CN101482533A - 一种围护结构含水率的便携式测试系统及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种围护结构含水率的便携式测试系统及其测试方法，属于含水率无损检测领域。其结构包括探头、USB数据采集卡和计算机，其中：探头包括高频震荡电路、驱动电缆屏蔽电路、微小电容测量电路、放大电路、压力传感器、压力传感器调理电路、模拟开关和极板；该测试系统的测试方法分为确定进入测试阶段、测量各层的含水率信号、含水率信号的传输和数据处理分析。本发明是一种以同面散射场集成式电容传感器为核心的测试系统，能够测量围护结构沿厚度方向不同深度的含水率，并可通过压力传感器限值来提高测量精度，测量过程简单，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种含水率测试系统，尤其涉及一种围护结构含水率的便携式测试系统及其测试方法，属于含水率无损检测领域。
背景技术
我国对建筑节能越来越重视，因此出现了许多使用节能材料、节能技术的建筑物。对这些建筑物的建筑节能现场实测是执行国家建筑节能设计标准的关键环节。建筑节能现场实测主要是对围护结构传热系数的检测，传热系数是衡量围护结构保温性能的重要参数，含水率对于围护结构的节能性影响程度也较大。建筑物围护结构由于其自身的特点，在建造和服役过程中不可避免地会吸收较多的水分。相对于其它材料成分而言，水的质量热容和体积热容都很大，因此，围护结构中含水量的大小是影响传热系数的重要因素。判定围护结构的传热系数仅靠材料是不能给出结论的，需要建筑完工后对围护结构进行含水率检测。
一般用于建筑墙体水分测量的方法主要有红外法、微波法、中子测量法以及介电测量法。红外线法能够实现在线测量，但其测量结果受到被测物料表面特性、规范性、材质、被测物与探测器之间距离变化等因素的影响，且红外线的透射性较差；另外，探测器在工作过程中存在一定的温度漂移和时间漂移，使测量值的重复性受到影响。微波法测量墙体湿度，替代了传统测量法，使测量过程简单，并实现了快速、实时、在线及非接触无损伤测量，但微波测量过程中会受到密度、温度和其他环境因素的影响，所用的矢量分析仪成本太高，且不利于分层。中子测量法虽然很好，但其设备价格昂贵，而且不便用于建筑外墙的湿度测量。
目前，国内有一种测量建筑物含水率的仪器，采用介电常数法，根据电介质的介电常数随其水分含量而发生明显变化的原理，通过介电效应产生的电学参数变化，间接测量建筑材料的含水率。这种仪器广泛用于建筑装修、防水工程基层材料的含水率测量及卷材层面渗漏源检查，还用于砌筑砖、隔热保温材料的含水率测量，亦可用于砼质量无损检测中的湿度检验。但是该仪器只能用于建筑物表面的含水率测量，而不能测量建筑墙体沿纵深方向的含水率分布。
发明内容
本发明为实现围护结构沿厚度方向不同深度的含水率测量而提出一种围护结构含水率的便携式测试系统及其测试方法。
一种围护结构含水率的便携式测试系统，包括探头、USB数据采集卡和计算机，其中：探头连接USB数据采集卡，USB数据采集卡连接计算机，所述探头包括高频震荡电路、驱动电缆屏蔽电路、微小电容测量电路、放大电路、压力传感器、压力传感器调理电路、模拟开关和极板，其中：压力传感器接收手部施加的压力信号，压力传感器调理电路的输入端和输出端分别连接压力传感器的输出端和USB数据采集卡的输入端，模拟开关的输入端和输出端分别连接USB数据采集卡的输出端和极板的输入端，极板接收被测围护结构的含水率信号，极板的输出端连接驱动电缆屏蔽电路的输入端，高频震荡电路和驱动电缆屏蔽电路的输出端均连接微小电容测量电路的输入端，放大电路的输入端和输出端分别连接微小电容测量电路的输出端和USB数据采集卡的输入端。
一种基于该围护结构含水率便携式测试系统的测试方法，包括如下步骤：
A.把探头贴靠在被测围护结构上，使极板接触围护结构，其中：极板是由在同一平面上并排分布的八片相同但排列间距不同的铜片组成，分别为第一铜片、第二铜片、第三铜片、第四铜片、第五铜片、第六铜片、第七铜片和第八铜片，手部施加在探头上的压力信号由压力传感器和压力传感器调理电路处理后经USB数据采集卡输入到计算机，计算机根据设定的压力门槛值来确定进入测试阶段；
B.测量含水率信号，步骤如下：
a.第一层含水率信号测量，测量深度为10mm-12mm：计算机通过USB数据采集卡控制模拟开关分别选择第一铜片、第三铜片、第五铜片和第七铜片为驱动电极以及第二铜片、第四铜片、第六铜片和第八铜片为感应电极，分别对应测量驱动电极和感应电极间的电场感应信号；
b.第二层含水率信号测量，测量深度为20mm-24mm：计算机通过USB数据采集卡控制模拟开关分别使第一铜片和第二铜片短接作为第一驱动电极、第三铜片和第四铜片短接作为第一感应电极、第五铜片和第六铜片短接作为第二驱动电极以及第七铜片和第八铜片短接作为第二感应电极，分别对应测量驱动电极和感应电极间的电场感应信号；
c.第三层含水率信号测量，测量深度为58mm-62mm：计算机通过USB数据采集卡控制模拟开关使第一铜片、第二铜片、第三铜片和第四铜片短接作为驱动电极；第五铜片、第六铜片、第七铜片和第八铜片短接作为感应电极，测量驱动电极和感应电极间的电场感应信号；
C.测量上述驱动电极和感应电极间的电场感应信号后，由屏蔽线经过驱动电缆屏蔽电路输出信号到微小电容测量电路，同时高频震荡电路给微小电容测量电路提供高频驱动信号，经过转换后的信号经放大电路调理、放大后通过USB数据采集卡采集并输入到计算机；
D.计算机对得到的数据进行处理、分析，计算出被测围护结构各层的含水率并进行显示。
本发明是一种以同面散射场集成式电容传感器为核心的测试系统，该测试系统能够测量围护结构沿厚度方向不同深度的含水率，并可通过压力传感器限值提高测量准确度，系统结构简单，成本低，测量过程简单。
附图说明
图1是本发明的组成结构框图。
图2是本发明中探头中的极板组成示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种围护结构含水率的便携式测试系统，包括探头1、USB数据采集卡2和计算机3，其中：探头1连接USB数据采集卡2，USB数据采集卡2连接计算机3，所述探头1包括高频震荡电路4、驱动电缆屏蔽电路5、微小电容测量电路6、放大电路7、压力传感器8、压力传感器调理电路9、模拟开关10和极板11，其中：压力传感器8接收手部施加的压力信号，压力传感器调理电路9的输入端和输出端分别连接压力传感器8的输出端和USB数据采集卡2的输入端，模拟开关10的输入端和输出端分别连接USB数据采集卡2的输出端和极板11的输入端，极板11接收被测围护结构的含水率信号，极板11的输出端连接驱动电缆屏蔽电路5的输入端，高频震荡电路4和驱动电缆屏蔽电路5的输出端均连接微小电容测量电路6的输入端，放大电路7的输入端和输出端分别连接微小电容测量电路6的输出端和USB数据采集卡2的输入端。
如图2所示，该围护结构含水率便携式测试系统中探头中的极板，是由八片相同但排列间距不同的铜片组成，上面并覆有一层绝缘材料，八片铜片排列在同一平面上。
该测试系统中，高频震荡电路4是由一个2MHz的晶体振荡器及旁路电容组成的晶振电路，它产生2MHz的高频方波，提供给微小电容测量电路6；微小电容测量电路6将上述2MHz的高频方波经过六反相器CD4069和双向模拟开关CD4066持续对被测电容进行充、放电，再反向充、放电，充、放电后的信号经过由运算放大器LF355组成的积分电路检测累积电荷，转换成电压信号输出；放大电路7是由运算放大器OP-07构成的差分放大电路；模拟开关10是由四片双向模拟开关CD4066组成，计算机3通过它来选择极板11中的铜片或将铜片短接来作为驱动电极或感应电极；USB数据采集卡2采用北京优采公司的数据采集卡UA301，完成对压力传感器调理电路9输出信号以及放大电路7输出信号的采集，并完成计算机3对模拟开关10控制信号的输出。
该围护结构含水率便携式测试系统的测试方法包括如下步骤：
A.把探头1贴靠在被测围护结构上，使极板11接触围护结构，其中：极板11是由在同一平面上并排分布的八片相同但排列间距不同的铜片组成，分别为第一铜片A1、第二铜片A2、第三铜片B1、第四铜片B2、第五铜片C1、第六铜片C2、第七铜片D1和第八铜片D2，手部施加在探头1上的压力信号由压力传感器8和压力传感器调理电路9处理后经USB数据采集卡2输入到计算机3，计算机3根据设定的压力门槛值来确定进入测试阶段；
B.测量含水率信号，步骤如下：
a.第一层含水率信号测量，测量深度为10mm-12mm：计算机3通过USB数据采集卡2控制模拟开关10分别选择第一铜片A1、第三铜片B1、第五铜片C1和第七铜片D1为驱动电极以及第二铜片A2、第四铜片B2、第六铜片C2和第八铜片D2为感应电极，分别对应测量驱动电极和感应电极间的电场感应信号；
b.第二层含水率信号测量，测量深度为20mm-24mm：计算机3通过USB数据采集卡2控制模拟开关10分别使第一铜片A1和第二铜片A2短接作为第一驱动电极、第三铜片B1和第四铜片B2短接作为第一感应电极、第五铜片C1和第六铜片C2短接作为第二驱动电极以及第七铜片D1和第八铜片D2短接作为第二感应电极，分别对应测量驱动电极和感应电极间的电场感应信号；
c.第三层含水率信号测量，测量深度为58mm-62mm：计算机3通过USB数据采集卡2控制模拟开关10使第一铜片A1、第二铜片A2、第三铜片B1和第四铜片B2短接作为驱动电极；第五铜片C1、第六铜片C2、第七铜片D1和第八铜片D2短接作为感应电极，测量驱动电极和感应电极间的电场感应信号；
C.测量上述驱动电极和感应电极间的电场感应信号后，由屏蔽线经过驱动电缆屏蔽电路5输出信号到微小电容测量电路6，同时高频震荡电路4给微小电容测量电路6提供2MHz的高频驱动信号，经过转换后的信号经放大电路7调理、放大后通过USB数据采集卡2采集并输入到计算机3；
D.计算机3对得到的数据进行处理、分析，计算出被测围护结构各层的含水率并进行显示。
Claims (2)
1、一种围护结构含水率的便携式测试系统，包括探头(1)、USB数据采集卡(2)和计算机(3)，其中：探头(1)连接USB数据采集卡(2)，USB数据采集卡(2)连接计算机(3)，其特征在于：所述探头(1)包括高频震荡电路(4)、驱动电缆屏蔽电路(5)、微小电容测量电路(6)、放大电路(7)、压力传感器(8)、压力传感器调理电路(9)、模拟开关(10)和极板(11)，其中：压力传感器(8)接收手部施加的压力信号，压力传感器调理电路(9)的输入端和输出端分别连接压力传感器(8)的输出端和USB数据采集卡(2)的输入端，模拟开关(10)的输入端和输出端分别连接USB数据采集卡(2)的输出端和极板(11)的输入端，极板(11)接收被测围护结构的含水率信号，极板(11)的输出端连接驱动电缆屏蔽电路(5)的输入端，高频震荡电路(4)和驱动电缆屏蔽电路(5)的输出端均连接微小电容测量电路(6)的输入端，放大电路(7)的输入端和输出端分别连接微小电容测量电路(6)的输出端和USB数据采集卡(2)的输入端。
2、一种基于权利要求1所述的围护结构含水率的便携式测试系统的测试方法，其特征在于包括如下步骤：
A.把探头(1)贴靠在被测围护结构上，使极板(11)接触围护结构，其中：极板(11)是由在同一平面上并排分布的八片相同但排列间距不同的铜片组成，分别为第一铜片(A1)、第二铜片(A2)、第三铜片(B1)、第四铜片(B2)、第五铜片(C1)、第六铜片(C2)、第七铜片(D1)和第八铜片(D2)，手部施加在探头(1)上的压力信号由压力传感器(8)和压力传感器调理电路(9)处理后经USB数据采集卡(2)输入到计算机(3)，计算机(3)根据设定的压力门槛值来确定进入测试阶段；
B.测量含水率信号，步骤如下：
a.第一层含水率信号测量，测量深度为10mm-12mm：计算机(3)通过USB数据采集卡(2)控制模拟开关(10)分别选择第一铜片(A1)、第三铜片(B1)、第五铜片(C1)和第七铜片(D1)为驱动电极以及第二铜片(A2)、第四铜片(B2)、第六铜片(C2)和第八铜片(D2)为感应电极，分别对应测量驱动电极和感应电极间的电场感应信号；
b.第二层含水率信号测量，测量深度为20mm-24mm：计算机(3)通过USB数据采集卡(2)控制模拟开关(10)分别使第一铜片(A1)和第二铜片(A2)短接作为第一驱动电极、第三铜片(B1)和第四铜片(B2)短接作为第一感应电极、第五铜片(C1)和第六铜片(C2)短接作为第二驱动电极以及第七铜片(D1)和第八铜片(D2)短接作为第二感应电极，分别对应测量驱动电极和感应电极间的电场感应信号；
c.第三层含水率信号测量，测量深度为58mm-62mm：计算机(3)通过USB数据采集卡(2)控制模拟开关(10)使第一铜片(A1)、第二铜片(A2)、第三铜片(B1)和第四铜片(B2)短接作为驱动电极；第五铜片(C1)、第六铜片(C2)、第七铜片(D1)和第八铜片(D2)短接作为感应电极，测量驱动电极和感应电极间的电场感应信号；
C.测量上述驱动电极和感应电极间的电场感应信号后，由屏蔽线经过驱动电缆屏蔽电路(5)输出信号到微小电容测量电路(6)，同时高频震荡电路(4)给微小电容测量电路(6)提供高频驱动信号，经过转换后的信号经放大电路(7)调理、放大后通过USB数据采集卡(2)采集并输入到计算机(3)；
D.计算机(3)对得到的数据进行处理、分析，计算出被测围护结构各层的含水率并进行显示。
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| CN101907594A (zh) * | 2010-06-11 | 2010-12-08 | 中国石油天然气股份有限公司 | 井口原油含水率在线测量装置 |
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2009
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