CN106154054B - 智能同轴一维钢筋混凝土构件的介电常数测量设备和方法 - Google Patents

智能同轴一维钢筋混凝土构件的介电常数测量设备和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能同轴一维钢筋混凝土构件的介电常数测量设备和方法。介电常数测量设备与被测智能同轴一维钢筋混凝土构件的内、外导体共同完成测量。介电常数测量设备由控制服务器、微处理器、信号源、功分器组、反向信号隔离器、定向耦合器、程控衰减器组、信号解析器组和测量连接端口组成，微处理器通过通信接口连接控制服务器。控制服务器通过与微处理器的通信，对被测智能同轴一维钢筋混凝土构件的测量进行控制，下达控制命令，设置测量参数，微处理器进行参数测量计算，将测量结果发送给控制服务器。本发明可实时监测钢筋混凝土的介电常数，根据混凝土介电常数的变化，监测混凝土各阶段的健康状况，测量计算自动化，操作简单，易于推广。

Description

智能同轴一维钢筋混凝土构件的介电常数测量设备和方法
(一)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，具体是智能同轴一维钢筋混凝土构件的介电常数测量设备和方法。
(二)背景技术
混凝土是土木工程结构中使用最为广泛的结构材料，混凝土结构材料的损伤会严重破坏结构的整体性、影响结构的耐久性、甚至直接危害工程结构的安全性，因此，混凝土材料损伤检测或监测是工程质量检查与结构健康监测的重要内容。对混凝土构件进行实时有效检测和实时监测，科学地掌握混凝土构件结构性能的动态变化，对及时采取灾害防治措施、提高结构的运营效率、实现混凝土结构全生命周期的可持续绿色发展、保障人民生命财产安全具有极其重大的意义。
在当今社会飞速发展的形势下，各种混凝土的质量检测有了不同程度的提高。专利号ZL201520402418.5《钢筋同轴电缆结构一维混凝土健康监测阶跃测试》，给出了一种对钢筋同轴电缆结构一维混凝土的健康监测方法，但是不论测试精度还是可靠性、稳定性还有待提高。
专利号ZL201310029782.7《以钢筋为电极的混凝土监控检测仪及其监控检测方法》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。本发明提出了一种方法，但没有根据钢筋混凝土的不同结构给出不同的测试方法。
专利号ZL201210199249.0《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。本发明主要局限在检测混凝土的裂缝，没有检测其他的异常行为，存在局限性。
(三)发明内容
本发明的目的是提供一种不需改变混凝土材料和设计方法，将混凝土构件自身成为一种智能传感材料，采用基于介电常数测量测量方法对混凝土构件动态变化进行检测。解决现有技术检测还不全面，测量精度和稳定性、可靠性还有待提高的问题，满足日益增加的混凝土构件动态检测的需求。
本发明的目的是这样达到的：一种智能同轴一维钢筋混凝土构件介电常数测量设备，其特征在于：介电常数测量设备与被测智能同轴一维钢筋混凝土构件的内、外导体共同完成测量。智能同轴一维钢筋混凝土构件内的钢筋为同轴电缆结构，有外导体和内导体，外导体与内导体均由若干箍筋、纵筋组合而成，纵筋沿同轴一维钢筋混凝土构件轴向分布，箍筋沿横截面方向分布，内导体位于钢筋混凝土构件内部的中心位置、与外导体形状一致但箍筋尺寸小于外导体，外导体位于混凝土构件的外边，并满足一维混凝土构件设计规范的要求。
介电常数测量设备由控制服务器、微处理器、信号源、功分器组、反向信号隔离器、定向耦合器、程控衰减器组、信号解析器组和测量连接端口组成，微处理器通过通信接口连接控制服务器。
介电常数测量设备连接在连接电缆上,被测智能同轴一维钢筋混凝土构件的测量端与连接电缆相连，被测智能同轴一维钢筋混凝土构件的外导体与连接电缆外导体连接，被测智能同轴一维钢筋混凝土构件的内导体与连接电缆6的内导体连接。
控制服务器连接通信接口，通过通信接口与微处理器进行通信。
所述介电常数测量设备中，微处理器连接信号源、反向信号隔离器、程控衰减器A、程控衰减器B、信号解析器1、信号解析器2，并对信号源、反向信号隔离器、程控衰减器1和程控衰减器2、信号解析器1和信号解析器2的工作模式进行控制，接收信号解析器的数据；信号源的信号输入功分器1，功分器1将信号源信号分成两路，一路送到功分器2，一路送入程控衰减器B。
功分器2的输出分别连接到反向信号隔离器和程控衰减器A的输入，反向信号隔离器的控制线连接到微处理器，并接收微处理器的控制，反向信号隔离器的输出连接到定向耦合器，定向耦合器将输入信号送给测量连接端口，并从测量连接端口接收信号，将接收到的测量连接端口的信号送给信号解析器1；测量连接端口通过连接电缆与被测智能同轴一维钢筋混凝土连接，信号解析器1的两个输入信号分别连接定向耦合器和功分器的输出信号，控制线与数据输出与微处理器连接，接受微处理器控制，向微处理器输出数据，程控衰减器A的输入连接功分器2的输出，控制线连接微处理器，输出连接到信号解析器2；信号解析器2的两个输入信号分别连接程控衰减器A和功分器3的输出信号，控制线与数据输出与微处理器连接，接受微处理器控制，向微处理器输出数据。
程控衰减器B的控制线连接到微处理器，并接受微处理器控制，输入连接到功分器1的输出，输出连接到功分器3的输入；功分器3的输入连接到程控衰减器B的输出，输出连接到信号解析器1、信号解析器2。
被测智能同轴一维钢筋混凝土构件的内、外导体纵筋数量均不小于6根。
被测智能同轴一维钢筋混凝土构件横截面为圆形或椭圆形或正方形或长方形采用介电常数测量设备对被测同轴一维钢筋混凝土构件进行测量是，在测量前，将被测智能同轴一维钢筋混凝土构件测量端的内、外导体与连接电缆相连，连接电缆为同轴电缆。被测智能同轴一维钢筋混凝土构件的测量端外导体与连接电缆外导体连接，被测智能同轴一维钢筋混凝土构件测量端的内导体与连接电缆内导体连接；混凝土介电常数测量设备的测量连接端口与连接电缆连接。
介电常数测量设备中的控制服务器通过与微处理器的通信，对被测智能同轴一维钢筋混凝土构件的测量进行控制，控制服务器对微处理器下达控制命令，设置测量参数，同时微处理器将测量结果发送给控制服务器。
介电常数测量设备对被测智能同轴一维钢筋混凝土构件的测量流程包括控制服务器程序流程和微处理器程序流程；微处理器程序流程中包括微处理器主程序和参数计算子程序。
控制服务器程序流程：
第一步：通过通信接口向微处理器发出设置系统参数命令，发出的系统参数包括：信号源频率，反向隔离器、程控衰减器A、程控衰减器B的放大倍数，信号解析器1、信号解析器2的工作模式，设反向隔离器的放大倍数为KFa，程控衰减器A的放大倍数为KCa，进入第二步。
第二步：通过通信接口接收微处理器计算得到的数据，返回第一步；
微处理器主程序：
第一步，通过通信接口接收控制服务器命令，进入第二步；
第二步，设置系统参数，所设置的系统参数包括：信号源频率，反向隔离器、程控衰减器A、程控衰减器B的放大倍数，信号解析器1、信号解析器2的工作模式。进入第三步；
第三步，接收信号解析器1解析得到的定向耦合器A与功分器3输出信号之间的同相分量I和正交分量Q；设信号解析器1解析得到的同相分量为DATA_I 1a，正交分量为DATA_Q1a；接收信号解析器2解析得到的程控衰减器A与功分器3输出信号之间的同相分量I和正交分量Q；设信号解析器2解析得到的同相分量为DATA_I2a，正交分量为DATA_Q2a，进入第四步；
第四步，调用参数计算子程序，进入第五步；
第五步，将参数计算结果送给控制服务器，返回第一步。
参数计算子程序：
第一步计算反射参数X11，X11是复数，令i为虚数单位，X11复数计算公式如下：
Figure BDA0001057411920000041
式中：
DATA_I1a为信号解析器1解析得到的同相分量，
DATA_I2a为信号解析器2解析得到的同相分量，
DATA_Q1a为信号解析器1解析得到的正交分量；
DATA_Q2a为信号解析器2解析得到的正交分量；
KCa为程控衰减器A的放大倍数；
KFa为反向隔离器的放大倍数；
第二步计算复电导Y，Y为复数，计算为复数计算
Figure BDA0001057411920000042
L为智能同轴一维钢筋混凝土构件的长度；
第三步：计算混凝土复介电常数E，E为复数，计算为复数计算
Figure BDA0001057411920000043
f为信号源频率，ReY为复数Y的实部，ImY为复数Y的虚部。
被测智能同轴一维钢筋混凝土构件7的内、外导体的纵筋数量不小于6根。
被测智能同轴一维钢筋混凝土构件内导体需满足如下要求：
设混凝土介电常数为ε，令k＝0.36,或者0.54,令x＝kε0.5,k为内径计算系数，x为内径计算指数，
智能同轴一维钢筋混凝土构件按照横截面分别为圆形、椭圆形、正方形、长方形，分别命名为圆形智能同轴一维钢筋混凝土构件、椭圆形智能同轴一维钢筋混凝土构件、正方形智能同轴一维钢筋混凝土构件、长方形智能同轴一维钢筋混凝土构件；
对于圆形智能同轴一维钢筋混凝土构件，内导体的外径r等于外导体的内径R除以10的x次方，即:r＝R/10x，
对于椭圆形智能同轴一维钢筋混凝土，设外导体的长轴为A，短轴为B，内导体长轴为a，短轴为b，则a等于A除以10的x次方，b等于B除以10的x次方，
即:a＝A/10x；b＝B/10x
对于正方形智能同轴一维钢筋混凝土，设外导体的边长为LN，内导体最外部一圈边长为l；则l等于LN除以10的x次方，
即:l＝LN/10x
对于长方形智能同轴一维钢筋混凝土，设外导体的长为Y，宽为W，内导体长为y，宽为w，则y等于Y除以10的x次方，w等于W除以10的x次方
即:y＝Y/10x；w＝W/10x。
本发明的积极效果是：
1、同轴一维钢筋混凝土构件在不需改变混凝土材料和设计方法的基础上，使得混凝土材料自身成为一种智能传感材料。
2、混凝土材料在不同龄期、不同健康状况下呈现出不同混凝土介电常数，通过实时监测智能同轴一维钢筋混凝土的混凝土介电常数，根据混凝土介电常数的变化，监测混凝土各阶段的健康状况。
3、对混凝土健康状况实时监控，科学地掌握混凝土构件结构性能的动态变化，解决现有混凝土检测的测量精度和稳定性、可靠性还有待提高的问题，满足日益增加的混凝土构件动态检测的需求，实现对非正常健康状况的预警。
4、测量设备简单可靠，测量计算自动化程度高，操作简单，易于推广。
(四)附图说明
图1是本发明中圆形智能同轴一维钢筋混凝土构件结构示意图。
图2是本发明中正方形智能同轴一维钢筋混凝土构件结构示意图。
图3是采用介电常数测量设备测量被测智能一维钢筋混凝土构件时的连接图。
图4是混凝土介电常数测量设备结构图。
图5是控制服务器程序流程图。
图6是微处理器主程序。
图7是信号源电路图。
图8是反向信号隔离器电路图。
图9是程控衰减器电路图。
图10～图11是信号解析器电路图。
图中，1是横截面为圆形的智能一维钢筋混凝土构件内导体、1’为横截面为正方形智能一维钢筋混凝土构件内导体，2-1～2-n是横截面为圆形智能一维钢筋混凝土构件外导体箍筋、3-1～3-m是为横截面为圆形智能一维钢筋混凝土构件外导体纵筋、3’-1～3’-m是为横截面为正方形智能一维钢筋混凝土构件外导体纵筋、4’-1～4’-n是横截面为正方形智能一维钢筋混凝土构件外导体箍筋、5介电常数测量设备、6连接电缆、7被测智能一维钢筋混凝土构件、9通信接口、10微处理器、11信号源、12-1功分器1、12-2功分器2、12-3功分器3、13反向信号隔离器、14测量连接端口、15定向耦合器、16-1程控衰减器A、16-2程控衰减器B、17-1信号解析器1、17-2信号解析器2、20控制服务器。
(五)具体实施方式
本发明在不需改变混凝土材料和设计方法的基础上，使得混凝土材料自身成为一种传感材料。这些混凝土内的钢筋设计成同轴电缆形式，即设计成外导体和内导体的形式。外导体与内导体均由若干箍筋、纵筋组合而成。纵筋沿一维钢筋混凝土构件轴向分布，箍筋沿横截面方向分布，内导体位于钢筋混凝土构件内部的中心位置、与外导体形状一致但箍筋尺寸小于外导体，外导体位于混凝土构件的外边，并满足一维混凝土设计规范的设计要求。
智能同轴一维钢筋混凝土构件可以是横截面分别为圆形、椭圆形、正方形、长方形的一维钢筋混凝土构件。根据其横截面将其命名为智能圆形一维钢筋混凝土构件、智能椭圆形一维钢筋混凝土构件、智能正方形一维钢筋混凝土构件、智能长方形一维钢筋混凝土构件。无论哪种智能一维钢筋混凝土构件的外导体设计遵循混凝土结构设计规范要求，在可以保证外导体最少6根纵筋时，按照正常的混凝土结构设计标准设计。如果按正常的混凝土结构设计标准设计处理纵筋少于6根，则设计6根纵筋。内导体结构与外导体类似，但横截面比外导体横截面小。内导体纵筋采用的钢筋直径可以比外导体纵筋采用的钢筋直径小或者相同，内导体纵筋间距可以跟外导体相同，或比外导体间距小，但是内导体最少保证6根纵筋。内导体设计还需满足如下要求：
设混凝土介电常数为ε，令k＝0.36,或者0.54,令x＝kε0.5,k为内径计算系数，x为内径计算指数，
即x等于0，36乘以混凝土介电常数的0.5次方，或等于0，54乘以混凝土介电常数的0.5次方。
实施例1。
参见附图1、3。
智能圆形同轴一维钢筋混凝土构件的外导体由圆形箍筋2-1～2-n、纵筋3-1～3-m组合而成。内导体1是与外导体结构相似的圆形箍筋纵筋组合而成，但圆形箍筋直径比外导体圆形箍筋小，内导体位于钢筋混凝土构件内部的轴心位置。
对于智能圆形同轴一维钢筋混凝土，内导体的外径r等于外导体的内经R除以10的x次方，即:r＝R/10x
智能椭圆形一维钢筋混凝土构件与圆形一维钢筋混凝土构件类似，只是箍筋为椭圆形。对于椭圆形同轴一维钢筋混凝土，设外导体的长轴为A，短轴为B，内导体长轴为a，短轴为b。则a等于A除以10的x次方，b等于B除以10的x次方。
即:a＝A/10x；b＝B/10x。
实施例2。参见附图2、3。
对于智能正方形同轴一维钢筋混凝土构件，设外导体的边长为LN，内导体最外部一圈边长为l；则l等于LN除以10的x次方，
即:l＝LN/(10x)。
对于智能长方形同轴一维钢筋混凝土构件，设外导体的长为Y，宽为W，内导体长为y，宽为w。则y等于Y除以10的x次方，w等于W除以10的x次方
即:y＝Y/(10x)；w＝W/(10x)。
无论对哪种一维钢筋混凝土构件进行测量，其使用的介电常数测量设备5完全相同，测量过程与流程完全一致。
测量时，介电常数测量设备5连接在连接电缆6上,被测智能同轴一维钢筋混凝土构件7的测量端与连接电缆6相连，被测智能同轴一维钢筋混凝土构件的外导体与连接电缆6外导体连接，被测智能同轴一维钢筋混凝土构件的内导体与连接电缆6的内导体连接。
参见附图4。
控制服务器20连接通信接口9，通过通信接口9与微处理器10进行通信。
介电常数测量设备5中，微处理器连接信号源11、反向信号隔离器13、程控衰减器16-1、16-2、信号解析器17-1、17-2，并对信号源11、反向信号隔离器13、程控衰减器16-1～16-2、信号解析器17-1～17-2的工作模式进行控制，接收信号解析器的数据；信号源的信号输入功分器1 12-1，功分器1将信号源信号分成两路，一路送到功分器2 12-2，一路送入程控衰减器B 16-2。
功分器2 12-2的输出分别连接到反向信号隔离器13和程控衰减器A 16-1的输入，反向信号隔离器13的控制线连接到微处理器，并接受微处理器的控制，反向信号隔离器13的输出连接到定向耦合器15，定向耦合器15将输入信号送给测量连接端口14，并从测量连接端口接收信号，将接收到的测量连接端口的信号送给信号解析器1 17-1。测量连接端口通过连接电缆6与被测智能同轴一维钢筋混凝土7连接，信号解析器117-1的两个输入信号分别连接定向耦合器15和功分器12-3的输出信号，控制线与数据输出与微处理器连接，接受微处理器控制，向微处理器输出数据，程控衰减器A 16-1的输入连接功分器2 12-2的输出，控制线连接微处理器，输出连接到信号解析器2 17-2；信号解析器2的两个输入信号分别连接程控衰减器A 16-1和功分器3 12-3的输出信号，控制线与数据输出与微处理器连接，接受微处理器控制，向微处理器输出数据。
程控衰减器B 16-2的控制线连接到微处理器10，并接受微处理器控制，输入连接到功分器1 12-1的输出，输出连接到功分器3 12-3的输入；功分器3的输入连接到程控衰减器B 16-2的输出，输出连接到信号解析器1 17-1、信号解析器2 17-2。
介电常数测量设备5中的控制服务器通过与微处理器的通信，对被测智能一维钢筋混凝土构件的测量进行控制，控制服务器对微处理器下达控制命令，设置测量参数，同时微处理器将测量结果发送给控制服务器。
介电常数测量设备对被测智能同轴一维钢筋混凝土构件的测量流程包括控制服务器程序流程和微处理器程序流程；微处理器程序流程中包括微处理器主程序和参数计算子程序。
参见附图5。控制服务器程序流程：
第一步：通过通信接口向微处理器发出设置系统参数命令，发出的系统参数包括：信号源频率，反向隔离器、程控衰减器A、程控衰减器B的放大倍数，信号解析器1、信号解析器2的工作模式，设反向隔离器的放大倍数为KFa，程控衰减器A的放大倍数为KCa，进入第二步；
第二步：通过通信接口接收微处理器计算得到的数据，返回第一步。
参见附图6。微处理器主程序：
第一步，通过通信接口接收控制服务器命令，进入第二步；
第二步，设置系统参数，所设置的系统参数包括：信号源频率，反向隔离器、程控衰减器A、程控衰减器B的放大倍数，信号解析器1、信号解析器2的工作模式，进入第三步；本实施例中程控衰减器A、程控衰减器B的放大倍数根据实验测试确定
第三步，接收信号解析器1解析得到的定向耦合器A与功分器3输出信号之间的同相分量I和正交分量Q；设信号解析器1解析得到的同相分量为DATA_I 1a，正交分量为DATA_Q1a；接收信号解析器2解析得到的程控衰减器A与功分器3输出信号之间的同相分量I和正交分量Q；设信号解析器2解析得到的同相分量为DATA_I2a，正交分量为DATA_Q2a，进入第四步；
第四步，调用参数计算子程序，进入第五步；
第五步，将参数计算结果送给控制服务器，返回第一步。
参数计算子程序：
第一步计算反射参数X11，X11是复数，令i为虚数单位，X11复数计算公式如下：
Figure BDA0001057411920000091
式中：
DATA_I1a为信号解析器1解析得到的同相分量，
DATA_I2a为信号解析器2解析得到的同相分量，
DATA_Q1a为信号解析器1解析得到的正交分量；
DATA_Q2a为信号解析器2解析得到的正交分量；
KCa为程控衰减器A的放大倍数,根据实验测试确定；
KFa为反向隔离器的放大倍数,根据实验测试确定；
第二步计算复电导Y，Y为复数，计算为复数计算
Figure BDA0001057411920000101
L为智能同轴一维钢筋混凝土构件的长度；
第三步：计算混凝土复介电常数E，E为复数，计算为复数计算
Figure BDA0001057411920000102
f为信号源频率，ReY为复数Y的实部，ImY为复数Y的虚部。
介电常数测量设备5中的微处理器10采用美国XILINX生产的ZC706开发板。通信接口9为ZC706的串行接口。功分器1，功分器2，功分器3采用相同的型号，均为上海华湘计算机通讯工程有限公司:生产的SHX-GF2-100。测量连接端口14为BNC连接器。定向耦合器15型号为SHX310-003060，生产厂家：上海华湘计算机通讯工程有限公司。控制服务器使用普通台式计算机或笔记本电脑。
信号源电路图参见附图7。图中，US1为ADF4350,美国ANALOG DEVICES公司生产。US2为26MHZ有源晶体振荡器，US3为ADF4153，美国ANALOG DEVICES公司生产。
CLKA,DATAA,LEA,CLKB,DATAB,LEB,MUXS,MUXO,LD连接到ZC706的IO引脚。
RFOUTA连接到功分器的输入。
反向信号隔离器电路图参见图8。其中，UA1，UA3：集成电路，型号：NBB-400，由美国RF Micro Devices,Inc.公司生产。UA2：集成电路，型号：PE43704，由美国PeregrineSemiconductor Corp公司生产。GLIN：连接功分器输出，GLOUT：连接定向耦合器输入。
A0,A1,A2,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,SI,CLK,LE,P/S连接到ZC706的IO引脚。
程控衰减器电路图参见图9。图中，UD6：集成电路，型号：PE43704，由美国Peregrine Semiconductor Corp公司生产。A0,A1,A2,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,SI,CLK,LE,P/S连接到ZC706的IO引脚。
信号解析器电路图参见图10～图11。
图中，AD9361用做两路信号解析器，信号解析器1和信号解析器2由一片AD9361实现。
UR1：美国Analog Devices公司生产的AD9361。
UR2，UR3：美国Mini-Circuits公司生产的TCM1-63AX+JP1，JP2，JP3：BNC接插件。JP1连接定向耦合器，JP2连接程控衰减器，JP3连接功分器3的输出。
电路中的名为AUXADC,AUXDAC1,AUXDAC2,RX_F_N,RX_F_P,TX_F_N,TX_F_P,SPIDO,SPIDI,SPICLK,SPIEN,CLKOUT,RESETB,EN,ENAGC,F_CLK_N,F_CLK_P，D_CLK_N,D_CLK_P,TXNRX,P0_D[0:11],P1_D[0:11],GPIO[0:3],CTRLIN[0:3],CTRLOUT[0:7]的连接网络都连接到ZC706的IO引脚。

Claims (7)

1.一种智能同轴一维钢筋混凝土构件介电常数测量设备，其特征在于：介电常数测量设备(5)与被测智能同轴一维钢筋混凝土构件(7)的内、外导体共同完成测量；智能同轴一维钢筋混凝土构件内的钢筋为同轴电缆结构，有外导体和内导体，外导体与内导体均由若干箍筋、纵筋组合而成，纵筋沿同轴一维钢筋混凝土构件轴向分布，箍筋沿横截面方向分布，内导体位于钢筋混凝土构件内部的中心位置、与外导体形状一致但箍筋尺寸小于外导体，外导体位于混凝土构件的外边，并满足一维混凝土构件设计规范的要求；
介电常数测量设备(5)由控制服务器(20)、微处理器(10)、信号源(11)、功分器1(12-1)、功分器2(12-2)、功分器3(12-3)、反向信号隔离器(13)、定向耦合器(15)、程控衰减器A(16-1)、程控衰减器B(16-2)、信号解析器1(17-1)、信号解析器2(17-2)和测量连接端口(14)组成，微处理器(10)通过通信接口(9)连接控制服务器(20)；
介电常数测量设备(5)连接在连接电缆(6)上,被测智能同轴一维钢筋混凝土构件(7)的测量端与连接电缆(6)相连，被测智能同轴一维钢筋混凝土构件的外导体与连接电缆(6)外导体连接，被测智能同轴一维钢筋混凝土构件的内导体与连接电缆(6)的内导体连接；
控制服务器连接通信接口，通过通信接口与微处理器进行通信；
在介电常数测量设备(5)中，微处理器连接信号源(11)、反向信号隔离器(13)、程控衰减器A(16-1)、程控衰减器B(16-2)、信号解析器1(17-1)和信号解析器2(17-2)，并对信号源(11)、反向信号隔离器(13)、程控衰减器A(16-1)、程控衰减器B(16-2)、信号解析器1(17-1)和信号解析器2(17-2)的工作模式进行控制，接收信号解析器1(17-1)和信号解析器2(17-2)的数据；信号源的信号输入功分器1(12-1)，功分器1(12-1)将信号源信号分成两路，一路送到功分器2(12-2)，一路送入程控衰减器B(16-2)；
功分器2(12-2)的输出分别连接到反向信号隔离器(13)和程控衰减器A(16-1)的输入，反向信号隔离器(13)的控制线连接到微处理器，并接受微处理器的控制，反向信号隔离器(13)的输出连接到定向耦合器(15)，定向耦合器(15)将输入信号送给测量连接端口(14)，并从测量连接端口接收信号，将接收到的测量连接端口的信号送给信号解析器1(17-1)；测量连接端口通过连接电缆(6)与被测智能同轴一维钢筋混凝土构件(7)连接，信号解析器1(17-1)的两个输入信号分别连接定向耦合器(15)和功分器3(12-3)的输出信号，控制线与数据输出与微处理器连接，接受微处理器控制，向微处理器输出数据，程控衰减器A(16-1)的输入连接功分器2(12-2)的输出，控制线连接微处理器，输出连接到信号解析器2(17-2)；信号解析器2的两个输入信号分别连接程控衰减器A(16-1)和功分器3(12-3)的输出信号，控制线与数据输出与微处理器连接，接受微处理器控制，向微处理器输出数据；
程控衰减器B(16-2)的控制线连接到微处理器(10)，并接受微处理器控制，输入连接到功分器1(12-1)的输出，输出连接到功分器3(12-3)的输入；功分器3的输入连接到程控衰减器B(16-2)的输出，输出连接到信号解析器1(17-1)、信号解析器2(17-2)。
2.如权利要求1所述的智能同轴一维钢筋混凝土构件介电常数测量设备，其特征在于：被测智能同轴一维钢筋混凝土构件(7)的内、外导体纵筋数量均不小于6根。
3.如权利要求1所述的智能同轴一维钢筋混凝土构件介电常数测量设备，其特征在于：被测智能同轴一维钢筋混凝土构件(7)横截面为圆形或椭圆形或正方形或长方形。
4.一种智能同轴一维钢筋混凝土构件介电常数测量方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的介电常数测量设备(5)对被测同轴一维钢筋混凝土构件进行测量；在测量前，将被测智能同轴一维钢筋混凝土构件测量端的内、外导体与连接电缆(6)相连，连接电缆(6)为同轴电缆；被测智能同轴一维钢筋混凝土构件的测量端外导体与连接电缆(6)外导体连接，被测智能同轴一维钢筋混凝土构件测量端的内导体与连接电缆(6)内导体连接；混凝土介电常数测量设备的测量连接端口(14)与连接电缆(6)连接；
介电常数测量设备(5)中的控制服务器(20)通过与微处理器的通信，对被测智能同轴一维钢筋混凝土构件的测量进行控制，控制服务器对微处理器下达控制命令，设置测量参数，同时微处理器将测量结果发送给控制服务器；
介电常数测量设备对被测智能同轴一维钢筋混凝土构件的测量流程包括控制服务器程序流程和微处理器程序流程；微处理器程序流程中包括微处理器主程序和参数计算子程序。
5.如权利要求4所述的智能同轴一维钢筋混凝土构件介电常数测量方法，其特征在于：控制服务器程序流程：
第一步：通过通信接口向微处理器发出设置系统参数命令，发出的系统参数包括：信号源频率，反向隔离器、程控衰减器A、程控衰减器B的放大倍数，信号解析器1、信号解析器2的工作模式，设反向隔离器的放大倍数为KFa，程控衰减器A的放大倍数为KCa，进入第二步；
第二步：通过通信接口接收微处理器计算得到的数据，返回第一步。
6.如权利要求4所述的智能同轴一维钢筋混凝土构件介电常数测量方法，其特征在于：微处理器主程序：
第一步，通过通信接口接收控制服务器命令，进入第二步；
第二步，设置系统参数，所设置的系统参数包括：信号源频率，反向隔离器、程控衰减器A、程控衰减器B的放大倍数，信号解析器1、信号解析器2的工作模式，进入第三步；
第三步，接收信号解析器1解析得到的定向耦合器A与功分器3输出信号之间的同相分量I和正交分量Q；设信号解析器1解析得到的同相分量为DATA_I1a，正交分量为DATA_Q1a；接收信号解析器2解析得到的程控衰减器A与功分器3输出信号之间的同相分量I和正交分量Q；设信号解析器2解析得到的同相分量为DATA_I2a，正交分量为DATA_Q2a，进入第四步；
第四步，调用参数计算子程序，进入第五步；
第五步，将参数计算结果送给控制服务器，返回第一步；
所述参数计算子程序：
第一步计算反射参数X11，X11是复数，令i为虚数单位，X11复数计算公式如下：
Figure FDA0004115379150000031
式中：
DATA_I1a为信号解析器1解析得到的同相分量，
DATA_I2a为信号解析器2解析得到的同相分量，
DATA_Q1a为信号解析器1解析得到的正交分量；
DATA_Q2a为信号解析器2解析得到的正交分量；
KCa为程控衰减器A的放大倍数；
KFa为反向隔离器的放大倍数；
第二步计算复电导Y，Y为复数，计算为复数计算
Figure FDA0004115379150000041
L为智能同轴一维钢筋混凝土构件的长度；
第三步：计算混凝土复介电常数E，E为复数，计算为复数计算
Figure FDA0004115379150000042
f为信号源频率，ReY为复数Y的实部，ImY为复数Y的虚部。
7.如权利要求4所述的智能同轴一维钢筋混凝土构件介电常数测量方法,其特征在于：被测智能同轴一维钢筋混凝土构件(7)的内、外导体的纵筋数量不小于6根；
被测智能同轴一维钢筋混凝土构件内导体需满足如下要求：
设混凝土介电常数为ε，令k＝0.36,或者0.54,令x＝kε0.5,k为内径计算系数，
x为内径计算指数；
智能同轴一维钢筋混凝土构件按照横截面分别为圆形、椭圆形、正方形、长方形，分别命名为圆形智能同轴一维钢筋混凝土构件、椭圆形智能同轴一维钢筋混凝土构件、正方形智能同轴一维钢筋混凝土构件、长方形智能同轴一维钢筋混凝土构件；
对于圆形智能同轴一维钢筋混凝土构件，内导体的外径r等于外导体的内径R除以10的x次方，即:r＝R/10x，
对于椭圆形智能同轴一维钢筋混凝土，设外导体的长轴为A，短轴为B，内导体长轴为a，短轴为b，则a等于A除以10的x次方，b等于B除以10的x次方，
即:a＝A/10x；b＝B/10x
对于正方形智能同轴一维钢筋混凝土，设外导体的边长为LN，内导体边长为l；则l等于LN除以10的x次方，
即:l＝LN/10x
对于长方形智能同轴一维钢筋混凝土，设外导体的长为Y，宽为W，内导体长为y，宽为w，则y等于Y除以10的x次方，w等于W除以10的x次方
即:y＝Y/10x；w＝W/10x。
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