基于频域反射的一维同轴钢筋混凝土构件测量设备和方法技术

一种基于频域反射的一维同轴钢筋混凝土构件测量设备和方法。一维同轴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。频域反射测量设备含控制服务器、微处理器、信号源、功分器、反向信号隔离器、测量连接端口。控制服务器通过通信接口与微处理器通信，对被测一维同轴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损伤位置和个数。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。可实时监测混凝土构件的病变状态和病变位置，满足混凝土构件健康监测需求。

【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，具体是基于频域反射的一维同轴钢筋混凝土构件测量设备和方法。(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。本专利技术提出了一种方法，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，采用基于频域反射的方法对混凝土构件动态变化进行检测。解决现有技术检测还不全面，测量精度和稳定性、可靠性还有待提高的问题，满足日益增加的混凝土构件动态检测的需求。本专利技术的目的是这样达到的：频域反射测量设备与被测一维同轴钢筋混凝土构件的内、外导体共同完成测量。一维同轴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，纵筋沿一维同轴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。频域反射测量设备由控制服务器、微处理器、信号源、功分器、反向信号隔离器、测量连接端口和定向耦合器、反射信号放大滤波电路、混频器、混频器放大滤波电路、模数转换电路组成。微处理器通过通信接口连接控制服务器上。被测一维同轴钢筋混凝土构件的一端内导体和外导体连接电阻，另一端的内、外导体与连接电缆相连，被测一维同轴钢筋混凝土构件的外导体与连接电缆外导体连接，被测一维同轴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、反向信号隔离器和模数转换电路，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，一路送入反向信号隔离器；反向信号隔离器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放大滤波电路，反射信号放大滤波电路的输出信号连接到混频器；测量连接端口与连接电缆(6)连接，并将连接电缆返回的反射信号送给定向耦合器；混频器的输出信号送入混频器放大滤波电路，混频器放大滤波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。被测一维同轴钢筋混凝土构件的内、外导体纵筋数量均不小于6根。一维同轴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。被测一维同轴钢筋混凝土构件的一端内导体和外导体连接电阻，另一端的内、外导体与连接电缆相连，其电阻的阻值取50欧姆；连接电缆采用50欧姆同轴电缆。所述被测一维同轴钢筋混凝土构件的一端内导体和外导体连接电阻，另一端的内、外导体与连接电缆相连，其电阻的阻值取75欧姆；连接电缆采用75欧姆同轴电缆。采用频域反射测量设备对被测一维同轴钢筋混凝土构件进行测量；在测量前，将被测一维同轴钢筋混凝土构件一端的内导体和外导体连接电阻，另一端的内、外导体与连接电缆相连，连接电缆为同轴电缆；被测一维同轴钢筋混凝土构件的外导体与连接电缆外导体
连接，被测一维同轴钢筋混凝土构件的内导体与连接电缆内导体连接；频域反射测量设备的测量连接端口与连接电缆连接。频域反射测量设备中的控制服务器通过与微处理器的通信，对被测一维同轴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。频域反射测量设备对被测一维同轴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，混凝土介电常数ε，FFT峰值判断门限Gfft，被测混凝土构件长度LA，反向信号隔离器衰减参数，进入第二步；第二步：接收微处理器测量数据，返回第一步；其中，混凝土介电常数ε，FFT峰值判断门限Gfft根据实验确定；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；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，CntStep等于0；Fsignal等于Flow；Fcnt等于0；Idata等于0；Fcal等于0，设置Fstep等于Fhigh减去Flow，其差除以Cstep，进入第四步；其中：：CntStep：步进次数；Fsignal：信号源频率；Fcnt：计数标志；Idata：数组下标；Fcal：计算标志；Fstep：步进频率第四步，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模数转换数组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产生的终端程序；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产生的终端程序；第四步，令Fcnt等于0；令Idata等于0；令Fcal等于1，结束定时器A产生的中断程序；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于频域反射的一维同轴钢筋混凝土构件的测量设备，其特征在于：频域反射测量设备(5)与被测一维同轴钢筋混凝土构件(7)的内、外导体共同完成测量；一维同轴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，纵筋沿一维同轴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；频域反射测量设备(5)由控制服务器(20)、微处理器(10)、信号源(11)、功分器(12)、反向信号隔离器(13)、测量连接端口(14)和定向耦合器(15)、反射信号放大滤波电路(16)、混频器(17)、混频器放大滤波电路(18)、模数转换电路(19)组成，微处理器(10)通过通信接口(9)连接控制服务器(20)；被测一维同轴钢筋混凝土构件的一端内导体和外导体连接电阻(8)，另一端的内、外导体与连接电缆(6)相连，被测一维同轴钢筋混凝土构件的外导体与连接电缆外导体连接，被测一维同轴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)、反向信号隔离器(13)和模数转换电路(19)，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，一路送入反向信号隔离器；反向信号隔离器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放大滤波电路(16)，反射信号放大滤波电路的输出信号连接到混频器(17)；测量连接端口与连接电缆(6)连接，并将连接电缆返回的反射信号送给定向耦合器(15)；混频器(17)的输出信号送入混频器放大滤波电路(18)，混频器放大滤波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】
1.一种基于频域反射的一维同轴钢筋混凝土构件的测量设备，其特征在于：频域反射测量设备(5)与被测一维同轴钢筋混凝土构件(7)的内、外导体共同完成测量；一维同轴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，纵筋沿一维同轴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；频域反射测量设备(5)由控制服务器(20)、微处理器(10)、信号源(11)、功分器(12)、反向信号隔离器(13)、测量连接端口(14)和定向耦合器(15)、反射信号放大滤波电路(16)、混频器(17)、混频器放大滤波电路(18)、模数转换电路(19)组成，微处理器(10)通过通信接口(9)连接控制服务器(20)；被测一维同轴钢筋混凝土构件的一端内导体和外导体连接电阻(8)，另一端的内、外导体与连接电缆(6)相连，被测一维同轴钢筋混凝土构件的外导体与连接电缆外导体连接，被测一维同轴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)、反向信号隔离器(13)和模数转换电路(19)，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，一路送入反向信号隔离器；反向信号隔离器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放大滤波电路(16)，反射信号放大滤波电路的输出信号连接到混频器(17)；测量连接端口与连接电缆(6)连接，并将连接电缆返回的反射信号送给定向耦合器(15)；混频器(17)的输出信号送入混频器放大滤波电路(18)，混频器放大滤波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所述的基于频域反射的一维同轴钢筋混凝土构件的测量设备，其特征在于：被测一维同轴钢筋混凝土构件(7)的内、外导体纵筋数量均不小于6根。3.如权利要求1所述的基于频域反射的一维同轴钢筋混凝土构件的测量设备，其特征在于：一维同轴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.如权利要求1所述的基于频域反射的一维同轴钢筋混凝土构件的测量设备，其特征在于：所述被测一维同轴钢筋混凝土构件的一端内导体和外导体连接电阻(8)，另一端的内、
\t外导体与连接电缆(6)相连，电阻(8)的阻值取50欧姆；连接电缆(6)采用50欧姆同轴电缆。5.如权利要求1所述的基于频域反射的一维同轴钢筋混凝土构件的测量设备，其特征在于：所述被测一维同轴钢筋混凝土构件的一端内导体和外导体连接电阻(8)，另一端的内、外导体与连接电缆(6)的内、外导体相连，电阻(8)的阻值取75欧姆；连接电缆(6)采用75欧姆同轴电缆。6.一种基于频域反射的一维同轴钢筋混凝土构件的测量方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的频域反射测量设备(5)对被测一维同轴钢筋混凝土构件进行测量；在测量前，将被测一维同轴钢筋混凝土构件一端的内导体和外导体连接电阻，另一端的内、外导体与连接电缆(6)相连，连接电缆(6)为同轴电缆；被测一维同轴钢筋混凝土构件的外导体与连接电缆(6)外导体连接，被测一维同轴钢筋混凝土构件的内导体与连接电缆(6)内导体连接；频域反射测量设备的测量连接端口(14)与连接电缆连接(6)；频域反射测量设备(5)中的控制服务器通过与微处理器的通信，对被测一维同轴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；频域反射测量设备对被测一维同轴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，混凝土介电常数ε，FFT峰值判断门限Gfft，被测一维同轴钢筋混凝土构件长度LA，反向信号隔离器衰减参数，进入第二步；第二步：接收微处理器测量数据，返回第一步；其中，混凝土介电常数ε，FFT峰值判断门限Gfft根据实验确定；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；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，CntStep等于0；Fsignal等于Flow；Fcnt等于0；Idata等于0；Fcal等于0，设置Fstep等于Fhigh减去Flow，其差除以Cstep，进入第四步；其中：：CntStep：步进次数；Fsignal：信号源频率；Fcnt：计数标志；Idata：数组下标；Fcal：计算标志；Fstep：步进频率第...

【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