CN103105418A - 以钢筋为电极的混凝土监控检测仪及其监控检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种以钢筋为电极的混凝土监控检测仪及其监控检测方法。监控检测仪由钢筋电极阵列、电极阵列电缆、混凝土健康检测器、上位机通信接口和上位机构成。钢筋电极阵列有数量相等的A和B两组，交替均匀排列在混凝土中。混凝土健康检测器含电极选择电路，串联阻抗选择电路，并联阻抗选择电路，阻抗谱测量电路，微处理器。电极选择电路有两路分别与两组钢筋电极连接。阻抗谱测量电路测量串联阻抗选择电路、并联阻抗选择电路与选定的电极对之间的混凝土的阻抗组合的电路的阻抗谱数据。微处理器接受上位机控制，微处理器的程序包括监测模式、检测模式、读数模式子程序。上位机通信接口协议以数据包发送。系统使用方便可靠。可检测、实时监测混凝土健康状况。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料检测范畴，涉及混凝土质量监测。
背景技术
混凝土是广泛用于房屋建筑、桥梁工程、水利工程等的一种重要的工程材料。混凝土的质量直接关系工程结构的安全，混凝土健康检测和监测仪器是保证混凝土安全长久运行的技术手段，公路、桥梁、大坝以及其他工用民用建筑，都需进行定期的或实时的健康检测和监测。而混凝土健康的预测、预报、诊断是当今国际上急需攻克的主要难题之一。中国专利号200610020932.8 《基于阻抗成像的混凝土损伤检测方法与设备》提供了一种混凝土损伤检测方法和设备，这种方法采用了阻抗成像技术得出混凝土的健康状况，但在实际使用中由于需要嵌入检测电极，嵌入的检测电极与混凝土不能很好的兼容，而且，改变了施工过程和施工方法，因此，存在一定的应用局限。中国专利ZL 201220284332.3《 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。本发明主要检测裂缝，没有检测其他的异常行为。
发明内容
本发明的目的是提供一种能进行全面健康监测、使用方便，嵌入的检测电极能与混凝土很好的兼容的监控检测仪器和监控检测的方法。
本发明的目的是这样达到的：监控检测仪由钢筋电极阵列、电极阵列电缆、混凝土健康检测器、上位机通信接口和上位机构成，钢筋电极阵列有2组钢筋电极，为钢筋电极A组和B组，A组和B组的数量相等，A组和B组钢筋电极交替线性均匀排列在混凝土中。
钢筋电极由钢筋和连接在一端的电缆接插件构成，电极阵列电缆是在同轴电缆两端分别焊接电极接插件和检测器接插件构成，电极接插件连接到钢筋电极的电缆接插件，检测器接插件连接到混凝土健康检测器的电极选择电路
混凝土健康检测器3由电极选择电路，串联阻抗选择电路，并联阻抗选择电路，阻抗谱测量电路，微处理器，供电电路，上位机通信接口组成，串联阻抗选择电路的一端与电极选择电路A串连，另一端与并联阻抗选择电路并联后，与阻抗测量电路的一端连接，并联阻抗选择电路16的另一端与电极选择电路B并联后，与阻抗测量电路（17）的另一端连接；电极选择电路有2路，为电极选择电路A、电极选择电路B，2路电极选择电路分别通过电极阵列电缆与2组钢筋电极连接。
微处理器通过电极选择控制、串联阻抗选择控制、并联阻抗选择控制、阻抗谱测量电路控制、上位机通信接口控制分别与电极选择电路、串联阻抗选择电路、并联阻抗选择电路、阻抗谱测量电路、上位机通信接口连接，在微处理器与电极选择电路、串联阻抗选择电路、并联阻抗选择电路、阻抗谱测量电路、上位机通信接口间构成通信通路。
电极选择电路是n选一的多路开关电路。所述串联阻抗选择电路由电阻选择电路、电容选择电路、电感选择电路串联而成；并联阻抗选择电路是由电阻选择电路、电容选择电路、电感选择电路并联而成。
所述电阻选择电路是由八个不同电阻值的电阻两端连接在两个8选一模拟开关上组成。所述电容选择电路是由八个不同电容值的电容两端连接在两个8选一模拟开关上组成。所述电感选择电路是由八个不同电感值的电感两端连接两个8选一模拟开关上组成。
所述电极选择电路是n选一的多路开关电路是2选一或4选一或8选一或16选一或32选一或64选一的开关电路。
以钢筋为电极的混凝土监控检测方法，钢筋电极阵列在施工时布阵，钢筋电极的钢筋部分钢筋埋入混凝土中，电缆接插件露出混凝土外，用于和电极阵列电缆连接；混凝土健康检测器通过电极阵列电缆对钢筋电极进行选择，上位机通过通信接口对混凝土健康检测器的微处理器进行通信控制，完成监控检测，在监控检测时微处理器通过电极选择控制、串联阻抗选择控制、并联阻抗选择控制、阻抗谱测量电路控制、通信接口控制分别对电极选择电路、串联阻抗选择电路、并联阻抗选择电路、阻抗谱测量电路、上位机通信接口进行控制；每次按照规定顺序选择A组和B组钢筋电极中的一对电极进行阻抗谱测量并循环更换直至完成全部相邻电极对的测量，通过对测量数据以及所存储的历史测量数据的分析，得出混凝土的健康状况结论；微处理器的程序包括监测模式、检测模式、读数模式3个子程序。
微处理器工作程序流程是：接收上位机通信控制命令，判断是否运行监测模式，是，进入运行监测模式子程序并返回第一步，否，判断是否运行检测模式，是，进入运行检测模式子程序并返回第一步，否，判断是否运行读数模式并返回第一步，是，进入读数模式子程序，否，返回第一步。
微处理器运行监测模式子程序是：第一步：设置数据采样周期，选择电极A1、B1，第二步：设置测量频率f=0赫兹，第三步：根据设置频率，选择串联阻抗、并联阻抗、测量增益，然后读取实部、虚部数据并将实部、虚部及对应的电极对、测量频率f、测量时间、串联阻抗、并联阻抗测量增益存入数据库，进入判断：f<100吗？是，f=f+100赫兹步进并返回第三步，否，100= f<1000吗？是，f=f+1000赫兹步进并返回第三步，否，1000= f<10K吗？是，f=f+10K赫兹步进并返回第三步，否，f=f+100K赫兹步进，判断f>100K吗，是，按照A1\B1,A2\B1,A2\B2,A3\B3,An-2\Bn-3,An-2\Bn-2,An-1\Bn-2,An-1\Bn-1,An\Bn-1,An\Bn的顺序循环更换测量电极对的选择，然后返回第二步，设置测量频率f=0赫兹，否，返回第四步，根据设置频率，选择串联阻抗、并联阻抗、测量增益。
运行检测模式子程序流程是：根据控制命令选择电极，根据控制命令设置测量频率、串联阻抗、并联阻抗、测量增益、采用周期，读取实部、虚步数据以及对应的电极对、测量频率f、测量时间、串联阻抗、并联阻抗、测量增益存入数据库。
读取模式子程序流程是：根据控制命令选择起始时间，根据控制命令选择结束时间，将起始时间和结束时间内的数据通过上位机通信接口传输给上位机。
上位机通信接口协议是以数据包的形式发送，包括上位机下发运行监测模式通信协议、上位机下发运行检测模式通信协议、上位机下发运行读数模式通信协议，微处理器上上位机发送数据通信协议
上位机通过通信接口对微处理器进行通信控制，是采用数据包的方法，按照通信协议进行的：
上位机下发运行监测模式通信协议中数据包的长度与数据的设定为：
开始字1，开始字2，运行监测控制命令字，数据包长度，数据采样周期， 0-100赫兹增益字节1，0-100赫兹增益字节2，100赫兹步进频率，高4位：0-100HZ串联电阻选择；低4位：0-100HZ并联电阻选择，高4位：0-100HZ串联电容选择；低4位：0-100HZ并联电容选择，高4位：0-100HZ串联电感选择；低4位：0-100HZ并联电感选择，100-1KHZ测量增益字节1、 100-1KHZ测量增益字节2，000HZ步进频率除以10的值，高4位：100-1KHZ串联电阻选择；低4位：100-1KHZ并联电阻选择，高4位：100-1KHZ串联电容选择；低4位：100-1KHZ并联电容选择，高4位：100-1KHZ串联电感选择；低4位：100-1KHZ并联电感选择，1K-10KHZ测量增益字节1，1K-10KHZ测量增益字节2，10KHZ步进频率除以100的值，高4位：1K-10KHZ串联电阻选择；低4位：1K-10KHZ并联电阻选择，高4位：1K-10KHZ串联电容选择；低4位：1K-10KHZ并联电容选择，高4位：1K-10KHZ串联电感选择；低4位：1K-10KHZ并联电感选择，10K-100KHZ测量增益字节1，10K-100KHZ测量增益字节2，100KHZ步进频率除以1000的值，高4位：10K-100KHZ串联电阻选择；低4位：10K-100KHZ并联电阻选择，高4位：10K-100KHZ串联电容选择；低4位：10K-100KHZ并联电容选择，高4位：10K-100KHZ串联电感选择；低4位：10K-100KHZ并联电感选择。
上位机下发运行检测模式通信协议中数据包的长度与数据的设定为：
开始字1，开始字2，运行检测模式命令字，数据包长度，测量频率字节1，测量频率字节2，测量频率字节3，设置测量增益字节1，设置测量增益字节2，选通电极1，选通电极2，数据采样周期，串联电阻选择，串联电容选择，串联电感选择，并联电阻选择，并联电阻选择，并联电感选择。
上位机下发运行读数模式通信协议中数据包的长度与数据的设定为：
开始字1，开始字2，运行读数模式命令字，数据包长度，读取实际时间长度，起始时间：年，起始时间：月，起始时间：日，起始时间：时，起始时间：分，起始时间：秒，终止时间：年，终止时间：月，终止时间：日，终止时间：时，终止时间：分，终止时间：秒，
数据包长度为0X05时，起始时间为命令发出时间-读取实际时间长度，终止时间为命令发出时间；当数据包长度为0X11时，起始时间和终止时间为通信协议中的时间。
微处理器上上位机发送数据通信协议中数据包的长度与数据的设定为。
开始字1，开始字2，发送数据命令字，数据包长度测量时间：年，测量时间：月，测量时间：日，测量时间：时，测量时间：分，测量频率字节1，测量频率字节2，测量频率字节3，设置测量增益字节1，设置测量增益字节2，选通电极1，选通电极2，串联电阻选择，串联电阻选择，串联电容选择，并联电阻选择，并联电容选择，并联电感选择，测量数据实部字节1，测量数据实部字节2，测量数据实部字节1，测量数据实部字节2。
上位机对微处理器控制的程序流程是：开始后响应程序控制命令，判断进入监测模式吗，是，通过上位机通信接口发出监测模式控制命令，否，判断进入检测模式吗？是，设置检测参数，通过上位机通信接口发出检测模式控制命令，否，进入读数模式吗？是，设置读数区间，通过上位机通信接口发出读数命令，通过上位机通信接口接收测量数据，分析数据、判断混凝土健康状况，重复循环，否，返回第一步响应程序控制命令。
本发明的优点是：1、 钢筋电极与混凝土可以很好的兼容，使用方便可靠。2、不仅可以检测混凝土健康状况，还可以实时监测混凝土健康状况，及时发现混凝土病变并预报预警 。 3、为混凝土结构工程解决急需的测试仪器，为攻克监测混凝土健康状况检测难题，为日益发展的公路、桥梁、大坝以及其他工用民用建筑的建设有着积极作用。
四、附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是钢筋电极阵列结构示意图。
图3是钢筋电极结构示意图。
图4是电极阵列电缆结构示意图。
图5是混凝土健康检测器结构示意图。
图6是串联阻抗选择电路示意图。
图7是并联阻抗选择电路示意图。
图8是电阻选择电路示意图。
图9是电容选择电路示意图。
图10是电感选择电路示意图。
图11是微处理器程序流程图。
图12是微处理器监测模式子程序流程图。
图13是微处理器检测模式子程序流程图。 图14是微处理器读数模式子程序流程图。
图15是上位机程序流程图。
图16实施例中电极选择电路图。
图17是实施例中电阻选择电路图。
图18是实施例中电容选择电路图。 图19是实施例中电感选择电路图。
图20是实施例中阻抗谱电路图。
图21~图25是实施例中微处理器电路图。
图中，1 钢筋电极阵列，2电极阵列电缆，3混凝土健康检测器，4上位机通信接口，5上位机，6 A组钢筋电极，7 B组钢筋电极，8 混凝土，9 钢筋，10电缆接插件，11电极接插件，12 同轴电缆，13 检测器接插件，14电极选择电路，15串联阻抗选择电路，16并联阻抗选择电路，17阻抗谱测量电路，18微处理器，19电极选择控制，20供电电路，21 串联阻抗选择控制，22并联阻抗选择控制，23阻抗谱测量电路控制，24通信接口控制，25上位机通信接口，26电阻选择电路，27电容选择电路，28电感选择电路，29 8选一模拟开关，30 -1~30-8电阻，31-1~31-8电容， 32-1~32-8电感。
五、具体实施方式
参见图1、图2。监控检测仪由钢筋电极阵列1、电极阵列电缆2、混凝土健康检测器3、上位机通信接口4和上位机5构成，钢筋电极阵列有2组钢筋电极，为钢筋电极A组和B组，A组和B组的数量相等，A组和B组钢筋电极交替线性均匀排列在混凝土中。本实施例的钢筋选择建筑用的钢筋，电缆接插件选用BNC母头。
参见图3、图4。钢筋电极由钢筋9和连接在上端的电缆接插件10构成，电极阵列电缆2是在同轴电缆12两端分别焊接电极接插件11和检测器接插件13构成。电极接插件11连接到钢筋电极的电缆接插件10，检测器接插件13连接到混凝土健康检测器3的测量接插件。本例电极阵列电缆选用2BNC公头，同轴电缆选用75欧姆同轴电缆。
参见图5、凝土健康检测器3由电极选择电路，串联阻抗选择电路15，并联阻抗选择电路16，阻抗谱测量电路17，微处理器18，供电电路20，通信接口25组成。串联阻抗选择电路15的一端与电极选择电路A串连，另一端与并联阻抗选择电路16并联后，与阻抗测量电路17的一端连接；电极选择电路有2路，为电极选择电路A 14-1、电极选择电路B 14-2，2路电极选择电路分别与2组钢筋电极连接。电极选择电路用于从多个电极中间选择一个电极与串联阻抗连接的电极，由多路开关组成。可以为2选一，4选一，8选一，16选一，32选一，64选一的电路。电极选择电路分两路，分别与两组电极连接。串联阻抗选择电路选择一个合适的电阻、电容、电感组合，与电极选择电路串联。并联阻抗选择电路选择一个合适的电阻、电容、电感组合，与电极选择电路并联。阻抗谱测量电路用于测量与电极和并联阻抗选择电路、串联阻抗选择电路、电极选择电路组合的电路的阻抗谱。通信接口用于与上位机进行通信。
电极选择电路参见附图16。采用64选一的电极选择电路，由9片美国国家半导体公司的芯片MM74HC4051组成，如图中U1~U9。图中连接端N1~N64分别与64个BNC母头连接，BNC母头与电极阵列电缆检测器接插件连接。连接端A、B、C、E、D、F与微处理器连接。
上位机通信接口可以为无线通信接口，RS485通信接口，RS232通信接口，USB通信接口。本例采用郑州一领电子科技有限公司M905R-433无线透明传输模块，上位机和微处理器各接一个，构成无线通信接口。
微处理器通过电极选择控制19、串联阻抗选择控制21、并联阻抗选择控制22、阻抗谱测量电路控制23、上位机通信接口控制24分别与电极选择电路14、串联阻抗选择电路15、并联阻抗选择电路16、阻抗谱测量电路17、上位机通信接口25连接，在微处理器18与电极选择电路14、串联阻抗选择电路15、并联阻抗选择电路16、阻抗谱测量电路17、上位机通信接口25间构成通信通路。
参见附图6、图7。串联阻抗选择电路15由电阻选择电路26、电容选择电路27、电感选择电路28串联而成。并联阻抗选择电路16是由电阻选择电路26、电容选择电路27、电感选择电路28并联而成。供电电路20由可充电电池及充电电路或太阳能电路组成，为整个系统提供电源。本例选择北京博美阳光新能源科技有限公司的光伏发电系统及其配套系统供电。
参见附图8、9、10。电阻选择电路26由八个不同电阻值的电阻30-1~30-8两端连接在两个8选一模拟开关上组成。电容选择电路27是由八个不同电容值的电容31-1~31-8两端连接在两个8选一模拟开关上组成。电感选择电路28是由八个不同电感值的电感32-1~32-8两端连接两个8选一模拟开关上组成。
图17、18、19是本实施例采用电阻选择电路、电容选择电路、电感选择电路电路图。图中，UR1,UR2,UC1,UC2,UL1,UL2为 美国国家半导体公司的芯片MM74HC4051 。
图17中，R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7 为电阻，其电阻值分别为：0,1K,10K，100K，1M，100M， 1000M欧姆。UR1,UR2,R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7 构成了电阻选择电路。 AR,BR,CR为电阻选择控制线，与微处理器连接。图18中，C1,C2,C3,C4,C5,C6 为电容，电容值分别为：10pF, 100pF,1nf,10nF,100nF,1uF，RC0为0欧姆电阻，UC1,UC2, C1,C2,C3,C4,C5,C6, RC0构成了电容选择电路，AC,BC,CC为电容选择控制线，与微处理器连接。图19中L1,L2,L3,L4,L5,L6 为电容，电感值分别为：10nH, 100nH,1uH,10uH,100uH,1000uH，RL0为0欧姆电阻，UL1,UL2, L1,L2,L3,L4,L5,L6, RL0构成了电感择电路，AL,BL,CL为电感择控制线，与微处理器连接。
阻抗谱处理电路参见附图20。阻抗谱测量电路的主要芯片为美国Analog Devices, Inc.的芯片AD5933。图中，POLE1,POLE2与并联阻抗选择电路两端连接。SCL,SDA与测量控制微处理器的阻抗测量控制接口连接。
本实施例的微处理器电路参见附图21~25。由Atmel 公司生产 AR91RM9200 U10，图中，A1,B1,C1,E1,D1,F1,分别与电极选择电路A的A,B,C,D,E,F连接，A2,B2,C2,E2,D2,F2,分别与电极选择电路B的A,B,C,D,E,F连接，AR1,BR1,CR1,AC1,BC1,CC1,AL1,BL1,CL1分别与串联阻抗选择电路的AR ,BR ,CR ,AC ,BC ,CC ,AL ,BL ,CL 连接，AR2,BR2,CR2,AC2,BC2,CC2,AL2,BL2,CL2分别与串联联阻抗选择电路的AR ,BR ,CR ,AC ,BC ,CC ,AL ,BL ,CL 连接，SDA,SCL与阻抗谱测量电路的SDA,SCL连接，RXD2,TXD2与M905R-433无线透明传输模块的接收和发送接口连接。
利用本监测检测仪，在施工时即可一次布阵钢筋电极阵列。钢筋电极的钢筋部分钢筋埋入混凝土中，电缆接插件露出混凝土外，用于和电极阵列电缆连接。混凝土健康检测器通过电极阵列电缆对钢筋电极进行选择。上位机通过通信接口对混凝土健康检测器的微处理器进行通信控制，完成监控检测。在监控检测时微处理器通过电极选择控制、串联阻抗选择控制、并联阻抗选择控制、阻抗谱测量电路控制、通信接口控制分别对电极选择电路、串联阻抗选择电路、并联阻抗选择电路、阻抗谱测量电路、上位机通信接口进行控制。
微处理器的程序流程见附图11。微处理器每次按照规定顺序选择A组和B组钢筋电极中的一对电极进行阻抗谱测量并循环更换直至完成全部电极对的测量，通过对测量数据的分析，得出混凝土的健康状况结论，通过上位机通信接口将数据发送到上位机。
微处理器工作程序流程是：接收上位机通信控制命令，判断是否运行监测模式，是，进入运行监测模式子程序，否，判断是否运行检测模式，是，进入运行检测模式子程序，否，判断是否运行读数模式，是，进入读数模式子程序，否，返回第一步。
微处理器的监测模式、检测模式、读数模式3个子程序参见附图12、13、14。
微处理器运行监测模式子程序是：第一步：设置数据采样周期，选择电极A1、B1，第二步：设置测量频率f=0赫兹，第三步：根据设置频率，选择串联阻抗、并联阻抗、测量增益，然后读取实部、虚部数据并将实部、虚部及对应的电极对、测量频率f、测量时间、串联阻抗、并联阻抗测量增益存入数据库，进入判断：f<100吗？是，f=f+100赫兹步进并返回第三步，否，100= f<1000吗？是，f=f+1000赫兹步进并返回第三步，否，1000= f<10K吗？是，f=f+10K赫兹步进并返回第三步，否，f=f+100K赫兹步进，判断f>100K吗，是，按照A1\B1,A2\B1,A2\B2,A3\B3,An-2\Bn-3,An-2\Bn-2,An-1\Bn-2,An-1\Bn-1,An\Bn-1,An\Bn的顺序循环更换测量电极对的选择，然后返回第二步，设置测量频率f=0赫兹，否，返回第四步，根据设置频率，选择串联阻抗、并联阻抗、测量增益。
运行检测模式子程序流程是：根据控制命令选择电极，根据控制命令设置测量频率、串联阻抗、并联阻抗、测量增益、采用周期，读取实部、虚步数据以及对应的电极对、测量频率f、测量时间、串联阻抗、并联阻抗、测量增益存入数据库。
读取模式子程序流程是：根据控制命令选择起始时间，根据控制命令选择结束时间，将起始时间和结束时间内的数据通过上位机通信接口传输给上位机。
上位机通信接口协议是以数据包的形式发送，包括上位机下发运行监测模式通信协议、上位机下发运行检测模式通信协议、上位机下发运行读数模式通信协议，微处理器上上位机发送数据通信协议。
上位机下发运行监测模式通信协议见表1.
表1
| 0X55 | 开始字1 |
| 0XAA | 开始字2 |
| 0XA5 | 运行监测模式命令字 |
| 0X1D | 数据包长度 |
| 0X?? | 数据采样周期（毫秒） |
| 0X?? | 0-100HZ测量增益字节1 |
| 0X?? | 0-100HZ测量增益字节2 |
| 0X?? | 100HZ步进频率 |
| 0X?? | 高4位：0-100HZ串联电阻选择；低4位： 0-100HZ并联电阻选择 |
| 0X?? | 高4位：0-100HZ串联电容选择；低4位： 0-100HZ并联电容选择 |
| 0X?? | 高4位：0-100HZ串联电感选择；低4位： 0-100HZ并联电感选择 |
| 0X?? | 100-1KHZ测量增益字节1 |
| 0X?? | 100-1KHZ测量增益字节2 |
| 0X?? | 1000HZ步进频率除以10的值 |
| 0X?? | 高4位：100-1KHZ串联电阻选择；低4位：100-1KHZ并联电阻选择 |
| 0X?? | 高4位：100-1KHZ串联电容选择；低4位：100-1KHZ并联电容选择 |
| 0X?? | 高4位：100-1KHZ串联电感选择；低4位：100-1KHZ并联电感选择 |
| 0X?? | 1K-10KHZ测量增益字节1 |
| 0X?? | 1K-10KHZ测量增益字节2 |
| 0X?? | 10KHZ步进频率除以100的值 |
| 0X?? | 高4位：1K-10KHZ串联电阻选择；低4位：1K-10KHZ并联电阻选择 |
| 0X?? | 高4位：1K-10KHZ串联电容选择；低4位：1K-10KHZ并联电容选择 |
| 0X?? | 高4位：1K-10KHZ串联电感选择；低4位：1K-10KHZ并联电感选择 |
| 0X?? | 10K-100KHZ测量增益字节1 |
| 0X?? | 10K-100KHZ测量增益字节2 |
| 0X?? | 100KHZ步进频率除以1000的值 |
| 0X?? | 高4位：10K-100KHZ串联电阻选择；低4位：10K-100KHZ并联电阻选择 |
| 0X?? | 高4位：10K-100KHZ串联电容选择；低4位：10K-100KHZ并联电容选择 |
| 0X?? | 高4位：10K-100KHZ串联电感选择；低4位：10K-100KHZ并联电感选择 |
上位机下发运行检测模式通信协议见表2.
表2
| 0X55 | 开始字1 |
| 0XAA | 开始字2 |
| 0X5A | 运行检测模式命令字 |
| 0X12 | 数据包长度 |
| 0X?? | 测量频率字节1 |
| 0X?? | 测量频率字节2 |
| 0X?? | 测量频率字节3 |
| 0X?? | 设置测量增益字节1 |
| 0X?? | 设置测量增益字节2 |
| 0X?? | 选通电极1 |
| 0X?? | 选通电极2 |
| 0X?? | 数据采样周期（毫秒） |
| 0X?? | 串联电阻选择 |
| 0X?? | 串联电容选择 |
| 0X?? | 串联电感选择 |
| 0X?? | 并联电阻选择 |
| 0X?? | 并联电容选择 |
| 0X?? | 并联电感选择 |
上位机下发运行读数模式通信协议见表3。
表3
| 0X55 | 开始字1 |
| 0XAA | 开始字2 |
| 0X50 | 运行读数模式命令字 |
| 0X?? | 数据包长度 |
| 0X?? | 读取实际时间长度（秒） |
| 0X?? | 起始时间：年 |
| 0X?? | 起始时间：月 |
| 0X?? | 起始时间：日 |
| 0X?? | 起始时间：时 |
| 0X?? | 起始时间：分 |
| 0X?? | 起始时间：秒 |
| 0X?? | 终止时间：年 |
| 0X?? | 终止时间：月 |
| 0X?? | 终止时间：日 |
| 0X?? | 终止时间：时 |
| 0X?? | 终止时间：分 |
| 0X?? | 终止时间：秒 |
微处理器上上位机发送数据通信协议见表4.
表4
| 0XAA | 开始字1 |
| 0X55 | 开始字2 |
| 0X05 | 发送数据命令字 |
| 0X1A | 数据包长度 |
| 0X?? | 测量时间：年 |
| 0X?? | 测量时间：月 |
| 0X?? | 测量时间：日 |
| 0X?? | 测量时间：时 |
| 0X?? | 测量时间：分 |
| 0X?? | 测量频率字节1 |
| 0X?? | 测量频率字节2 |
| 0X?? | 测量频率字节3 |
| 0X?? | 设置测量增益字节1 |
| 0X?? | 设置测量增益字节2 |
| 0X?? | 选通电极1 |
| 0X?? | 选通电极2 |
| 0X?? | 串联电阻选择 |
| 0X?? | 串联电容选择 |
| 0X?? | 串联电感选择 |
| 0X?? | 并联电阻选择 |
| 0X?? | 并联电容选择 |
| 0X?? | 并联电感选择 |
| 0X?? | 测量数据实部字节1 |
| 0X?? | 测量数据实部字节2 |
| 0X?? | 测量数据虚部字节1 |
| 0X?? | 测量数据虚部字节2 |
上位机对微处理器控制的程序流程见附图15：开始后响应程序控制命令，判断进入监测模式吗，是，通过上位机通信接口发出监测模式控制命令，否，判断进入检测模式吗？是，设置检测参数，通过上位机通信接口发出检测模式控制命令，否，进入读数模式吗？是，设置读数区间，通过上位机通信接口发出读数命令，通过上位机通信接口接收测量数据，分析数据、判断混凝土健康状况，重复循环，否，返回第一步响应程序控制命令。
Claims (10)
1.一种以钢筋为电极的混凝土监控检测仪，其特征在于：监控检测仪由钢筋电极阵列（1）、电极阵列电缆（2）、混凝土健康检测器（3）、上位机通信接口(4)和上位机(5)构成，钢筋电极阵列有2组钢筋电极，为钢筋电极A组和B组，A组和B组的数量相等，A组和B组钢筋电极交替线性均匀排列在混凝土中；
钢筋电极由钢筋(9)和连接在一端的电缆接插件(10)构成，电极阵列电缆(2)是在同轴电缆(12)两端分别焊接电极接插件(11)和检测器接插件(13)构成，电极接插件(11)连接到钢筋电极的电缆接插件(10)，检测器接插件(13)连接到混凝土健康检测器(3)的电极选择电路。
混凝土健康检测器(3)由电极选择电路，串联阻抗选择电路（15），并联阻抗选择电路（16），阻抗谱测量电路（17），微处理器（18），供电电路（20），通信接口(25)组成，串联阻抗选择电路（15）的一端与电极选择电路A串连，另一端与并联阻抗选择电路16并联后，与阻抗测量电路（17）的一端连接；并联阻抗选择电路(16)的另一端与电极选择电路B并联后，与阻抗测量电路（17）的另一端连接；电极选择电路有2路，为电极选择电路A（14-1）、电极选择电路B（14-2），2路电极选择电路分别通过电极阵列电缆与2组钢筋电极连接；
微处理器通过电极选择控制（19）、串联阻抗选择控制（21）、并联阻抗选择控制（22）、阻抗谱测量电路控制（23）、上位机通信接口控制（24）分别与电极选择电路（14）、串联阻抗选择电路（15）、并联阻抗选择电路（16）、阻抗谱测量电路（17）、上位机通信接口（25）连接，在微处理器与电极选择电路、串联阻抗选择电路、并联阻抗选择电路、阻抗谱测量电路、上位机通信接口间构成通信通路。
2.如权利要求1所述的以钢筋为电极的混凝土监控检测仪，其特征在于：所述电极选择电路（14）是n选一的多路开关电路；所述串联阻抗选择电路（15）由电阻选择电路（26）、电容选择电路（27）、电感选择电路（28）串联而成；并联阻抗选择电路（16）是由电阻选择电路、电容选择电路、电感选择电路并联而成。
3.如权利要求2所述的以钢筋为电极的混凝土监控检测仪，其特征在于：所述电阻选择电路（26）是由八个不同电阻值的电阻（30-1~30-8）两端连接在两个8选一模拟（29）开关上组成，所述电容选择电路（27）是由八个不同电容值的电容（31-1～31-8）两端连接在两个8选一模拟开关（29）上组成，所述电感选择电路（28）是由八个不同电感值的电感（32-1~32-8）两端连接两个8选一模拟开关（29）组成。
4.如权利要求1所述的以钢筋为电极的混凝土监控检测仪，其特征在于：所述电极选择电路是n选一的多路开关电路是2选一或4选一或8选一或16选一或32选一或64选一的开关电路，上位机通信接口为无线通信接口或RS485通信接口或RS232通信接口或USB通信接口。
5.一种以钢筋为电极的混凝土监控检测方法，其特征在于：钢筋电极阵列在施工时布阵，钢筋电极的钢筋部分钢筋埋入混凝土中，电缆接插件露出混凝土外，用于和电极阵列电缆连接；混凝土健康检测器通过电极阵列电缆对钢筋电极进行选择，上位机通过通信接口对混凝土健康检测器的微处理器进行通信控制，完成监控检测，在监控检测时微处理器通过电极选择控制、串联阻抗选择控制、并联阻抗选择控制、阻抗谱测量电路控制、通信接口控制分别对电极选择电路、串联阻抗选择电路、并联阻抗选择电路、阻抗谱测量电路、上位机通信接口进行控制；每次按照规定顺序选择A组和B组钢筋电极中的一对电极进行阻抗谱测量并循环更换直至完成全部相邻电极对的测量，通过对测量数据以及所存储的历史测量数据的计算分析，得出混凝土的健康状况结论；微处理器的程序包括监测模式、检测模式、读数模式3个子程序。
6.如权利要求5所述的混凝土监控检测方法，其特征在于：微处理器工作程序流程是：接收上位机通信控制命令，判断是否运行监测模式，是，进入运行监测模式子程序并返回第一步，否，判断是否运行检测模式，是，进入运行检测模式子程序并返回第一步，否，判断是否运行读数模式，是，进入读数模式子程序并返回第一步，否，返回第一步。
7.如权利要求6所述的混凝土监控检测方法，其特征在于：微处理器运行监测模式子程序是：第一步：设置数据采样周期，选择电极A1、B1；第二步：设置测量频率f=0赫兹；第三步：根据设置频率，选择串联阻抗、并联阻抗、测量增益，然后读取实部、虚部数据并将实部、虚部以及对应的电极对、测量频率f、测量时间、串联阻抗、并联阻抗测量增益存入数据库，进入判断：f<100吗？是，f=f+100赫兹步进并返回第三步，否，100=f<1000吗？是，f=f+1000赫兹步进并返回第三步，否，1000=f<10K吗？是，f=f+10K赫兹步进并返回第三步，否，f=f+100K赫兹步进并返回第三步，判断f>100K吗，是，按照A1\B1,A2\B1,A2\B2,A3\B3,An-2\Bn-3,An-2\Bn-2,An-1\Bn-2,An-1\Bn-1,An\Bn-1,An\Bn的顺序循环更换测量电极对的选择，然后返回第二步，设置测量频率f=0赫兹，否，返回第三步，根据设置频率，选择串联阻抗、并联阻抗、测量增益；
运行检测模式子程序流程是：根据控制命令选择电极，根据控制命令设置测量频率、串联阻抗、并联阻抗、测量增益、采用周期，读取实部、虚步数据以及对应的电极对、测量频率f、测量时间、串联阻抗、并联阻抗、测量增益存入数据库；
读取模式子程序流程是：根据控制命令选择起始时间，根据控制命令选择结束时间，将起始时间和结束时间内的数据通过上位机通信接口传输给上位机。
8.如权利要求5所述的混凝土监控检测方法，其特征在于：上位机通信接口协议是以数据包的形式发送，包括上位机下发运行监测模式通信协议、上位机下发运行检测模式通信协议、上位机下发运行读数模式通信协议，微处理器向上位机发送数据通信协议。
9.如权利要求8所述的混凝土监控检测方法，其特征在于：上位机通过通信接口对微处理器进行通信控制，是采用数据包的方法，按照通信协议进行的：
上位机下发运行监测模式通信协议中数据包的长度与数据的设定为：
开始字1、开始字2、运行监测控制命令字、数据包长度、数据采样周期、0-100赫兹增益字节1、0-100赫兹增益字节2、100赫兹步进频率、高4位：0-100HZ串联电阻选择；低4位：0-100HZ并联电阻选择，高4位：0-100HZ串联电容选择；低4位：0-100HZ并联电容选择，高4位：0-100HZ串联电感选择；低4位：0-100HZ并联电感选择，100-1KHZ测量增益字节1，100-1KHZ测量增益字节2，000HZ步进频率除以10的值，高4位：100-1KHZ串联电阻选择；低4位：100-1KHZ并联电阻选择，高4位：100-1KHZ串联电容选择；低4位：100-1KHZ并联电容选择，高4位：100-1KHZ串联电感选择；低4位：100-1KHZ并联电感选择，1K-10KHZ测量增益字节1，1K-10KHZ测量增益字节2，10KHZ步进频率除以100的值，高4位：1K-10KHZ串联电阻选择；低4位：1K-10KHZ并联电阻选择，高4位：1K-10KHZ串联电容选择；低4位：1K-10KHZ并联电容选择，高4位：1K-10KHZ串联电感选择；低4位：1K-10KHZ并联电感选择，10K-100KHZ测量增益字节1，10K-100KHZ测量增益字节2，100KHZ步进频率除以1000的值，高4位：10K-100KHZ串联电阻选择；低4位：10K-100KHZ并联电阻选择，高4位：10K-100KHZ串联电容选择；低4位：10K-100KHZ并联电容选择，高4位：10K-100KHZ串联电感选择；低4位：10K-100KHZ并联电感选择；
上位机下发运行检测模式通信协议中数据包的长度与数据的设定为：
开始字1，开始字2，运行检测模式命令字，数据包长度，测量频率字节1，测量频率字节2，测量频率字节3，设置测量增益字节1，设置测量增益字节2，选通电极1，选通电极2，数据采样周期，串联电阻选择，串联电容选择，串联电感选择，并联电阻选择，并联电阻选择，并联电感选择；
上位机下发运行读数模式通信协议中数据包的长度与数据的设定为：
开始字1，开始字2，运行读数模式命令字，数据包长度，读取实际时间长度，起始时间：年，起始时间：月，起始时间：日，起始时间：时，起始时间：分，起始时间：秒， 终止时间：年，终止时间：月，终止时间：日，终止时间：时，终止时间：分，终止时间：秒，
数据包长度为0X05时，起始时间为命令发出时间-读取实际时间长度，终止时间为命令发出时间；当数据包长度为0X11时，起始时间和终止时间为通信协议中的时间；
微处理器向上位机发送数据通信协议中数据包的长度与数据的设定为：
开始字1，开始字2，发送数据命令字，数据包长度，测量时间：年，测量时间：月，测量时间：日，测量时间：时，测量时间：分，测量频率字节1，测量频率字节2，测量频率字节3，设置测量增益字节1，设置测量增益字节2，选通电极1，选通电极2，串联电阻选择，串联电阻选择，串联电容选择，并联电阻选择，并联电容选择，并联电感选择，测量数据实部字节1，测量数据实部字节2，测量数据实部字节1，测量数据实部字节2。
10.如权利要求5所述的混凝土监控检测方法，其特征在于：上位机对微处理器控制的程序流程是：开始后响应程序控制命令，判断进入监测模式吗，是，通过上位机通信接口发出监测模式控制命令并返回第一步，否，判断进入检测模式吗？是，设置检测参数，通过上位机通信接口发出检测模式控制命令并返回第一步，否，进入读数模式吗？是，设置读数区间，通过上位机通信接口发出读数命令，通过上位机通信接口接收测量数据，分析数据、判断混凝土健康状况，重复循环并返回第一步，否，返回第一步响应程序控制命令。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104849290A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-08-19 | 四川大学 | 基于钢筋天线的三维混凝土健康检测方法及其检测电路 |
| CN104965004A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-10-07 | 四川大学 | 钢筋同轴电缆结构一维混凝土健康监测方法及阶跃测试仪 |
| CN105136859A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-12-09 | 四川大学 | 基于钢筋电极的二维混凝土健康监测方法 |
| CN105973944A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-09-28 | 四川大学 | 基于等效电路的一维同轴钢筋混凝土构件测量设备和方法 |
| CN106018486A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-10-12 | 四川大学 | 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 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5239268A (en) * | 1992-06-18 | 1993-08-24 | Asanuma Corp. | Concrete sensor for sensing fresh concrete |
| CN2167366Y (zh) * | 1993-05-26 | 1994-06-01 | 能源部电力建设研究所 | 裂缝检测仪 |
| CN1837805A (zh) * | 2006-04-28 | 2006-09-27 | 四川大学 | 基于阻抗成像的混凝土损伤检测方法与设备 |
| CN102102328A (zh) * | 2010-12-22 | 2011-06-22 | 哈尔滨工业大学 | 具有自感知功能的道路或桥梁的路面结构 |
| CN102692431A (zh) * | 2012-06-18 | 2012-09-26 | 四川大学 | 以钢筋为电极的混凝土裂缝检测仪 |
| CN203216887U (zh) * | 2013-01-25 | 2013-09-25 | 四川大学 | 以钢筋为电极的混凝土监控检测仪 |
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2013
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5239268A (en) * | 1992-06-18 | 1993-08-24 | Asanuma Corp. | Concrete sensor for sensing fresh concrete |
| CN2167366Y (zh) * | 1993-05-26 | 1994-06-01 | 能源部电力建设研究所 | 裂缝检测仪 |
| CN1837805A (zh) * | 2006-04-28 | 2006-09-27 | 四川大学 | 基于阻抗成像的混凝土损伤检测方法与设备 |
| CN102102328A (zh) * | 2010-12-22 | 2011-06-22 | 哈尔滨工业大学 | 具有自感知功能的道路或桥梁的路面结构 |
| CN102692431A (zh) * | 2012-06-18 | 2012-09-26 | 四川大学 | 以钢筋为电极的混凝土裂缝检测仪 |
| CN203216887U (zh) * | 2013-01-25 | 2013-09-25 | 四川大学 | 以钢筋为电极的混凝土监控检测仪 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 艾亿谋等: "基于电阻率的混凝土裂缝测量方法", 《东南大学学报（自然科学版）》 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104849290A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-08-19 | 四川大学 | 基于钢筋天线的三维混凝土健康检测方法及其检测电路 |
| CN104965004A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-10-07 | 四川大学 | 钢筋同轴电缆结构一维混凝土健康监测方法及阶跃测试仪 |
| CN105136859A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-12-09 | 四川大学 | 基于钢筋电极的二维混凝土健康监测方法 |
| CN104849290B (zh) * | 2015-06-11 | 2017-07-04 | 四川大学 | 基于钢筋天线的三维混凝土健康检测方法及其检测电路 |
| CN104965004B (zh) * | 2015-06-11 | 2017-11-03 | 四川大学 | 钢筋同轴电缆结构一维混凝土健康监测方法及阶跃测试仪 |
| CN105136859B (zh) * | 2015-06-11 | 2017-11-07 | 四川大学 | 基于钢筋电极的二维混凝土健康监测方法 |
| CN105973944A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-09-28 | 四川大学 | 基于等效电路的一维同轴钢筋混凝土构件测量设备和方法 |
| CN106018486A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-10-12 | 四川大学 | 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 |
| CN105973944B (zh) * | 2016-07-22 | 2018-07-10 | 四川大学 | 基于等效电路的一维同轴钢筋混凝土构件测量设备和方法 |
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