以鋼筋為電極的混凝土裂縫檢測儀的製作方法
2023-06-05 16:03:56 1
專利名稱:以鋼筋為電極的混凝土裂縫檢測儀的製作方法
技術領域:
本發明屬於建築材料檢測範疇,涉及混凝土質量監測。
背景技術:
混凝土是廣泛用於房屋建築、橋梁工程、水利工程等的一種重要的工程材料,而混凝土裂縫的發生往往難以避免。裂縫的發生發展會嚴重破壞結構的整體性,直接危害工程結構的安全,故裂縫檢測是工程安全監測的重要內容。公路、橋梁、大壩以及其他工用民用建築,都需進行定期的或實時的裂縫檢測。然而,混凝土結構裂縫的預測與預報,混凝土裂縫的診斷與監測是當今國際上急需攻克的主要難題之一。中國專利號200610020932.8《基於阻抗成像的混凝土損傷檢測方法與設備》提供了一種混凝土損傷檢測方法和設備,這種方法採用了阻抗成像技術得出混凝土的健康狀況,但在實際使用中由於需要嵌入檢測電極,嵌入的檢測電極與混凝土不能很好的兼容,而且,改變了施工過程和施工方法,因此,存在一定的應用局限。
發明內容
本發明的目的是提供一種結構簡單、使用方便,檢測效果好的混凝土裂縫檢測器。本發明的目的是這樣達到的檢測儀由發射電極、發射電纜、發射電路、發射通信控制接口、控制與計算模塊、接收通信控制接口、接收電路、接收電纜和接收電極組成;發射電極和接收電極採用的均是鋼筋電極,發射電極和接收電極埋在混凝土中,發射電極通過發射電纜與發射電路相連接,接收電極通過接收電纜與接收電路連接;發射電路的輸出信號通過發射通信控制接口連接到控制與計算模塊,控制與計算模塊和發射電路間雙向通信;接收電路的輸出信號通過接收通信控制接口連接到控制與計算模塊,控制與計算模塊和接收電路間雙向通信;發射電路的輸出信號通過發射電極在混凝土中傳播,接收電極接收發射電極發出的在混凝土中傳播的信號。發射電路由單片機控制,發射電路含單片機,波形產生器和功率放大電路,單片機連接有調試接口、單片機復位電路和通信接口,通信接口通過發射通信與控制接口連接到控制與計算模塊。接收電路由單片機控制,接收電路含單片機和放大與濾波電路,單片機連接有調試接口、單片機復位電路和通信接口,通信接口通過接收通信與控制接口連接到控制與計算模塊。控制與計算模塊中含有微處理器晶片和存儲器,控制與計算模塊通過發射通信控制接口對發射電路進行控制,通過發射通信控制接口接收發射電路發射的信號;控制與計算模塊通過接收通信控制接口對接收電路進行控制,通過接收通信控制接口接收接收電路收到的信號。所述發射電路的單片機通過通信接口連接波形產生器、並通過通信接口對波形產生器進行控制,波形產生器輸出信號到功率放大電路,並同時輸出給AD轉換器,由AD轉換、器進行模數轉換後,通過發射通信與控制接口將數位訊號傳輸到控制與計算模塊,功率放大電路將波形產生器產生的信號進行功率放大,通過發射電纜連接到發射電極。 所述接收電路的單片機通過IO引腳連接到放大與濾波電路、並通過IO引腳對放大與濾波電路進行控制;放大與濾波電路輸出信號輸出給AD轉換器,由AD轉換器進行模數轉換後,將數位訊號通過接收通信控制接口傳輸給控制與計算模塊。所述發射電路的波形產生器輸出的模擬信號通過發射通信與控制接口直接輸出到控制與計算模塊。所述接收電路的單片機通過IO引腳連接到放大與濾波電路、並通過IO引腳對放大與濾波電路進行控制後直接將模擬信號傳輸給控制與計算模塊。所述發射電極和接收電極的鋼筋電極是對偶形或環形電極。所述發射電路的通信接口為RS232接口或RS485接口或並行通信接口。接收電路的通信接口為RS232接口或RS485接口或並行通信接口。
所述控制與計算模塊中含有的微處理器晶片是信號處理器晶片或ARM處理器晶片。本發明的有益效果是應用鋼筋作為電極,不會改變既有的結構特點和受力特點,不需改變施工過程和施工方法,電極壽命與結構壽命等長。與其他嵌入傳感器的檢測技術相比,應用鋼筋作電極,具有設計簡單、施工方便、成本低、壽命長等特點,並可以實時地計算裂縫分布,對裂縫的產生與發展進行記錄與分析,預測、監測裂縫的形成與發展,使得混凝土的裂縫能得到及時的預報、察覺、診斷,對於確保混凝土結構物在裂縫產生的初期得到及時修復和控制、保證混凝土結構物在使用壽命期內能滿足預定的各項功能要求,甚至於延長混凝土結構物的使用年限、避免建築的災難性破壞具有重大意義。
圖I是本檢測儀的結構方框圖。圖2是本檢測儀的使用狀態示意圖。圖3是本檢測儀的發射電極為對偶型電極示意圖,其中,A1、A2為與發射電纜連接n。圖4是本檢測儀的發射電極為環型電極示意圖,其中,BI、B2為與發射電纜連接□。圖5是本檢測儀的發射電路通信接口電路。圖6是本檢測儀的發射電路單片機調試接口電路圖。圖7是本檢測儀的發射電路單片機復位電路。圖8是本檢測儀的發射電路單片機電路圖。圖9是本檢測儀的發射電路波形產生電路示意圖。圖10是本檢測儀的發射電路功率放大電路圖。圖11-1、圖11-2、圖11-3、圖11-4是控制與計算模塊中數位訊號處理電路圖。圖12本檢測儀的控制與計算模塊的復位電路圖。圖13是控制與計算模塊的調試與仿真接口電路。圖14是控制與計算模塊的RS232通信接口電路。圖15控制與計算模塊的存儲器電路圖。
圖16是接收電路的放大與濾波電路圖。圖17是接收電路的通信接口電路圖。圖18是接收電路單片機調試接口電路圖。圖19是接收電路單片機復位電路圖。圖20是接收電路單片機電路圖。
具體實施例方式附圖給出了本發明的實施例。
實施例I。檢測儀由發射電極,發射電纜,發射電路,發射通信控制接口,控制與計算模塊,接收通信控制接口,接收電路,接收電纜,接收電極組成。發射電極通過發射電纜與發射電路相連接,發射電路的信號由發射電極發出,接收電極通過接收電纜與接收電路相連接,接收電路對接收電極收到的信號進行放大與濾波。發射電路通過發射通信控制接口連接到控制與計算模塊,控制與計算模塊和發射電路間雙向通信控制。接收電路通過接收通信控制接口連接到控制與計算模塊,控制與計算模塊和接收電路間雙向通信控制。控制與計算模塊控制發射電路產生檢測所需的發射信號並產生同步控制信號,發射電路發射指定的功率、指定信號格式的電波,並通過發射電纜傳送給發射電極,控制與計算模塊對發射電路的控制是通過發射通信控制接口實現的。控制與計算模塊同時控制接收電路,向接收電路發出控制信號與同步信號,接收電極接收發射電極發出的電磁波信號;接收電纜將接收電極的接收信號傳輸給接收電路,接收電路將接收的信號放大、濾波並進行模數轉換,將轉換後的數位訊號通過接收通信控制接口傳輸給控制與計算模塊。控制與計算模塊通過分析計算發射信號和接收信號,推導混凝土的內部結構特點,接收電路也可將模擬信號傳輸給控制與計算模塊,由控制與計算模塊完成模數轉換。本例的發射電極和接收電極均採用對偶性電極,發射電極和接收電極在混凝土澆灌時就被埋在混凝土中。發射電纜連接在發射電極的Al、A2處,接收電纜連接在接收電極的A1、A2處。發射電纜和接收電纜同為普通的電線或同軸電纜,發射電纜將發射電路產生的信號輸送給發射電極,接收電纜將接收電極接收信號傳送給接收電路。各模塊的功能是發射電路在控制與計算模塊的控制下發射指定功率、指定信號格式的電波。發射通信控制接口將控制與計算模塊的通信信息和控制信號傳送給發射電路。控制與計算模塊根據混凝土的特點設計檢測所需的發射信號,並產生同步控制信號,通過發射通信控制接口控制發射電路產生所需的發射信號。通過接收通信控制接口,向接收電路發出控制信號與同步信號,並通過接收通信控制接口採集接收電路的數據。控制與計算模塊通過分析發射信號和接收信號,分析計算混凝土是否有裂縫?是否存在其它的損傷?並計算裂縫與其他損傷的分布。接收通信控制接口將控制與計算模塊的通信信息和控制信號傳送給接收電路。將接收電路的數據傳送給控制與計算模塊。接收電路接收、放大、濾波接收電極收到的信號。接收電極接收發射電極發出的電磁波。參見附圖5、14、17。控制與計算模塊和發射電路間採用的通信接口是RS232接口。接收電路和控制與計算模塊間採用的通信接口也是RS232接口。控制與計算模塊通過接收通信控制接口向接收電路發出控制信號與同步信號。參見附圖6 10。發射電路包括單片機電路、波形產生電路、功率放大電路、單片機復位電路和單片機調試接口電路。單片機連接的RS232通信接口通過發射通信與控制接口連接到控制與計算模塊。本例的單片機如圖8中U14,採用的是美國ATMEL公司生產的型號為ATMEGA64單片機。波形產生器採用由美國Analog Devices公司生產的DDS晶片AD9852如圖9中Ul所示。發射電路的功率放大器為運算放大器,由美國National Semiconductor公司生產的LM6181運算放大器,如圖10所示。圖6是單片機調試接口電路,圖中J6為調試接口插件。發射電路在控制與計算模塊的控制下產生檢測所需的信號,通過發射電纜將信號傳輸給發射電極,由發射電極在混凝土中發出發射電路的輸出信號。參見附圖11 15。
控制與計算模塊由數位訊號處理電路、復位電路、調試與仿真接口電路、存儲器、RS232通信接口電路組成。圖11-1、圖11-2、圖11-3、圖11-4是控制與計算模塊中數位訊號處理電路圖。UCl是數位訊號處理晶片,型號為TMS320F2812,由美國TI公司出品。通信接口電路仍然採用RS232通信接口,如圖14所示,UC2為MAX3232CSE通信接口,用於RS232通信接口,由美國TI公司生產。在控制與計算模塊中設置有復位電路和調試與仿真接口電路,如圖12、13所示。控制與計算模塊的存儲器是CY1021,電路如圖15所示。控制與計算模塊通過發射通信控制接口對發射電路進行控制,通過發射通信控制接口接收發射電路發射的信號。通過接收通信控制接口對接收電路進行控制,通過接收通信控制接口接收接收電路收到的信號。參見附圖16 圖20。接收電路由單片機控制,接收電路含單片機和放大與濾波電路,單片機連接有調試接口、單片機復位電路和RS232通信接口,RS232通信接口通過接收通信與控制接口連接到控制與計算模塊。接收電路的單片機是通過IO引腳連接到放大與濾波電路、並通過IO引腳對放大與濾波電路進行控制。放大與濾波電路輸出信號輸出給AD轉換器,由AD轉換器進行模數轉換後,將數位訊號通過接收通信控制接口傳輸給控制與計算模塊。接收電路使用的單片機是ATMEGA64,如圖20所示。圖16是接收電路的放大器電路,圖中,UD1、UD2:是運算放大器,型號為AD603,廠商是美國Analog Devices公司。UD3是多路開關,型號為ADG5204,廠商是美國Analog Devices公司。圖18是接收電路單片機調試接口電路,圖中,JD6為調試接口插件。圖19是接收電路單片機復位電路圖,用於單片機的復位。圖17是接收電路的通信接口電路,圖中,UD2為RS232通信接口 MAX3232CSE晶片,JD9為通信接口接插件,實現接收電路與接收通信控制接口的信號傳輸。接收電路接收與放大接收電極收到的信號,在AD轉換器中進行模數轉換,然後進行信號放大、濾波,將放大後的數位訊號通過接收通信控制接口傳輸給控制與計算模塊。檢測時,控制與計算模塊根據混凝土的特點,設計檢測所需的發射信號,並產生同步控制信號,通過發射通信控制接口控制發射電路產生所需的發射信號。發射電路在控制與計算模塊的控制下產生所需的激勵信號,通過發射電纜將激勵信號傳輸給發射電極,由發射電極在混凝土中發出激勵信號。接收電極接收發送電極發出的,經由混凝土傳輸的信號,通過接收電纜將接收信號傳輸給接收電路,接收電路將收到的信號放大與濾波,然後進行模數轉換,將轉換後的數位訊號通過接收通信控制接口傳輸給控制與計算模塊。控制與計算模塊根據接收電路的接收信號和發射電路的發射信號對混凝土內部的結構進行計算分析。實施例2。發射電極和接收電極均採用環形電極,電極在混凝土澆灌時就被埋在混凝土中。發射電纜連接在發射電極的BI、B2處,接收電纜連接在接收電極的BI、B2處。發射電路的波形產生器輸出的模擬信號通過發射通信與控制接口直接輸出到控制與計算模塊。接收電路的單片機通過IO引腳連接到放大與濾波電路、並通過IO引腳對放大與濾波電路進行控制後直接將模擬信號傳輸給控制與計算模塊。發射電路和接收電路的通信接口採用的是並行通信接口。控制與計算模塊中含有的微處理器晶片採用了 ARM處理 器晶片。ARM處理器晶片採用美國Atmel Corporation公司的ARM9200型晶片。實施例3。發射電極採用對偶型鋼筋電極,接收電極採用環性鋼筋電極。電極在混凝土澆灌時就被埋在混凝土中。發射電纜連接在發射電極的Al、A2處,接收電纜連接在接收電極的B1、B2 處。
權利要求
1.一種以鋼筋為電極的混凝土裂縫檢測儀,其特徵在於檢測儀由發射電極、發射電纜、發射電路、發射通信控制接□、控制與計算模塊、接收通信控制接口、接收電路、接收電纜和接收電極組成;發射電極和接收電極採用的均是鋼筋電極,發射電極和接收電極埋在混凝土中,發射電極通過發射電纜與發射電路相連接,接收電極通過接收電纜與接收電路連接;發射電路的輸出信號通過發射通信控制接口連接到控制與計算模塊,控制與計算模塊和發射電路間雙向通信;接收電路的輸出信號通過接收通信控制接口連接到控制與計算模塊,控制與計算模塊和接收電路間雙向通信;發射電路的輸出信號通過發射電極在混凝土中傳播,接收電極接收發射電極發出的在混凝土中傳播的信號; 發射電路由單片機控制,發射電路含單片機,波形產生器和功率放大電路,單片機連接有調試接口、單片機復位電路和通信接口,通信接口通過發射通信與控制接口連接到控制與計算模塊; 接收電路由單片機控制,接收電路含單片機和放大與濾波電路,單片機連接有調試接口、單片機復位電路和通信接口,通信接口通過接收通信與控制接口連接到控制與計算模塊; 控制與計算模塊中含有微處理器晶片和存儲器,控制與計算模塊通過發射通信控制接口對發射電路進行控制,通過發射通信控制接口接收發射電路發射的信號;控制與計算模塊通過接收通信控制接口對接收電路進行控制,通過接收通信控制接口接收接收電路收到的信號。
2.如權利要求I所述的混凝土裂縫檢測儀,其特徵在於所述發射電路的單片機通過通信接口連接波形產生器、並通過通信接口對波形產生器進行控制,波形產生器輸出信號到功率放大電路,並同時輸出給AD轉換器,由AD轉換器進行模數轉換後,通過發射通信與控制接口將數位訊號傳輸到控制與計算模塊,功率放大電路將波形產生器產生的信號進行功率放大,通過發射電纜連接到發射電極; 所述接收電路的單片機通過IO引腳連接到放大與濾波電路、並通過IO引腳對放大與濾波電路進行控制;放大與濾波電路輸出信號輸出給AD轉換器,由AD轉換器進行模數轉換後,將數位訊號通過接收通信控制接口傳輸給控制與計算模塊。
3.如權利要求2所述的混凝土裂縫檢測儀,其特徵在於所述發射電路的波形產生器輸出的模擬信號通過發射通信與控制接口直接輸出到控制與計算模塊;所述接收電路的單片機通過IO引腳連接到放大與濾波電路、並通過IO引腳對放大與濾波電路進行控制後直接將模擬信號傳輸給控制與計算模塊。
4.如權利要求I所述的混凝土裂縫檢測儀,其特徵在於所述發射電極和接收電極的鋼筋電極是對偶形或環形電極。
5.如權利要求I所述的混凝土裂縫檢測儀,其特徵在於所述發射電路的通信接口為RS232接口或RS485接口,接收電路的通信接口為RS232接口或RS485接口。
6.如權利要求I所述的混凝土裂縫檢測儀,其特徵在於所述發射電路的通信接口為並行通信接口,所述接收電路的通信接口為並行通信接口。
7.如權利要求I所述的混凝土裂縫檢測儀,其特徵在於所述控制與計算模塊中含有的微處理器晶片是信號處理器晶片或ARM處理器晶片。
8.如權利要求I或2所述的混凝土裂縫檢測儀,其特徵在於所述發射電路的單片機是ATMEGA64,波形產生器DDS晶片為AD9852 ;接收電路的單片機是ATMEGA64,放大器是運算放大器AD603。
9.如權利要求I或7所述的混凝土裂縫檢測儀,其特徵在於所述控制與計算模塊中的微處理器晶片是信號處理器晶片TMS320F2812,存儲器是CY1021。
10.如權利要求I或7所述的混凝土裂縫檢測儀,其特徵在於所述控制與計算模塊中的微處理器晶片是ARM處理器晶片ARM9200。
全文摘要
本發明公開了以鋼筋為電極的混凝土裂縫檢測儀。鋼筋發射電極和接收電極均埋在混凝土中。發射電極通過發射電纜與發射電路相連接,發射電路發出的信號經過發射電極在混凝土中發出,接收電極通過接收電纜與接收電路相連接,接收電路對接收電極收到的信號進行放大和濾波。發射電路的輸出信號通過發射通信控制接口連接到控制與計算模塊,控制與計算模塊和發射電路間雙向通信控制。接收電路的輸出信號通過接收通信控制接口連接到控制與計算模塊,控制與計算模塊與接收電路間雙向通信控制。本發明採用鋼筋作為電極,不會改變混凝土的既有結構特點和受力特點,不需改變施工過程和施工方法,電極壽命與混凝土結構壽命等長。設計簡單、施工方便、成本低、壽命長。
文檔編號G01N27/02GK102692431SQ201210199249
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月18日 優先權日2012年6月18日
發明者李碧雄, 莫思特 申請人:四川大學