进次数Cstep乘以信号源步进时间间隔Tstep：Dmax＝Fadc×Cstep×Tstep；定义模数转换电路数据存储数组，用DATAadc表示，数组长度为Dmax，进入第二步；第二步，设置定时器A的定时时间为1除以采样频率Fadc；设置定时器B的定时时间为Tstep，进入第三步；第三步，设置如下变量的值，歩进计数CntStep等于0；信号频率Fsignal等于Flow；频率计数Fcnt等于0；数据下标Idata等于0；计算标志Fcal等于0，设置步进频率Fstep等于Fhigh减去Flow，其差除以Cstep:Fstep＝(Fhigh-Flow)/Cstep，进入第四步；第四步，设置信号源频率为Fsignal，进入第五步；第五步，设置定时器A在到达定时时间时产生中断，设置定时器A中断时调用定时器A中断程序；设置定时器B在到达定时时间时产生中断，设置定时器B中断时调用定时器B中断程序，进入第六步；第六步，判断Fcal是否等于1？如果等于1，则进入第七步，如果不等于1，返回第六步；第七步，设置Fcal等于0，调用参数计算子程序，将参数计算结果送给控制服务器，返回第六步。微处理器程序流程中的定时器A中断程序：第一步：采集模数转换器数据，将模数转换器数据存储到DATAadc[Idata],令Idata等于Idata+1，进入第二步；第二步：判断CntStep是否等于0？如果CntStep等于0，则进入第三步，如果CntStep不等于0，则令Fcnt等于1，并结束定时器A产生的中断程序；第三步，判断Fcnt是否等于1？如果等于1，则进入第四步，如果不等于1，则结束定时器A产生的中断程序；第四步，令Fcnt等于0；令Idata等于0；令Fcal等于1，并结束定时器A产生的中断程序；所述微处理器程序流程中的定时器B中断程序：第一步设置Fsignal等于Fsignal加Fstep:Fsignal＝Fsignal+Fstep；设置CntStep等于CntStep加1:CntStep＝CntStep+1，进入第二步；第二步，设置信号源频率为Fsignal，进入第三步；第三步，判断CntStep是否等于Cstep？如果相等，进入第四步，如果不相等，中断程序结束；第四步，设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同轴一维钢筋混凝土构件混凝土介电常数测量设备，其特征在于：混凝土介电常数测量设备(5)与被测同轴一维钢筋混凝土构件(7)的内、外导体共同完成测量；同轴一维钢筋混凝土构件内的钢筋为同轴电缆结构，有外导体和内导体，外导体与内导体均由若干箍筋、纵筋组合而成，纵筋沿同轴一维钢筋混凝土构件轴向分布，箍筋沿横截面方向分布，内导体位于钢筋混凝土构件内部的中心位置、与外导体形状一致但箍筋尺寸小于外导体，外导体位于混凝土构件的外边，并满足一维混凝土构件设计规范的要求；混凝土介电常数测量设备(5)由控制服务器(20)、微处理器(10)、信号源(11)、功分器(12)、信号放大器(13‑1～13‑3)、测量连接端口(14)和定向耦合器(15)、反射信号处理电路(16)、混频器(17)、混频信号处理电路(18)、模数转换电路(19)、程控衰减器(21‑1～21‑2)组成，微处理器(10)通过通信接口(9)连接控制服务器(20)；混凝土介电常数测量设备(5)连接在连接电缆(6)上,被测同轴一维钢筋混凝土构件的测量端的内、外导体与连接电缆(6)的内、外导体相连，被测同轴一维钢筋混凝土构件的外导体与连接电缆外导体连接，被测同轴一维钢筋混凝土构件的内导体与连接电缆内导体连接；微处理器连接信号源(11)、程控衰减器(21‑1,21‑2)和模数转换电路(19)，信号源的信号输入功分器(12)，功分器将信号源信号分成两路，一路送到混频器(17)，一路送入信号放大器组(13‑1～13‑3)和程控衰减器组(21‑1～21‑2)连接的电路；信号放大器组(13‑1～13‑3)和程控衰减器组(21‑1～21‑2)连接电路的输出信号连接到定向耦合器(15)，定向耦合器将输入信号送给测量连接端口，并从测量连接端口接收反射信号，将接收到的测量连接端口的反射信号送给反射信号处理电路(16)，反射信号处理电路的输出信号连接到混频器(17)；混频器的输出信号送入混频信号处理电路(18)，混频信号处理电路输出送入模数转换电路(19)，模数转换电路的输出送给微处理器。...

【技术特征摘要】
1.一种同轴一维钢筋混凝土构件混凝土介电常数测量设备，其特征在于：混凝土介电常数测量设备(5)与被测同轴一维钢筋混凝土构件(7)的内、外导体共同完成测量；同轴一维钢筋混凝土构件内的钢筋为同轴电缆结构，有外导体和内导体，外导体与内导体均由若干箍筋、纵筋组合而成，纵筋沿同轴一维钢筋混凝土构件轴向分布，箍筋沿横截面方向分布，内导体位于钢筋混凝土构件内部的中心位置、与外导体形状一致但箍筋尺寸小于外导体，外导体位于混凝土构件的外边，并满足一维混凝土构件设计规范的要求；混凝土介电常数测量设备(5)由控制服务器(20)、微处理器(10)、信号源(11)、功分器(12)、信号放大器(13-1～13-3)、测量连接端口(14)和定向耦合器(15)、反射信号处理电路(16)、混频器(17)、混频信号处理电路(18)、模数转换电路(19)、程控衰减器(21-1～21-2)组成，微处理器(10)通过通信接口(9)连接控制服务器(20)；混凝土介电常数测量设备(5)连接在连接电缆(6)上,被测同轴一维钢筋混凝土构件的测量端的内、外导体与连接电缆(6)的内、外导体相连，被测同轴一维钢筋混凝土构件的外导体与连接电缆外导体连接，被测同轴一维钢筋混凝土构件的内导体与连接电缆内导体连接；微处理器连接信号源(11)、程控衰减器(21-1,21-2)和模数转换电路(19)，信号源的信号输入功分器(12)，功分器将信号源信号分成两路，一路送到混频器(17)，一路送入信号放大器组(13-1～13-3)和程控衰减器组(21-1～21-2)连接的电路；信号放大器组(13-1～13-3)和程控衰减器组(21-1～21-2)连接电路的输出信号连接到定向耦合器(15)，定向耦合器将输入信号送给测量连接端口，并从测量连接端口接收反射信号，将接收到的测量连接端口的反射信号送给反射信号处理电路(16)，反射信号处理电路的输出信号连接到混频器(17)；混频器的输出信号送入混频信号处理电路(18)，混频信号处理电路输出送入模数转换电路(19)，模数转换电路的输出送给微处理器。2.如权利要求1所述的混凝土介电常数测量设备，其特征在于：被测同轴一维钢筋混凝土构件(7)的内、外导体纵筋数量均不小于6根。3.如权利要求1所述的同轴一维钢筋混凝土构件的测量设备，其特征在于：同轴一维钢筋混凝土构件横截面为圆形或椭圆形或正方形或长方形。4.一种同轴一维钢筋混凝土构件的混凝土介电常数测量方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的混凝土介电常数测量设备(5)对被测同轴一维钢筋混凝土构件进行测量；在测量前，将被测同轴一维钢筋混凝土构件测量端的内、外导体与连接电缆(6)的内、外导体相连，连接电缆(6)为同轴电缆；被测同轴一维钢筋混凝土构件的测量端外导体与连接电缆(6)外导体连接，被测同轴一维钢筋混凝土构件测量端的内导体与连接电缆(6)内导体连接；混凝土介电常数测量设备的测量连接端口(14)与连接电缆连接(6)；混凝土介电常数测量设备(5)中的控制服务器通过与微处理器的通信，对被测同轴一维钢筋混凝土构件的测量进行控制，控制服务器对微处理器下达控制命令，设置测量参数，同时微处理器将测量结果发送给控制服务器；混凝土介电常数测量设备对被测同轴一维钢筋混凝土构件的测量流程包括控制服务器程序流程和微处理器程序流程；微处理器程序流程中包括微处理器主程序、定时器A中断程序、定时器B中断程序、参数计算子程序；控制服务器程序流程：第一步：向微处理器发出设置系统参数命令，发出的系统参数包括：模数转换采样频率Fadc，信号源最低频率Flow，信号源最高频率Fhigh，信号源步进次数Cstep，信号源步进时间间隔Tstep，被测混凝土构件长度L，程控衰减器衰减参数，进入第二步；第二步：接收微处理器测量数据，返回第一步；微处理器主程序：第一步，接收控制服务器发出的控制参数命令，并执行控制服务器发出的参数命令，令Dmax等于Fadc乘以Cstep乘以Tstep：Dmax＝Fadc×Cstep×Tstep；定义模数转换电路数据存储数组，用DATAadc表示，数组长度为Dmax，进入第二步；第二步，设置定时器A的定时时间为1除以模数转换采样频率Fadc；设置定时器B的定时时间为信号源步进时间间隔Tstep，进入第三步；第三步，设置如下变量的值，歩进计数CntStep等于0；信号频率Fsignal等于Flow；频率计数Fcnt等于0；数据下标Idata等于0；计算标志Fcal等于0，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李碧雄，钟声，莫思特，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51