专利名称：电阻式混凝土磨蚀传感器及其测量方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器，具体是一种用于测量混凝土磨蚀深度的传感器。本发明还涉及使用传感器进行测量的方法。
背景技术：
目前，我国仅仅只有一种用于测量混凝土磨蚀深度的传感器，参见图1。这种传感 器的本体中设置有5根芯线，分别利用5根芯线的断通信号来检测，因而受到电缆芯线数量 的限制。在工程实际应用中，当使用一根5芯电缆时，只能监测到传感器的5种不同工作状 态，存在着测量精度不够或测量范围不足的缺陷。
发明内容
针对上述传感器存在的缺陷，本发明旨在提供一种不受电缆芯线数量限制、且传 感器的测量精度和测量范围能得到极大提高的混凝土磨蚀传感器。为了达到上述目的，本发明提供的一种电阻式混凝土磨蚀传感器，包括用绝缘材 料制成的传感器本体A ；本体内设置至少二根导线和至少一组引线，一组引线间隔连接两 根导线，导线垂直于本体端面，引线平行于本体端面；每根引线上均串联一个固定电阻，在 两根导线间的所有固定电阻成并联连接。根据本发明的实施例，本体内有二根导线，导线E和导线F;—组引线，引线分别连 接导线E和导线F，引线距传感器本体端面的距离各不相同；每根引线上均串联一个固定电 阻，所有固定电阻成并联连接。依照引线顺序，固定电阻依次命名为R0、R1、R2、…、Ri-1、 Ri、...、I n-l、I n，引线间距依次为dl、d2、…、di-l、di、…、dn-l、dn。参见图 2。进一步的改进是，本体内三根导线，导线D、导线E和导线F; 二组引线，引线分别连 接导线E和导线F及导线E和导线D，引线距传感器本体端面的距离各不相同；每根引线上 均串联一个固定电阻，所有固定电阻成并联连接。依照引线顺序，固定电阻依次为R0、R1、 R2、...、Ri-l、Ri、...、Rn_l、I n。参见图 3。依此类推，可以进一步增加传感器本体内的导线数量和引线数量，并调整引线间距。根据本发明的实施例，引线是等距地排列的。更进一步的，二组引线的数量均为十一根，且平行于传感器本体端面；在同一个引 线组中，引线之间的间距为IOmm ；连接导线E与导线F的第一根引线在传感器本体端面位 置，连接导线E与导线D的第一根引线距离传感器本体端面5mm ；更进一步的，连接导线E与导线F的第一根引线及连接导线E与导线D的第一根 引线直接连通，相应地，两个固定电阻RO = 0Ω ；更进一步的，为了便于分析判断，引线依次断开时，传感器本体内并联电阻值需要 有足够大的变化量，固定电阻依次为R0 = 0 Ω、Rl = 100 Ω、R2 = 300 Ω、R3 = 510 Ω、R4 =510 Ω、R5 = Ik Ω、R6 = Ik Ω、R7 = Ik Ω、R8 = 1· 5k Ω、R9 = 1· 5k Ω、RlO = 1· 5k Ω。这种电阻值的梯度安排1、符合国家对标准电阻阻值的规定(E14系列和E-96系列)；2、引 线断开时，电阻变化量大于30 Ω，便于分析判断；3、这种电阻分配比较理想，能够满足监测
要求，但不一定最理想。本发明还提供上述传感器的测量方法，其步骤为将上述传感器垂直埋设在混凝土材料中，传感器本体端面与混凝土表面齐平，传 感器的导线与电缆芯线连接。初始状态时，传感器本体内导线间并联电阻值RbO按下式计算
1111 11 11-= — + — + — + ··.+-+ — + ··. +-+ —
RbO Rl Rl R3 Ri-I Ri Rn-I Rn当混凝土表面受到磨蚀破坏时，相应地，传感器本体也从端面开始受到磨蚀破坏， 随着破坏的深入发展，引线依次与导线断开，导线与导线之间的并联电阻值Rb将依次发生 改变。当引线0到引线i-Ι均断开时，传感器本体内的并联电阻值Rbi可按下式计算
111 11—= —+-+···+-+—
Rbi Ri Ri+l Rn-I Rn实际监测时，首先测量在初始状态下两根芯线之间的线间电阻值Re，再计算电缆 的芯线电阻Rx，芯线电阻值Rx按下式计算Rx = Rc-RbO在传感器本体受到磨蚀破坏后，测量两根芯线之间的线间电阻值Re，然后用下式 计算并联电阻值Rb:Rb = Rc-Rx用并联电阻值Rb与传感器本体内导线间的并联电阻值Rbi进行比较，就可以分级 判断混凝土磨蚀深度。本发明所提供的电阻式混凝土磨蚀传感器，工作原理简单、测量方法简便，完全克 服了对电缆芯线数量的依赖。一只传感器只需要2根芯线即可，一根4芯电缆能够同时连 接2只传感器，可以大大地节省电缆用量，降低监测成本。通过进一步改进，当传感器本体内使用三根导线或者更多时，传感器的测量精度 和测量范围能够得到极大提高。
图1是现有混凝土磨蚀传感器示意2、图3是本发明的示意4是实施方案1示意5是实施方案2示意6是实施方案3示意图其中A——传感器本体；D、E、F——导线；L——检验线；R0, RU Rn-U Rn-固定电阻；
dl、d2、...、dn_l、dn——引线间距。
具体实施方案实施方案1 如图4所示，电阻式混凝土磨蚀传感器，包括(1) 一绝缘材料制成的传感器本体A，且本体A的抗磨蚀性能接近但不高于混凝土 材料的抗磨蚀性能；(2)导线E和导线F，且垂直于传感器本体端面；(3)十一根平行于传感器本体端面的引线，各根引线之间的间距为10mm，传感器 本体端面位置的第一根引线直接连通；(4)依照引线顺序，引线中串联的固定电阻值依次为R0 = 0Q、R1 = 100 Ω ,R2 = 300 Ω、R3 = 510 Ω、R4 = 510 Ω、R5 = Ik Ω、R6 = Ik Ω、R7 = Ik Ω、R8 = 1. 5k Ω、R9 = 1. 5k Ω、RlO = 1· 5kQ。电阻式混凝土磨蚀传感器测量方法的具体步骤为(1)首先根据传感器本体内的固定电阻值，分别计算并联电阻值Rbi、电阻变化 量，并制表待查。电阻参数如表1所示；表1电阻式混凝土磨蚀传感器本体电阻参数表
权利要求
1.一种电阻式混凝土磨蚀传感器，包括用绝缘材料制成的传感器本体A ；其特征在于 本体内设置至少二根导线和至少一组引线，一组引线间隔连接两根导线，导线垂直于本体 端面，引线平行于本体端面；每根引线上均串联一个固定电阻，在两根导线间的所有固定电 阻成并联连接。
2.根据权利要求1所述的电阻式混凝土磨蚀传感器，其特征在于本体内有二根导线， 导线E和导线F ；—组引线，引线分别连接导线E和导线F，引线距传感器本体端面的距离 各不相同；每根引线上均串联一个固定电阻，所有固定电阻成并联连接。依照引线顺序，固 定电阻依次命名为1 0、1 1、1 2、...、Ri-l、Ri、...、I n-l、I n，引线间距依次为dl、d2、…、 di_l、di、…、dn-l、dn。
3.根据权利要求1所述的电阻式混凝土磨蚀传感器，其特征在于本体内有三根导线， 导线D、导线E和导线F ；二组引线，引线分别连接导线E和导线F及导线E和导线D，引线 距传感器本体端面的距离各不相同；每根引线上均串联一个固定电阻，所有固定电阻成并 联连接。依照引线顺序，固定电阻依次为如、1 1、1 2、…、Ri-l、Ri、-,Rn-URn0
4.根据权利要求1至3之一所述的电阻式混凝土磨蚀传感器，其特征在于引线是等距 地排列的。
5.根据权利要求2 3所述的电阻式混凝土磨蚀传感器，其特征在于每组引线的数量 均为十一根，且平行于传感器本体端面；在同一个引线组中，引线之间的间距为IOmm ；连接 导线E与导线F的第一根引线在传感器本体端面位置，连接导线E与导线D的第一根引线 距离传感器本体端面5mm ；
6.根据权利要求5所述的电阻式混凝土磨蚀传感器，其特征在于连接导线E与导线F 的第一根引线及连接导线E与导线D的第一根引线直接连通，相应地，两个固定电阻RO = 0Ω ；
7.根据权利要求6所述的电阻式混凝土磨蚀传感器，其特征在于引线依次断开时，传 感器本体内并联电阻值需要有足够大的变化量，固定电阻依次为R0 = 0Ω、R1 = 100Ω、 R2 = 300 Ω、R3 = 510 Ω、R4 = 510 Ω、R5 = Ik Ω、R6 = Ik Ω、R7 = Ik Ω、R8 = 1. 5k Ω、 R9 = 1. 5k Ω、RlO = 1· 5kQ。
8.一种用权利要求1 7之一所述传感器进行混凝土磨蚀深度测量的方法，其步骤为 将上述传感器本体垂直埋设在混凝土中，传感器本体端面与混凝土表面齐平，传感器的导 线与电缆芯线连接。当混凝土表面受到磨蚀破坏时，传感器本体也从端部开始受到磨蚀破 坏，随之，传感器本体内并联电阻值发生改变。利用传感器本体内并联电阻值的变化，分级 判断混凝土的磨蚀深度；
9.根据权利要求5所述的混凝土磨蚀深度测量方法，其特征在于，上述混凝土磨蚀深 度测量方法具体步骤为(1)首先根据传感器本体内的固定电阻值，分别计算并联电阻值Rbi、电阻变化量，并 制表待查；(2)传感器安装完成并将电缆引至观测站后，首先测量两根芯线之间的线间电阻Re。 由于混凝土表面未发生磨蚀，传感器处于初始状态，即第一根引线(传感器本体端面)处于 连通状态，线间电阻值Rc即为芯线电阻Rx ；(3)当第一根引线断开、同时第二根引线处于连通状态时，实测两根芯线之间的线间电阻值为Rcl，并联电阻值为Rbl = Rcl-Rx,电阻变化量为Rbl，通过与传感器本体部的并联 电阻值Rbi进行比较，可以判断出混凝土表面开始发生了磨蚀，混凝土磨蚀深度D为0<D < dl ；(4)当第二根引线断开、同时第三根引线处于连通状态时，实测两根芯线之间的线间电 阻值为Rc2，并联电阻值为Rb2 = Rc2-Rx，电阻变化量为(Rb2_Rbl)，通过与传感器本体内的 并联电阻值Rbi进行比较，可以判断出混凝土磨蚀深度D为dl < D < dl+d2 ；(5)依此类推，当第i根引线断开、同时第i+Ι根引线处于连通状态时，实测两根芯线之 间的线间电阻值为Rci，并联电阻值为Rbi = Rci-Rx，电阻变化量为(Rbi-Rlvi)，通过与传 感器本体内的并联电阻值进行比较，可以判断出混凝土磨蚀深度D为dl+…+C^1SD< (ΙΙ+...+dH+dio其中dl表示第二根引线到传感器端面的距离(即第二根引线到第一根引线的距离)， d2表示第三根引线到第二根引线的距离，di表示第i+Ι根引线到第i根引线的距离，D表 示传感器本体磨蚀总长度。
全文摘要
本发明涉及一种传感器，具体是一种用于测量混凝土磨蚀深度的传感器。传感器本体内有三根导线、二组引线；每组引线分别与二根导线连接，每根引线距传感器本体端面的距离各不相同；每根引线上均串联一个固定电阻，所有固定电阻成并联连接。在工程实际应用中，利用传感器本体内并联电阻值的变化，分级判断混凝土的磨蚀深度。本发明不受电缆芯线数量的限制，传感器本体内导线数量和引线数量可以根据需要增加，测量精度和测量范围能得到极大提高。本发明提供的测量方法简单易行，便于操作。
文档编号G01B7/26GK102141369SQ201010620348
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者戴晓兵 申请人:中国水电顾问集团中南勘测设计研究院