CN116106371A - 水合反应物质结构体的强度监测装置及强度监测方法 - Google Patents

水合反应物质结构体的强度监测装置及强度监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水合反应物质结构体的强度监测装置及利用该装置的强度监测方法，具体涉及压电传感器具备于传感器装置的内部，在与水合反应物质结构体一同埋设时，防止其破损，可通过传递部件以多个方向向水合反应物质结构体传递或接收交流电信号的水合反应物质结构体的强度监测装置及利用该装置的强度监测方法。

Description

水合反应物质结构体的强度监测装置及强度监测方法
技术领域
本发明涉及水合反应物质结构体的强度监测装置及利用该装置的强度监测方法。
背景技术
本发明涉及水合反应(reaction of hydration)物质结构体的强度监测装置及利用该装置的强度监测方法，具体涉及压电传感器具备于传感器装置的内部，在与水合反应物质结构体一同埋设时，防止其破损，可通过传递部件以多个方向向水合反应物质结构体传递或接收交流电信号的水合反应物质结构体的强度监测装置及利用该装置的强度监测方法。
最近，不仅在韩国，世界各国因用于经济工业发展的社会基础设施的扩充，社会公共核心结构增加，而这样的建设规模继续呈大型化趋势。
在建筑生产中，水合反应物质是最普通和普遍的主要结构材料，用途广发，积极开展对性能提高及稳定的质量管理的研究。尤其是，在水合反应物质结构体中，强度是评价结构体的稳定性的基本要素，确保所需或要求的强度，维持匀质性是确保结构体本身的稳定性所必需的，而且成为能够其他各种性质的基本标准。
上述水合反应物质的强度是品质管理方面最终要的因素，但因水合反应物质的品质管理主要以标准养护的材龄28天的强度作为标准，工程的进行速度和强度评价时期之间存在时间差，已固化的水合反应物质的品质试验结果无法迅速反映至工程，在所需强度严重不足时，不仅存在安全问题，还需承担经济、行政损失，因此出现强度方面的问题时，处理起来比较困难。
水合反应物质养护强度推断方法使用利用积算温度的方法或利用回弹仪的方法。但这存在其他问题，例如因不是直接测量结构体内部，难以推断准确的强度，难以实时推断强度，而且在难以接近测量点时，难以进行测量。
另外，除利用积算温度的方法之外，现有与现场浇筑水合反应物质的发展强度评价相关的大部分研究，以电化学加速法及各种非破坏试验法等作为对象。
另外，不仅以通过数学建模提出的理论式形式提出，而且还以进行实际实验或根据经验的式的形式提出，但这样的评价方法需要昂贵的设备或提出的式本身复杂，难以用在实务中。
换言之，通过深层水泥搅拌(Deep cement mixing，DCM)等工艺改良的地面和通过预拌混凝土浇筑施工的水合反应物质结构体，通过作为其构成物的水泥的水合反应强度逐渐发展。即因强度值随时间变换，因此存在不取样无法获知其准确的强度的限制。
虽然可在预拌混凝土浇筑当时，通过制造试样(按一定规格制造，用于材质试验的物体)，实施强度试验，间接推断结构体的强度，但无法获知结构体的直接强度，因此结构体的强度是通过从力和变形的关系曲线求得线性变形的极限值进行测量，从而在实际结构体的情况下，存在在不施加变形的状态下难以获知强度的限制。因此，虽然可利用超声波或弹性波，或通过GPR等非破坏方法测量结构体等的强度、弹性系数等物理特征，但在水合反应的初期的低强度状态下，难以使用这些方法。
另外，现有利用压电传感器的水合反应物质结构体的强度评价，因附着于水合反应物质结构体的表面进行测量，只反映出水合反应物质结构体的表面的性质，从而难以确认水合反应物质结构体内部的强度。另外，在埋设于水合反应物质结构体的情况下，压电传感器因与水合反应物质一同埋设的冲击、上侧堆积水合反应物质受到的冲击、水合反应物质养护中的变形等破损，从而难以完成强度测量。
因此，需要一种通过考虑现场浇筑水合反应物质结构体的强度发展评价的有效的实时经常性测量检测，检测异常情况，采取适当措施，从而预防设施物的崩塌，在将压电传感器埋设于水合反应物质结构体时，从外部冲击进行保护，确保其正常运行的技术。
现有技术有韩国注册专利公报第10-1225234号“混凝土结构体的强度发展监测系统及其方法”。
因此，本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种压电传感器具备于传感器装置的内部，在与水合反应物质结构体一同埋设时，防止其破损，可通过传递部件以多个方向向水合反应物质结构体传递或接收交流电信号的水合反应物质结构体的强度监测装置及利用该装置的强度监测方法。
发明内容
为解决上述课题，根据本发明实施例的水合反应物质结构体强度监测装置，可包括：传感器装置，埋设于水合反应物质结构体，向上述水合反应物质结构体传递交流电信号，接收经上述水合反应物质结构体变化的共振频率及阻抗；及强度测量装置，与上述传感器装置连接并测量上述水合反应物质结构体的强度。
另外，上述传感器装置，可包括：传感器外壳，以不被破损的形式埋设于上述水合反应物质结构体；压电传感器，安装于上述传感器外壳内部，接收交流电信号传递至上述水合反应物质结构体，接收经上述水合反应物质结构体变化的共振频率及阻抗；及传递部件，附着有上述压电传感器，以使上述共振频率及阻抗传递至上述水合反应物质结构体。
另外，上述传感器外壳，可包括：上部传感器外壳，由头部及主体部构成，在上述主体部的外面连接上述传递部件以使其螺旋形围绕；及下部传感器外壳，以下侧开放的形式形成以供上述上部传感器外壳插入，在内周面形成有对应于上述螺旋形的形状的结合槽，以供上述螺旋形的传递部件通过上述上部传感器外壳的旋转插入结合。
另外，上述强度测量装置，可包括：交流电信号产生部，产生具备规定频带的频率的特定波形的交流电信号；控制模块部，控制在上述交流电信号产生部产生具备规定频带的频率的特定波形的交流电信号，将所产生的交流电信号施加于上述压电传感器，基于施加于上述压电传感器的交流电信号测量施加于上述压电传感器的物理压力的变化，以计算出强度数据；及电源部，向上述控制模块部供应所需电力。
另外，上述水合反应物质结构体强度监测装置，还可包括：温度传感器，安装于上述传感器装置或强度测量装置的外面并检测周边温度；有无线通信模块部，具备于上述传感器装置或强度测量装置以传送上述强度数据；显示部，显示上述强度数据；及GPS模块部，具备于上述传感器装置或强度测量装置，并传送上述压电传感器的位置信息。
另外，上述控制模块部，可包括：交流电信号控制部，控制在上述交流电信号产生部产生的交流电信号施加于上述压电传感器；频率-阻抗检测部，检测根据施加于上述压电传感器的交流电信号的频率的上述压电传感器的共振频率和阻抗的变化；压力变化测量部，基于在上述频率-阻抗检测部检测的上述压电传感器的共振频率和阻抗的变化，测量施加于上述压电传感器的物理压力的变化；频率-阻抗补正部，在于上述频率-阻抗检测部检测压电传感器的共振频率和阻抗时，基于通过上述温度传感器检测的温度对检测的共振频率值及阻抗值中的至少一个进行补正，以减少测量误差；信号放大部，放大根据上述压电传感器的共振频率和阻抗的变化的电信号的大小；低通滤波器部，在从上述信号放大部输出的电信号中，去除在上述交流电信号产生部产生的交流电信号，只允许根据上述压电传感器的共振频率和阻抗变化的电信号通过；模拟-数字转换器，将根据通过上述低通滤波器部滤波输出的上述压电传感器的共振频率和阻抗变化的模拟电信号，转换为数字信号进行输出；及强度计算部，基于上述压电传感器的共振频率和阻抗变化的数字信号，测量作为施加于上述压电传感器的物理压力的变化的压力变化数据，基于上述压力变化数据计算出强度数据。
另外，上述交流电信号由周期波构成，上述周期波包括正玄波、方形波、三角波及锯齿波中的一种以上。
另外，上述传感器装置还包括围绕上述传感器外壳的外侧而设，已在与水合反应物质一同浇筑时，吸收从外部施加的冲击的球形框架。
另外，上述传递部件，包括：中心柱；多个传递圆盘，沿上述中心柱的长度方向按一定间隔相隔形成，以中端部为准沿上下方向圆周的大小逐渐变小；及传递片，与多个上述传递圆盘的外侧面沿上下方向连接，具备传递槽以供上述传递圆盘插入；上述传感器外壳以内部为中空状态的球状形成以收容上述传递部件，在内面形成插入槽以供上述传递片插入结合。
另外，上述传感器装置在上述传感器外壳的下端面具备重量锤，以在与水合反应物质一同浇筑时，防止倾斜，确保正向埋设。
另外，根据本发明实施例的利用水合反应物质结构体强度监测装置的强度监测方法，在利用包括埋设于水合反应物质结构体，由结合附着有压电传感器的传递部件的传感器外壳构成的传感器装置，及与上述传感器装置连接以测量上述水合反应物质结构体的强度的强度测量装置的水合反应物质结构体强度监测装置，监测水合反应物质结构体的强度的方法中，可包括：产生具备规定频带的频率的特定波形的交流电信号的交流电信号产生步骤；控制上述产生的交流电信号向上述压电传感器施加一定时间的交流电信号施加步骤；将施加于上述压电传感器的交流电信号，通过上述传递部件及传感器外壳传递至上述水合反应物质结构体，接收经上述水合反应物质结构体变化的共振频率及阻抗的频率-阻抗接收步骤；检测根据施加于上述压电传感器的上述交流电信号的频率的上述压电传感器的共振频率和根据阻抗的变化的电信号的频率-阻抗检测步骤；及基于检测的上述压电传感器的共振频率和阻抗的变化，利用根据施加于上述压电传感器的物理压力的变化的强度电信号测量的压力变化测量步骤。
另外，上述频率-阻抗检测步骤，包括：放大根据上述压电传感器的共振频率和阻抗的变化的电信号的信号放大步骤；及基于通过具备于上述水合反应物质结构体强度监测装置的温度传感器检测的温度，对检测的共振频率值及阻抗值中的至少一个进行补正，以减少测量误差的频率-阻抗补正步骤；上述压力变化测量步骤，可包括：从通过低通滤波器经过上述信号放大步骤的电信号中去除交流电信号，只允许根据上述压电传感器的共振频率和阻抗变化的电信号通过的低通滤波步骤；将根据通过上述低通滤波步骤滤波输出的上述压电传感器的共振频率和阻抗变化的模拟电信号，转换为数字信号进行输出的模拟-数字转换步骤；及基于上述压电传感器的共振频率和阻抗变化的数字信号，测量作为施加于上述压电传感器的物理压力的变化的压力变化数据，基于上述压力变化数据计算出强度数据的强度计算步骤。
根据本发明实施例的水合反应物质结构体的强度监测装置及利用该装置的强度监测方法，因压电传感器埋设于传感器装置的内部，从而在与水合反应物质结构体一同埋设时，能够防止其破损。
另外，可通过传递部件以多个方向向水合反应物质结构体传递或接收交流电信号。
另外，利用压电传感器的阻抗特性，可靠地测量结构体的强度，可提供持续的监测。
另外，因可制作成小型化的产品，能够确保便携性和移动性，从而能够不受场地限制，容易测量强度。
另外，可通过球形框架能够吸收从外部施加的冲击。
另外，因具备重量锤，从而能够正向埋设。
另外，上述提及的根据本发明实施例的效果不限于记载的内容，还可包括可从说明书及附图进行预测的所有效果。
附图说明
图1为根据本发明实施例的水合反应物质结构体强度监测装置的框图；
图2为根据本发明第一实施例的水合反应物质结构体强度监测装置中传感器装置投影斜视图；
图3为表示切开图2的部分部件的形状的分离斜视图；
图4为表示图2中包括电线的形状的投影斜视图；
图5的(a)及(b)为表示图2埋设于水合反应物质结构体的形状的示例图；
图6为图2中还包括球形框架的形状的斜视图；
图7为图6的分离斜视图；
图8为根据本发明第二实施例的水合反应物质结构体强度监测装置中传感器装置投影斜视图；
图9的(a)及(b)为图8的分离斜视图；
图10的(a)及(b)为表示形成图8的传递部件的结合杆的示例图；
图11的(a)及(b)为表示在根据本发明的水合反应物质结构体强度监测装置中，在传感器装置中具备重量锤的示例图；
图12为表示根据本发明实施例的水合反应物质结构体强度监测装置中控制模块部的结构的框图；
图13为依次表示利用根据本发明实施例的水合反应物质结构体强度监测装置的强度监测方法的流程图；
图14为在图13中依次表示频率-阻抗检测步骤的流程图；
图15为在图13中依次表示压力变化测量步骤的流程图。
具体实施方式
下面，结合附图进行的本发明的说明不限于特定实施方式，可进行各种变换，可存在各种实施例。但是，应当理解，下面说明的内容包括属于本发明的思想及技术范围的所有变更、均等物乃至替代物。
在如下说明中，第一、第二等术语用于说明各种构成要素，不限于其自身的意思，只用于一个构成要素与另一个构成要素加以区分。
在用于整个说明书的相同的附图标记表示相同的构成要素。
在语境中没有明显的区别，则用于本发明的单数的记载包含复数的含义。另外，“包括”、“具备”或“拥有”等术语需解释为存在说明书上记载的特征、数字、步骤、运行、结构、部件或它们的组合，而非预先排除一个或以上的其他特征、数字、步骤、运行、结构、部件或它们的组合的存在或附加可能性。
在本发明中，结构之间连接或接触的描述，包括结构之间直接连接或通过中间的其他结构连接。
下面，结合图1至图15对本发明实施例进行详细说明。
图1为根据本发明实施例的水合反应物质结构体强度监测装置的框图；
图2为根据本发明第一实施例的水合反应物质结构体强度监测装置中传感器装置投影斜视图；图3为表示切开图2的部分部件的形状的分离斜视图；图4为表示图2中包括电线的形状的投影斜视图；图5的(a)及(b)为表示图2埋设于水合反应物质结构体的形状的示例图；图6为图2中还包括球形框架的形状的斜视图；图7为图6的分离斜视图。
请参考图1，根据本发明实施例的水合反应物质结构体强度监测装置可包括传感器装置1及强度测量装置2。
如图5的(a)及(b)所示，传感器装置1可埋设于水合反应物质结构体M，向水合反应物质结构体M传递交流电信号，接收经水合反应物质结构体M变化的共振频率及阻抗。
在此，水合反应物质结构体M可以是通过预拌混凝土浇筑施工而成的混凝土结构物或经深层水泥搅拌(Deep cement mixing，DCM)等工艺改良的地面。
传感器装置1可包括传感器外壳10、压电传感器11及传递部件12。首先对传感器装置1的各结构的作用进行简约说明之后，通过图2至图7进行详细说明。
传感器外壳10可以是使传感器装置1或/及强度测量装置2以不被破损的形式埋设于上述水合反应物质结构体M的结构。传感器外壳10具备在与水合反应物质一同浇筑时，能够承受冲击和堆积于上侧水合反应物质的重量的强度，具备埋设之后，能够防止下沉的重量为宜，但非限制。另外，传感器外壳10可由受养护水合反应物质的过程中产生的热变形，不与水合反应物质反应的材质构成。
压电传感器11安装于传感器外壳10内部，可接收交流电信号传递至水合反应物质结构体M，接收经水合反应物质结构体M变化的共振频率及阻抗。压电传感器11可在传递部件12上附着多个，若由两个构成时，则可形成于两个末端。另外，压电传感器11可分为接收交流电信号的压电传感器11和接收经变化的共振频率及阻抗的压电传感器11进行安装。但是非限制，可以在一个压电传感器11上接收交流电信号或接收经变化的共振频率及阻抗。
在此，交流电信号由周期波构成，周期波可包括正弦波(Sine wave)、方形波(Square wave)、三角波(Triangle wave)及锯齿波(Sawtooh wave)中的一种以上。
传递部件12供压电传感器11附着在其上，使共振频率及阻抗传递至水合反应物质结构体M。传递部件12由可从压电传感器11接收交流电信号传递至传感器外壳10，从传感器外壳10接收返回的经变化的共振频率及阻抗传递至压电传感器11的材质构成为宜。
另外，强度测量装置2可内置或有线/无线连接于传感器装置1并测量水合反应物质结构体M的强度。为此，如图1所示，强度测量装置2可包括交流电信号产生部20、控制模块部21及电源部22。首先对强度测量装置2的各结构的作用进行说明之后，通过图12详细说明控制模块部21。
交流电信号产生部20可产生具备规定频带的频率的特定波形的交流电信号。具体而言，交流电信号产生部20可产生由包括正玄波、方形波、三角波及锯齿波中的一种以上的周期波构成的交流电信号。
控制模块部21可控制在交流电信号产生部20产生具备规定频带的频率的特定波形的交流电信号，将所产生的交流电信号施加于压电传感器11，基于施加于压电传感器11的交流电信号测量施加于压电传感器11的物理压力的变化，以计算出强度数据。
电源部22可向控制模块部21供应所需电力。电源部22可由更换型电池或充电型电池构成。电源部22考虑一般以标准养护的材龄28天的强度作为标准执行的水合反应物质的品质管理，在大于28天的期间向控制模块部21供应电力，但非限制。
另外，强度测量装置2可具备由电连接于传感器装置1的压电传感器11的连接端口或连接电缆构成的连接部。
强度测量装置2收容于传感器装置1的传感器外壳10的内部，临近压电传感器11连接为宜，但非限制。具体而言，强度测量装置2可具备收容上述结构并进行保护的另外的装置外壳(未图示)。
在此，装置外壳可在内部安置上述结构，为移动性和便携性，制作成小型的形式，而且，考虑内部结构的维护，可部分开闭或分离。
请参考图2至图5，在根据本发明第一实施例的水合反应物质结构体强度监测装置中，传感器装置1的传感器外壳10可包括上部传感器外壳100及下部传感器外壳101。
上部传感器外壳100由包括圆盘形状在内的各种形状的头部1000及包括柱子形状在内的各种形状的主体部1001构成，在主体部1001的外面连接传递部件12以使其螺旋形围绕。
下部传感器外壳101可以下侧开放的圆通形状形成以供上部传感器外壳100插入。下部传感器外壳101可在内周面形成结合槽1010。结合槽1010以能通过上部传感器100的旋转供传递部件12插入结合的螺旋形形成。
在此，传递部件12以条状形成，可沿上部传感器外壳100的主体部1001的外周面以螺旋形形成。在传递部12的上下面具备能供压电传感器11附着的宽度为宜。另外，传递部件12可以能够插入下部传感器外壳101的结合槽1010的强度形成。
另外，根据本发明第一实施例传感器装置1以无线形式接收交流电信号为宜，但如图4所示，可使电线M沿上下方向贯通上部传感器外壳100安装，以有线方式接收交流电信号。此时，电线E可收容于上部传感器外壳100的主体部1001并连接至压电传感器11。
另外，传感器装置1如图5的(a)所示，可以完全埋设的状态安装于水合反应物质结构体M中，或如图5的(b)所示，可以上部传感器外壳100露出的状态安装于水合反应物质结构体M中。
在此，在以传感器装置1的上部露出的状态安装的情况下，信号不稳定或发现异常的传感器装置1，可将上部传感器外壳100从下部传感器外壳101分离确认状态，或经过修理后再次安装。
另外，请参考图6至图7，传感器装置1还可包括球形框架13。球形框架13围绕传感器外壳10的外侧而设，已在与水合反应物质一同浇筑时，可吸收从外部施加的冲击。
球形框架13可以一对半球形状的框架形成并结合。球形框架13可在中心部形成可供传感器装置1的上下面插入安设的安设部130。安设部130在外面形成有可供传感器装置1插入结合的槽，以使传感器装置1稳定结合于球形框架13。
另外，球形框架13可各在半球形状的框架形成孔和凸起进行结合，还可为防止松动而具备另外的结合手段。
图8为根据本发明第二实施例的水合反应物质结构体强度监测装置中传感器装置投影斜视图；图9的(a)及(b)为图8的分离斜视图；图10的(a)及(b)为表示形成图8的传递部件的结合杆的示例图。
请参考图8至图10，在根据本发明第二实施例的水合反应物质结构体强度监测装置中，传感器装置1的传感器装置1的传感器外壳10及传递部件12可以不同形式形成。
在此，除了传感器外壳10及传递部件12，在根据本发明第二实施例的水合反应物质结构体强度监测装置中，传感器装置1与上述说明的根据本发明第一实施例的水合反应物质结构体强度监测装置中的传感器装置1实际上相同。
因此，只对传感器外壳10及传递部件12进行详细说明。
传感器外壳10以包括内部为中空状态的球状在内的各种形状形成，以收容传递部件12。传感器外壳10在内面形成插入槽102，以供传递部件12的传递片122插入结合。另外，传感器外壳10可以一对半球结合的形式形成。
传递部件12可包括中心柱120、传递圆盘121及传递槽1220。
中心柱120可以包括具备垂直方向长度的柱状在内的各种形状形成。中心柱120的侧剖面可以圆形、矩形、六边形等各种形状形成，但较佳为圆柱形状。但非限制。
传递圆盘121沿中心柱120的长度方向形成多个，且按一定间隔相隔形成。传递圆盘121可以中端部为准沿上下方向圆周的大小逐渐变小。因此，通过肉眼观察时，传递圆盘121可呈球状。
传递片122可与多个传递圆盘121的外侧面沿上下方向连接。传递片122沿内面在与传递圆盘121对应的位置形成传递槽1220，以供传递圆盘121插入。另外，传递片122因上端和下端向内侧弯曲，位于最上侧的传递圆盘121的上面和位于最下侧的传递圆盘121的下面接触，从而可更牢固结合。
另外，传递片122根据安装于传递部件12的数量，可提高将交流电信号传递至传感器外壳10及水合反应物质结构体M，从传感器外壳10接收返回的经变化的共振频率及阻抗并传递至压电传感器11的能力。
水合反应物质结构体M根据构成物质、大小等其接收交流电信号及接收经变化的共振频率及阻抗的情况有所不同，因此，传感器装置1可通过增加传递片122的数量强化收发电信号的功能。
具体而言，如图10的(a)及(b)所示，传递部件12可在中心柱120和传递圆盘121结合的状态下，安装多个传递片122。此时，形成于传感器外壳10内部的插入槽102可以与其对应的数量形成。
另外，传递圆盘121可将安装传递片122的位置用颜色、槽等表示，从而使使用者容易安装传递片122。
图11的(a)及(b)为表示在根据本发明的水合反应物质结构体强度监测装置中，在传感器装置中具备重量锤的示例图。
请参考图11的(a)及(b)，传感器装置1在传感器外壳10的下端面具备重量锤W，以在与水合反应物质一同浇筑时，防止倾斜，确保正向埋设。
重量锤W可具备多个，从而可考虑水合反应物质的构成物、传感器装置1的重量等调节数量并安装于传感器装置1。
另外，传感器装置1为在下端面安装重量锤W，可形成重量锤框架14。重量锤框架14可以弯曲的条结构形成多个，从而在触感器外壳10的下端面收容重量锤W。另外，重量锤框架14也可在中端部形成弯曲，以收容多个重量锤W。
因此，传感器装置1在以在与水合反应物质一同浇筑时，防止倾斜，确保正向埋设，防止因电信号的方向性的误差，可准确向压电传感器11传递/接收电信号。
另外，本发明的水合反应物质结构体强度监测装置，还可包括温度传感器、有无线通信模块部、显示部及GPS模块部。
温度传感器安装于传感器装置1或强度测量装置2的外面以检测周边温度。一般而言，压电传感器11具有根据温度共振频率和阻抗细微变化的性质，水合反应物质的养护过程中产生的热或养护完成之后，根据外部气温变化的水合反应物质的温度变化，跟水合反应物质的压力无关，导致压电传感器11的共振频率和阻抗的变化。如上所述的根据水合反应物质的温度变化产生的压电传感器11的共振频率和阻抗的变化，存在误被认为水合反应物质的压力的变化或在再水合反应物质的压力测量中产生测量误差的问题。
因此，温度传感器尽量位于靠近压电传感器11的位置，在压电传感器11的共振频率和阻抗时，测量压电传感器11周边的温度为宜，但非限制。
有无线通信模块部具备于传感器装置或强度测量装置，以将强度数据传送至内部装置或服务器等外部装置或上级处理装置。
有无线通信模块部可将基于压电传感器的共振频率和阻抗变化的数字信号，测量施加于压电传感器的物理压力的变化的压力变化数据传送至外部的上级处理装置。因此，外部的上级处理装置可基于接收的压力变化数据推导出强度。
在此，外部的上级处理装置可以计算机、服务器、云端等各种形式具备，可使用用于本发明的技术领域的所有处理装置。
显示部通过显示强度数据，使使用者直接通过肉眼确认强度。显示部可使用能够传递强度数据的辨识度高的所有装置。
GPS模块部具备于传感器装置1或强度测量装置2，可将压电传感器11的位置信息传送至外部的上级处理装置。
请参考图12，控制模块部21可包括交流电信号控制部210、频率-阻抗检测部211、压力变化测量部212、频率-阻抗补正部213、信号放大部214、低通滤波器215、模拟-数字转换部216及强度计算部217。
交流电信号控制部210控制在交流电信号产生部20产生的交流电信号施加于压电传感器11。
在此，交流电信号由周期波构成，周期波可包括正弦波(Sine wave)、方形波(Square wave)、三角波(Triangle wave)及锯齿波(Sawtooh wave)中的一种以上。最佳为，使用在低频率有高频率的频带的正弦波。
交流电信号控制部210可根据压电传感器的频率特性，控制交流电信号的频率和产生时间。例如，交流电信号控制部210可控制交流电信号产生部20产生1秒钟的5KHz至100KHz的正弦波。
频率-阻抗检测部211可检测根据施加于压电传感器的交流电信号的频率的压电传感器11的共振频率和阻抗的变化。
压力变化测量部212可基于在频率-阻抗检测部211检测的压电传感器11的共振频率和阻抗的变化，测量施加于压电传感器11的物理压力的变化。
频率-阻抗补正部213可在于频率-阻抗检测部211检测压电传感器11的共振频率和阻抗时，基于通过温度传感器检测的温度对检测的共振频率值及阻抗值中的至少一个进行补正，以减少测量误差。
一般而言，增加根据温度的电阻，这是常见的情况，因此省略温度和电阻之间的关系式和其说明，根据本发明的关系式如下：
频率-阻抗补正部213可通过下述的式1及式2获得经补正的共振频率和经补正的阻抗。
f＝f1+A*(Tc-Tref)+B(式1)
z＝z1+C*(Tc-Tref)+D(式2)
(在此，f：补正的共振频率；z：补正的阻抗；f1：测得的共振频率；z1:测得的阻抗；A：压电传感器的温度特性系数1；C：压电传感器的温度特性系数3；B：压电传感器的温度特性系数2；D：压电传感器的温度特性系数4；Tc：测得的当前温度；Tref：基准温度；A、B、C、D及Tref为通过对压电传感器的温度特性实验获得的常数值)
在此，A、B、C、D及Tref根据所使用的压电传感器有所不同，可以是通过对相应压电传感器的温度特性实验获得的数据。上述共振频率和阻抗的补正是基于根据外部气温变化的水合反应物质的温度变化，不受水合反应物质的压力的影响而产生压电传感器的共振频率和阻抗的变化的现象的。
信号放大部214放大根据压电传感器11的共振频率和阻抗的变化的电信号的大小。
低通滤波器215在通过低通滤波器(Low pass filter)从信号放大部214输出的电信号中，去除在交流电信号产生部20产生的交流电信号，只允许根据压电传感器11的共振频率和阻抗变化的电信号通过。
模拟-数字转换器216可将根据通过低通滤波器部215滤波输出的压电传感器11的共振频率和阻抗变化的模拟电信号，转换为数字信号进行输出。
强度计算部217可基于压电传感器11的共振频率和阻抗变化的数字信号，测量作为施加于压电传感器11的物理压力的变化的压力变化数据，基于压力变化数据计算出强度数据。
在此，可以对强度计算做如下说明：
在没有强度变化的状态下，共振频率具备固定的值。物质的强度发生变化，则共振频率值发生改变，而该变化值各个材料(物质)都不尽相同。即无法利用绝对值提取强度，而可利用初期从结构物提取的样品进行强度试验，将相同材龄(age)中的共振频率与相应强度值1:1对应起来，之后基于强度值和频率值的关系式，根据测量的峰值频率(共振频率)的变化计算出强度。换言之，可根据基准(reference)值测量对相同材料的强度。在此，作为对样品的强度试验方法可使用利用万能试验机(UTM：Universal Testing Machine)的压缩强度试验、马歇尔试验法、利用超声波的非破坏实验法等。
下面，对利用根据本发明实施例的水合反应物质结构体强度监测装置的强度监测方法进行详细说明。
图13为依次表示利用根据本发明实施例的水合反应物质结构体强度监测装置的强度监测方法的流程图；图14为在图13中依次表示频率-阻抗检测步骤的流程图；图15为在图13中依次表示压力变化测量步骤的流程图。
根据本发明实施例的利用水合反应物质结构体强度监测装置的强度监测方法，为利用包括埋设于水合反应物质结构体，由结合附着有压电传感器11的传递部件12的传感器外壳10构成的传感器装置1，及与传感器装置1连接以测量水合反应物质结构体M的强度的强度测量装置2的水合反应物质结构体强度监测装置，监测水合反应物质结构体的强度的方法。
请参考图13至图15，本发明的利用水合反应物质结构体强度监测装置的强度监测方法，可包括交流电信号产生步骤(S10)、交流电信号施加步骤(S20)、频率-阻抗接收步骤(S30)、频率-阻抗检测步骤(S40)及压力变化测量步骤(S50)。
交流线信号产生步骤(S10)为产生具备规定频带的频率的特定波形的交流电信号的步骤。在此，交流电信号由周期波构成，周期波可包括正弦波(Sine wave)、方形波(Square wave)、三角波(Triangle wave)及锯齿波(Sawtooh wave)中的一种以上。最佳为，使用在低频率有高频率的频带的正弦波。
交流电信号产生步骤(S10)在一定时间内依次产生交流电信号。具体而言，在交流电信号产生步骤(S10)产生的交流电信号的频率和产生时间取决于连接的压电传感器11的频率特性。例如，交流电信号产生部步骤(S10)产生1秒钟的5KHz至100KHz的正弦波。
另外，交流电信号产生步骤(S10)为通过具备于强度测量装置2的交流电信号产生部20产生交流电信号的步骤。
交流电信号施加步骤(S20)为控制产生的交流电信号向压电传感器11施加一定时间的步骤。交流电信号施加步骤(S20)为通过具备于强度测量装置2的控制模块部21，在交流电信号产生部20产生根据压电传感器11的频率特性设置的交流电信号并施加的步骤。
频率-阻抗接收步骤(S30)为将施加于压电传感器11的交流电信号，通过传递部件12及传感器外壳10传递至水合反应物质结构体M，获得经水合反应物质结构体M变化的共振频率及阻抗的步骤。
频率-阻抗检测步骤(S40)为检测根据施加于压电传感器11的交流电信号的频率的压电传感器11的共振频率和根据阻抗的变化的电信号的步骤。频率-阻抗检测步骤(S40)为检测根据在交流电信号施加步骤(S20)施加的交流电信号的频率，在压电传感器产生的共振频率和阻抗的步骤。在此，共振频率可以为固有共振频率，阻抗为共振频率和阻抗值。
频率-阻抗检测步骤(S40)可包括信号放大步骤(S41)及频率-阻抗补正步骤(S42)。
信号放大步骤(S41)为放大根据压电传感器11的共振频率和阻抗的变化的电信号的步骤。信号放大步骤(S41)为在根据施加于压电传感器11的交流电信号的频率的变化，压电传感器11的共振频率和阻抗发生变化，该变化转换为微细的电信号时，为将微细电信号放大成可测量的信号大小，通过信号放大部214放大信号的大小的步骤。
频率-阻抗补正步骤(S42)为基于通过具备于水合反应物质结构体强度监测装置的温度传感器检测的温度，对检测的共振频率值及阻抗值进行补正，以减少测量误差的步骤。频率-阻抗补正步骤(S42)为可通过下述的式1及式2获得经补正的共振频率和经补正的阻抗的步骤。
f＝f1+A*(Tc-Tref)+B(式1)
z＝z1+C*(Tc-Tref)+D(式2)
(在此，f：补正的共振频率；z：补正的阻抗；f1：测得的共振频率；z1:测得的阻抗；A：压电传感器的温度特性系数1；C：压电传感器的温度特性系数3；B：压电传感器的温度特性系数2；D：压电传感器的温度特性系数4；Tc：测得的当前温度；Tref：基准温度；A、B、C、D及Tref为通过对压电传感器的温度特性实验获得的常数值)
在此，A、B、C、D及Tref根据所使用的压电传感器11有所不同，可以是通过对相应压电传感器的温度特性实验获得的数据。
另外，频率-阻抗补正步骤(S42)可通过追加补正计算强度。
追加补正方法可以是一般混凝土的经验式的强度计算。通过水合反应，物质的强度逐渐增加，经过很长时间之后，在水合反应结束的同时，收敛成一定的强度。在一般混凝土的情况下，可利用如下经验式(式3)计算强度。
一般混凝土的强度＝28天强度强度28的强度是一般混凝土的经验(养护期间的养护温度的平均值养护养护期间)}(式3)
因此，上述追加补正方法可利用式3完善通过上述式1和式2获得的补正值(补正共振频率和补正阻抗的值)并进行追加补正。
另外，另一形式的追加补正方法可以是利用计算值和实验结果值的强度计算。在此，计算值利用默认频率模式变化的经验式，根据时间流动计算强度的值，实验结果值为产生强度试验结果的时刻的强度值。其他形式的追加补正方法可增加相当于{实验结果值-计算值}的差异。
具体而言，其他形式的追加补正方法，在水合反应物质养护开始之后，在作为经过25小时的时间点进行强度试验的结果值稍大于计算值时，可将实验结果值确定为养生开始后24小时的强度值，增加相当于{实验结果值-计算值}的差异，以追加补正通过式1和式2获得的补正值。
压力变化测量步骤(S50)为基于检测的压电传感器11的共振频率和阻抗的变化，利用根据施加于压电传感器11的物理压力的变化的强度电信号测量的步骤。
压力变化测量步骤(S50)可包括低通滤波步骤(S51)、模拟-数字转换步骤(S52)及强度计算步骤(S53)。
低通滤波步骤(S51)为从通过低通滤波器经过信号放大步骤(S41)的电信号中去除交流电信号，只允许根据压电传感器11的共振频率和阻抗变化的电信号通过的步骤。在此，经过信号放大步骤(S41)的电信号与在交流电信号产生部20产生的交流电信号和根据压电传感器11的功能振频率和阻抗的变化的电信号混杂在一起，因此，可通过低通滤波器只提取根据压电传感器11的共振频率和阻抗的变化的电信号。
模拟-数字转换步骤(S52)为将根据通过低通滤波步骤(S51)滤波输出的压电传感器11的共振频率和阻抗变化的模拟电信号，转换为数字信号进行输出的步骤。
强度计算步骤(S53)为基于压电传感器11的共振频率和阻抗变化的数字信号，测量作为施加于压电传感器11的物理压力的变化的压力变化数据，基于压力变化数据计算出强度数据的步骤。
另外，压力变化测量步骤(S50)可以为通过具备于强度监测装置的有无线通信模块部传送至上级处理装置，在上级处理装置基于压力变化数据计算强度数据，或将通过强度计算部217计算压力变化数据的强度数据通过有无线通信模块部传送至外部的上级处理装置的步骤。
在此，外部的上级处理装置可以计算机、服务器、云端等各种形式具备，可使用用于本发明的技术领域的所有处理装置。
本发明涉及水合反应物质结构体的强度监测装置及利用该装置的强度监测方法，可用于混凝土的水合反应。
根据本发明实施例的水合反应物质结构体的强度监测装置及利用该装置的强度监测方法，因压电传感器埋设于传感器装置的内部，从而在与水合反应物质结构体一同埋设时，能够防止其破损。
另外，可通过传递部件以多个方向向水合反应物质结构体传递或接收交流电信号。
另外，利用压电传感器的阻抗特性，可靠地测量结构体的强度，可提供持续的监测。
另外，因可制作成小型化的产品，能够确保便携性和移动性，从而能够不受场地限制，容易测量强度。
另外，可通过球形框架能够吸收从外部施加的冲击。
另外，因具备重量锤，从而能够正向埋设。
另外，上述提及的根据本发明实施例的效果不限于记载的内容，还可包括可从说明书及附图进行预测的所有效果。
上述实施例仅用以说明本发明而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改、变形或者等同替换。而在不脱离本发明的精神和范围内，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种水合反应物质结构体强度监测装置，其特征在于，包括：
传感器装置，埋设于水合反应物质结构体，向上述水合反应物质结构体传递交流电信号，接收经上述水合反应物质结构体变化的共振频率及阻抗；及
强度测量装置，与上述传感器装置连接并测量上述水合反应物质结构体的强度；
上述传感器装置，包括：
传感器外壳，埋设于上述水合反应物质结构体；
压电传感器，安装于上述传感器外壳内部，接收交流电信号传递至上述水合反应物质结构体，接收经上述水合反应物质结构体变化的共振频率及阻抗；及
传递部件，附着有上述压电传感器，以使上述共振频率及阻抗传递至上述水合反应物质结构体；
上述传感器外壳，包括：
上部传感器外壳，由头部1000及主体部1001构成，在上述主体部的外面连接上述传递部件以使其螺旋形围绕；及
下部传感器外壳，以下侧开放的形式形成以供上述上部传感器外壳插入，在内周面形成有对应于上述螺旋形的形状的结合槽，以供上述螺旋形的传递部件通过上述上部传感器外壳的旋转插入结合。
2.一种水合反应物质结构体强度监测装置，其特征在于，包括：
传感器装置，埋设于水合反应物质结构体，向上述水合反应物质结构体传递交流电信号，接收经上述水合反应物质结构体变化的共振频率及阻抗；及
强度测量装置，与上述传感器装置连接并测量上述水合反应物质结构体的强度；
上述传感器装置，包括：
传感器外壳，埋设于上述水合反应物质结构体；
压电传感器，安装于上述传感器外壳内部，接收交流电信号传递至上述水合反应物质结构体，接收经上述水合反应物质结构体变化的共振频率及阻抗；及
传递部件，附着有上述压电传感器，以使上述共振频率及阻抗传递至上述水合反应物质结构体；
在上述传感器外壳的下端面具备重量锤，以在与水合反应物质一同浇筑时，防止倾斜，确保正向埋设；
上述传感器外壳，包括：
上部器外壳，由头部1000及主体部1001构成，在上述主体部的外面连接上述传递部件以使其螺旋形围绕；及
下部传感器外壳，以下侧开放的形式形成以供上述上部传感器外壳插入，在内周面形成有对应于上述螺旋形的形状的结合槽，以供上述螺旋形的传递部件通过上述上部传感器外壳的旋转插入结合。
3.根据权利要求1或2所述的水合反应物质结构体强度监测装置，其特征在于：上述强度测量装置，包括：
交流电信号产生部，产生具备规定频带的频率的特定波形的交流电信号；
控制模块部，控制在上述交流电信号产生部产生具备规定频带的频率的特定波形的交流电信号，将所产生的交流电信号施加于上述压电传感器，基于施加于上述压电传感器的交流电信号测量施加于上述压电传感器的物理压力的变化，以计算出强度数据；及
电源部，向上述控制模块部供应所需电力。
4.根据权利要求3所述的水合反应物质结构体强度监测装置，其特征在于：上述水合反应物质结构体强度监测装置，还包括：
温度传感器，安装于上述传感器装置或强度测量装置的外面并检测周边温度；
有无线通信模块部，具备于上述传感器装置或强度测量装置以传送上述强度数据；
显示部，显示上述强度数据；及
GPS模块部，具备于上述传感器装置或强度测量装置，并传送上述压电传感器的位置信息。
5.根据权利要求4所述的水合反应物质结构体强度监测装置，其特征在于：上述控制模块部，包括：
交流电信号控制部，控制在上述交流电信号产生部产生的交流电信号施加于上述压电传感器；
频率-阻抗检测部，检测根据施加于上述压电传感器的交流电信号的频率的上述压电传感器的共振频率和阻抗的变化；
压力变化测量部，基于在上述频率-阻抗检测部检测的上述压电传感器的共振频率和阻抗的变化，测量施加于上述压电传感器的物理压力的变化；
频率-阻抗补正部，在于上述频率-阻抗检测部检测压电传感器的共振频率和阻抗时，基于通过上述温度传感器检测的温度对检测的共振频率值及阻抗值中的至少一个进行补正，以减少测量误差；
信号放大部，放大根据上述压电传感器的共振频率和阻抗的变化的电信号的大小；
低通滤波器部，在从上述信号放大部输出的电信号中，去除在上述交流电信号产生部产生的交流电信号，只允许根据上述压电传感器的共振频率和阻抗变化的电信号通过；
模拟-数字转换器，将根据通过上述低通滤波器部滤波输出的上述压电传感器的共振频率和阻抗变化的模拟电信号，转换为数字信号进行输出；及
强度计算部，基于上述压电传感器的共振频率和阻抗变化的数字信号，测量作为施加于上述压电传感器的物理压力的变化的压力变化数据，基于上述压力变化数据计算出强度数据。
6.根据权利要求5所述的水合反应物质结构体强度监测装置，其特征在于：上述对共振频率值及阻抗值中的至少一个进行补正，通过下述关系式执行：
式1：f＝f1+A*(Tc-Tref)+B
式2：z＝z1+C*(Tc-Tref)+D
在此，f：补正的共振频率；z：补正的阻抗；f1：测得的共振频率；z1:测得的阻抗；A：压电传感器的温度特性系数1；C：压电传感器的温度特性系数3；B：压电传感器的温度特性系数2；D：压电传感器的温度特性系数4；Tc：测得的当前温度；Tref：基准温度；A、B、C、D及Tref为通过对压电传感器的温度特性实验获得的常数值，
在此，A、B、C、D及Tref根据所使用的压电传感器变化。
7.根据权利要求1或2所述的水合反应物质结构体强度监测装置，其特征在于：上述传递部件，包括：
中心柱；
多个传递圆盘，沿上述中心柱的长度方向按一定间隔相隔形成，以中端部为准沿上下方向圆周的大小逐渐变小；及
传递片，与多个上述传递圆盘的外侧面沿上下方向连接，具备传递槽以供上述传递圆盘插入；
上述传感器外壳以内部为中空状态的球状形成以收容上述传递部件，在内面形成插入槽以供上述传递片插入结合。
8.一种利用水合反应物质结构体强度监测装置的强度监测方法，在利用包括埋设于水合反应物质结构体，由结合附着有压电传感器的传递部件的传感器外壳构成的传感器装置，及与上述传感器装置连接以测量上述水合反应物质结构体的强度的强度测量装置的水合反应物质结构体强度监测装置，监测水合反应物质结构体的强度的方法中，包括：
产生具备规定频带的频率的特定波形的交流电信号的交流电信号产生步骤；
控制上述产生的交流电信号向上述压电传感器施加一定时间的交流电信号施加步骤；
将施加于上述压电传感器的交流电信号，通过上述传递部件及传感器外壳传递至上述水合反应物质结构体，接收经上述水合反应物质结构体变化的共振频率及阻抗的频率-阻抗接收步骤；
检测根据施加于上述压电传感器的上述交流电信号的频率的上述压电传感器的共振频率和根据阻抗的变化的电信号的频率-阻抗检测步骤；及
基于检测的上述压电传感器的共振频率和阻抗的变化，利用根据施加于上述压电传感器的物理压力的变化的强度电信号测量的压力变化测量步骤；
上述传感器装置，包括：
传感器外壳，以不被破损的形式埋设于上述水合反应物质结构体；
压电传感器，安装于上述传感器外壳内部，接收交流电信号传递至上述水合反应物质结构体，接收经上述水合反应物质结构体变化的共振频率及阻抗；及
传递部件，附着有上述压电传感器，以使上述共振频率及阻抗传递至上述水合反应物质结构体；
在上述传感器外壳的下端面具备重量锤，以在与水合反应物质一同浇筑时，防止倾斜，确保正向埋设；
上述传感器外壳，包括：
上部传感器外壳，由头部及主体部构成，在上述主体部的外面连接上述传递部件以使其螺旋形围绕；及
下部传感器外壳，以下侧开放的形式形成以供上述上部传感器外壳插入，在内周面形成有结合槽，以供上述传递部件通过上述上部传感器外壳的旋转插入结合。
9.根据权利要求8所述的利用水合反应物质结构体强度监测装置的强度监测方法，其特征在于：上述频率-阻抗检测步骤，包括：
放大根据上述压电传感器的共振频率和阻抗的变化的电信号的信号放大步骤；及
基于通过具备于上述水合反应物质结构体强度监测装置的温度传感器检测的温度，对检测的共振频率值及阻抗值中的至少一个进行补正，以减少测量误差的频率-阻抗补正步骤；
上述压力变化测量步骤，包括：
从通过低通滤波器经过上述信号放大步骤的电信号中去除交流电信号，只允许根据上述压电传感器的共振频率和阻抗变化的电信号通过的低通滤波步骤；
将根据通过上述低通滤波步骤滤波输出的上述压电传感器的共振频率和阻抗变化的模拟电信号，转换为数字信号进行输出的模拟-数字转换步骤；及
基于上述压电传感器的共振频率和阻抗变化的数字信号，测量作为施加于上述压电传感器的物理压力的变化的压力变化数据，基于上述压力变化数据计算出强度数据的强度计算步骤。
10.根据权利要求9所述的利用水合反应物质结构体强度监测装置的强度监测方法，其特征在于：上述对共振频率值及阻抗值中的至少一个进行补正，通过下述关系式执行：
式1：f＝f1+A*(Tc-Tref)+B
式2：z＝z1+C*(Tc-Tref)+D
在此，f：补正的共振频率；z：补正的阻抗；f1：测得的共振频率；z1:测得的阻抗；A：压电传感器的温度特性系数1；C：压电传感器的温度特性系数3；B：压电传感器的温度特性系数2；D：压电传感器的温度特性系数4；Tc：测得的当前温度；Tref：基准温度；A、B、C、D及Tref为通过对压电传感器的温度特性实验获得的常数值，
在此，A、B、C、D及Tref根据所使用的压电传感器变化。
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