混凝土中钢筋腐蚀监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种测试和分析材料耐腐蚀性能和腐蚀速度的仪器，尤其是一种通过测量腐蚀体系的极化电阻、塔菲尔斜率等参数实现混凝土中钢筋腐蚀监测的装置，包括电荷脉冲极化模块、监测探头、传感器、调制解调器、腐蚀监测软件、ＧＳＭ通讯模块、ＣＰＵ控制模块和电源模块；其中电源模块、电荷脉冲极化模块、ＣＰＵ控制模块构成下位机，ＰＣ机和腐蚀监测软件构成上位机；监测探头和传感器经导线与下位机的电解池电缆插座连接，下位机的数据输出端连接数据通讯端口，数据通讯可选择有线通讯或无线通讯模式；监测探头和传感器及下位机为１－１５组，本发明专利技术结构原理简单，使用操作方便，监测数据可靠，省电省力，广泛用于海域、地下及建筑物场合的钢筋腐蚀监测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于测试和分析材料耐腐蚀性能和腐蚀速度的测量仪器，尤其是一种通过测量腐蚀体系的极化电阻、塔菲尔斜率等参数来实现混凝土中钢筋腐蚀监测装置。
技术介绍
在钢筋混凝土结构中，钢筋是主要的受力材料。一般情况下，钢筋在混凝土的高碱性环境中呈钝态，不受腐蚀。但随着建筑物质老化和环境污染加重等因素导致钢筋锈蚀，将会影响结构的承载能力，严重时甚至导致结构破坏，而钢筋的腐蚀检测/监测可以为钢筋混凝土结构的剩余载荷和结构的耐久性提供基础数据。因此，钢筋混凝土的腐蚀检测/监测有着重大的社会意义和经济效益。有关混凝土中钢筋的腐蚀检测/监测方法较多，其中肉眼观察法和取样法是常用的传统方法，但存在着很大的局限性。表现在(1)依赖肉眼外观检查与物理化学测试相结合，这样发现问题时往往为时已晚；(2)取样抽查方法因取样数量有限，不能反映整个混凝土结构腐蚀状况，而且对混凝土结构有不同程度的损坏。由于混凝土中钢筋的腐蚀是电化学过程，因此，能够对混凝土中钢筋的腐蚀进行无损测量的电化学腐蚀监测方法得到很大的重视和发展。电化学方法中既简单、经济、易行又研究和应用得最早、最广泛的是钢筋半电池电位。其应用与解释在ASTM C876-91“混凝土中钢筋的原电池电位方法”中有详细描述。但半电池电位法只能判断钢筋的腐蚀状态，而不能得到钢筋的腐蚀速度。为了获得钢筋的腐蚀速度，Dawson等提出了电化学阻抗谱方法测量混凝土中钢筋的腐蚀行为。一般情况下，电化学阻抗谱测量所需要的时间较长，又为了便于实施现场测量，人们还发展了两频率法的电化学阻抗测量技术。可采用的仪器复杂而昂贵，不便于实施大面积、现场的钢筋混凝土腐蚀监测。中国专利CN 1471623A公开了一种用于实施钢强化结构用的可嵌入的腐蚀监视器，其特征包括了采用线性极化方法测量钢筋的极化电阻。若用这种方法测量金属的腐蚀速度，仍然需要估算腐蚀反应Stern系数B，然后根据公式Icorr＝B/Rp求得腐蚀电流密度Icorr。但就B值而言，钢筋处于不同的腐蚀状态下其数值变化很大，一般来说，这样求得的腐蚀电流密度常常存在很大的误差。并且这种技术在混凝土电阻率较高时腐蚀测量，并不能有效消除混凝土介质欧姆降的影响。专利技术目的本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种可同时监测多点数据、测取数据快捷的混凝土中钢筋腐蚀监测装置，采用电荷脉冲极化方法测量混凝土中钢筋的腐蚀参数，通过定期监测这些参数的变化来监测钢筋的腐蚀变化，钢筋腐蚀参数测量方法是断电的测量方法，克服了线性极化测量技术容易受腐蚀介质高电阻率影响的缺点，并能够有效消除扩散过程对腐蚀测量的影响。为了实现上述专利技术目的，本专利技术整机包括电荷脉冲极化模块、监测探头、传感器、调制解调器、腐蚀监测软件、GSM通讯模块、CPU控制模块和电源模块；上位机包括腐蚀监测软件；电源模块、电荷脉冲极化模块、CPU控制模块构成下位机。监测探头和传感器经导线与下位机的电解池电缆插座连接，下位机的数据输出端连接数据通讯端口，数据通讯可选择有线通讯或无线通讯模式；有线通讯模式采用RS232/RS485，下位机经RS-485接口、数据总线、RS-485/RS232转换接口与PC机的RS-232串行接口相连；无线通讯模式采用GSM移动公共网络，下位机经数据通讯端口经GSM通讯模块与上位机的调制解调器进行数据通讯，最终传输数据到上位机。其中所述的监测探头和传感器以及下位机为一组或一组以上，最多可取15组。监测探头和传感器经导线与下位机的探头插座连接。探头插座再经过导线联接到电荷极化模块的电解池插座。电荷脉冲极化模块测试电路的放大器A1和A2的输出端分别联接标准电容器C1～C4的两端，开关K1～K4在导通时，电容器C1～C4充电；断开时电容器C1～C4给电解池放电。电解池插座的RE端联接运算放大器A3的正输入端，放大器A3输出端与放大器A4反向输入端相连，放大器A4输出端经电阻器R13与放大器A6的负输入端联接。放大器A6的输出端经开关K6联接到模拟信号输出插座。模拟信号输出插座的三个插脚通过导线联接CPU控制模块的信号输入端口，最终由CPU控制模块内部的12bit模/数转换器将模拟信号转换成数字信号，输出到上位机。本专利技术涉及的现场腐蚀监测装置下位机的CPU控制模块包括主控单元、程序存储器、数据存储器、串口转换电路、数据通讯端口、信号采集端口、开关量输入/输出(I/O)端口、模/数转换、数/模转换、并口扩展、日历时钟、E2PROM、看门狗电路构成，其中主控单元是一个低电压单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器，兼容标准MCS-51指令系统。看门狗电路是为了防止单片机程序执行过程中受到干扰陷入死循环。采用日历时钟芯片实现定时采集数据的功能。采用EEPROM为了存储一些重要的数据，并在断电时不丢失数据。下位机的电荷脉冲极化模块包括电解池插座、模拟信号输出插座、D/A输入端口、极化电压放大电路、电荷储存电路、腐蚀电位采样保持电路、信号调理电路。电荷脉冲极化模块之工作原理是采用电容器C1～C4是贮存电荷的标准电容，在电荷脉冲极化开始之前通过K1～K4的控制来给每个标准电容都进行充电。极化电压的大小和标准电容的选择分为手动和自动两种模式。手动模式由上位机输入。上位机通过控制D/A输入端口的极化电压大小来调节标准电容上贮存电荷的数量，即上位机来控制极化电荷的多少。自动模式由监测软件控制电荷脉冲极化模块进行逐次试测，对最大过电位、有效数据的多少、电位衰减曲线末端的变化进行分析计算，来决定最佳的极化电荷和采样时间间隔等测试参数。电荷脉冲极化模块上有四个贮存电荷的标准电容，其标称值依次相差十倍，形成从低到高四种电荷极化范围。在测量开始的瞬间标准电容断电并向电解池放电，迅速地将贮存的已知数量的电荷极化监测探头，紧接着CPU控制模块记录其极化电位随时间的变化。本专利技术的电路设计中，极化电压放大电路利用放大器A1和A2提高极化充电的瞬时电压，缩短充电过程中极化电荷的转移时间，减少溶液欧姆降的影响。腐蚀电位采样保持电路选用高输入阻抗和低失调偏置电流的运放以及低漏电电流的标准电容C5，继电器K5断开后，可保持其输出电压的变化＜0.3mV/100sec。利用腐蚀电位采样保持电路，可以方便地实现腐蚀电位自动跟踪和消除，避免利用D/A补偿除去腐蚀电位带来的数字电路和模拟电路之间的干扰问题，可大大简化了测试电路的设计。本专利技术的腐蚀监测装置面板包括探头插座、直流/交流选择开关、复位按钮、串行接口、保险管安装端口、电源插座。其中直流/交流选择开关控制监测装置的供电方式，交流电采用市电，直流电由6V蓄电池提供，蓄电池的正负极分别联接电源模块的输入端，由电源模块将直流电压增高至18V，然后输出至电荷脉冲极化模块的D/A输入端口。探头插座连接监测探头和传感器，监测探头通过三芯电缆，分别连接电解池插座的研究电极WE、参比电极RE和辅助电极CE；传感器包括pH电极、氯离子传感器。在任何情况下需中断测试或中断运行或出现异常，均可按复位按钮后重新开始。现场腐蚀监测硬件单元包括埋设在混凝土中的监测探头、传感器、监测装置下位机以及GSM通讯模块。腐蚀监测装置的测量过程包括极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混凝土中钢筋腐蚀监测装置，包括电荷脉冲极化模块、监测探头、传感器、调制解调器、腐蚀监测软件、ＧＳＭ通讯模块、ＣＰＵ控制模块和电源模块，其特征在于电源模块、电荷脉冲极化模块、ＣＰＵ控制模块构成下位机，上位机包括腐蚀监测软件；监测探头和传感器经导线与下位机的电解池电缆插座连接，下位机的数据输出端连接数据通讯端口，数据通讯选择有线通讯或无线通讯模式；有线通讯模式采用ＲＳ２３２／ＲＳ４８５，下位机经ＲＳ－４８５接口、数据总线、ＲＳ－４８５／ＲＳ２３２转换接口与ＰＣ机的ＲＳ－２３２串行接口相连；无线通讯模式采用ＧＳＭ移动公共网络，下位机经数据通讯端口经ＧＳＭ通讯模块与上位机的调制解调器进行数据通讯，最终传输数据到上位机；监测探头和传感器及下位机为１－１５组。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永韬，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：95[中国|青岛]