CN108203833A

CN108203833A - 一种钢筋混凝土监测装置

Info

Publication number: CN108203833A
Application number: CN201611186316.XA
Authority: CN
Inventors: 刘明明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2018-06-26

Abstract

本发明属于数据自动采集装置,是一种钢筋混凝土监测装置，包括数据采集单元、埋入式传感器单元、数据通讯单元、PC机单元和供电单元按电学原理网络电连通，组合成系统装置实施钢筋腐蚀因素和阴极保护效果监测；阴极保护电位、阴极保护电流和断电后钢筋的衰减电位等模拟信号通过采集器转换为数字信号，与埋入式监测仪的数字信号一道传输回监测PC机，实现自动的阴极保护监测装置作用。本发明操作简单，监测数据采集人员强度低，可自动采集多点数据，工作效率高，具有多种数据通讯和供电方式，现场安装使用的适用性好，用于跨海大桥、港工码头和泄洪道等场合的钢筋混凝土构筑物。

Description

一种钢筋混凝土监测装置

技术领域：

本发明属于数据自动采集技术领域，涉及一种应用于海洋环境或地下埋设环境下的钢筋混凝土阴极保护监测装置。

技术背景：

在中国，钢筋混凝土的阴极保护技术还处于起步阶段。在欧美地区，钢筋混凝土的阴极保护技术尽管已经被大量使用，但是所采用的阴极保护监测装置主要采用常规阴极保护的监测方法。例如，美国天然气技术研究所正在研制的一种用于监测天然气管线保护状态的系统，该系统采用无线测量方式测量管线的保护电位和阳极输出电流密度等保护参数。澳大利亚Metretek公司生产的阴极保护监测系统CPM－II主要用来监测外加电流阴极保护系统的运行情况，可以远程监测每个外加电流装置、测试站以及阳极床的运行情况，发现阴极保护系统出现的任何故障，并定位故障地点及时报告。美国INCON公司的TS-CPM阴极保护监测系统主要是针对外加电流阴极保护系统设计，主要用于监测阴极保护站内恒电位的工作状态。系统测量的参数包括：恒电位仪的输出电压和电流，通过专用软件远程监测阴极保护站内的设备运行情况。总体来看，这些阴极保护监测装置还是主要按照常规的水下和土壤中的阴极保护技术来实施监测的。

对于全浸于水中和土壤中的钢筋混凝土构筑物，其阴极保护的原理与常规阴极保护的原理是相同的，可以按常规的水下和土壤中的阴极保护设计规范进行设计。而位于潮差带、飞溅带和海洋大气带的钢筋混凝土构筑物，其阴极保护设计则与常规方法有较大不同，因为其传输保护电流的电介质是混凝土，确切地讲是混凝土内部毛细孔内的溶液，其导电性是比较低的，常用的阴极保护设计，不足以克服混凝土介质的电阻，所以必须用特殊的阴极保护系统和设计，才能达到阴极保护的目的。因此，相应的阴极保护监测装置同样需要特殊的设计和组成。总之，现有的技术及其监测装置存在着自动监测性能差，信号传输和监测准确度低，以及对海洋等深埋环境难以实现阴极保护功能等缺点。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计制备一种用于海洋环境下监测钢筋混凝土阴极保护的系统装置。在海洋环境下，钢筋混凝土结构的腐蚀破坏相当迅速的，以致于使用2～10年后，有的为了维持其服役性能，所花费的维修费用大大超过结构本身的造价。钢筋混凝土的防腐蚀有多种方法，而阴极保护是目前唯一能够长期而有效地抑制氯离子侵蚀钢筋的方法。影响阴极保护系统的条件随时间而变，及时检测阴极保护系统的变化和钢筋混凝土的腐蚀状况，是确保钢筋混凝土阴极保护系统有效运行必要手段。

本发明涉及的系统装置包括数据采集器单元、埋入式传感器单元、数据通讯单元、PC机单元和供电单元，通过数据传输和电信连通构成整体装置，实现同时监测钢筋的腐蚀参数和阴极保护效果。本发明混凝土相应监测部位的埋入式传感器单元通过电缆连接到监测装置的数据采集单元上，数据采集单元的输出端连接数据通讯单元，通过有线或无线数据通讯设备与PC机进行数据通讯，数据采集单元的使用电压为12V，由供电单元提供。

本发明的整机设计及连接结构主要包括埋入式传感器单元、数据采集单元、数据通讯单元、供电单元、PC机、模拟信号传感器、埋入式监测仪、数据采集扩展板、数据采集器、数据通讯接口、无线通讯模块、有线通讯模块、电源、电源管理模块、太阳能电池板、直流电源、交流电源、防水机箱、钢筋混凝土阴极保护监测装置、数据采集器扩展板、数据采集器、SC932A接口、通讯模块、电源管理模块和铅酸电池，按照电学原理和网络接线常规技术方式电信连通构成整体式钢筋混凝土阴极保护监测装置。

钢筋的腐蚀参数包括混凝土的氯离子浓度、混凝土电阻率、钢筋的极化电阻、温度和钢筋的自腐蚀电位，参数值由埋入式监测仪定期测量，以数字信号的形式通过SDI－12协议传输到数据采集器。阴极保护效果监测内容包括阴极保护电位、阴极保护电流和断电后钢筋的衰减电位等参数，这些参数在进入数据采集器之前是模拟信号，输入数据采集器后被转换为数字信号。所有的监测参数收集可以采用有线或无线的通讯模式，其中有线通讯采用RS232/RS485，无线通讯模式可以采用GSM、GPRS等移动公共网络。

模拟信号传感器包括测量钢筋电位的参比电极、测量混凝土pH值的电极以及测量钢筋阴极保护电流的采样电阻；输出数字信号的传感器集成在埋入式监测仪上，能够测量混凝土的氯离子浓度指示值、电阻率、钢筋的极化电阻、温度和钢筋的自腐蚀电位值。模拟信号传感器的输出端用导线连接数据采集器扩展板。数据采集器扩展板将信号输入到数据采集器。数据通讯设备采用光电隔离的数据通讯接口与数据采集器电连接。监测装置的电源可以采用12V直流电源或交流电源，也可以用太阳能电池板经过电源管理模块供电。

利用本发明建立了一体化的钢筋腐蚀和保护效果监测平台。除了定期获得混凝土的氯离子浓度指示值、电阻率、钢筋的极化电阻、温度和钢筋的自腐蚀电位等参数值，还能够将模拟信号(例如阴极保护电位、阴极保护电流和断电后钢筋的衰减电位等)转换为数字信号，与数字信号一道传输回监测PC机。因此，整套监测装置不仅可以作为钢筋混凝土的腐蚀监测系统，还可以监测钢筋或钢桩等构筑物阴极等保护措施的效果。不仅扩展了混凝土腐蚀监测的内容和范围，还极大地提高了钢筋保护效果监测和评估的准确性和可靠性。与现有技术相比，本发明的优点：一是操作简单，监测数据采集人员强度低；二是可自动采集多点数据，工作效率高。三是采用数据采集器进行数据存储、基本数据运算，PC机进行数据的汇总，可实现各种阴极保护参数曲线的快速绘制和保存、回放。四是监测装置的扩展能力很强，可以加载附加传感器，形成综合性的监测平台。五是具有多种数据通讯和供电方式，现场安装使用的适用性好。

附图说明：

图1是本发明的组成结构原理示意框图。

图2是本发明各单元的电气连接结构原理示意框图。

图3是本发明之实施例的电气连接线路原理示意图。

具体实施方式：

本发明的实施整体设计及连接组成主要包括埋入式传感器单元1、数据采集单元2、数据通讯单元3、供电单元4、PC机5、模拟信号传感器6、ECI-1埋入式监测仪7、数据采集扩展板8、数据采集器9、数据通讯接口10、无线通讯模块11、有线通讯模块12、电源13、电源管理模块14、太阳能电池板15、直流电源16、交流电源17、防水机箱18、钢筋混凝土阴极保护监测装置19、AM 16/32数据采集器扩展板20、CR10X数据采集器21、SC932A接口22、TC35T GSM通讯模块23、CH12R电源管理模块24和12V铅酸电池25等。

模拟信号传感器6包括测量钢筋电位的参比电极、测量混凝土pH值的电极以及测量钢筋阴极保护电流的采样电阻；输出数字信号的传感器集成在埋入式监测仪7上，能够测量混凝土的氯离子浓度指示值、电阻率、钢筋的极化电阻、温度和钢筋的自腐蚀电位值。模拟信号传感器6的输出端用导线连接数据采集器扩展板8。数据采集器扩展板8把将信号输入到数据采集器9。数据通讯设备采用光电隔离的数据通讯接口10与数据采集器9连接。监测装置的电源13可以采用12V直流电源16或交流电源17，也可以用太阳能电池板15经过电源管理模块14供电。

本发明混凝土相应监测部位的埋入式传感器单元1通过电缆连接到监测装置的数据采集单元2上，数据采集单元2的输出端连接数据通讯单元3，通过有线或无线数据通讯设备与PC机5进行数据通讯，数据采集单元2的使用电压为12V，由供电单元4提供。

本发明所使用的传感器主要包括两大类，一类是模拟信号传感器6，包括测量钢筋电位的参比电极、测量混凝土pH值的电极以及测量钢筋阴极保护电流的采样电阻；另一类是输出数字信号的传感器，它们集成于埋入式监测仪7上，能够测量混凝土的氯离子浓度指示值、电阻率、钢筋的极化电阻、温度和钢筋的自腐蚀电位值。模拟信号传感器6的输出端用导线连接数据采集器扩展板8。数据采集扩展板8将信号输入到数据采集器9。数据通讯设备采用光电隔离的数据通讯接口10与数据采集器9连接。监测装置的电源13可以采用12V直流电源16或交流电源17，也可以用太阳能电池板15经过电源管理模块14供电。有线通讯模块12采用RS－485/RS－232方式,数据采集器9的输出端与PC机5连接；无线通讯模块11采用GSM方式，数据采集器9的输出端通过SC932A接口22与GSM通讯模块23连接。

实施例：

本发明之模拟信号传感器6的电缆连接到AM16/32数据采集器扩展板20相应信号采集通道上，AM16/32数据采集器扩展板20上七个输出接口分别连接CR10X数据采集器21的Res、C8、C7、12V、H1、G1、G之接口。埋入式监测仪7的数字信号电缆分别连接CR10X数据采集器21的12V、G、C1的接线口；CR10X数据采集器21的12V和G分别连接CH12R电源管理模块24的12V和G；远程通讯采用TC35T GSM通讯模块23，通过SC932A接口22与CR10X数据采集器21连接；数据通讯采用SDI－12协议。

本发明实用的其他电器元件均可采用市售常规性能的元件，通过电气连接而形成设计功能的装置，从而实现发明目的的功能。

Claims

1.一种钢筋混凝土监测装置，包括数据采集器单元、埋入式传感器单元、数据通讯单元、PC机单元和供电单元，经数据传输和电信连通构成整机，其特征在于埋入式传感器单元通过电缆连接到监测装置的数据采集单元上，数据采集单元的输出端连接数据通讯单元，通过有线或无线数据通讯设备与PC机进行数据通讯；模拟信号传感器包括测量钢筋电位的参比电极、测量混凝土pH值的电极以及测量钢筋阴极保护电流的采样电阻；输出数字信号的传感器集成在埋入式监测仪上；模拟信号传感器的输出端用导线连接数据采集器扩展板，数据采集器扩展板将信号输入到数据采集器，数据通讯设备采用光电隔离的数据通讯接口与数据采集器电连接。

2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土阴极保护监测装置，其特征在于模拟信号传感器的电缆连接到数据采集器扩展板相应信号采集通道上，数据采集器扩展板上七个输出接口分别连接数据采集器的接口，埋入式监测仪的数字信号电缆分别连接数据采集器的接线口；数据采集器连接电源管理模块；通讯模块通过接口与数据采集器连接。