CN104776933A - 一种应用成熟度理论的混凝土温度记录仪及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用成熟度理论的混凝土温度记录仪及工作方法，其基于成熟度理论和大量的实验数据，借鉴单片机智能仪器开发技术，包括从处理器ATMEGA48单片机、模拟量转换模块、AT24C64I²C E²PROM型号数据存贮电路和通讯接口，使用信息传感技术与自动化技术测量并记录混凝土温度、龄期及成熟度，根据实验已确定的混凝土测强、弹模曲线，即可推定出混凝土相应龄期的强度、弹性模量。具有体积小，灵敏度高，存活率较高，多种模式工作，测量数据种类多，数据存贮量大，记录效率高，耗电量底，使用寿命长等特点，可以在工程上广泛应用。

Description

一种应用成熟度理论的混凝土温度记录仪及工作方法

技术领域

本发明涉及一种应用于混凝土工程中的记录仪，尤其是一种应用成熟度理论的混凝土温度记录仪及工作方法。

背景技术

近年来，因对施工过程中混凝土实际性能监测及预测不力，导致施工措施控制不当，施工期即产生严重的混凝土结构非正常裂缝，影响了结构的耐久性和安全性，甚至发生严重的工程事故造成重大的人员伤亡和经济损失。在预应力混凝土工程中，混凝土内部强度、弹性模量等性能的发展变化不仅关系到施工方法是否安全合理，还关系到工程进度的合理控制、施工过程的安全以及工程最终质量。而现有的无损检测方法功能单一、局限性较大，不能准确地掌握混凝土各种性能的连续变化规律。

使用成熟度理论可以通过对混凝土早期温度和时间的记录，计算成熟度，进而预测出早期混凝土弹性模量，具有较高的准确性和实用性，但至今没有较好的技术方案来定时测量混凝土的内部温度。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术存在的上述问题和不足，提供一种可以测量混凝土内部温度的一种应用成熟度理论的混凝土温度记录仪及工作方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

包括传感记录仪，所述传感记录仪包括连接有电源的用以处理数据的从处理器，与所述从处理器连接的用以转换数据及温度测量的模拟量转换模块，与所述从处理器连接的用以贮存数据的数据存贮电路，所述传感记录仪通过由数据线连接的通讯接口与读数器连接以读取数据；

所述模拟量转换模块选用负温度系数热敏电阻器，所述从处理器通过测量所述负温度系数热敏电阻器的阻值来获取混凝土的温度值。

所述从处理器为内部设有定时器的单片机。

所述传感记录仪为一次性的埋入式传感器；所述传感记录仪的外壳为采用坚硬材料制成的圆柱体。

一种应用成熟度理论的混凝土温度记录仪的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：绑定钢筋，将传感器固定在钢筋的设定位置；

步骤2：浇筑混凝土，浇筑时确保传感器位于混凝土结构的内部，通讯接口通过数据线延伸至混凝土外；

步骤3：在养护混凝土期间传感记录仪对混凝土进行测温，并使用读数器读取传感记录仪所记录的温度数据。

步骤1中，所述设定位置包括以下一种或几种情况：强度要求非常重要的位置、需获取早期强度的位置、沿着外表面区域结构内部形成早期强度较低的部位、采取不同温控措施处的位置。

步骤3中，所述测温过程包括包括，传感记录仪读取负温度系数热敏电阻器的阻值，并插叙温度区间与电阻值的对应表，进行线性插值计算混凝土的实际温度。

步骤3中，读数器首次与传感器记录仪连接时，所述传感记录仪被启动，进行初始化动作和单片机开中断操作从而开始进入温度记录模式。

步骤3中，所述温度记录仪利用从处理器中的内部定时器按照预定的时间间隔记录温度数据。

步骤3中，读取数据时将读数器与传感记录仪连接，所述读数器读取本次读数之前传感记录仪记录的温度数据。

步骤3中，传感器记录仪记录完设定的温度记录点数后，处理器自动进入掉电模式，从处理器内部的定时器停止工作；处于掉电模式的传感记录仪与读数器连接后可被唤醒，进入温度记录模式。

本发明的有益效果为：

本发明基于成熟度理论和大量的实验数据，借鉴单片机智能仪器开发技术，包括从处理器、模拟量转换模块和数据存贮电路，使用信息传感技术与自动化技术测量并记录混凝土温度、龄期及成熟度，根据实验已确定的混凝土测强、弹模曲线，即可推定出混凝土相应龄期的强度、弹性模量。

本发明所述混凝土传感记录仪体积小，灵敏度高；采用一次性埋入式的方法，预埋在混凝土中，外壳材料坚硬，可充当混凝土粗骨料，不影响整体强度，同时可避免震捣过程中的破坏，存活率较高；程序上设定不同工作模式，测量数据种类多，数据存贮量大，记录效率高，耗电量底，使用寿命长。

附图说明

图1为本发明传感记录仪外观图；

图2为本发明从处理器ATMEGA48单片机电路图；

图3为本发明从处理器ATMEGA48单片机工作模式图；

图4为本发明传感记录仪主程序图；

图5为本发明温度与ADC值数据表；

图6为本发明温度测量流程图；

图7传感记录仪硬件连接关系图；

1.微功耗电池，2.单片机，3.扩展存储器。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

如图1所示，传感记录仪初步设计为高约4cm的圆柱体，其接口通过线缆延伸。每个传感记录仪有不同的序列号。

一种传感记录仪，其硬件包括从处理器、模拟量转换模块、数据存贮电路、通讯接口。

所述从处理器采用ATMEGA48单片机2，其电路图如图2所示。

所述模拟量转换模块选用负温度系数热敏电阻器。

所述数据存贮电路，即扩展存储器3，选用AT24C64I²C E²PROM型号，数据存储量大，掉电后数据不丢失，可降低静态损耗。

所述传感记录仪外壳采用坚硬材料制成，初步设计为高约4cm的圆柱体。

所述传感记录仪为一次性的埋入式传感器。

所述通讯接口通过线缆延伸至混凝土外。

传感记录仪电池选用微功耗电池1，仅为单片机供电，单片机采用ATMEGA48型号。为了尽可能降低传感记录仪的功耗，传感记录仪的单片机根据不同的工作阶段，处于不同的工作模式，其工作模式如图3所示。

一种应用成熟度理论的混凝土温度记录仪的工作方法如下：

在钢筋绑定完成后，混凝土浇筑之前布置传感器记录仪，将传感器绑定在关键位置钢筋处；浇筑混凝土，按照规程振捣、养护，确保传感器位于混凝土结构内部，记录仪在混凝土外部，正常工作；在养护期间需使用外部数据读取设备读数。传感记录仪在混凝土中布置的位置将会对工程施工有重大影响。一般来说，传感记录仪布局应满足以下原则：

1)在特殊结构中，强度要求非常重要的位置(例如预测恒和活荷载最大位置)，或者需要获得早期强度的区域。

2)结构内部，尤其沿着外表面区域，通常经历较低的水化热温度，形成早期较低的强度的部位。

3)混凝土放置的比较有代表性的位置(例如采取不同温控措施处)。

混凝土浇筑后读数器与传感记录仪连接，启动传感记录仪开始工作，工作流程如图4所示。由于电池仅为单片机供电，因此传感记录仪不进行温度记录，进入掉电模式，此时位于从处理器内部的晶振停振，内部实时时钟停止工作，功耗极低，甚至小于电池的自放电。处于掉电模式的未工作的传感记录仪，接收外部读数器命令后，可以进入温度记录模式。首先接收外部读数器的启动实时钟，然后通过自己的实时时钟，按照预定的时间间隔记录温度数据。因此，在整个温度自动记录期间，不能进入掉电模式。

温度记录通常为28天，每一小时记录一个点，因此处理器在多数时间内闲置。测量完成一个点后，关闭传感器检测电路，自动进入空闲模式。此时，内部定时器工作，每一分钟唤醒处理器一次，如果不到规定的时间间隔，重新进入空闲模式，如果到达规定的时间间隔，测量温度，并记录，然后进入空闲模式。

当记录完设定的温度记录点数，已经不再需要内部实时时钟，处理器自动进入掉电模式。传感记录仪连接读数器后，在掉电模式，处理器可以通过读数器的外部上拉电阻引起管脚电平中断唤醒；在工作模式及休闲模式，异步通讯可以直接进行，不需要唤醒处理器。

根据图4传感记录仪主程序图，温度记录仪的工作方法包括以下步骤：

首先是读数器与传感记录仪连接后，传感记录仪进行一系列的初始化动作，包括IO初始化，AD初始化，定时器初始化，串行口初始化；初始化动作完成之后，进行单片机开中断操作，这是测温系统正常工作的必备条件；开中断之后，判断单片机是否启动：如果已经启动，判断单片机是否结束；如果处于未启动，或虽然启动但已经结束，则单片机处于启动关闭状态；如果处于启动，且未结束，则单片机处于启动开启状态。如果单片机处于启动关闭状态，则判断单片机是否与读数器进行联机，如果没有联机，则单片机处于掉电模式，如果联机，则单片机处于工作模式；如果单片机处于启动开启状态，判断是否正在测温，如果正在测温，则单片机处于工作模式，如果不在测温，则单片机处于休闲模式。

温度测量过程如下：首先是判断计时时间是否到：若没有到达计时时间，则返回程序初始部分，若到达计时时间，则开基准VREF，然后开动ADC0转化器，再判断AD转换是否结束，若结束则读取ADC值，然后查温度区间，再线性插值计算实际温度，再关闭ADC及VREF，打开EEPROM电源，保存温度数据，关闭EEPROM电源，最后返回。

本发明选用负温度系数的热敏电阻器。图2从处理器ATMEGA48单片机电路图中R1取10K金属膜高精度电阻，RT取精度1％、B值为3950的热敏电阻，RT和电阻R7串联组成一个分压电路，温度变化引起电压Vt的变化。温度检测单元的电压取自微处理器的参考电压VREF，尽管VREF离散性较大，并且具有温漂等不稳定性。但由于VREF同时是AD转换器的基准，因此VREF的缓慢变化不会影响AD转换后的结果。

也就是说，ADC转换结果，只与热敏电阻RT的阻值有关，而RT的阻值与环境温度具有确定的关系，因此经过查表如图5所示可以获得温度值。

由于VREF可以通过软件关闭输出，在不需要测温时，将其关闭，既可以降低待机损耗，又能够降低RT的自热效应。温度测量流程如图6所示。

Claims (10)

1.一种应用成熟度理论的混凝土温度记录仪，其特征在于：包括传感记录仪，所述传感记录仪包括连接有电源的用以处理数据的从处理器，与所述从处理器连接的用以转换数据及温度测量的模拟量转换模块，与所述从处理器连接的用以贮存数据的数据存贮电路，所述传感记录仪通过由数据线连接的通讯接口与读数器连接以读取数据；

所述模拟量转换模块选用负温度系数热敏电阻器，所述从处理器通过测量所述负温度系数热敏电阻器的阻值来获取混凝土的温度值。

2.根据权利要求1所述的一种应用成熟度理论的混凝土温度记录仪，其特征在于：所述从处理器为内部设有定时器的单片机。

3.根据权利要求1所述的一种应用成熟度理论的混凝土温度记录仪，其特征在于：所述传感记录仪为一次性的埋入式传感器；所述传感记录仪的外壳为采用坚硬材料制成的圆柱体。

4.一种应用成熟度理论的混凝土温度记录仪的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：绑定钢筋，将传感器固定在钢筋的关键位置；

步骤2：浇筑混凝土，浇筑时确保传感器位于混凝土结构的内部，通讯接口通过数据线延伸至混凝土外；

步骤3：在养护混凝土期间传感记录仪对混凝土进行测温，并使用读数器读取传感记录仪所记录的温度数据。

5.根据权利要求4所述的一种应用成熟度理论的混凝土温度记录仪的工作方法，其特征在于：所述步骤1中，所述关键位置包括以下一种或几种情况：强度要求非常重要的位置、需获取早期强度的位置、沿着外表面区域结构内部形成早期强度较低的部位、采取不同温控措施处的位置。

6.根据权利要求4所述的一种应用成熟度理论的混凝土温度记录仪的工作方法，其特征在于：所述步骤3中，所述测温过程包括，传感记录仪读取负温度系数热敏电阻器的阻值，查温度区间与电阻值的对应表，进行线性插值计算混凝土的实际温度。

7.根据权利要求4所述的一种应用成熟度理论的混凝土温度记录仪的工作方法，其特征在于：步骤3中，读数器首次与传感器记录仪连接时，所述传感记录仪被启动，进行初始化动作和单片机开中断操作从而开始进入温度记录模式。

8.根据权利要求4所述的一种应用成熟度理论的混凝土温度记录仪的工作方法，其特征在于：所述步骤3中，所述温度记录仪利用从处理器中的内部定时器按照预定的时间间隔记录温度数据。

9.根据权利要求4所述的一种应用成熟度理论的混凝土温度记录仪的工作方法，其特征在于：所述步骤3中，读取数据时将读数器与传感记录仪连接，所述读数器读取本次读数之前传感记录仪记录的温度数据。

10.根据权利要求4所述的一种应用成熟度理论的混凝土温度记录仪的工作方法，其特征在于：所述步骤3中，传感器记录仪记录完设定的温度记录点数后，处理器自动进入掉电模式，从处理器内部的定时器停止工作；处于掉电模式的传感记录仪与读数器连接后可被唤醒，进入温度记录模式。