CN113075119A - 钢筋混凝土腐蚀监测设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢筋混凝土腐蚀监测设备，包括埋设于钢筋滚凝土内的抗腐蚀电块、长效参比电极、氯离子传感器和热电偶，以及设于将抗腐蚀电块和钢筋串联形成第一串联回路的串联线路上第一继电器开关、用于监测第一串联回路中的电流值的阳极电流监测模块、用于监测并联的长效参比电极和钢筋之间电压的电位监测模块、用于获取热电偶温度信息的热电偶温度检测模块、用于接收和卫星定位数据的定位模块、用于分析处理各个检测数据的系统主控模块，将系统主控模块数据发送给服务器的无线通信模块以及给设备供电的供电装置，本发明实现了对钢筋混凝土腐蚀的持续检测，检测数据更精准，监测效率高，便于操作。

Description

钢筋混凝土腐蚀监测设备

技术领域

本发明涉及一种监测系统，特别涉及一种钢筋混凝土腐蚀监测设备。

背景技术

钢筋混凝土抗拉抗压强度高，耐久性和耐火性好，造价低等诸多优点，广泛应用于桥梁及建筑中。但由于气候条件、氯化物等影响，其中的钢筋会发生锈蚀。

钢筋锈蚀时，锈迹扩展，使混凝土开裂并使钢筋与混凝土之间的结合力丧失，造成钢筋混凝土的抗拉抗压强度大幅降低。但混凝土内钢筋腐蚀进程缓慢，因此需要对钢筋腐蚀持续监测。

目前常用的检测方法主要有：分析法、物理法和电化学法。

分析法是根据实测的外部环境温度及湿度、有害离子的浸入深度及其含量、保护层厚度、裂缝宽度等数据，建立钢筋锈蚀预测模型，分析推断钢筋锈蚀情况，这种方法主观性较强，并且对钢筋锈蚀情况只能做定性判断；

物理法主要通过测定钢筋引起电阻、电磁、热传导、声波传播等物理特性的变化来反映钢筋腐蚀情况，也只能做出定性判断；

电化学法主要通过测定混凝土电阻率、钢筋腐蚀电流和电压，来判断钢筋腐蚀情况，容易受湿度、离子浓度影响，结果偏差大，并且不能进行在线原位检测；

上述方法存在检测方式和操作繁琐，监测效率低、不能持续监测、不能实时分析等缺点。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种钢筋混凝土腐蚀监测设备，该钢筋混凝土腐蚀监测设备能够高效、持续的原位监测，检测结果准确。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钢筋混凝土腐蚀监测设备，包括抗腐蚀电块、第一继电器开关、长效参比电极、阳极电流监测模块、电位监测模块、热电偶、热电偶温度检测模块、氯离子传感器、定位模块、无线通信模块、系统主控模块、服务器和供电装置；

所述抗腐蚀电块、长效参比电极、氯离子传感器和热电偶均埋设于钢筋滚凝土内，抗腐蚀电块一端和钢筋混凝土内的钢筋一端通过线路连接形成并联工作状态，还设有一串联线路，所述串联线路将抗腐蚀电块另一端与钢筋混凝土内的钢筋另一端连接形成第一串联回路，第一继电器开关位于该第一串联线路上，第一继电器开关的开闭能够实现第一串联回路通断，阳极电流监测模块能够检测第一串联回路中的电流值，阳极电流监测模块与系统主控模块电性连接通信；

长效参比电极通过线路与钢筋混凝土内的钢筋并联，电位监测模块能够测量长效参比电极和钢筋混凝土内的钢筋之间的电压，电位监测模块与系统主控模块电性连接通信；

热电偶与热电偶温度检测模块电性连接，热电偶温度检测模块能够获取热电偶的温度信息，热电偶温度检测模块与系统主控模块电性连接通信；

氯离子传感器能够检测钢筋混凝土中氯离子含量，氯离子传感器与系统主控模块电性连接通信；

定位模块能够接收卫星定位数据并传信给系统主控模块；

系统主控模块上安装有无线通信模块，无线通信模块能够将系统主控模块输出的数据上传至服务器，供电装置给系统主控模块、抗腐蚀电块、长效参比电极、阳极电流监测模块、电位监测模块、热电偶、热电偶温度检测模块、氯离子传感器、定位模块和无线通信模块供电。

作为本发明的进一步改进，还设有阴极片和阴极电流监测模块，所述阴极片埋设于钢筋混凝土内，阴极片能够与钢筋混凝土中的钢筋通过线路形成第二串联电路，阴极电流监测模块能够检测第二串联电路中的电流值，阴极电流监测模块与系统主控模块电性连接通信。

作为本发明的进一步改进，还设有第一两次测量法电流检测模块和第二两次测量法电流检测模块，所述第一两次测量法电流检测模块两端与阳极电流监测模块并联，第二两次测量法电流检测模块两端与阴极电流监测模块并联，第一两次测量法电流检测模块和第二两次测量法电流检测模块分别能够消除阳极电流监测模块和阴极电流监测模块的内阻引起的检测电流值误差。

作为本发明的进一步改进，所述长效参比电极还能够与氯离子传感器并联，电位监测模块能够测量长效参比电极和氯离子传感器之间的电压。

作为本发明的进一步改进，还设有第二继电器开关和第三继电器开关，所述第二继电器开关与钢筋另一端串联，第三继电器开关与氯离子传感器串联，第二继电器开关的开闭能够实现钢筋与阳极电流监测模块和电位监测模块的连通和断开，第三继电器开关的开闭能够实现氯离子传感器与电位监测模块的连通和断开，第二继电器开关和第三继电器开关为交替打开的关联状态。

作为本发明的进一步改进，还设有第四继电器开关、第五继电器开关、第六继电器开关和第七继电器开关，所述第四继电器开关串联于抗腐蚀电块和阳极电流监测模块连接的线路上，第五继电器开关串联于阴极片与阴极电流监测模块连接的线路上，第六继电器开关串联于长效参比电极与电位监测模块连接的线路上，第七继电器开关串联于热电偶与热电偶温度检测模块连接的线路上。

作为本发明的进一步改进，所述抗腐蚀电块、钢筋混凝土内的钢筋、长效参比电极、阴极片、氯离子传感器和热电偶上分别串联有浪涌保护模块。

作为本发明的进一步改进，还设有防拆检测模块，所述防拆检测模块与系统主控模块电性连接通信，防拆检测模块能够检测设备位置。

作为本发明的进一步改进，所述防拆检测模块为加速度传感器。

作为本发明的进一步改进，所述供电装置为电池、太阳能或外部电源。

本发明的有益效果是：本发明通过第一继电器开关实现抗腐蚀电块与钢筋的并联和串联状态的改变，进而实现检测系统休眠状态和唤醒监测状态的转变，并在阳极电流检测模块和阴极电流检测模块上设置第一两次测量法电流检测模块和第二两次测量法电流检测模块，消除阳极电流检测模块和阴极电流检测模块内阻影响，并可以持续监测阳极电流，通过钢筋与长效参比电极形成高内阻电压检测电路，持续监测抗腐蚀电块与钢筋的混合电压，同时在第一继电器开启时，可以对开路电压持续监测，还通过设置氯离子检测模块，持续监测混凝土内的氯离子含量，并实时检测混凝土内部的温度变化，实现了监测设备对钢筋混凝土腐蚀的持续检测，且该设备获取的检测数据更精准，避免了误判，可以实时分析钢筋混凝土腐蚀数据，监测效率高，便于操作。

附图说明

图1为本发明的控制电路图；

图2为本发明的结构原理图。

具体实施方式

实施例：一种钢筋混凝土腐蚀监测设备，包括抗腐蚀电块19、第一继电器开关2、长效参比电极20、阳极电流监测模块4、电位监测模块12、热电偶21、热电偶温度检测模块13、氯离子传感器22、定位模块16、无线通信模块15、系统主控模块14、服务器和供电装置；

所述抗腐蚀电块19、长效参比电极20、氯离子传感器22和热电偶21均埋设于钢筋24滚凝土内，抗腐蚀电块19一端和钢筋混凝土25内的钢筋24一端通过线路连接形成并联工作状态，还设有一串联线路，所述串联线路将抗腐蚀电块19另一端与钢筋混凝土25内的钢筋24另一端连接形成第一串联回路，第一继电器开关2位于该第一串联线路上，第一继电器开关2的开闭能够实现第一串联回路通断，阳极电流监测模块4能够检测第一串联回路中的电流值，阳极电流监测模块4与系统主控模块14电性连接通信；

长效参比电极20通过线路与钢筋混凝土25内的钢筋24并联，电位监测模块12能够测量长效参比电极20和钢筋混凝土25内的钢筋24之间的电压，电位监测模块12与系统主控模块14电性连接通信；

热电偶21与热电偶温度检测模块13电性连接，热电偶温度检测模块13能够获取热电偶21的温度信息，热电偶温度检测模块13与系统主控模块14电性连接通信；

氯离子传感器22能够检测钢筋混凝土25中氯离子含量，氯离子传感器22与系统主控模块14电性连接通信；

定位模块16能够接收卫星定位数据并传信给系统主控模块14(定位模块16最佳为GNSS)；

系统主控模块14上安装有无线通信模块15，无线通信模块15能够将系统主控模块14输出的数据上传至服务器，供电装置给系统主控模块14、抗腐蚀电块19、长效参比电极20、阳极电流监测模块4、电位监测模块12、热电偶21、热电偶温度检测模块13、氯离子传感器22、定位模块16和无线通信模块15供电。

系统采集外部信号从抗腐蚀电块19和钢筋24进来，并最终进入阳极电流监测模块4，第一继电器开关2，用于控制抗腐蚀电块19和钢筋24之间的串联线路通断，在监测系统处于休眠状态时，第一继电器开关2处于闭合状态，抗腐蚀电块19与钢筋24并联，抗腐蚀电块19处于工作状态；当监测系统唤醒处于监测状态时，第一继电器开关2处于开启状态，抗腐蚀电块19与钢筋24串联，阳极电流监测模块4开始检测钢筋24与抗腐蚀电块19形成的串联回路中的电流值(阳极电流监测模块4可选用0～100mA电流表)，阳极电流监测模块4将电流数据通过滤波、信号放大以及ADC转换电路进行信号转换后传送给系统主控模块14，由系统主控模块14进行处理后发送给服务器，便于服务器进行分析计算；

钢筋24与长效参比电极20并联，系统采集外部信号从钢筋24和参比电极进来，进入到电位监测模块12，由电位监测模块12对该并联电路的电压进行检测；

当第一继电器处于开启状态时，钢筋24和抗腐蚀电块19串联，系统采集外部信号从钢筋24和参比电极进来，进入到电位监测模块12，实现开路电位检测；

当第一继电器处于闭合状态时，钢筋24和抗腐蚀电块19并联，系统采集外部信号从钢筋24和参比电极进来，进入到电位检测模块，实现混合电位监测；

根据开路电位和混合电位的电压值判断抗腐蚀电块19是否有效。

系统主控模块14通过热电偶温度检测模块13获取钢筋混凝土25内温度信息，进而结合第一串联电路的电流和钢筋24与长效参比电极20之间的电压准确判断钢筋24腐蚀状态，以及钢筋24腐蚀速度，实现准确分析，确保数据输出准确。

氯离子传感器22对钢筋混凝土25中的氯离子浓度进行检测，可以对钢筋24腐蚀速度进行精确分析。

该设备通过内置第一继电器开关2，实现对抗腐蚀电块19与混凝土钢筋24间的连接状态进行控制，数据监测时，第一继电器开关2打开，抗腐蚀电块19与钢筋混凝土25处于串联模式，便于电流检测；当系统休眠时，第一继电器开关2闭合，抗腐蚀电块19与钢筋混凝土25处于并联模式，抗腐蚀电块19发挥作用，钢筋混凝土25处于保护状态，两种状态可以快速转换，该设备实现了对阳极电流的持续监测，通过长效参比电极20与钢筋24并联形成集成高内阻电压检测电路，持续监测抗腐蚀电块19与钢筋24的混合电压，可以持续监测混凝土内的氯离子含量以及实时检测混凝土内部的温度变化，并将这些数据实时通过无线通信模块15传输到服务器上进行准确的分析判断，获得钢筋混凝土25内钢芯腐蚀准确数据，确保实时掌握钢筋混凝土25建筑内钢筋24的腐蚀状态，避免出现危险事故。

还设有阴极片23和阴极电流监测模块11，所述阴极片23埋设于钢筋混凝土25内，阴极片23能够与钢筋混凝土25中的钢筋24通过线路形成第二串联电路，阴极电流监测模块11能够检测第二串联电路中的电流值，阴极电流监测模块11与系统主控模块14电性连接通信。阴极片23与钢筋混凝土25中的钢筋24也形成串联电路，一方面当抗腐蚀电块19处于工作状态时，阴极电流监测模块11可以根据阴极片23与钢筋24串联的第二串联电路获取电流值(阴极电流监测模块11可选用0～100mA电流表)，阴极电流监测模块11将电流数据通过滤波、信号放大以及ADC转换电路进行信号转换后传送给系统主控模块14，由系统主控模块14进行处理后发送给服务器，便于服务器进行分析计算，对钢筋24腐蚀状态进行检测，同时第二串联电路通过电流值同步对钢筋24腐蚀状态进行检测，该检测结果可以与第一串联电路的电流值检测结果相结合，实现对第一串联电路监测结果的校对，确保电流监测结果准确。

还设有第一两次测量法电流检测模块5和第二两次测量法电流检测模块7，所述第一两次测量法电流检测模块5两端与阳极电流监测模块4并联，第二两次测量法电流检测模块7两端与阴极电流监测模块11并联，第一两次测量法电流检测模块5和第二两次测量法电流检测模块7分别能够消除阳极电流监测模块4和阴极电流监测模块11的内阻引起的检测电流值误差。利用第一两次测量法电流检测模块5和第二两次测量法电流检测模块7，可以将第一串联电路和第二串联电路中阳极电流监测模块4和阴极电流监测模块11中内阻影响消除，确保阳极电流监测模块4和阴极电流监测模块11获得的电流数值精确，避免出现测量误差，其中第一两次测量法电流检测模块5最佳为0～100mA档的切换装置，第二两次测量法电流检测模块7最佳为0～1mA档的切换装置。

所述长效参比电极20还能够与氯离子传感器22并联，电位监测模块12能够测量长效参比电极20和氯离子传感器22之间的电压。通过长效参比电极20与氯离子传感器22并联，测量二者之间的电压，通过电压高低即可判断钢筋混凝土25中氯离子的含量。

还设有第二继电器开关3和第三继电器开关8，所述第二继电器开关3与钢筋24另一端串联，第三继电器开关8与氯离子传感器22串联，第二继电器开关3的开闭能够实现钢筋24与阳极电流监测模块4和电位监测模块12的连通和断开，第三继电器开关8的开闭能够实现氯离子传感器22与电位监测模块12的连通和断开，第二继电器开关3和第三继电器开关8为交替打开的关联状态。当第二继电器开关3打开时，第三继电器开关8关闭，此时电位检测模块检测钢筋24与参比电阻之间的电压，当第二继电器开关3关闭时，第三继电器开关8打开，电位检测模块检测氯离子传感器22与参比电阻之间的电压，对混凝土中氯离子含量进行监测，两种检测互不影响。

还设有第四继电器开关1、第五继电器开关6、第六继电器开关9和第七继电器开关10，所述第四继电器开关1串联于抗腐蚀电块19和阳极电流监测模块4连接的线路上，第五继电器开关6串联于阴极片23与阴极电流监测模块11连接的线路上，第六继电器开关9串联于长效参比电极20与电位监测模块12连接的线路上，第七继电器开关10串联于热电偶21与热电偶温度检测模块13连接的线路上。通过各条线路上继电器开关的开闭实现线路的通断控制。

所述抗腐蚀电块19、钢筋混凝土25内的钢筋24、长效参比电极20、阴极片23、氯离子传感器22和热电偶21上分别串联有浪涌保护模块18。通过浪涌保护模块18保护各个电路中电气元件，避免受电路中浪涌影响损坏。

还设有防拆检测模块17，所述防拆检测模块17与系统主控模块14电性连接通信，防拆检测模块17能够检测设备位置。通过防拆检测模块17对设备的位置进行检测，判断设备是否被拆除或掉落，发出拆卸、坠落告警，避免监测设备被误拆或因风吹、振动等掉落。

所述防拆检测模块17为加速度传感器。通过加速度传感器检测设备瞬时加速度，当系统检测到加速度变化时，送给主控模块发送信号，并经由无线通信模块15上传至云平台，判断设备是掉落还是晃动，避免出现误判，此外可以是位移传感器。

所述供电装置为电池、太阳能或外部电源。设备最佳采用电池供电，无需外部供电，便于户外安装使用。

Claims (10)

1.一种钢筋混凝土腐蚀监测设备，其特征在于：包括抗腐蚀电块(19)、第一继电器开关(2)、长效参比电极(20)、阳极电流监测模块(4)、电位监测模块(12)、热电偶(21)、热电偶温度检测模块(13)、氯离子传感器(22)、定位模块(16)、无线通信模块(15)、系统主控模块(14)、服务器和供电装置；

所述抗腐蚀电块、长效参比电极、氯离子传感器和热电偶均埋设于钢筋滚凝土内，抗腐蚀电块一端和钢筋混凝土(25)内的钢筋(24)一端通过线路连接形成并联工作状态，还设有一串联线路，所述串联线路将抗腐蚀电块另一端与钢筋混凝土内的钢筋另一端连接形成第一串联回路，第一继电器开关位于该第一串联线路上，第一继电器开关的开闭能够实现第一串联回路通断，阳极电流监测模块能够检测第一串联回路中的电流值，阳极电流监测模块与系统主控模块电性连接通信；

长效参比电极通过线路与钢筋混凝土内的钢筋并联，电位监测模块能够测量长效参比电极和钢筋混凝土内的钢筋之间的电压，电位监测模块与系统主控模块电性连接通信；

热电偶与热电偶温度检测模块电性连接，热电偶温度检测模块能够获取热电偶的温度信息，热电偶温度检测模块与系统主控模块电性连接通信；

氯离子传感器能够检测钢筋混凝土中氯离子含量，氯离子传感器与系统主控模块电性连接通信；

定位模块能够接收卫星定位数据并传信给系统主控模块；

系统主控模块上安装有无线通信模块，无线通信模块能够将系统主控模块输出的数据上传至服务器，供电装置给系统主控模块、抗腐蚀电块、长效参比电极、阳极电流监测模块、电位监测模块、热电偶、热电偶温度检测模块、氯离子传感器、定位模块和无线通信模块供电。

2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土腐蚀监测设备，其特征在于：还设有阴极片(23)和阴极电流监测模块(11)，所述阴极片埋设于钢筋混凝土内，阴极片能够与钢筋混凝土中的钢筋通过线路形成第二串联电路，阴极电流监测模块能够检测第二串联电路中的电流值，阴极电流监测模块与系统主控模块电性连接通信。

3.根据权利要求2所述的钢筋混凝土腐蚀监测设备，其特征在于：还设有第一两次测量法电流检测模块(5)和第二两次测量法电流检测模块(7)，所述第一两次测量法电流检测模块两端与阳极电流监测模块并联，第二两次测量法电流检测模块两端与阴极电流监测模块并联，第一两次测量法电流检测模块和第二两次测量法电流检测模块分别能够消除阳极电流监测模块和阴极电流监测模块的内阻引起的检测电流值误差。

4.根据权利要求1所述的钢筋混凝土腐蚀监测设备，其特征在于：所述长效参比电极还能够与氯离子传感器并联，电位监测模块能够测量长效参比电极和氯离子传感器之间的电压。

5.根据权利要求4所述的钢筋混凝土腐蚀监测设备，其特征在于：还设有第二继电器开关(3)和第三继电器开关(8)，所述第二继电器开关与钢筋另一端串联，第三继电器开关与氯离子传感器串联，第二继电器开关的开闭能够实现钢筋与阳极电流监测模块和电位监测模块的连通和断开，第三继电器开关的开闭能够实现氯离子传感器与电位监测模块的连通和断开，第二继电器开关和第三继电器开关为交替打开的关联状态。

6.根据权利要求2所述的钢筋混凝土腐蚀监测设备，其特征在于：还设有第四继电器开关(1)、第五继电器开关(6)、第六继电器开关(9)和第七继电器开关(10)，所述第四继电器开关串联于抗腐蚀电块和阳极电流监测模块连接的线路上，第五继电器开关串联于阴极片与阴极电流监测模块连接的线路上，第六继电器开关串联于长效参比电极与电位监测模块连接的线路上，第七继电器开关串联于热电偶与热电偶温度检测模块连接的线路上。

7.根据权利要求2所述的钢筋混凝土腐蚀监测设备，其特征在于：所述抗腐蚀电块、钢筋混凝土内的钢筋、长效参比电极、阴极片、氯离子传感器和热电偶上分别串联有浪涌保护模块(18)。

8.根据权利要求1所述的钢筋混凝土腐蚀监测设备，其特征在于：还设有防拆检测模块(17)，所述防拆检测模块与系统主控模块电性连接通信，防拆检测模块能够检测设备位置。

9.根据权利要求8所述的钢筋混凝土腐蚀监测设备，其特征在于：所述防拆检测模块为加速度传感器。

10.根据权利要求1所述的钢筋混凝土腐蚀监测设备，其特征在于：所述供电装置为电池、太阳能或外部电源。

Images