CN102103064A - 一种便携式钢筋混凝土腐蚀测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式钢筋混凝土腐蚀测量仪，包括多个设置在混凝土中各个检测点上且具有检测pH值、Cl^－离子浓度值、开路电位、极化阻力和腐蚀速率功能的复合式传感器及与每个检测点上的复合式传感器分别对应连接的检测电路，其特征在于检测电路的信号输入端连接有键盘输入单元，检测电路的信号输出端连接有液晶显示单元，优点在于通过在与复合式传感器对应连接的检测电路的信号输入端上连接键盘输入单元，且在检测电路的信号输出端上连接液晶显示单元，利用键盘输入单元和液晶显示单元的相互配合完成各种参数设置以及测量数据的显示，这种结构的测量仪便于携带，能够满足任何环境的监测需求。

Description

一种便携式钢筋混凝土腐蚀测量仪

技术领域

本发明涉及一种混凝土结构的腐蚀监测设备，尤其是涉及一种便携式钢筋混凝土腐蚀测量仪，其用来测量混凝土中钢筋的腐蚀速度参数和分析混凝土中钢筋的耐腐蚀性能。

背景技术

近几十年来，我国经济的高速增长世界瞩目，而发展最快、投资规模最大的是基础设施建设，特别是以土木工程为主体的基础设施建设。同时随着国家基础设施建设规模的不断扩大，钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀与防护问题逐渐提上日程，日益引起了人们的重视。散布在钢筋混凝土结构中的侵蚀性介质对钢筋的腐蚀破坏是相当迅速的，以致钢筋混凝土结构使用2～10年后，为保持其工作能力所花费的维修费用大大超过钢筋混凝土结构本身的造价，据国外专家估计，由钢筋混凝土结构锈蚀造成的经济损失占国民经济的1.25%左右。钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀现象在我国也普遍存在，甚至很突出，这样因钢筋混凝土结构锈蚀而停工停产乃至发生安全事故的间接损失更难以估计，因此测试和分析钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀速度和耐腐蚀性能，监测和分析当前钢筋所处腐蚀环境与腐蚀相关的各个参数的真实情况，对于土木工程结构的耐久性意义重大。

为能够较好地测试和分析钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀速度和耐腐蚀性能，目前相关人士已提出多种用于监测混凝土中钢筋腐蚀程度的系统，如中国公告的实用新型专利“一种混凝土中钢筋腐蚀在线监测系统”（专利号:CN200820120592.0，公告日：2009年3月25日，公告号：CN201212876），该在线监测系统包括设置在混凝土中多个检测点上的传感装置和一上位监控计算机，上位监控计算机的输入端连接有数据转换电路，特点是还包括有与每个检测点上的传感装置对应连接的采样信号处理电路，传感装置包括温度传感器和具有同时检测pH值、Cl^－离子浓度值、开路电位、极化阻力和腐蚀速率功能的复合式传感器，采样信号处理电路的信号输出端与数据转换电路的信号输入端连接。该在线监测系统的优点在于可以进行检测过程中的温度补偿，消除检测误差，提高检测装置的精度及灵敏度，且在提高检测精度的同时，大大简化了电路的结构，而当一个检测点出现故障时，也不会造成整个监测系统瘫痪。但是，这种在线监测系统不便于携带，不能较好地满足特殊环境的监测需求；另一方面，这种在线监测系统更适合检测点相对密集，且需要连续、长时间动态监测的场合，而并不适合于位置离散性较大的检测点的场合；此外，这种在线监测系统中所有采样信号处理电路的信号输出端必须通过电缆线连接至上位监控计算机的输入端，系统建设及维护成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构紧凑简单、体积小、集成度高，且便于携带的钢筋混凝土腐蚀测量仪。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种便携式钢筋混凝土腐蚀测量仪，包括多个设置在混凝土中各个检测点上且具有检测PH值、CL^－离子浓度值、开路电位、极化阻力和腐蚀速率功能的复合式传感器及与每个检测点上的所述的复合式传感器分别对应连接的检测电路，其特征在于所述的检测电路的信号输入端连接有键盘输入单元，所述的检测电路的信号输出端连接有液晶显示单元。

所述的复合式传感器主要由并行设置的研究电极、参考电极、PH探针、CL^－探针和辅助电极组成，所述的研究电极、所述的参考电极、所述的PH探针及所述的CL^－探针均设置在一同轴延伸的管状辅助电极内，所述的研究电极接地，所述的检测电路主要由信号发生电路、分别与所述的信号发生电路连接的控制及信号处理电路和恒电位电路、PH值测量电路及CL^－值测量电路组成，所述的控制及信号处理电路连接有时钟电路和数据存储电路，所述的PH探针通过所述的PH值测量电路与所述的控制及信号处理电路的信号输入端连接，所述的CL^－探针通过所述的CL^－值测量电路与所述的控制及信号处理电路的信号输入端连接，所述的信号发生电路的信号输出端输出检测所述的腐蚀速率的极化电位，所述的恒电位电路与所述的参考电极连接以驱动所述的参考电极，所述的辅助电极与所述的控制及信号处理电路连接，所述的键盘输入单元的信号输出端与所述的控制及信号处理电路的信号输入端连接，所述的液晶显示单元的信号输入端与所述的控制及信号处理电路的信号输出端连接。

所述的检测电路还包括有数据传输电路，所述的控制及信号处理电路与所述的数据传输电路连接，所述的数据传输电路远程连接有上位监控计算机。

所述的检测电路还包括有用于实现在线编程、调试及下载的程序下载接口，所述的程序下载接口与所述的控制及信号处理电路连接。

所述的键盘输入单元包括键盘和键盘处理电路，所述的液晶显示单元包括液晶屏和液晶显示电路，所述的键盘通过所述的键盘处理电路与所述的控制及信号处理电路的信号输入端连接，所述的液晶屏通过所述的液晶显示电路与所述的控制及信号处理电路的信号输出端连接。

所述的复合式传感器设置于一个独立的具有防腐、防潮和防爆功能的第一壳体内，所述的检测电路、所述的液晶显示电路及所述的键盘处理电路均设置于一个独立的具有防腐、防潮和防爆功能的第二壳体内，所述的检测电路、所述的液晶显示电路及所述的键盘处理电路均浇封在所述的第二壳体内，所述的键盘和所述的液晶屏均设置于所述的第二壳体上。

所述的第一壳体和所述的第二壳体均为表面经过防腐处理的铝合金壳体。

所述的信号发生电路包括型号为DAC8532的信号发生芯片，所述的控制及信号处理电路包括型号为AD7718的第一控制芯片和型号为C8051F345的第二控制芯片，数据传输电路包括型号为MAX232的通讯芯片，数据存储电路包括型号为FM24C512的存储芯片，时钟电路包括型号为SD2405API的时钟芯片，液晶显示电路包括型号为EDM12864-38的液晶显示芯片。

与现有技术相比，本发明的优点在于通过在与复合式传感器对应连接的检测电路的信号输入端上连接键盘输入单元，且在检测电路的信号输出端上连接液晶显示单元，利用键盘输入单元和液晶显示单元的相互配合完成各种参数设置以及测量数据的显示，这种结构的测量仪便于携带，能够满足任何环境的监测需求；由于复合传感器输出的不同信号可直接进入检测电路，各信号进入检测电路的路径相互独立，检测电路中的控制及信号处理电路根据实际需要采集、处理复合传感器输出的一种或多种信号，因此可实现各腐蚀参数的独立、有选择的测量（即采用型号为AD7718的第一控制芯片可以将复合传感器的输出信号直接接入其片上独立的信号输入通道，并结合型号为C8051F345的第二控制芯片的输出控制，简便、灵活的实现不同信号的独立测量）；信号发生电路采用高精度、可编程的信号发生芯片，可以控制输出信号的时间、幅度，这样可以在测试后停止其输出，减小对研究电极、参考电极的影响。由于本发明的测量仪便于携带，因此不仅适合于检测点相对密集的场合，而且也适合于位置离散性较大的检测点的场合。此外，本发明的测量仪的检测结果可通过液晶显示单元的液晶屏显示观察，而无需上传至上位监控计算机才能进行观察，不仅方便实用，而且可以根据需要在液晶屏上实时观察，也可上传至上位监控计算机便于其他工作人员观察。

附图说明

图1为本发明复合传感器的结构示意图；

图2为本发明测量仪的组成框图；

图3为本发明的PH值测量电路的电气原理图；

图4为本发明的CL^－值测量电路的电气原理图；

图5为本发明的恒电位电路和信号发生电路的电气原理图；

图6为本发明的控制及信号处理电路、数据传输电路、时钟电路、数据存储电路、液晶显示电路、键盘处理电路、程序下载接口的电气原理图；

图7为本发明应用于钢筋混凝土结构中的示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图所示，一种便携式钢筋混凝土腐蚀测量仪，包括多个设置在混凝土中各个检测点（图中未示出，检测点通常为易腐蚀的部分）上且具有检测PH值、CL^－离子浓度值、开路电位、极化阻力和腐蚀速率功能的复合式传感器1及与每个检测点上的复合式传感器1分别对应连接的检测电路，检测电路的信号输入端连接有键盘输入单元3，检测电路的信号输出端连接有液晶显示单元4，通过键盘输入单元3和液晶显示单元4的相互配合完成各种参数设置以及测量数据的显示等，这种结构的测量仪便于携带，能够满足任何环境的监测需求。

在此具体实施例中，复合式传感器1主要由并行设置的研究电极11、参考电极12、PH探针13、CL^－探针14和辅助电极15组成，研究电极11、参考电极12、PH探针13及CL^－探针14均设置在一同轴延伸的管状辅助电极15内，研究电极11接地。检测电路主要由信号发生电路21、分别与信号发生电路21连接的控制及信号处理电路22和恒电位电路23、PH值测量电路24和CL^－值测量电路25组成，控制及信号处理电路22连接有时钟电路26和数据存储电路27。PH探针13通过PH值测量电路24与控制及信号处理电路22的信号输入端连接，CL^－探针14通过CL^－值测量电路25与控制及信号处理电路22的信号输入端连接，信号发生电路21的信号输出端输出检测腐蚀速率的极化电位，恒电位电路23与参考电极12连接以驱动参考电极12，辅助电极15与控制及信号处理电路22连接，键盘输入单元3的信号输出端与控制及信号处理电路22的信号输入端连接，液晶显示单元4的信号输入端与控制及信号处理电路22的信号输出端连接。由于复合传感器1输出的pH值、CL^－离子浓度值及腐蚀速率等直接进入检测电路，各信号进入检测电路的路径相互独立，检测电路中的控制及信号处理电路22根据实际需要采集、处理复合传感器1输出的一种或多种信号，因此可实现各腐蚀参数的独立、有选择的测量。

在此具体实施例中，检测电路还包括有数据传输电路28，控制及信号处理电路22与数据传输电路28连接，数据传输电路28通过RS485总线远程连接有上位监控计算机5，将检测数据上传至上位监控计算机5。

在此具体实施例中，检测电路还包括用于实现在线编程、调试及下载的程序下载接口JTAG，如图6所示，程序下载接口JTAG的信号输出端与控制及信号处理电路22连接。

在此具体实施例中，键盘输入单元3包括键盘31和键盘处理电路，液晶显示单元4包括液晶屏41和液晶显示电路，键盘31通过键盘处理电路与控制及信号处理电路22的信号输入端连接，液晶屏41通过液晶显示电路与控制及信号处理电路22的信号输出端连接。

在此具体实施例中，如图7所示，复合式传感器1设置于一个独立的具有防腐、防潮和防爆功能的第一壳体6内，检测电路、液晶显示电路及键盘处理电路均设置于一个独立的具有防腐、防潮和防爆功能的第二壳体7内，检测电路、液晶显示电路及键盘处理电路均浇封在第二壳体7内，键盘31和液晶屏41均设置于第二壳体7上。第一壳体6和第二壳体7均采用耐腐蚀、耐高温的铝合金材料制成，并在第一壳体6和第二壳体7的表面上喷涂现有的防腐剂做防腐处理。

各个电路的具体组成及各电路之间的连接关系如下：

如图5所示，信号发生电路21包括型号为DAC8532的信号发生芯片U7、型号为AD822的第十三运算放大器A13A和A13B、型号为AD822的第十四运算放大器A14及型号为AD822的第十五运算放大器A15A；恒电位电路23包括型号为AD822的第八运算放大器A8A、型号为OP177的第九运算放大器A9、电压跟随器、采样保持器及信号加法运算放大器A12A。如图6所示，控制及信号处理电路22包括型号为AD7718的第一控制芯片U8和型号为C8051F345的第二控制芯片U1；数据传输电路28包括型号为MAX232的通讯芯片U6，通讯芯片U6通过9针插头J1将数据传输给上位监控计算机5；数据存储电路包括型号为FM24C512的存储芯片U2，其可储存30支探针的特征参数及每只探针监测到的1000组监测数据，且储存的各种数据可读、可写、可删除；时钟电路26包括型号为SD2405API的时钟芯片U4；液晶显示电路包括型号为EDM12864-38的液晶显示芯片U3。信号发生电路21的第十五运算放大器A15A与恒电位电路23连接，恒电位电路23的第八运算放大器A8A与参考电极12连接，恒电位电路23通过辅助电极15提供测量腐蚀电流密度的电路回路及电流I-电压V变换，辅助电极15通过电流I-电压V变换与控制及信号处理电路22连接。第一控制芯片U8的检测信号输入端AIN8与图3所示的PH值测量电路24的信号输出端连接，第一控制芯片U8的检测信号输入端AIN2与图4所示的CL^－值测量电路25的信号输出端连接，第一控制芯片U8的检测信号输入端AIN6及AIN4分别与恒电位电路23的信号输出端Ecorr2及Icorr2连接，第一控制芯片U8的控制输入端DOUT、DIN、SCLK进行编程来选择不同的检测通道，完成PH值、CL^－离子浓度值、开路电位、极化阻力和腐蚀速率的检测；第二控制芯片U1通过并行数据总线DB7～DB0及控制总线D/I、R/W、E、CS1、CS2、EDMRST与液晶显示电路的型号为EDM12864-38的液晶显示芯片U3连接，第二控制芯片U1通过I²C总线FSCL、FSDA与数据存储电路27的型号为FM24C512的存储芯片U2，第二控制芯片U1的通信控制端RX0、TX0与数据传输电路28的型号为MAX232的通讯芯片U6连接，第二控制芯片U1的测试接口C²D、C²CK与程序下载接口JTAG的信号输出端连接，以实现在线编程、调试及程序下载，第二控制芯片U1通过I²C总线20SCL、20SDA及INT与时钟电路26连接，第二控制芯片U1通过I/O接口P4.0～P4.7与键盘处理电路的输出端连接。

实际使用本发明的监测系统时，如图7所示，先将复合式传感器1安装于隧道内部侧壁的钢筋混凝土结构易腐蚀的部位中，如果需监测较大范围时，则可将多个复合式传感器1分布在各个易腐蚀的部位（即检测点）范围内即可。

本发明根据腐蚀电化学原理及PH、CL^－反应原理，利用现代电子技术及SOC芯片（System On Chip）采集电压数据并传输，通过信号发生电路21的输出端输出测量腐蚀速率参数的极化电位，该极化电位可通过第二控制芯片U1对信号发生电路21的信号发生芯片U7编程连续调节，实现动态扫描，扫描的范围可设置为±40mV，通过恒电位电路23驱动电极建立腐蚀电化学体系，体系包括参考电极12（二氧化锰）、研究电极11（钢筋）、辅助电极15（316L不锈钢）。作为体系中的电极，极化电位施加在研究电极11、参考电极12之间，通过辅助电极15提供测量腐蚀电流密度的电路回路及电流－电压变换，并经控制及信号处理电路22进行采样、处理。其他电极则利用信号发生电路21内部的开关连接到地线引脚上而形成一个完整的回路来实现；当有腐蚀介质进入PH探针或CL^－探针表面时，通过检测PH值、CL^－离子浓度值、开路电位、极化阻力及腐蚀速率等参数的变化来反映腐蚀介质对钢筋的腐蚀强度。

Claims (8)

1.一种便携式钢筋混凝土腐蚀测量仪，包括多个设置在混凝土中各个检测点上且具有检测PH值、CL^－离子浓度值、开路电位、极化阻力和腐蚀速率功能的复合式传感器及与每个检测点上的所述的复合式传感器分别对应连接的检测电路，其特征在于所述的检测电路的信号输入端连接有键盘输入单元，所述的检测电路的信号输出端连接有液晶显示单元。

2.根据权利要求1所述的一种便携式钢筋混凝土腐蚀测量仪，其特征在于所述的复合式传感器主要由并行设置的研究电极、参考电极、PH探针、CL^－探针和辅助电极组成，所述的研究电极、所述的参考电极、所述的PH探针及所述的CL^－探针均设置在一同轴延伸的管状辅助电极内，所述的研究电极接地，所述的检测电路主要由信号发生电路、分别与所述的信号发生电路连接的控制及信号处理电路和恒电位电路、PH值测量电路及CL^－值测量电路组成，所述的控制及信号处理电路连接有时钟电路和数据存储电路，所述的PH探针通过所述的PH值测量电路与所述的控制及信号处理电路的信号输入端连接，所述的CL^－探针通过所述的CL^－值测量电路与所述的控制及信号处理电路的信号输入端连接，所述的信号发生电路的信号输出端输出检测所述的腐蚀速率的极化电位，所述的恒电位电路与所述的参考电极连接以驱动所述的参考电极，所述的辅助电极与所述的控制及信号处理电路连接，所述的键盘输入单元的信号输出端与所述的控制及信号处理电路的信号输入端连接，所述的液晶显示单元的信号输入端与所述的控制及信号处理电路的信号输出端连接。

3.根据权利要求2所述的一种便携式钢筋混凝土腐蚀测量仪，其特征在于所述的检测电路还包括有数据传输电路，所述的控制及信号处理电路与所述的数据传输电路连接，所述的数据传输电路远程连接有上位监控计算机。

4.根据权利要求2或3所述的一种便携式钢筋混凝土腐蚀测量仪，其特征在于所述的检测电路还包括有用于实现在线编程、调试及下载的程序下载接口，所述的程序下载接口与所述的控制及信号处理电路连接。

5.根据权利要求4所述的一种便携式钢筋混凝土腐蚀测量仪，其特征在于所述的键盘输入单元包括键盘和键盘处理电路，所述的液晶显示单元包括液晶屏和液晶显示电路，所述的键盘通过所述的键盘处理电路与所述的控制及信号处理电路的信号输入端连接，所述的液晶屏通过所述的液晶显示电路与所述的控制及信号处理电路的信号输出端连接。

6.根据权利要求5所述的一种便携式钢筋混凝土腐蚀测量仪，其特征在于所述的复合式传感器设置于一个独立的具有防腐、防潮和防爆功能的第一壳体内，所述的检测电路、所述的液晶显示电路及所述的键盘处理电路均设置于一个独立的具有防腐、防潮和防爆功能的第二壳体内，所述的检测电路、所述的液晶显示电路及所述的键盘处理电路均浇封在所述的第二壳体内，所述的键盘和所述的液晶屏均设置于所述的第二壳体上。

7.根据权利要求6所述的一种便携式钢筋混凝土腐蚀测量仪，其特征在于所述的第一壳体和所述的第二壳体均为表面经过防腐处理的铝合金壳体。

8.根据权利要求3所述的一种便携式钢筋混凝土腐蚀测量仪，其特征在于所述的信号发生电路包括型号为DAC8532的信号发生芯片，所述的控制及信号处理电路包括型号为AD7718的第一控制芯片和型号为C8051F345的第二控制芯片，数据传输电路包括型号为MAX232的通讯芯片，数据存储电路包括型号为FM24C512的存储芯片，时钟电路包括型号为SD2405API的时钟芯片，液晶显示电路包括型号为EDM12864-38的液晶显示芯片。

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