CN108037274A - 一种混凝土结构实时监测装置以及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土结构实时监测装置以及方法，涉及混凝土结构检监测技术领域。该混凝土结构实时监测装置包括：预警子系统、数据处理子系统、无线传输子系统、数据采集子系统以及混凝土结构健康监测子系统；通过环绕钢筋布设的多条环向传感光纤用于分析混凝土环向断面的受力和变形情况，通过垂直钢筋布设的多条纵向传感光纤以获得混凝土结构内纵向应变分布数据，用于判定异常变形和裂缝发生的位置，通过不同方向布设传感光纤使得监测更加全面，进而提高了监测数据的准确性，利用混凝土结构内的第一监测装置和敷设在混凝土结构表面的第二监测装置的同时监测，提高了混凝土结构变化监测的灵敏度，可及时的将监测结果发送给预警子系统。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土结构监测技术领域，更具体的涉及一种混凝土结构实时监测装置以及方法。
背景技术
混凝土及钢筋混凝土由于具有原材料来源广泛易得，压强度高，体积稳定性好、易于施工和现场造型、成本较低等特点而成为世界上使用最广泛的建筑材料。然而，当钢筋混凝土结构长期曝露于恶劣的环境中，外部腐蚀介质的影响往往使这些结构的使用寿命没有所预期的那样长，从而无法满足规范规定的耐久性要求。实践证明有大量的钢筋混凝土结构因为耐久性问题影响正常使用而不得不进行加固和维修，全球因混凝土结构的耐久性失效造成的经济损失高达数千亿美元。在钢筋混凝土结构的耐久性问题中，现役结构的耐久性损伤检测是一个十分重要的问题，而混凝土中钢筋锈蚀量的检测更是重中之重。混凝土中钢筋锈蚀的及时发现和准确诊断，可以准确地掌握结构耐久性实际损伤程度，是钢混凝土结构耐久性评定、剩余使用寿命预测和维修方案选择的重要前提没有可靠的钢筋锈蚀量数据就没法得到可靠的评估和预测结果。因此发展可靠、准确、易于工程应用的钢筋混凝土中钢筋锈蚀的现场无损检测技术已经成为国内外学者的研究重点。钢筋的锈蚀程度可以用阳极电流密度、失重速率或截面损失速率、锈蚀深度等指标表示，这些指标之间可以按照一定的规则进行相互换算。失重速率一般反映整体锈蚀程度状态的性能，截面损失率或锈蚀深度一般用于反映局部锈蚀状态。目前钢筋混凝土中钢筋锈蚀的非破损检测方法(NDT)可以分为物理方法和电化学方法两大类。
现在使用的混凝土结构监测装置中，基本上只采用传感器进行监测，对混凝土结构的变化监测不够灵敏，不能及时的将监测结果发送给监控端，以及传统的传感器为点式监测，监测不全面，进而得到的监测数据也不准确。
发明内容
本发明实施例提供一种混凝土结构实时监测装置以及方法，用以解决现有技术中基本上只采用传感器进行监测，对混凝土结构的变化监测不够灵敏，不能及时的将监测结果发送给监控端，以及且传统的传感器为点式监测，监测不全面，进而得到的监测数据也不准确。
本发明实施例提供一种混凝土结构实时监测装置，包括：预警子系统、数据处理子系统、无线传输子系统、数据采集子系统以及混凝土结构健康监测子系统；
所述混凝土结构健康监测子系统包括：埋设在混凝土结构内的第一监测装置和敷设在混凝土结构表面的第二监测装置；所述第一监测装置包括环绕钢筋布设的多条环向传感光纤，且环向传感光纤每隔一段设置一环，垂直钢筋布设的多条纵向传感光纤，且每条纵向传感光纤位于相邻两个环向传感光纤之间；所述第二监测装置包括超声波发射器和励磁发生装置；
所述数据采集子系统包括：磁场检测仪、超声波检测仪、定向耦合器、光学滤波器和光电转换器；所述定向耦合器、所述光学滤波器和所述光电转换器依次连接，用于对环向传感光纤和纵向传感光纤输出的光信号进行采集和转换，并将转换后得到的多个电信号均通过无线传输子系统发送至数据处理子系统；所述磁场检测仪用于实时监测产生的感应磁场，并将产生的感应磁场数据通过无线传输子系统发送至数据处理子系统；其中，所述感应磁场为励磁发生装置产生的磁场与混凝土内钢筋接触后产生的磁场为感应磁场；所述超声波检测仪用于，接收超声波发射器产生的超声波信号进入经混凝土结构内产生的超声回波信号，并将放大后的超声回波信号通过无线传输子系统发送至数据处理子系统；
所述数据处理子系统接收到无线传输子系统发送的多个电信号后，对多个电信号进行叠加，对叠加后的电信号对与预定阈值进行比较得到第一比较结果，并将第一比较结果通过预警子系统进行判定后，发送预警信息；
所述数据处理子系统将接收到的超声回波信号的振幅与预设振幅进行比较得到第二比较结果，并将第二比较结果通过预警子系统进行判定后，发送预警信息；
所述数据处理子系统将接收到的感应磁场数据进行分析，得出监测结果，并将监测结果通过预警子系统进行判定后，发送预警信息。
较佳地，所述预警子系统包括安全预警平台以及与安全预警平台相连的短信发送服务器；所述预警信息依次通过安全预警平台以及短信发送服务器发送。
较佳地，所述无线传输子系统包括数据传输接口以及与数据传输接口相连的无线数据发送系统。
较佳地，所述数据传输接口是USB接口；所述无线数据发送系统是GPRS数据发送系统。
较佳地，数据处理子系统为PC机。
本发明实施例提供一种混凝土结构实时监测方法，其特征在于，所述方法包括：
预先将第一监测装置埋设在混凝土结构内，并将第二监测装置敷设在混凝土结构表面；所述第一监测装置包括环绕钢筋布设的多条环向传感光纤，且环向传感光纤每隔一段设置一环，垂直钢筋布设的多条纵向传感光纤，且每条纵向传感光纤位于相邻两个环向传感光纤之间；所述第二监测装置包括超声波发射器和励磁发生装置；
利用所述数据采集子系统中的定向耦合器、光学滤波器和光电转换器对环向传感光纤和纵向传感光纤分别输出的光信号进行采集和转换，并将转换后得到的多个电信号均通过无线传输子系统发送至数据处理子系统；
利用所述数据采集子系统中的磁场检测仪实时监测产生的感应磁场，并将产生的感应磁场数据通过无线传输子系统发送至数据处理子系统；其中，所述感应磁场为励磁发生装置产生的磁场与混凝土内钢筋接触后产生的磁场为感应磁场；
利用所述数据采集子系统中的超声波检测仪接收超声波发射器产生的超声波信号进入经混凝土结构内产生的超声回波信号，并将放大后的超声回波信号通过无线传输子系统发送至数据处理子系统；
所述数据处理子系统接收到无线传输子系统发送的多个电信号后，对多个电信号进行叠加，对叠加后的电信号对与预定阈值进行比较得到第一比较结果，并将第一比较结果通过预警子系统进行判定后，发送预警信息；
所述数据处理子系统将接收到的超声回波信号的振幅与预设振幅进行比较得到第二比较结果，并将第二比较结果通过预警子系统进行判定后，发送预警信息；
所述数据处理子系统将接收到的感应磁场数据进行分析，得出监测结果，并将监测结果进行判定后，发送预警信息。
本发明实施例中，提供一种混凝土结构实时监测装置以及方法，包括预警子系统、数据处理子系统、无线传输子系统、数据采集子系统以及混凝土结构健康监测子系统，通过环绕钢筋布设的多条环向传感光纤用于分析混凝土环向断面的受力和变形情况，通过垂直钢筋布设的多条纵向传感光纤以获得混凝土结构内纵向应变分布数据，用于判定异常变形和裂缝发生的位置，通过不同方向布设传感光纤使得监测更加全面，进而提高了监测数据的准确性，利用混凝土结构内的第一监测装置和敷设在混凝土结构表面的第二监测装置的同时监测，提高了混凝土结构变化监测的灵敏度，可及时的将监测结果发送给预警子系统，且通过预警子系统能够及时向监测终端发送报警信息，从而使工作人员能在在第一时间获知混凝土结构信息，从而及时避免可能发生的灾害。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种混凝土结构实时监测装置的框图；
图2为本发明实施例提供的一种混凝土结构实时监测方法的流程示意图。
附图说明：
1、预警子系统；2、数据处理子系统；3、无线传输子系统；4、数据采集子系统；5、混凝土结构健康监测子系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种混凝土结构实时监测装置的框图。如图1所示，该装置包括：预警子系统1、数据处理子系统2、无线传输子系统3、数据采集子系统4以及混凝土结构健康监测子系统5。
该混凝土结构健康监测子系统5包括埋设在混凝土结构内的第一监测装置和敷设在混凝土结构表面的第二监测装置；该第一监测装置包括环绕钢筋布设的多条环向传感光纤，且环向传感光纤每隔一段设置一环，垂直钢筋布设的多条纵向传感光纤，且每条纵向传感光纤位于相邻两个环向传感光纤之间；该第二监测装置包括超声波发射器和励磁发生装置。该数据采集子系统4包括：磁场检测仪、超声波检测仪、定向耦合器、光学滤波器和光电转换器；该定向耦合器、该光学滤波器和该光电转换器依次连接，用于对环向传感光纤和纵向传感光纤输出的光信号进行采集和转换，并将转换后得到的多个电信号均通过无线传输子系统3发送至数据处理子系统；该磁场检测仪用于实时监测产生的感应磁场，并将产生的感应磁场数据通过无线传输子系统3发送至数据处理子系统；其中，该感应磁场为励磁发生装置产生的磁场与混凝土内钢筋接触后产生的磁场为感应磁场；该超声波检测仪用于，接收超声波发射器产生的超声波信号进入经混凝土结构内产生的超声回波信号，并将放大后的超声回波信号通过无线传输子系统3发送至数据处理子系统；该数据处理子系统2接收到无线传输子系统发送的多个电信号后，对多个电信号进行叠加，对叠加后的电信号对与预定阈值进行比较得到第一比较结果，并将第一比较结果通过预警子系统1进行判定后，发送预警信息；该数据处理子系统2将接收到的超声回波信号的振幅与预设振幅进行比较得到第二比较结果，并将第二比较结果通过预警子系统1进行判定后，发送预警信息；该数据处理子系统2将接收到的感应磁场数据进行分析，得出监测结果，并将监测结果通过预警子系统1进行判定后，发送预警信息。
需要说明的是，对该叠加后的电信号与预定阈值进行比较，包括将电信号与预定阈值做差，将该差值，也即第一比较结果通过预警子系统进行判定后，发送预警信息。
其中，将第一比较结果大于门限时，预警子系统发送预警信息。
该数据处理子系统2将接收到的超声回波信号的振幅与预设振幅进行比较，并将第二比较结果通过预警子系统1进行判定后，发送预警信息具体包括：
将超声回波信号的最大振幅除以预设振幅，当比值(第二比较结果)大于1时，预警子系统发送预警信息。
该数据处理子系统2将接收到的感应磁场数据进行分析，得出监测结果，并根据监测结果判断钢筋锈蚀程度等级，将根据钢筋锈蚀程度等级发送预警信息。
可选地，该预警子系统2根据指定规则进行发送预警信息，且预警子系统1包括安全预警平台以及与安全预警平台相连的短信发送服务器；该预警信息依次通过安全预警平台以及短信发送服务器发送。
可选地，无线传输子系统3包括数据传输接口以及与数据传输接口相连的无线数据发送系统；该光电转换器将采集并转换得到的电信号传输至数据传输接口；该无线数据发送系统通过无线的方式将数据采集子系统4采集并转换得到的电信号进行远距离传输至数据处理子系统2。
可选地，该数据传输接口是USB接口；该无线数据发送系统是GPRS数据发送系统。
可选地，数据处理子系统为PC机。
图2为本发明实施例提供的一种混凝土结构实时监测方法，该方法包括：
步骤101、预先将第一监测装置埋设在混凝土结构内，并将第二监测装置敷设在混凝土结构表面；该第一监测装置包括环绕钢筋布设的多条环向传感光纤，且环向传感光纤每隔一段设置一环，垂直钢筋布设的多条纵向传感光纤，且每条纵向传感光纤位于相邻两个环向传感光纤之间；该第二监测装置包括超声波发射器和励磁发生装置。
步骤102、利用该数据采集子系统中的定向耦合器、光学滤波器和光电转换器对环向传感光纤和纵向传感光纤分别输出的光信号进行采集和转换，并将转换后得到的多个电信号均通过无线传输子系统发送至数据处理子系统。
步骤103、利用该数据采集子系统中的磁场检测仪实时监测产生的感应磁场，并将产生的感应磁场数据通过无线传输子系统发送至数据处理子系统；其中，该感应磁场为励磁发生装置产生的磁场与混凝土内钢筋接触后产生的磁场为感应磁场。
步骤104、利用该数据采集子系统中的超声波检测仪接收超声波发射器产生的超声波信号进入经混凝土结构内产生的超声回波信号，并将放大后的超声回波信号通过无线传输子系统发送至数据处理子系统。
步骤105、该数据处理子系统接收到无线传输子系统发送的多个电信号后，对多个电信号进行叠加，对叠加后的电信号对与预定阈值进行比较得到第一比较结果，并将第一比较结果通过预警子系统进行判定后，发送预警信息。
步骤106、该数据处理子系统将接收到的超声回波信号的振幅与预设振幅进行比较得到第二比较结果，并将第二比较结果通过预警子系统进行判定后，发送预警信息。
步骤107、该数据处理子系统将接收到的感应磁场数据进行分析，得出监测结果，并将监测结果通过预警子系统进行判定后，发送预警信息。
综上该，本发明提供了一种混凝土结构实时监测装置以及方法，包括预警子系统、数据处理子系统、无线传输子系统、数据采集子系统以及混凝土结构健康监测子系统，通过环绕钢筋布设的多条环向传感光纤用于分析混凝土环向断面的受力和变形情况，通过垂直钢筋布设的多条纵向传感光纤以获得混凝土结构内纵向应变分布数据，用于判定异常变形和裂缝发生的位置，通过不同方向布设传感光纤使得监测更加全面，进而提高了监测数据的准确性，利用混凝土结构内的第一监测装置和敷设在混凝土结构表面的第二监测装置的同时监测，提高了混凝土结构变化监测的灵敏度，可及时的将监测结果发送给预警子系统，且通过预警子系统能够及时向监测终端发送报警信息，从而使工作人员能在在第一时间获知混凝土结构信息，从而及时避免可能发生的灾害。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种混凝土结构实时监测装置，其特征在于，包括：预警子系统、数据处理子系统、无线传输子系统、数据采集子系统以及混凝土结构健康监测子系统；
所述混凝土结构健康监测子系统包括：埋设在混凝土结构内的第一监测装置和敷设在混凝土结构表面的第二监测装置；所述第一监测装置包括环绕钢筋布设的多条环向传感光纤，且环向传感光纤每隔一段设置一环，垂直钢筋布设的多条纵向传感光纤，且每条纵向传感光纤位于相邻两个环向传感光纤之间；所述第二监测装置包括超声波发射器和励磁发生装置；
所述数据采集子系统包括：磁场检测仪、超声波检测仪、定向耦合器、光学滤波器和光电转换器；所述定向耦合器、所述光学滤波器和所述光电转换器依次连接，用于对环向传感光纤和纵向传感光纤输出的光信号进行采集和转换，并将转换后得到的多个电信号均通过无线传输子系统发送至数据处理子系统；所述磁场检测仪用于实时监测产生的感应磁场，并将产生的感应磁场数据通过无线传输子系统发送至数据处理子系统；其中，所述感应磁场为励磁发生装置产生的磁场与混凝土内钢筋接触后产生的磁场为感应磁场；所述超声波检测仪用于，接收超声波发射器产生的超声波信号进入经混凝土结构内产生的超声回波信号，并将放大后的超声回波信号通过无线传输子系统发送至数据处理子系统；
所述数据处理子系统接收到无线传输子系统发送的多个电信号后，对多个电信号进行叠加，对叠加后的电信号对与预定阈值进行比较得到第一比较结果，并将第一比较结果通过预警子系统进行判定后，发送预警信息；
所述数据处理子系统将接收到的超声回波信号的振幅与预设振幅进行比较得到第二比较结果，并将第二比较结果通过预警子系统进行判定后，发送预警信息；
所述数据处理子系统将接收到的感应磁场数据进行分析，得出监测结果，并将监测结果通过预警子系统进行判定后，发送预警信息。
2.根据权利要求1所述的混凝土结构实时监测装置，其特征在于，所述预警子系统包括安全预警平台以及与安全预警平台相连的短信发送服务器；所述预警信息依次通过安全预警平台以及短信发送服务器发送。
3.根据权利要求1所述的混凝土结构实时监测装置，其特征在于，所述无线传输子系统包括数据传输接口以及所述数据传输接口相连接的无线数据发送系统。
4.根据权利要求3所述的混凝土结构实时监测装置，其特征在于，所述数据传输接口是USB接口；所述无线数据发送系统是GPRS数据发送系统。
5.根据权利要求1所述的混凝土结构实时监测装置，其特征在于，数据处理子系统为PC机。
6.一种混凝土结构实时监测方法，其特征在于，所述方法包括：
预先将第一监测装置埋设在混凝土结构内，并将第二监测装置敷设在混凝土结构表面；所述第一监测装置包括环绕钢筋布设的多条环向传感光纤，且环向传感光纤每隔一段设置一环，垂直钢筋布设的多条纵向传感光纤，且每条纵向传感光纤位于相邻两个环向传感光纤之间；所述第二监测装置包括超声波发射器和励磁发生装置；
利用所述数据采集子系统中的定向耦合器、光学滤波器和光电转换器对环向传感光纤和纵向传感光纤分别输出的光信号进行采集和转换，并将转换后得到的多个电信号均通过无线传输子系统发送至数据处理子系统；
利用所述数据采集子系统中的磁场检测仪实时监测产生的感应磁场，并将产生的感应磁场数据通过无线传输子系统发送至数据处理子系统；其中，所述感应磁场为励磁发生装置产生的磁场与混凝土内钢筋接触后产生的磁场为感应磁场；
利用所述数据采集子系统中的超声波检测仪接收超声波发射器产生的超声波信号进入经混凝土结构内产生的超声回波信号，并将放大后的超声回波信号通过无线传输子系统发送至数据处理子系统；
所述数据处理子系统接收到无线传输子系统发送的多个电信号后，对多个电信号进行叠加，对叠加后的电信号对与预定阈值进行比较得到第一比较结果，并将第一比较结果通过预警子系统进行判定后，发送预警信息；
所述数据处理子系统将接收到的超声回波信号的振幅与预设振幅进行比较得到第二比较结果，并将第二比较结果通过预警子系统进行判定后，发送预警信息；
所述数据处理子系统将接收到的感应磁场数据进行分析，得出监测结果，并将监测结果进行判定后，发送预警信息。
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