钢筋同轴电缆结构一维混凝土健康监测的阶跃测试仪的制作方法
【专利说明】
(一)
技术领域
[0001]本实用新型属建筑材料检测仪器，涉及对混凝土质量测试，特别是对钢筋同轴电缆构造的混凝土一维裂缝测试。
(二)
【背景技术】
[0002]混凝土是广泛用于房屋建筑、桥梁工程、水利工程等的一种重要的工程材料，混凝土健康检测和监测仪器是保证混凝土安全长久运行的技术手段。混凝土健康的预测、预报、诊断是当今国际上急需攻克的主要难题之一。公路、桥梁、大坝以及其他工用民用建筑，都需进行定期的或实时的健康检测和监测。然而现有的混凝土质量检测手段还不能完全适应建设发展的需要。专利号为ZL 2006 100200932.8中国专利《基于阻抗成像的混凝土损伤检测方法与设备》，以检测混凝土损伤为目的，采用了阻抗成像的技术，取得了较好效果。但在实际使用中，由于检测电极与混凝土不能很好的兼容，存在一定的应用局限。
[0003]专利号为ZL 2012 I 0199249.0的中国专利《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。本发明主要检测裂缝，没有检测其他的异常行为。
[0004]专利号为ZL 2013 I 0029782.7的中国专利《以钢筋为电极的混凝土监测仪以及监控检测方法》，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。该发明提出了一种监控方法，但没有根据钢筋混凝土的不同结构给出不同的测试方法。
(三)【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是在提供一维混凝土健康监测测试仪器的基础上给出基于钢筋同轴电缆构造的一维混凝土裂缝测试仪器。实时监测一维混凝土健康状况，及时发现混凝土病变并预报预警。
[0006]本实用新型的目的是这样达到的:
[0007]阶跃测试仪由阶跃信号发生器、信号放大电路、模数转换电路、微处理器构成，阶跃信号发生器的两个输出端口与信号放大电路短接并联，模数转换电路、微处理器依次顺序连接在信号放大电路，微处理器与阶跃信号发生器连接。
[0008]钢筋同轴电缆一维混凝土有内、外两导体，轴心为内导体。测试时，一维混凝土一端的内导体和外导体与阶跃测试仪中的阶跃信号发生器一个端口短接。
[0009]被测钢筋同轴电缆一维混凝土有内、外两导体，轴心为内导体，其内导体是钢筋；外导体是由若干箍筋、纵筋组合成的一维混凝土钢筋外圈。
[0010]所述内导体是钢筋，是指一根钢筋。
[0011]所述内导体是钢筋，是指内导体是由与外导体结构相似的若干箍筋和纵筋组合而成，且内导体的箍筋直径小于外导体的箍筋直径。
[0012]所述阶跃测试仪中的微处理器是现场可编程门阵列FPGA
[0013]所述阶跃测试仪微处理器是数字信号处理电路DSP。
[0014]本实用新型的积极效果是:
[0015]1、检测一维混凝土健康状况，并对建筑物及时作出质量评估，特别是房屋建筑、桥梁工程、水利工程等关系重大民生的建筑物混凝土安全情况做出正确判断。
[0016]2、可以实时监测一维混凝土健康状况，及时发现混凝土病变并预报预警，将安全事故消灭在发生前，避免重大事故发生。
[0017]3、阶跃测试仪结构简单，使用方便可靠，数据显示直观。
(四)
【附图说明】
[0018]图1是圆形钢筋同轴电缆构造的一维混凝土示意图。
[0019]图2是截面为方形的钢筋同轴电缆构造的一维混凝土示意图。
[0020]图3是阶跃测试仪结构示意图。
[0021]图4是阶跃测试仪与被测一维混凝土的连接关系示意图。
[0022]图5是阶跃测试仪中的阶跃信号发生器电路图。
[0023]图6是阶跃测试仪中的信号放大电路图。
[0024]图7?9是阶跃测试仪中数模转换电路，其中，图7是模数转换时钟驱动电路图，
[0025]图8是模拟信号输入差分驱动电路，图9数模转换模块电路图。
[0026]图10?图15是阶跃测试仪中微处理器采用现场可编程门阵列FPGA的电路图。
[0027]图中，I轴心、2-1?1-η圆形箍筋、3_1?3_m纵筋、4_1?4_n方形箍筋、5阶跃信号发生器、6信号放大电路、7模数转换电路、8微处理器、9-1、9-2连接端口、10阶跃测试仪、11被测一维混凝土、12外导体、13内导体。
(五)
【具体实施方式】
[0028]实施例1。
[0029]参见附图1。本例的被测一维混凝土截面为圆形。轴心为内导体，是一根钢筋。外导体由圆形箍筋、纵筋组合而成。
[0030]内导体也可由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小。
[0031]实施例2。
[0032]参见附图2。本例的被测一维混凝土截面为方形。轴心为内导体，是一根钢筋。外导体由方形箍筋、纵筋组合而成。
[0033]内导体也可由与外导体结构相似的方形箍筋、纵筋组合而成，但方形箍筋直径比外导体小。
[0034]实施例3。
[0035]参见附图4、5、6。
[0036]不论被测的一维混凝土截面为何种形状，在一维混凝土均有内、外两导体，轴心为内导体。本实用新型利用同轴电缆一维混凝土的内导体和外导体连接在阶跃测试仪的一个端口上进行测试。
[0037]在使用阶跃测试仪测试时，一维混凝土一端的内导体和外导体短接并联在阶跃测试仪的阶跃信号发生器一个端口 9-1上，按照阶跃信号时延的方法进行测试。在微处理控制下，阶跃信号发生器发出周期性的阶跃信号，信号频率小于I兆赫兹。
[0038]信号放大电路放大两个连接端口的信号，放大后的信号经过模数转换电路将模拟信号转为数字信号后送给微处理器。微处理器可以是数字信号处理电路(DSP)，也可以是现场可编程门阵列(FPGA)。本例采用了现场可编程门阵列FPGA。微处理器对数据处理过程如下:
[0039]I)、计算相邻数据差的绝对值；
[0040]2)、计算多个相邻数据差的绝对值之和，当该绝对值之和大于一个预先经过实验确定的阈值并且为周边相邻数据差的绝对值之和值的最大值时，记录出现该值的采样时亥IJ，并将该时刻定义为跃变点；
[0041]3)、判断阶跃信号发出时间，确定某个跃变点为阶跃信号起始点:与阶跃信号起始点不同的跃变点为信号反射点，当信号反射点个数大于等于2时，判断一维混凝土有损伤；
[0042]4)、当信号反射点个数大于等于2时，计算信号反射点与阶跃信号起始点之间的模数转换采样次数，该采样次数乘以采样周期并除以2就是信号反射点与阶跃信号起始点之间光速传播的时间t，用时间t乘以光速，得到信号反射点到阶跃信号起始点间的距离，这个距离就是损伤点或被测混凝土另一端到测试接口之间的距离。通过微处理器的输出损伤数据便可适时、有效的测试出被测混凝土质量。
[0043]参见图3。
[0044]阶跃测试仪由阶跃信号发生器5、信号放大电路6、模数转换电路7、微处理器8构成。阶跃信号发生器5的两个输出端口 9-1、9-2与信号放大电路6短接并联，模数转换电路7、微处理器8依次顺序连接在信号放大电路6上，微处理器与阶跃信号发生器连接。
[0045]微处理器可以使用现场可编程门阵列FPGA，或是数字信号处理电路DSP。本实施例采用现场可编程门阵列FPGA。
[0046]图5的阶跃测试仪中的阶跃信号发生器电路图中，U7:TS5A4596 ；U8:TS5A4597由美国TEXAS INSTRUMENTS公司生产。
[0047]图6的阶跃测试仪中的信号放大电路图中，U4:AD8045,由美国ANALOG DEVICES公司生产。
[0048]图7?9是阶跃测试仪中数模转换电路，其中，图9模数转换时钟驱动电路图中，U3:晶体振荡器。
[0049]图7模拟信号输入差分驱动电路中，U6:ADA493，由美国ANALOG DEVICES公司生产。
[0050]图8数模转换模块U5:AD9643,由美国ANALOG DEVICES公司生产。
[0051]本例中，阶跃测试仪中的微处理器采用现场可编程门阵列FPGA。
[0052]图10?图15给出了采用现场可编程门阵列FPGA的电路图。图中，Ul:XC3S1200，U2:XCF04,美国Xilinx公司生产。
【主权项】
1.一种钢筋同轴电缆结构一维混凝土健康监测的阶跃测试仪，其特征在于: 阶跃测试仪由阶跃信号发生器(5)、信号放大电路￠)、模数转换电路(7)、微处理器(8)构成，阶跃信号发生器(5)的两个输出端口(9-1、9-2)与信号放大电路(6)短接并联，模数转换电路(7)、微处理器(8)依次顺序连接在信号放大电路(6)上，微处理器与阶跃信号发生器连接； 钢筋同轴电缆结构一维混凝土有内、外两导体，轴心为内导体，测试时，一维混凝土一端的内导体和外导体与阶跃测试仪中的阶跃信号发生器一个端口短接。2.如权利要求1所述的钢筋同轴电缆结构一维混凝土健康监测的阶跃测试仪，其特征在于:被测钢筋同轴电缆一维混凝土有内、外两导体，轴心为内导体，其内导体是钢筋；夕卜导体是由若干箍筋、纵筋组合成的一维混凝土钢筋外圈。3.如权利要求2所述的钢筋同轴电缆结构一维混凝土健康监测的阶跃测试仪，其特征在于:所述内导体是钢筋，是指一根钢筋。4.如权利要求2所述的钢筋同轴电缆结构一维混凝土健康监测的阶跃测试仪，其特征在于:所述内导体是钢筋，是指内导体是由与外导体结构相似的若干箍筋和纵筋组合而成，且内导体的箍筋直径小于外导体的箍筋直径。5.如权利要求1所述的钢筋同轴电缆结构一维混凝土健康监测的阶跃测试仪，其特征在于:所述微处理器(8)是现场可编程门阵列FPGA。6.如权利要求1所述的钢筋同轴电缆结构一维混凝土健康监测的阶跃测试仪，其特征在于:所述微处理器(8)是数字信号处理电路DSP。
【专利摘要】本实用新型公开了一种钢筋同轴电缆结构一维混凝土健康监测的阶跃测试仪。阶跃测试仪由阶跃信号发生器、信号放大电路、模数转换电路、微处理器构成，阶跃信号发生器的两个输出端口与信号放大电路短接并联，模数转换电路、微处理器依次顺序连接在信号放大电路，微处理器与阶跃信号发生器连接。测试时，一维混凝土一端的内导体和外导体与阶跃测试仪的端口短接。钢筋同轴电缆一维混凝土有内、外两导体，轴心为内导体。其内导体是一根钢筋或由与外导体结构相似的若干直径小于外导体直径的箍筋和纵筋组合而成，外导体是由若干箍筋、纵筋组合成的一维混凝土外圈。本阶跃测试仪结构简单，使用方便、数据直观，可及时发现混凝土病变并预报预警。
【IPC分类】G01N27/00
【公开号】CN204694666
【申请号】CN201520402418
【发明人】莫思特, 谭洁, 李亮, 李碧雄
【申请人】四川大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月11日