CN105486727B - 一种用于水泥基硬质材料的电阻抗成像电极装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水泥基硬质材料的电阻抗成像电极装置，包括绝缘底板、导向单元、电极载体单元和电极，导向单元包括两个固定在绝缘底板上的同心设置的第一绝缘圆管、第二绝缘圆管，两个绝缘圆管形成两个直径一大一小的同心圆，第一绝缘圆管、第二绝缘圆管上分别均匀设置若干个一一对准同心圆中心的通孔，电极载体单元设有若干组，均匀布置在通孔内，电极设置在电极载体单元靠近同心圆中心的端部、且电极个数与电极载体单元组数对应，多个电极形成电极阵列。本发明可重复使用，不污染被测物体，对象尺寸可调，电极与被测物体表面接触阻抗均匀统一；尤其适用于进行稳定、低噪音的岩石、水泥硬质材料的电阻抗成像数据采集。

Description

一种用于水泥基硬质材料的电阻抗成像电极装置

技术领域

本发明涉及水泥基材料无损检测和电阻抗成像技术领域，具体涉及一种用于水泥基硬质材料的电阻抗成像电极装置。

背景技术

EIT电阻抗成像技术是一种新颖的图像重建技术。它根据物体内部不同物质的导电参数(如电阻率、电容率)的差异与变化,通过对物体表面电流、电压的施加、测量来获知物体内部导电参数的分布,进而重建出反映物体内部结构的图像。

在电阻抗成像系统中，电极是用于电流注入和电压测量的器件，也就是提取信号的关键器件，其性能优劣直接影响到重建图像的质量。试验表明,影响系统误差的主要因素有电极与电极之间的接触不匹配和电极与电极之间的相对位置不匹配。因此, 一种良好的电极系统, 必须具备如下特点：1) 利于注入电流和提取电压；2) 与试件表面接触阻抗小且均匀统一；3) 电极形状规格化, 易与匹配；4) 易于组成规则的电极阵列；

目前，电阻抗成像技术大多用于医学领域，而在工程结构物上的使用还在探索过程中，由于工程结构物多为水泥基硬质材料，电极接触问题一直是研究难点，目前用于人体检测的多为电极贴片，而电极贴片对于水泥基硬质材料而言不实用。对于水泥基硬质材料的电极布置多为贴导电胶带、涂导电胶或采用电解质溶液接触等方式，这些方式操作过于复杂、繁琐，速度慢、效率和精准度低，而且涂导电胶的实用效果因人而异，难以控制电极矩阵接触电阻差异和电极定位，一旦错位、涂错则会污染试件，试件沾上导电胶或电解质溶液后将不适合再用来做实验，可重复性极差。

为推动电阻抗成像技术在工程结构物无损检测领域上的发展，需要进行必要的理论分析与实验探索，提高数据采集精度对于电阻抗成像的分辨率有着至关重要的影响，减小接触电阻和控制电极位置是提高数据采集精度的重要措施，因此需要设计一种专门用于水泥基硬质材料的电阻抗成像电极装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对目前电阻抗成像检测水泥基硬质材料存在的上述不足，提供一种用于水泥基硬质材料的电阻抗成像电极装置，该装置可重复使用，不污染被测物体，且对象尺寸可调，电极与被测物体表面接触阻抗均匀统一；可进行稳定、低噪音的岩石、水泥基硬质材料的电阻抗成像数据采集。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种用于水泥基硬质材料的电阻抗成像电极装置，包括绝缘底板、导向单元、电极载体单元和电极，导向单元包括两个固定在绝缘底板上的第一绝缘圆管、第二绝缘圆管，第一绝缘圆管、第二绝缘圆管同心设置形成两个同心圆，第一绝缘圆管直径大于第二绝缘圆管直径，第一绝缘圆管、第二绝缘圆管上分别均匀设置若干个一一对准同心圆中心的通孔，所述电极载体单元设有若干组、均匀布置在第一绝缘圆管和第二绝缘圆管的通孔内，所述电极设置在电极载体单元靠近同心圆中心的端部、且电极个数与电极载体单元组数对应，多个电极环绕同心圆中心设置形成电极阵列。

按上述方案，每组电极载体单元包括用于固定电极并导向的绝缘塑料管、用于控制电极载体单元工作行程的插销及插孔和用于对电极提供压力的弹簧，绝缘塑料管穿设在第一绝缘圆管、第二绝缘圆管的通孔内，弹簧套设在绝缘塑料管靠近同心圆中心的端部、且弹簧靠近同心圆中心的一端固定设置在绝缘塑料管上，弹簧与第二绝缘圆管间添加垫片，插孔设置有若干个、均布置在绝缘塑料管上，各个插孔的位置满足：当绝缘塑料管随着弹簧的伸缩变化其穿过第一绝缘圆管的位置时，至少有一个插孔位于第一绝缘圆管的外侧，所述插销穿设在插孔内。

按上述方案，所述电极包括铜钉和导电硅橡胶套，铜钉一端插进绝缘塑料管，导电硅橡胶管内径小于铜钉外径，导电硅橡胶管套设在铜钉外并利用弹性回缩能力与铜钉充分接触，外接测量导线穿过绝缘塑料管与铜钉相连或直接接在导电硅橡胶管上。

按上述方案，所述电极与电极载体单元单层的组数为8~32组。

按上述方案，根据电阻抗成像系统的数据采集的需要，电极与电极载体单元设计为多层。

按上述方案，所述绝缘底板相对同心圆的中心处还设置中心孔。

按上述方案，所述绝缘底板的中心孔依据被测试件的需要设计为方孔、圆孔、菱形孔或椭圆孔。

按上述方案，所述绝缘底板和导向单元由不导电的绝缘材料制成，不导电的绝缘材料包括有机玻璃、玻璃纤维增强树脂板。

本发明的有益效果：

1、通过导向单元和电极载体单元固定、导向电极，电极矩阵排列规则，安装方便可靠；

2、可控制行程，通过调节弹簧长度来适应被测试件的形状及尺寸；

3、通过导电硅橡胶管与导线的配合使得电极接触良好，不污染被测物体，电极与被测试件表面接触阻抗均匀稳定，可重复性强；

4、适用范围广，可自行改变电极个数和层数，进行二维或三维成像实验数据采集，适用于进行稳定、低噪音的岩石、水泥基硬质材料的电阻抗成像数据采集。

附图说明

图1为本发明实施例中电极装置的主视图；

图2为本发明实施例中电极装置的俯视图；

图3为本发明实施例中电极装置的电极载体单元和电极安装示意图；

图4为本发明实施例中电极装置与被测试件配合安装的构造示意图；

图中：1-绝缘底板，2-导向单元，21-第一绝缘圆管，22-第二绝缘圆管，3-绝缘塑料管，4-插销，5-插孔，6-弹簧，7-铜钉，8-导电硅橡胶管，9-垫片。

具体实施方式

下面结合附图和一个较佳实施例对本发明技术方案进行详细的描述。

如图1~图2所示，本发明所述的用于水泥基硬质材料的电阻抗成像电极装置，包括绝缘底板1、导向单元2、电极载体单元和电极，导向单元2包括两个固定在绝缘底板1上的第一绝缘圆管21、第二绝缘圆管22，第一绝缘圆管21、第二绝缘圆管22同心设置形成两个同心圆，第一绝缘圆管21直径大于第二绝缘圆管22直径，第一绝缘圆管21、第二绝缘圆管11上分别均匀设置若干个一一对准同心圆中心的通孔（两两通孔对准同心圆中心、用于作为电极载体单元的导向通道），电极载体单元设有若干组、均匀布置在第一绝缘圆管21和第二绝缘圆管11的通孔内，电极设置在电极载体单元靠近同心圆中心的端部、且电极个数与电极载体单元组数对应（多个电极环绕同心圆中心设置形成电极阵列）。电极与电极载体单元单层的组数优选为8、16、32组，实施例中，电极与电极载体单元的组数为16组（单层）。

如图3所示，每组电极载体单元包括用于固定电极并导向的绝缘塑料管3、用于控制电极载体单元工作行程的插销4及插孔5和用于对电极提供压力的弹簧6，绝缘塑料管3穿设在第一绝缘圆管21、第二绝缘圆管22的通孔内，弹簧6套设在绝缘塑料管3靠近同心圆中心的端部、且弹簧6靠近同心圆中心的一端固定设置在绝缘塑料管3上（弹簧6活动在第二绝缘圆管22内侧的绝缘塑料管3上），弹簧6与第二绝缘圆管22间添加垫片9，插孔5设置有若干个、均布置在绝缘塑料管3上，各个插孔5的位置满足：当绝缘塑料管3随着弹簧6的伸缩变化其穿过第一绝缘圆管21的位置时，至少有一个插孔5位于第一绝缘圆管21的外侧，插销4穿设在插孔5内。

电极包括铜钉7和导电硅橡胶套8，铜钉7一端插设在绝缘塑料管3内，导电硅橡胶管8内径小于铜钉7外径，导电硅橡胶管8套设在铜钉7外并利用弹性回缩能力与铜钉7充分接触，外接测量导线可穿过绝缘塑料管3与铜钉7相连，也可直接接在导电硅橡胶管8上。

绝缘底板1相对同心圆的中心处还设置中心孔（方便被测试件的放入及高度的调整）。中心孔依据被测试件的需要设计为方孔、圆孔、菱形孔或椭圆孔。

绝缘底板1和导向单元2由不导电的绝缘材料制成，不导电的绝缘材料包括有机玻璃、玻璃纤维增强树脂板。

使用时，如图2所示，多个电极环绕同心圆中心设置形成电极阵列，电极矩阵中间区域为被测试件的测试区域，放置试件前，为预留弹簧6弹力，测试区域尺寸小于试件尺寸。放置试件时，先把绝缘塑料管3向外拉，将插销4插进合适的插孔5里，使弹簧6处于压紧状态，依次对16根绝缘塑料管3进行此操作，此时，测试区域尺寸略大于被测试件尺寸，如图4所示。将试件放置测试区域中间，调整其位于中心孔内的高度至适中，依次松开各插孔5中的插销4，利用弹簧6弹力夹紧固定试件并使电极的导电硅橡胶管8压紧试件，接触良好。

外接导线可接在铜钉7上也可直接接在导电硅橡胶管8上。导电硅橡胶管8用于增强接触效果，利用导电硅橡胶管8的良好导电性和变型适应性，使电极和试件紧密接触，且接触电阻均匀统一。

显然，上述实施例仅为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，依本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种用于水泥基硬质材料的电阻抗成像电极装置，其特征在于：包括绝缘底板（1）、导向单元（2）、电极载体单元和电极，导向单元（2）包括两个固定在绝缘底板（1）上的第一绝缘圆管（21）、第二绝缘圆管（22），第一绝缘圆管（21）、第二绝缘圆管（22）同心设置形成两个同心圆，第一绝缘圆管（21）直径大于第二绝缘圆管（22）直径，第一绝缘圆管（21）、第二绝缘圆管（22 ）上分别均匀设置若干个一一对准同心圆中心的通孔，所述电极载体单元设有若干组、均匀布置在第一绝缘圆管（21）和第二绝缘圆管（11）的通孔内，所述电极设置在电极载体单元靠近同心圆中心的端部、且电极个数与电极载体单元组数对应，多个电极环绕同心圆中心设置形成电极阵列；

每组电极载体单元包括用于固定电极并导向的绝缘塑料管（3）、用于控制电极载体单元工作行程的插销（4）及插孔（5）和用于对电极提供压力的弹簧（6），绝缘塑料管（3）穿设在第一绝缘圆管（21）、第二绝缘圆管（22）的通孔内，弹簧（6）套设在绝缘塑料管（3）靠近同心圆中心的端部、且弹簧（6）靠近同心圆中心的一端固定设置在绝缘塑料管（3）上，弹簧（6）与第二绝缘圆管（22）间添加垫片（9），插孔（5）设置有若干个、均布置在绝缘塑料管（3）上，各个插孔（5）的位置满足：当绝缘塑料管（3）随着弹簧（6）的伸缩变化其穿过第一绝缘圆管（21）的位置时，至少有一个插孔（5）位于第一绝缘圆管（21）的外侧，所述插销（4）穿设在插孔（5）内；

所述电极包括铜钉（7）和导电硅橡胶管 （8），铜钉（7）一端插设在绝缘塑料管（3）内，导电硅橡胶管（8）内径小于铜钉（7）外径，导电硅橡胶管（8）套设在铜钉（7）外并利用自身弹力与铜钉（7）充分接触，外接测量导线穿过绝缘塑料管（3）与铜钉（7）相连或直接接在导电硅橡胶管（8）上。

2.根据权利要求1所述的用于水泥基硬质材料的电阻抗成像电极装置，其特征在于：所述电极与电极载体单元单层的组数为8~32组。

3.根据权利要求2所述的用于水泥基硬质材料的电阻抗成像电极装置，其特征在于：根据电阻抗成像系统的数据采集的需要，电极与电极载体单元设计为多层。

4.根据权利要求1所述的用于水泥基硬质材料的电阻抗成像电极装置，其特征在于：所述绝缘底板（1）相对同心圆的中心处还设置中心孔。

5.根据权利要求3所述的用于水泥基硬质材料的电阻抗成像电极装置，其特征在于：所述绝缘底板（1）的中心孔依据被测试件的需要设计为方孔、圆孔、菱形孔或椭圆孔。

6.根据权利要求1所述的用于水泥基硬质材料的电阻抗成像电极装置，其特征在于：所述绝缘底板（1）和导向单元（2）由不导电的绝缘材料制成，不导电的绝缘材料包括有机玻璃、玻璃纤维增强树脂板。