CN104849290A - 基于钢筋天线的三维混凝土健康检测方法及其检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于钢筋天线的三维混凝土健康检测方法及其检测电路。在立体状混凝土内上下相对位置加装由钢筋制作的天线阵列A与天线阵列B，两阵列中的天线所在平面相互平行。检测电路利用天线阵列中的天线发射和接收电磁波，并对混凝土进行健康检测。检测电路中的微处理器通过通信接口与检测服务器连接通信，接收检测服务器的命令，对检测电路进行检测控制。微处理器设置信号发生器的信号频率，通过发射天线发出电磁波信号，通过解调电路得到同相模数转换器输出数据结果和正交模数转换器输出数据结果，判断混凝土材料是否存在内部缺陷。本发明实时监测三维混凝土健康状况，效果显著。

Description

基于钢筋天线的三维混凝土健康检测方法及其检测电路

(一)技术领域

本发明属建筑材料检测，涉及混凝土质量检测，特别是基于钢筋电极三维混凝土裂缝检测。

(二)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。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。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。然而现有的混凝土质量检测手段还不能完全适应建设发展的需要。专利号为ZL 2006 100200932.8中国专利《基于阻抗成像的混凝土损伤检测方法与设备》，以检测混凝土损伤为目的，采用了阻抗成像的技术，取得了较好效果。但在实际使用中，由于检测电极与混凝土不能很好的兼容，存在一定的应用局限。

专利号为ZL 2012 1 0199249.0的中国专利《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。该发明主要检测裂缝，没有检测其他的异常行为。

专利号为ZL 2013 1 0029782.7的中国专利《以钢筋为电极的混凝土监测仪以及监控检测方法》，利用钢筋做电极，检测两个钢筋电极之间的电参数，判断混凝土裂缝。该发明提出了一种监控方法，但没有根据钢筋混凝土的不同结构给出不同的监控方法。

(三)发明内容

本发明的目的是在提供一种基于钢筋电极的三维混凝土健康检测方法，为设有钢筋电极的立体状三维混凝土提供健康检测，及时发现混凝土病变并预报预警。

本发明的目的是这样达到的：

在立体状混凝土内上下相对位置加装天线阵列A与天线阵列B，天线阵列中的所有天线都由钢筋制作，安装在同一平面，天线阵列A与天线阵列B中的天线所在平面相互平行。检测电路利用天线阵列中的天线发射和接收电磁波，对混凝土进行健康检测。

天线阵列A与检测电路间连有矩阵开关A，并通过矩阵开关A连接到检测电路；天线阵列B与检测电路间连有矩阵开关B，并通过矩阵开关B连接到检测电路；天线阵列A中每根天线分别通过同轴电缆与矩阵开关A连接，天线阵列B中每根天线分别通过同轴电缆与矩阵开关B连接。

矩阵开关A和矩阵开关B都由检测电路的微处理器控制，检测电路通过如下的任意一种方式选择发射和接收天线。

A)、通过矩阵开关A选择天线阵列A中的不同天线作为发射和接收天线；

B)、通过矩阵开关B选择天线阵列B中的不同天线作为发射和接收天线；

C)、通过矩阵开关A选择天线阵列A中的一根天线作为发射天线，通过矩阵开关B选择天线阵列B中的一根天线作为接收天线；

D)、通过矩阵开关A选择天线阵列A中的一根天线作为接收天线，通过矩阵开关B选择天线阵列B中的一根天线作为发射天线。

检测电路中的微处理器连接到检测服务器，微处理器接收检测服务器的命令；信号发生器产生正弦信号，在检测服务器的控制下，微处理器给信号发生器设置信号频率，给发射数模转换器设置信号格式。

检测电路通过发射天线发射特定的电磁波，通过接收天线接收所发射的电磁波。检测电路中的正弦信号发生器的信号通过功分器分为两路：一路与发射数模转换器输出信号一起送入发射混频器，发射混频器输出的信号通过发射功率放大器放大后，送到发射天线；一路连接到正交解调器的本振信号输入接口。接收天线收到的信号通过接收低噪放大器放大后输入到正交解调器的射频信号输入接口。正交解调器根据本振信号和射频信号解调出同相信号与正交信号，解调得到的同相信号与正交信号分别送给同相模数转换器和正交模数转换器，通过同相模数转换器和正交模数转换器转换成数字信号后，送给微处理器。

微处理器对正交解调器解调得到的同相信号与正交信号进行计算，得到同相模数转换器输出数据的快速傅里叶计算结果和正交模数转换器输出数据的快速傅里叶计算结果，根据这两种快速傅里叶计算结果判断混凝土材料是否存在内部缺陷。

电磁波信号的发射和接收的具体过程是：微处理器通过通信接口与检测服务器通信，接收检测服务器的命令；信号发生器产生正弦信号，在检测服务器的控制下，微处理器给信号发生器设置信号频率，给发射数模转换器设置信号格式；信号发生器的正弦信号通过功分器分为两路，一路与发射数模转换器的信号一起送入发射混频器，经过发射混频器后，将发射数模转换器的信号与信号发生器的正弦信号相乘，并由发射功率放大器将功率放大后，由发射天线接口连接到矩阵开关A和矩阵开关B。

信号发生器的正弦信号通过功分器后的另一路信号连接到正交解调器的本振信号输入接口。接收天线接口连接到矩阵开关A和矩阵开关B；接收天线信号通过接收低噪放大器放大后输入到正交解调器的射频信号输入接口，正交解调器解调出的同相信号通过同相模数转换器进行模数转换后，将同相解调的数字数据送给微处理器，正交解调器解调出的正交信号通过正交模数转换器进行模数转换后，将正交解调的数字数据送给微处理器。

发射信号的产生方法是：在检测服务器的控制下，微处理器设置信号发生器的正弦信号频率，微处理器通过发射数模转换器设置信号波形；信号发生器产生的正弦信号和发射数模转换器的信号通过发射混频器混频后产生任意信号；所产生的任意信号通过发射功率放大器放大后，通过发射天线发出。

三维混凝土健康检测方法的步骤是：

将天线阵列A和天线阵列B中的2×m×n根天线进行编号，分别编号为1,2,3,4，……，K-2，K-1,K；K＝2×m×n，检测前，通过实验找到几种典型检测信号，并在典型检测信号下，进行以下检测步骤：

在混凝土处于正常时，通过微处理器从编号为1的天线开始，选择2×m×n根天线中的一根作为发射天线，再依次选择与发射天线不同的其他2×m×n-1根天线分别作为接收天线，发射天线和接收天线不能为同一根天线。微处理器接收同相模数转换器和正交模数转换器的数据，并对同相模数转换器和正交模数转换器的数据进行快速傅里叶计算，存储同相模数转换器和正交模数转换器的输出数据的快速傅里叶计算结果；计算结果表示如下：

IFFT_ij，表示i号天线为发射天线，j号天线为接收天线，得到的同相模数转换器输出数据的快速傅里叶计算结果，其中，i,j大于等于1，小于等于K，且i不等于j；

QFFT_ij，表示i号天线为发射天线，j号天线为接收天线，得到的正交模数转换器输出数据的快速傅里叶计算结果，其中，i,j大于等于1，小于等于K，且i不等于j。

在混凝土处于监测状态下，在监测时刻，通过微处理器从编号为1的天线开始，选择2×m×n根天线中的一根作为发射天线，再依次选择与发射天线不同的其他2×m×n-1根天线分别作为接收天线，发射天线和接收天线不能为同一根天线。微处理器接收同相模数转换器和正交模数转换器的数据，并对同相模数转换器和正交模数转换器的数据进行快速傅里叶计算，存储同相模数转换器和正交模数转换器的输出数据的快速傅里叶计算结果；计算结果表示如下：

T_IFFT_ij，表示i号天线为发射天线，j号天线为接收天线，得到的同相模数转换器输出数据的快速傅里叶计算结果，其中，i,j大于等于1，小于等于K，且i不等于j：

T_QFFT_ij，表示i号天线为发射天线，j号天线为接收天线，得到的正交模数转换器输出数据的快速傅里叶计算结果，其中，i,j大于等于1，小于等于K，且i不等于j。

在混凝土处于监测状态下，在监测时刻，依次比较相同发射、接收天线对的IFFT_ij和T_IFFT_ij的差异，依次比较相同发射、接收天线对的QFFT_ij和Q_IFFT_ij的差异；当发现某些数据不同时，判断混凝土异常，详细判断方法须建立在大规模实验基础上。

检测电路包括信号发生器、发射数模转换器、发射混频器、发射功率放大器、发射天线接口、接收天线接口、接收低噪放大器、同相模数转换器、正交模数转换器、正交解调器、正弦信号功分器以及微处理器、通信接口；微处理器通过通信接口与检测服务器连接通信，接收检测服务器的命令。

正交解调器由接收功分器，耦合器，移相器，同相混频器，正交混频器，同相低噪放大器，正交低噪放大器构成；本振信号输入到耦合器，即正弦信号功分器分出的一路信号输入到耦合器，由耦合器分成两路，一路送给移相器，另一路送给同相混频器；射频信号输入到接收功分器，由接收功分器将信号分为两路，一路送给同相混频器，一路送给正交混频器；同相混频器输出信号送给同相低噪放大器；移相器的输出信号送给正交混频器，正交混频器的输出信号送给正交低噪放大器，同相低噪放大器输出同相解调信号，正交低噪放大器输出正交解调信号。

检测电路对应的钢筋天线包括天线阵列A和天线阵列B，天线阵列A和天线阵列B中的天线排列相同，即在同一水平面均匀分布n排，m列用钢筋制作的天线，m、n为大于等于1的整数，并将钢筋天线预埋在混凝土内。

天线阵列A与检测电路间连有矩阵开关A，通过矩阵开关A连接到检测电路；天线阵列B与检测电路间连有矩阵开关B，通过矩阵开关B连接到检测电路；；天线阵列A中每根天线分别通过同轴电缆与矩阵开关A连接，天线阵列B中每根天线分别通过同轴电缆与矩阵开关B连接。

所述天线由钢筋制作，其形状为对偶型或环形。

本发明的积极效果是：

1、检测三维混凝土健康状况，并对建筑物及时作出质量评估，特别是房屋建筑、桥梁工程、水利工程等关系重大民生的建筑物混凝土安全情况做出正确判断。

2、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，将安全事故消灭在发生前，避免重大事故发生。

3、可为三维混凝土健康监测提供检测仪器，使用方便可靠，检测效果显著。

(四)附图说明

图1是本发明总体技术方案示意图。

图2是混凝土中钢筋天线为对偶性结构示意图。

图3是混凝土中钢筋天线为环形结构示意图。

图4是本发明的检测电路示意图。

图5是检测电路与检测服务器连接示意图。

图6～图11是微处理器选择现场可编程门阵列电路图。

图12是信号发生器电路图。

图13是发射数模转换器电路图。

图14是发射混频器电路图。

图15发射功率放大器电路图。

图16是接收低噪放大器电路图。

图17是同相模数转换器和正交模数转换器电路图。

图18是矩阵开关A和矩阵开关B选用二选一开关电路图。

图19是正交解调器电路图。

图中，1立体状混凝土，2天线阵列A，3天线阵列B，4矩阵开关A，5检测电路，6矩阵开关B，7天线阵列A与矩阵开关A之间的连接电缆，8矩阵开关A与检测电路之间的连接电缆，9矩阵开关B与检测电路之间的连接电缆，10天线阵列B与矩阵开关B之间的连接电缆，11-1、11-2为对偶型天线的电缆连接口，12-1、12-2为环型天线的电缆连接口，13信号发生器，14发射数模转换器，15微处理器，16通信接口，17正弦信号功分器，18耦合器，19移相器，20发射混频器，21接收功分器，22同相混频器，23正交混频器，24发射功率放大器，25接收低噪放大器，26同相低噪放大器，27正交低噪放大器，28发射天线接口，29接收天线接口，30同相模数转换器，31正交模数转换器，32正交解调器，33检测电路，34检测服务器。

(五)具体实施方式

本发明是基于立体状的以钢筋电极为天线阵列的三维混凝土的健康检测。

参见图1。在立体状混凝土内上下相对位置加装天线阵列A与天线阵列B，天线阵列中的所有天线都由钢筋制作，安装在同一平面，天线阵列A与天线阵列B中的天线数量和排列相同，且所在平面相互平行。

天线阵列A和天线阵列B中的天线排列相同，即在同一水平面均匀分布n排，m列用钢筋制作的天线，m、n为大于等于1的整数，并将钢筋天线预埋在混凝土内。

如图2、图3所示，天线由钢筋电极制作，其形状为如图2所示的对偶型或如图3所示的环形。

天线阵列A通过同轴电缆连接到检测电路、天线阵列B通过同轴电缆连接到检测电路，天线阵列A与检测电路间连有矩阵开关A，并通过矩阵开关连接到检测电路；天线阵列B与检测电路间连有矩阵开关B，并通过矩阵开关连接到检测电路；天线阵列A中每根天线分别通过同轴电缆与矩阵开关A连接，天线阵列B中每根天线分别通过同轴电缆与矩阵开关B连接。

矩阵开关A和矩阵开关B都由检测电路的微处理器控制，检测电路通过如下的任意一种方式选择发射和接收天线：

A)、通过矩阵开关A选择天线阵列A中的不同天线作为发射和接收天线；

B)、通过矩阵开关B选择天线阵列B中的不同天线作为发射和接收天线；

C)、通过矩阵开关A选择天线阵列A中的一根天线作为发射天线，通过矩阵开关B选择天线阵列B中的一根天线作为接收天线；

D)、通过矩阵开关A选择选择天线阵列A中的一根天线作为接收天线，通过矩阵开关B选择天线阵列B中的一根天线作为发射天线。

矩阵开关根据天线阵列的分布选择，矩阵开关规格要求可以接入天线阵列的所有天线。

矩阵开关用于选择天线阵列的某一根作为检测电路的发射天线，选择另一根作为检测电路的接收天线。发射天线和接收天线可以同时在天线阵列A上，也可以同时在天线阵列B上；发射天线和接收天线也可以在不同的天线阵列上。

矩阵开关A和矩阵开关B都由检测电路的微处理器来控制，通过检测电路的微处理器发出命令，可以选择矩阵开关A或矩阵开关B中的某根天线作为发射天线，某根与发射天线不同的天线为接收天线。

检测电路包括信号发生器13、发射数模转换器14、发射混频器20、发射功率放大器24、发射天线接口28、接收天线接口29、接收低噪放大器25、同相模数转换器30、正交模数转换器31、正交解调器32、正弦信号功分器17以及微处理器15、通信接口16。

微处理器通过通信接口与检测服务器通信，接收检测服务器的命令。在检测服务器的控制下，微处理器给信号发生器设置正弦信号频率，给发射数模转换器设置信号格式。检测电路中的信号发生器产生的正弦信号通过功分器分为两路，一路与发射数模转换器输出信号一起送入发射混频器，经过发射混频器将发射数模转换器的信号与信号发生器的正弦信号相乘，并由发射功率放大器将功率放大后，由发射天线接口连接到矩阵开关A和矩阵开关B；。

信号发生器的正弦信号通过功分器后的另一路信号连接到正交解调器的本振信号输入接口。接收天线接口连接到矩阵开关A和矩阵开关B。接收天线信号通过接收低噪放大器放大后输入到正交解调器的射频信号输入接口。正交解调器解调出的同相信号通过同相模数转换器进行模数转换后，将同相解调的数字数据送给微处理器。正交解调器解调出的正交信号通过正交模数转换器进行模数转换后，将正交解调的数字数据送给微处理器。

正交解调器32由接收功分器21，耦合器18，移相器19，同相混频器22，正交混频器23，同相低噪放大器26，正交低噪放大器27构成；本振信号输入到耦合器，即正弦信号功分器17分出的一路信号输入到耦合器18，由耦合器分成两路，一路送给移相器19，另一路送给同相混频器22；射频信号输入到接收功分器21，由接收功分器21将信号分为两路，一路送给同相混频器22，一路送给正交混频器23；同相混频器输出信号送给同相低噪放大器26；移相器19的输出信号送给正交混频器23，正交混频器的输出信号送给正交低噪放大器27，同相低噪放大器输出同相解调信号，正交低噪放大器输出正交解调信号。

检测服务器通过通信接口向检测电路发送检测命令，并通过通信接口接收检测电路的检测结果，如图5所示。检测服务器为笔记本或台式计算机。

检测电路通过发射天线发射特定的电磁波，并通过接收天线接收所发射的电磁波，计算三维混凝土内混凝土材料对电磁波的传输、反射、折射、损耗、色散、界面的多次反射电磁特性，来判断混凝土材料是否存在内部缺陷。而判断混凝土是否有异常，需要在发现某些数据不同平常时，进行详细计算与分析，具体计算分析方法须建立在大规模实验基础上。

健康检测方法包括任意信号发射的产生方法和混凝土的健康检测方法。

任意信号发射的产生方法是：在检测服务器的控制下，微处理器设置信号发生器的正弦信号频率，微处理器通过发射数模转换器设置信号波形。信号发生器的正弦信号和发射数模转换器的信号波形信号通过发射混频器混频后产生任意信号。所产生的任意信号通过发射功率放大器放大后，通过发射天线发出。

混凝土健康检测方法是：

1)、将天线阵列A和天线阵列B中的2×m×n根天线进行编号，分别编号为1,2,3,4，……，K-2，K-1,K；K＝2×m×n，检测前，通过实验找到几种典型检测信号，并在典型检测信号下，进行以下检测步骤：

2)、在混凝土处于正常时，通过微处理器从编号为1的天线开始，选择2×m×n根天线中的一根作为发射天线，再依次选择与发射天线不同的其他2×m×n-1根天线分别作为接收天线，发射天线和接收天线不能为同一根天线。微处理器接收同相模数转换器和正交模数转换器的数据，并对同相模数转换器和正交模数转换器的数据进行快速傅里叶计算，存储同相模数转换器和正交模数转换器的输出数据的快速傅里叶计算结果；计算结果表示如下：

IFFT_ij，表示i号天线为发射天线，j号天线为接收天线，得到的同相模数转换器输出数据的快速傅里叶计算结果，其中，i,j大于等于1，小于等于K，且i不等于j；

QFFT_ij，表示i号天线为发射天线，j号天线为接收天线，得到的正交模数转换器输出数据的快速傅里叶计算结果，其中，i,j大于等于1，小于等于K，且i不等于j。

4)、在混凝土处于监测状态下，在监测时刻，通过微处理器从编号为1的天线开始，选择2×m×n根天线中的一根作为发射天线，再依次选择与发射天线不同的其他2×m×n-1根天线分别作为接收天线，发射天线和接收天线不能为同一根天线。微处理器接收同相模数转换器和正交模数转换器的数据，并对同相模数转换器和正交模数转换器的数据进行快速傅里叶计算，存储同相模数转换器和正交模数转换器的输出数据的快速傅里叶计算结果；计算结果表示如下：

T_IFFT_ij，表示i号天线为发射天线，j号天线为接收天线，得到的同相模数转换器输出数据的快速傅里叶计算结果，其中，i,j大于等于1，小于等于K，且i不等于j；

T_QFFT_ij，表示i号天线为发射天线，j号天线为接收天线，得到的正交模数转换器输出数据的快速傅里叶计算结果，其中，i,j大于等于1，小于等于K，且i不等于j；

在混凝土处于监测状态下，在监测时刻，依次比较相同发射、接收天线对的IFFT_ij和T_IFFT_ij的差异，依次比较相同发射、接收天线对的QFFT_ij和Q_IFFT_ij的差异；当发现某些数据不同时，判断混凝土异常，详细判断方法须建立在大规模实验基础上。

检测电路是本发明的核心，在检测电路中，微处理器通过通信接口与检测服务器通信，接收检测服务器的命令。在检测服务器的控制下，微处理器给信号发生器设置信号频率，给发射数模转换器设置信号格式，对检测电路实施控制。本实施例中微处理器选择现场可编程门阵列。

图6～11是微处理器选择现场可编程门阵列电路图。图中，U1:XC3S1200，U2：XCF04,由美国Xilinx公司生产。

在检测电路中的通信接口采用郑州一领电子科技有限公司M905R-433无线透明传输模块，检测服务器和检测电路的微处理器各接一个，构成无线通信接口。

图12是信号发生器电路图。信号发生器中，US1:ADF4350,美国ANALOGDEVICES公司，US2:26MHZ有源晶体振荡器，US3:ADF4153，美国ANALOG DEVICES公司，CLKA,DATAA,LEA,CLKB,DATAB,LEB,MUXS,MUXO,LD连接到现场可编程门阵列的IO引脚。RFOUTA连接到正弦信号功分器的输入。

本实施例中的正弦信号功分器17采用深圳市百纳(深圳)有限公司，型号：ZN2PD2-63-S+MINI 0.35-6.0。正弦信号功分器输入连接到RFOUTA，输出分别连接到正交解调器的本振输入信号LOIN和发射混频器的RF_INA。

图13是发射数模转换器电路图。UDA1:AD5689,美国ANALOG DEVICES公司。VOUTA连接到混频器的VOUTA。SDO,RSTSEL,RESET,SDIN,SYNC,SCLK,LDAC连接到现场可编程门阵列的IO引脚。

图14是发射混频器电路图。UH1：ADL5350,美国ANALOG DEVICES公司生产。S_OUT连接到发射功率放大器的S_OUT。

图15发射功率放大器电路图。UG1：HMC921,美国ANALOG DEVICES公司生产，RFOUT连接到发射天线接口。

本实施例采用的发射天线接口和接收天线接口均为BNC接口的公头，与此相连的同轴电缆为BNC接口母头。

图16是接收低噪放大器电路图。ULP1：ADL5523,美国ANALOG DEVICES公司生产。RX_IN:连接到接收天线接口；RX_OUT连接到正交解调器的RX_OUT。

图17是同相模数转换器和正交模数转换器电路图。U5:AD9643,由美国ANALOG DEVICES公司生产。VINA-,VINA+连接到正交解调器同相输出VINA-,VINA+，VINB-,VINB+连接到正交解调器正交输出VINB-,VINB+，SCLK,SDO,CLK+,CLK-,D0+,D1+,……,D13+,D0-,D1-,……,D13-,都连接到现场可编程门阵列的IO接口。

本实施例的矩阵开关A，矩阵开关B均选用美国Dow-Key Microwave的产品，型号为：3203-8X8-ENET。

图18是矩阵开关A和矩阵开关B中的二选一开关电路图。US1：ADG936，由美国ANALOG DEVICES公司生产。INA，INB连接到现场可编程门阵列，RFCA连接检测电路发射天线接口，RFCB连接检测电路接收天线接口，RF1A连接矩阵开关A的发射接口，RF1B连接矩阵开关A的接收接口，RF2A连接矩阵开关B的发射接口，RF2B连接矩阵开关B的接收接口。

图19是正交解调器电路图。UD1：ADL5387，由美国ANALOG DEVICES公司生产。

Claims (7)

1.一种基于钢筋天线的三维混凝土健康检测方法，其特征在于：在立体状混凝土内上下相对位置加装天线阵列A与天线阵列B，天线阵列中的所有天线都由钢筋制作，安装在同一平面，天线阵列A与天线阵列B中的天线所在平面相互平行；检测电路利用天线阵列中的天线发射和接收电磁波，对混凝土进行健康检测；

天线阵列A与检测电路间连有矩阵开关A，并通过矩阵开关A连接到检测电路；天线阵列B与检测电路间连有矩阵开关B，并通过矩阵开关B连接到检测电路；天线阵列A中每根天线分别通过同轴电缆与矩阵开关A连接，天线阵列B中每根天线分别通过同轴电缆与矩阵开关B连接；

矩阵开关A和矩阵开关B都由检测电路的微处理器控制，检测电路通过如下的任意一种方式选择发射和接收天线：

A)、通过矩阵开关A选择天线阵列A中的不同天线作为发射和接收天线；

B)、通过矩阵开关B选择天线阵列B中的不同天线作为发射和接收天线；

C)、通过矩阵开关A选择天线阵列A中的一根天线作为发射天线，通过矩阵开关B选择天线阵列B中的一根天线作为接收天线；

D)、通过矩阵开关A选择天线阵列A中的一根天线作为接收天线，通过矩阵开关B选择天线阵列B中的一根天线作为发射天线；

检测电路中的微处理器连接到检测服务器，微处理器接收检测服务器的命令；信号发生器产生正弦信号，在检测服务器的控制下，微处理器给信号发生器设置信号频率，给发射数模转换器设置信号格式；

检测电路通过发射天线发射特定的电磁波，通过接收天线接收所发射的电磁波；检测电路中的正弦信号发生器的信号通过功分器分为两路：一路与发射数模转换器输出信号一起送入发射混频器，发射混频器输出的信号通过发射功率放大器放大后，送到发射天线；一路连接到正交解调器的本振信号输入接口；接收天线收到的信号通过接收低噪放大器放大后输入到正交解调器的射频信号输入接口；正交解调器根据本振信号和射频信号解调出同相信号与正交信号，解调得到的同相信号与正交信号分别送给同相模数转换器和正交模数转换器，通过同相模数转换器和正交模数转换器转换成数字信号后，送给微处理器；

微处理器对正交解调器解调得到的同相信号与正交信号进行计算，得到同相模数转换器输出数据的快速傅里叶计算结果和正交模数转换器输出数据的快速傅里叶计算结果，根据这两种快速傅里叶计算结果判断混凝土材料是否存在内部缺陷。

2.如权利要求1所述的基于钢筋天线的三维混凝土健康检测方法，其特征在于：电磁波信号的发射和接收的具体过程是：微处理器通过通信接口与检测服务器通信，接收检测服务器的命令；信号发生器产生正弦信号，在检测服务器的控制下，微处理器给信号发生器设置信号频率，给发射数模转换器设置信号格式；信号发生器的正弦信号通过功分器分为两路，一路与发射数模转换器的信号一起送入发射混频器，经过发射混频器将发射数模转换器的信号与信号发生器的正弦信号相乘，并由发射功率放大器将功率放大后，由发射天线接口连接到矩阵开关A和矩阵开关B；

信号发生器的正弦信号通过功分器后的另一路信号连接到正交解调器的本振信号输入接口,接收天线接口连接到矩阵开关A和矩阵开关B；接收天线信号通过接收低噪放大器放大后输入到正交解调器的射频信号输入接口，正交解调器解调出的同相信号通过同相模数转换器进行模数转换后，将同相解调的数字数据送给微处理器，正交解调器解调出的正交信号通过正交模数转换器进行模数转换后，将正交解调的数字数据送给微处理器。

3.如权利要求1所述的基于钢筋天线的三维混凝土健康检测方法，其特征在于：发射信号的产生方法是：在检测服务器的控制下，微处理器设置信号发生器的正弦信号频率，微处理器通过发射数模转换器设置信号波形；信号发生器产生的正弦信号和发射数模转换器的信号通过发射混频器混频后产生任意信号；所产生的任意信号通过发射功率放大器放大后，通过发射天线发出。

4.如权利要求1所述的基于钢筋天线的三维混凝土健康检测方法，其特征在于：三维混凝土健康检测方法的步骤是：

1)、将天线阵列A和天线阵列B中的2×m×n根天线进行编号，分别编号为1,2,3,4，……，K-2，K-1,K；K＝2×m×n，检测前，通过实验找到几种典型检测信号，并在典型检测信号下，进行以下检测步骤：

2)、在混凝土处于正常时，通过微处理器从编号为1的天线开始，选择2×m×n根天线中的一根作为发射天线，再依次选择与发射天线不同的其他2×m×n-1根天线分别作为接收天线，发射天线和接收天线不能为同一根天线；微处理器接收同相模数转换器和正交模数转换器的数据，并对同相模数转换器和正交模数转换器的数据进行快速傅里叶计算，存储同相模数转换器和正交模数转换器的输出数据的快速傅里叶计算结果；计算结果表示如下：

IFFT_ij，表示i号天线为发射天线，j号天线为接收天线，得到的同相模数转换器输出数据的快速傅里叶计算结果，其中，i,j大于等于1，小于等于K，且i不等于j；

QFFT_ij，表示i号天线为发射天线，j号天线为接收天线，得到的正交模数转换器输出数据的快速傅里叶计算结果，其中，i,j大于等于1，小于等于K，且i不等于j；

3)、在混凝土处于监测状态下，在监测时刻，通过微处理器从编号为1的天线开始，选择2×m×n根天线中的一根作为发射天线，再依次选择与发射天线不同的其他2×m×n-1根天线分别作为接收天线，发射天线和接收天线不能为同一根天线；微处理器接收同相模数转换器和正交模数转换器的数据，并对同相模数转换器和正交模数转换器的数据进行快速傅里叶计算，存储同相模数转换器和正交模数转换器的输出数据的快速傅里叶计算结果；计算结果表示如下：

T_IFFT_ij，表示i号天线为发射天线，j号天线为接收天线，得到的同相模数转换器输出数据的快速傅里叶计算结果，其中，i,j大于等于1，小于等于K，且i不等于j；

T_QFFT_ij，表示i号天线为发射天线，j号天线为接收天线，得到的正交模数转换器输出数据的快速傅里叶计算结果，其中，i,j大于等于1，小于等于K，且i不等于j；

4)、在混凝土处于监测状态下，在监测时刻，依次比较相同发射、接收天线对的IFFT_ij和T_IFFT_ij的差异，依次比较相同发射、接收天线对的QFFT_ij和Q_IFFT_ij的差异；当发现某些数据不同时，判断混凝土异常，详细判断方法须建立在大规模实验基础上。

5.一种如权利要求1所述的基于钢筋天线的三维混凝土健康的检测电路，其特征在于：检测电路包括信号发生器(13)、发射数模转换器(14)、发射混频器(20)、发射功率放大器(24)、发射天线接口(28)、接收天线接口(29)、接收低噪放大器(25)、同相模数转换器(30)、正交模数转换器(31)、正交解调器(32)、正弦信号功分器(17)以及微处理器(15)、通信接口(16)；微处理器通过通信接口(16)与检测服务器连接通信，接收检测服务器的命令；

正交解调器(32)由接收功分器(21)、耦合器(18)、移相器(19)、同相混频器(22)、正交混频器(23)、同相低噪放大器(26)、正交低噪放大器(27)构成；本振信号输入到耦合器，即正弦信号功分器(17)分出的一路信号输入到耦合器(18)，由耦合器分成两路，一路送给移相器(19)，另一路送给同相混频器(22)；射频信号输入到接收功分器(21)，由接收功分器(21)将信号分为两路，一路送给同相混频器(22)，一路送给正交混频器(23)；同相混频器输出信号送给同相低噪放大器(26)；移相器(19)的输出信号送给正交混频器(23)，正交混频器的输出信号送给正交低噪放大器(27)，同相低噪放大器输出同相解调信号，正交低噪放大器输出正交解调信号。

6.一种如权利要求5所述的基于钢筋天线的三维混凝土健康检测的检测电路，其特征在于：检测电路对应的钢筋天线包括天线阵列A和天线阵列B，天线阵列A和天线阵列B中的天线排列相同，即在同一水平面均匀分布n排，m列用钢筋制作的天线，m、n为大于等于1的整数，并将钢筋天线预埋在混凝土内；

天线阵列A与检测电路间连有矩阵开关A，通过矩阵开关A连接到检测电路；天线阵列B与检测电路间连有矩阵开关B，通过矩阵开关B连接到检测电路；天线阵列A中每根天线分别通过同轴电缆与矩阵开关A连接，天线阵列B中每根天线分别通过同轴电缆与矩阵开关B连接。

7.一种如权利要求6所述的基于钢筋天线的三维混凝土健康检测的检测电路，其特征在于：所述天线由钢筋制作，其形状为对偶型或环形。