专利名称：钢筋混凝土阴极防护测控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钢筋混凝土阴极防护测控装置，特别涉及一种海工混凝土阴 极防护的保护电流提供及测控系统。
背景技术：
钢筋混凝土结构的阴极防护技术起源于上世纪九十年代的意大利，最初主要是用 于预防新建公路高架桥在撒除冰盐后的腐蚀破坏，对其实施了阴极保护，并获得了良好的 效果，开创了预防性阴极保护的新领域，即所谓的“阴极防护技术”。此后，在中东、英国、美 国、日本等许多桥梁码头的混凝土结构上都采用了外加电流的阴极防护法，并且取得了良 好的保护效果。悉尼歌剧院项目是钢筋混凝土外加电流阴极防护系统的经典项目。整个工 程既包括对旧结构的修复，又有对新结构的预防保护，在澳大利亚建筑史上首次在新建筑 物上采用的阴极防护技术及全自动远程监控技术。至2000年底，全世界已有超过210万m2 的钢筋混凝土结构实施了阴极防护。目前国内采用这一技术的工程项目并不多，但是随着 人们对钢筋混凝土腐蚀的逐步认识，这一技术也正在逐步被采用。虽然，目前在世界范围内(包括中国在内)，钢筋混凝土阴极防护技术已经被大量 使用，但是其测控系统主要仍是采用常规的阴极保护的监测方法，即主要还是按照常规的 水下和土壤中的阴极保护技术来实施测控的。而位于水位变动区、浪溅区和海洋大气区的 海工钢筋混凝土构筑物，其阴极防护设计则与常规方法有较大不同，因为其传输保护电流 的介质是混凝土内部毛细孔内的溶液，混凝土内部的电阻率较高、导电性较低，常用的阴极 保护设计、施工、检测、监测、控制、维护的方式，均不适用于钢筋混凝土结构的阴极防护系 统。此外，钢筋混凝土阴极防护技术还是一种以预防为主的防腐蚀手段，即在结构建造初期 (内部尚未受到较多的氯离子侵蚀，钢筋还没有发生腐蚀，表面仍有钝化膜，维持钝化膜所 需要的电流仅仅是阻止腐蚀和重建钝化膜所需要的电流的十分之一)，即投入整个保护系 统，因而耗电量相对较少，运行成本较低，防护效果也更为突出；阴极防护系统的安装是随 着主体结构的施工同时进行，免除了对已有结构的破坏和修复费用，施工成本也相对较低。 所以，必须采用特殊的阴极防护系统和设计，才能达到上述目的。同理，相应的阴极防护测 控系统同样需要特殊的设计和组成。由此可见，传统的阴极保护仪器已经不能满足海工钢筋混凝土结构阴极防护项目 的要求，随着现代网络技术和计算机技术的发展，从技术上为我们提供了一种可能性。因 此，我们在传统阴极保护仪器的基础上进行发展，整合大量的现代通讯检测手段，开发研制 出阴极防护专用的系统，从根本上使外加电流阴极防护技术的应用更为便捷、可靠，也更具 有推广应用的价值。
实用新型内容本实用新型的目的是提出一种钢筋混凝土阴极防护测控装置，集保护电流提供、 各种参数指标检(监)测、保护效果评估、超限自动报警、多分区控制管理的钢筋混凝土阴极防护(C-ICCP)测控系统，克服了现有技术中不能实时保护及监测的缺点。本实用新型采用以下技术方案予以解决本实用新型的一种钢筋混凝土阴极防护测控装置，包括至少一个钢筋混凝土阴极 防护系统，每个系统包括多组置于钢筋混凝土内的参比电极和阴极保护电流采样电阻，与 所述参比电极和采样电阻相连的数据采集单元，还包括设于钢筋混凝土内的辅助阳极，并 与该辅助阳极相连的供电单元，供电单元包括依次连接的断电控制电路、整流器组和控制 接口电路，所述断电控制电路一路与所述辅助阳极相连，一路与所述钢筋混凝土内的钢筋 相连，所述整流器组包括可相互切换的主、辅整流器；还包括嵌入式控制器，所述数据采集 单元、所述控制接口电路、整流器组及断电控制电路分别与该嵌入式控制器相连；还包括与 所述嵌入式控制器相连的数据传输单元。本实用新型还包括一报警单元，该报警单元与所述嵌入式控制器相连。本实用新型所述报警单元为一 GSM模块。本实用新型所述数据采集单元包括信号调理电路及数据采集模块，所述参比电极 和采样电阻通过该信号调理电路与数据采集模块相连，该数据采集模块与所述嵌入式控制 器相连。本实用新型所述数据采集模块具有16个模拟量采集通道。本实用新型所述数据传输单元包括与嵌入式控制器相连的通信接口，通信接口与 有线传输模块相连，或无线传输模块相连。通过以上技术方案，本实用新型的钢筋混凝土阴极防护(C-ICCP)测控系统在对 被保护构件提供长期、稳定的阴极极化电流的同时，可以依据相关规范，实时检测指定位置 的瞬时断电电位、极化衰减、通过钢筋的阴极保护电流、整流器组的输出电流、输出电压等 技术指标；根据系统设定的评估功能，依据专业技术规范判断被保护的钢筋混凝土结构处 于何种保护状态，并可以自动生成相应的检测报告和保护效果评估报告。该系统使业主或承包商等使用人员按照权限随时随地掌握外加电流阴极防护系 统的运行状况和被保护构件的保护效果，并通过超限报警功能，可以对系统故障进行及时 报告和处理。该套系统采用模块化设计理念，可靠性高，供电系统采用了备源设计，大大提 高了系统的使用年限，具有实用性、灵活性、可扩充性的特点，很好的适应了现代工业的发 展趋势，在未来的海工钢筋混凝土外加电流阴极防护系统中具有很好的应用前景，并可以 拓展应用到其它传统的阴极保护领域。
图1本实用新型钢筋混凝土阴极保护监测系统结构框图具体实施方式
如图1所示，本实用新型的一种钢筋混凝土阴极防护(C-ICCP)测控装置，可根据 工程的实际情况对保护区域进行划分，若有多个分区则该测控装置可扩展设置多个对应且 相互独立的钢筋混凝土阴极防护系统，若简单工程的只需设有一个钢筋混凝土阴极防护系 统即可，每个系统包括多组置于钢筋混凝土内的参比电极和阴极保护电流采样电阻，与所 述参比电极和采样电阻相连的数据采集单元，还包括设于钢筋混凝土内的辅助阳极，并与
4该辅助阳极相连的供电单元，供电单元包括依次连接的断电控制电路、整流器组和控制接 口电路，断电控制电路一路与辅助阳极相连，一路与钢筋混凝土内的钢筋相连，整流器组包 括可相互切换的主、辅整流器；还包括嵌入式控制器，数据采集单元、控制接口电路、整流器 组及断电控制电路分别与该嵌入式控制器相连；还包括与嵌入式控制器相连的数据传输 单元。将预埋入钢筋混凝土结构内部的若干组复合参比电极组和测量钢筋阴极保护电流 的采样电阻经过信号调理模块连接至数据采集单元上，数据采集单元的输出与嵌入式控制 器相连，能够测量钢筋的自然电位、极化电位和通过钢筋的阴极保护电流。并通过数据传 输单元与外部终端用户进行数据通讯，所述数据传输单元通过通信接口与嵌入式控制器相 连，并通过有线或无线传输模块与远端PC机相连，能够为远程异地用户提供分权限的基于 windows平台的用户操作软件。还包括报警单元，该报警单元与嵌入式控制器相连，该报警单元为GSM模块，与嵌 入式控制器的相应接口连接，可以将整个系统的各种报错(过温/过流/过压/主电源损 坏等)或超限报警(输出电压/电流/保护电位)信息通过公共网络在第一时间传输给指 定的手机，并可以通过手机对实时数据进行查询。数据采集单元包括信号调理电路及数据 采集模块，参比电极通过该信号调理电路与数据采集模块相连，该数据采集模块与嵌入式 控制器相连，数据采集模块具有16个模拟量采集通道，具有扩展功能，能够采集整流器组 的输出电压/电流、复合参比电极组、阴极极化电流采样电阻的信号。各模块间可以通过电 路及信号网络连接实现。上述供电单元中的整流器组，采用220V/50HZ的交流电供电；数据采集单元、嵌入 式控制单元、数据传输单元和报警单元等其余部分均采用24V直流电供电，独立于供电单 元；整流器组首先将输入的220V交流电整流成直流电并输出，其通过断电控制电路与被预 先埋入钢筋混凝土结构内部的辅助阳极和被保护钢筋相连，为被保护钢筋提供稳定的阴极 极化电流；整流器组的外控接口与嵌入式控制器相应接口相连，提供的电压采样接口、电流 采样接口和报警信号接口分别与数据采集模块的相应接口相连，可以对输出电压/电流指 标进行长期实时监测和外部调节控制；整流器组采用了冗余备源设计，主整流器出现故障 时可自动切换到辅助整流器，并发出信号，可在不断电条件下，实现对供电单元的维修，能 长期对被保护结构提供稳定的阴极极化电流。本实用新型的钢筋混凝土阴极防护(C-ICCP)测控装置在对被保护构件提供长 期、稳定的阴极极化电流的同时，可以依据相关规范，实时检测指定位置的瞬时断电电位、 极化衰减、通过钢筋的阴极阴极电流、整流器组的输出电流、输出电压等技术指标；根据系 统设定的评估功能，依据专业技术规范判断被保护的钢筋混凝土结构处于何种保护状态， 并可以自动生成相应的检测报告和保护效果评估报告。该系统具备以下的主要功能(1) 供电功能，提供稳定的极化电流；输出电流/电压的外部调节控制；供电单元的出错报警功 能；供电单元的过流/过压/过温/防雷击保护功能；供电单元的基于冗余设计的不断电 维修技术；(2)检测功能，各种参比电极的长期数据检测功能；瞬时断电检测；极化衰减检 测；阴极保护电流检测；⑶短消息报警功能，阴极保护电压/电流/电位的超限报警；系统 异常情况报警；手机短消息报警和实时数据读取；(4)多分区管理功能，根据工程实际情况 (保护面积的大小和腐蚀环境的不同)进行保护区划分；多保护区的控制管理；多通道数据 检测功能；多分区保护电流提供；(5)系统的自我保护功能，根据系统的不同使用环境，对机柜进行有针对性地耐久性设计；主要部件整流器组采用冗余备源设计，做到不断电维修； 在机柜内部安装防锈发射器，可以对内部的电器设备进行防腐保护；系统具有多指标的实 时报警功能，必要时可进行自我关断，以实现自我保护。 该系统使业主或承包商等使用人员按照权限随时随地掌握外加电流阴极防护系 统的运行状况和被保护构件的保护效果，并通过超限报警功能，可以对系统故障进行及时 报告和处理。该套系统采用模块化设计理念，可靠性高，扩展能力强。此外，对于系统自身的 自我保护主要采取了以下几个方法①根据系统的不同使用环境，对机柜进行有针对性地 耐久性设计；②主要部件整流器组采用冗余备源设计，做到不断电维修；③在机柜内部安 装防锈发射器，可以对内部的电器设备进行防腐保护；④系统具有多指标的实时报警功能， 必要时可进行自我关断，以实现自我保护。通过这些手段大大提高了系统的环境适应性、运 行稳定性、自身的使用寿命和自我保护能力。本实用新型开发的C-ICCP测控系统具有实用 性、灵活性、可扩充性、智能化、长寿命等特点，很好的适应了现代工业的发展趋势，在未来 的海工钢筋混凝土外加电流阴极防护系统中具有很好的应用前景，并可以拓展应用到其它 传统的阴极保护领域。
权利要求1.一种钢筋混凝土阴极防护测控装置，设有至少一个钢筋混凝土阴极防护系统，每个 系统包括多组置于钢筋混凝土内的参比电极和阴极保护电流采样电阻，与所述参比电极和 采样电阻相连的数据采集单元，其特征在于，每个系统还包括设于钢筋混凝土内的辅助阳 极，并与该辅助阳极相连的供电单元，供电单元包括依次连接的断电控制电路、整流器组和 控制接口电路，所述断电控制电路一路与所述辅助阳极相连，一路与所述钢筋混凝土内的 钢筋相连，所述整流器组包括可互相切换的主、辅整流器；还包括嵌入式控制器，所述数据采集单元、所述控制接口电路、整流器组及断电控制电 路分别与该嵌入式控制器相连；还包括与所述嵌入式控制器相连的数据传输单元。
2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土阴极防护测控装置，其特征在于，还包括一报警 单元，该报警单元与所述嵌入式控制器相连。
3.根据权利要求2所述的钢筋混凝土阴极防护测控装置，其特征在于，所述报警单元 为一 GSM模块。
4.根据权利要求1或2所述的钢筋混凝土阴极防护测控装置，其特征在于，所述数据采 集单元包括信号调理电路及数据采集模块，所述参比电极和采样电阻通过该信号调理电路 与数据采集模块相连，该数据采集模块与所述嵌入式控制器相连。
5.根据权利要求4所述的钢筋混凝土阴极防护测控装置，其特征在于，所述数据采集 模块具有16个模拟量采集通道。
6.根据权利要求1所述的钢筋混凝土阴极保护测控装置，其特征在于，所述数据传输 单元包括与嵌入式控制器相连的通信接口，该通信接口与有线传输模块相连，或无线传输 模块相连。
专利摘要本实用新型的钢筋混凝土阴极防护测控装置，设有至少一个钢筋混凝土阴极防护系统，每个系统包括多组置于钢筋混凝土内的参比电极和阴极保护电流采样电阻，与参比电极和采样电阻相连的数据采集单元，还包括设于钢筋混凝土内的辅助阳极，并与该辅助阳极相连的供电单元，供电单元包括依次连接的断电控制电路、整流器组和控制接口电路，整流器组包括可互相切换的主、辅整流器；数据采集单元、控制接口电路、整流器组、断电控制电路及一数据传输单元分别与嵌入式控制器相连。本实用新型的钢筋混凝土阴极防护测控装置，通过模块化的设计，能远程实时监控，特别适合用于环境复杂的海工钢筋混凝土阴极防护系统中，具有良好的市场前景。
文档编号C23F13/06GK201785496SQ20102052112
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者丁捍东, 任敏, 吴丹刚, 周汝毅, 孙永明, 庄骅, 张羿, 时蓓玲, 舒方法, 葛仕彦, 陆旭峰, 马振江 申请人:上海申航基础工程有限公司, 中交上海三航科学研究院有限公司, 洋山同盛港口建设有限公司