專利名稱：以鋼筋為電極的混凝土裂縫檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑材料檢測范疇，涉及混凝土質(zhì)量監(jiān)測。
背景技術(shù)：
混凝土是廣泛用于房屋建筑、橋梁工程、水利工程等的一種重要的工程材料，而混凝土裂縫的發(fā)生往往難以避免。裂縫的發(fā)生發(fā)展會嚴重破壞結(jié)構(gòu)的整體性，直接危害工程結(jié)構(gòu)的安全，故裂縫檢測是工程安全監(jiān)測的重要內(nèi)容。公路、橋梁、大壩以及其他工用民用建筑，都需進行定期的或?qū)崟r的裂縫檢測。然而，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的預(yù)測與預(yù)報，混凝土裂縫的診斷與監(jiān)測是當(dāng)今國際上急需攻克的主要難題之一。中國專利號200610020932.8《基于阻抗成像的混凝土損傷檢測方法與設(shè)備》提供了一種混凝土損傷檢測方法和設(shè)備，這種方法采用了阻抗成像技術(shù)得出混凝土的健康狀況，但在實際使用中由于需要嵌入檢測電極，嵌入的檢測電極與混凝土不能很好的兼容，而且，改變了施工過程和施工方法，因此，存在一定的應(yīng)用局限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，檢測效果好的混凝土裂縫檢測器。本發(fā)明的目的是這樣達到的檢測儀由發(fā)射電極、發(fā)射電纜、發(fā)射電路、發(fā)射通信控制接口、控制與計算模塊、接收通信控制接口、接收電路、接收電纜和接收電極組成；發(fā)射電極和接收電極采用的均是鋼筋電極，發(fā)射電極和接收電極埋在混凝土中，發(fā)射電極通過發(fā)射電纜與發(fā)射電路相連接，接收電極通過接收電纜與接收電路連接；發(fā)射電路的輸出信號通過發(fā)射通信控制接口連接到控制與計算模塊，控制與計算模塊和發(fā)射電路間雙向通信；接收電路的輸出信號通過接收通信控制接口連接到控制與計算模塊，控制與計算模塊和接收電路間雙向通信；發(fā)射電路的輸出信號通過發(fā)射電極在混凝土中傳播，接收電極接收發(fā)射電極發(fā)出的在混凝土中傳播的信號。發(fā)射電路由單片機控制，發(fā)射電路含單片機，波形產(chǎn)生器和功率放大電路，單片機連接有調(diào)試接口、單片機復(fù)位電路和通信接口，通信接口通過發(fā)射通信與控制接口連接到控制與計算模塊。接收電路由單片機控制，接收電路含單片機和放大與濾波電路，單片機連接有調(diào)試接口、單片機復(fù)位電路和通信接口，通信接口通過接收通信與控制接口連接到控制與計算模塊?？刂婆c計算模塊中含有微處理器芯片和存儲器，控制與計算模塊通過發(fā)射通信控制接口對發(fā)射電路進行控制，通過發(fā)射通信控制接口接收發(fā)射電路發(fā)射的信號；控制與計算模塊通過接收通信控制接口對接收電路進行控制，通過接收通信控制接口接收接收電路收到的信號。所述發(fā)射電路的單片機通過通信接口連接波形產(chǎn)生器、并通過通信接口對波形產(chǎn)生器進行控制，波形產(chǎn)生器輸出信號到功率放大電路，并同時輸出給AD轉(zhuǎn)換器，由AD轉(zhuǎn)換、器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，通過發(fā)射通信與控制接口將數(shù)字信號傳輸?shù)娇刂婆c計算模塊，功率放大電路將波形產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號進行功率放大，通過發(fā)射電纜連接到發(fā)射電極。 所述接收電路的單片機通過IO引腳連接到放大與濾波電路、并通過IO引腳對放大與濾波電路進行控制；放大與濾波電路輸出信號輸出給AD轉(zhuǎn)換器，由AD轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，將數(shù)字信號通過接收通信控制接口傳輸給控制與計算模塊。所述發(fā)射電路的波形產(chǎn)生器輸出的模擬信號通過發(fā)射通信與控制接口直接輸出到控制與計算模塊。所述接收電路的單片機通過IO引腳連接到放大與濾波電路、并通過IO引腳對放大與濾波電路進行控制后直接將模擬信號傳輸給控制與計算模塊。所述發(fā)射電極和接收電極的鋼筋電極是對偶形或環(huán)形電極。所述發(fā)射電路的通信接口為RS232接口或RS485接口或并行通信接口。接收電路的通信接口為RS232接口或RS485接口或并行通信接口。
所述控制與計算模塊中含有的微處理器芯片是信號處理器芯片或ARM處理器芯片。本發(fā)明的有益效果是應(yīng)用鋼筋作為電極，不會改變既有的結(jié)構(gòu)特點和受力特點，不需改變施工過程和施工方法，電極壽命與結(jié)構(gòu)壽命等長。與其他嵌入傳感器的檢測技術(shù)相比，應(yīng)用鋼筋作電極，具有設(shè)計簡單、施工方便、成本低、壽命長等特點，并可以實時地計算裂縫分布，對裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展進行記錄與分析，預(yù)測、監(jiān)測裂縫的形成與發(fā)展，使得混凝土的裂縫能得到及時的預(yù)報、察覺、診斷，對于確?；炷两Y(jié)構(gòu)物在裂縫產(chǎn)生的初期得到及時修復(fù)和控制、保證混凝土結(jié)構(gòu)物在使用壽命期內(nèi)能滿足預(yù)定的各項功能要求，甚至于延長混凝土結(jié)構(gòu)物的使用年限、避免建筑的災(zāi)難性破壞具有重大意義。


圖I是本檢測儀的結(jié)構(gòu)方框圖。圖2是本檢測儀的使用狀態(tài)示意圖。圖3是本檢測儀的發(fā)射電極為對偶型電極示意圖，其中，A1、A2為與發(fā)射電纜連接n。圖4是本檢測儀的發(fā)射電極為環(huán)型電極示意圖，其中，BI、B2為與發(fā)射電纜連接□。圖5是本檢測儀的發(fā)射電路通信接口電路。圖6是本檢測儀的發(fā)射電路單片機調(diào)試接口電路圖。圖7是本檢測儀的發(fā)射電路單片機復(fù)位電路。圖8是本檢測儀的發(fā)射電路單片機電路圖。圖9是本檢測儀的發(fā)射電路波形產(chǎn)生電路示意圖。圖10是本檢測儀的發(fā)射電路功率放大電路圖。圖11-1、圖11-2、圖11-3、圖11-4是控制與計算模塊中數(shù)字信號處理電路圖。圖12本檢測儀的控制與計算模塊的復(fù)位電路圖。圖13是控制與計算模塊的調(diào)試與仿真接口電路。圖14是控制與計算模塊的RS232通信接口電路。圖15控制與計算模塊的存儲器電路圖。
圖16是接收電路的放大與濾波電路圖。圖17是接收電路的通信接口電路圖。圖18是接收電路單片機調(diào)試接口電路圖。圖19是接收電路單片機復(fù)位電路圖。圖20是接收電路單片機電路圖。
具體實施例方式附圖給出了本發(fā)明的實施例。
實施例I。檢測儀由發(fā)射電極，發(fā)射電纜，發(fā)射電路，發(fā)射通信控制接口，控制與計算模塊，接收通信控制接口，接收電路，接收電纜，接收電極組成。發(fā)射電極通過發(fā)射電纜與發(fā)射電路相連接，發(fā)射電路的信號由發(fā)射電極發(fā)出，接收電極通過接收電纜與接收電路相連接，接收電路對接收電極收到的信號進行放大與濾波。發(fā)射電路通過發(fā)射通信控制接口連接到控制與計算模塊，控制與計算模塊和發(fā)射電路間雙向通信控制。接收電路通過接收通信控制接口連接到控制與計算模塊，控制與計算模塊和接收電路間雙向通信控制。控制與計算模塊控制發(fā)射電路產(chǎn)生檢測所需的發(fā)射信號并產(chǎn)生同步控制信號，發(fā)射電路發(fā)射指定的功率、指定信號格式的電波，并通過發(fā)射電纜傳送給發(fā)射電極，控制與計算模塊對發(fā)射電路的控制是通過發(fā)射通信控制接口實現(xiàn)的?？刂婆c計算模塊同時控制接收電路，向接收電路發(fā)出控制信號與同步信號，接收電極接收發(fā)射電極發(fā)出的電磁波信號；接收電纜將接收電極的接收信號傳輸給接收電路，接收電路將接收的信號放大、濾波并進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過接收通信控制接口傳輸給控制與計算模塊?？刂婆c計算模塊通過分析計算發(fā)射信號和接收信號，推導(dǎo)混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點，接收電路也可將模擬信號傳輸給控制與計算模塊，由控制與計算模塊完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。本例的發(fā)射電極和接收電極均采用對偶性電極，發(fā)射電極和接收電極在混凝土澆灌時就被埋在混凝土中。發(fā)射電纜連接在發(fā)射電極的Al、A2處，接收電纜連接在接收電極的A1、A2處。發(fā)射電纜和接收電纜同為普通的電線或同軸電纜，發(fā)射電纜將發(fā)射電路產(chǎn)生的信號輸送給發(fā)射電極，接收電纜將接收電極接收信號傳送給接收電路。各模塊的功能是發(fā)射電路在控制與計算模塊的控制下發(fā)射指定功率、指定信號格式的電波。發(fā)射通信控制接口將控制與計算模塊的通信信息和控制信號傳送給發(fā)射電路。控制與計算模塊根據(jù)混凝土的特點設(shè)計檢測所需的發(fā)射信號，并產(chǎn)生同步控制信號，通過發(fā)射通信控制接口控制發(fā)射電路產(chǎn)生所需的發(fā)射信號。通過接收通信控制接口，向接收電路發(fā)出控制信號與同步信號，并通過接收通信控制接口采集接收電路的數(shù)據(jù)?？刂婆c計算模塊通過分析發(fā)射信號和接收信號，分析計算混凝土是否有裂縫？是否存在其它的損傷？并計算裂縫與其他損傷的分布。接收通信控制接口將控制與計算模塊的通信信息和控制信號傳送給接收電路。將接收電路的數(shù)據(jù)傳送給控制與計算模塊。接收電路接收、放大、濾波接收電極收到的信號。接收電極接收發(fā)射電極發(fā)出的電磁波。參見附圖5、14、17。控制與計算模塊和發(fā)射電路間采用的通信接口是RS232接口。接收電路和控制與計算模塊間采用的通信接口也是RS232接口?？刂婆c計算模塊通過接收通信控制接口向接收電路發(fā)出控制信號與同步信號。參見附圖6 10。發(fā)射電路包括單片機電路、波形產(chǎn)生電路、功率放大電路、單片機復(fù)位電路和單片機調(diào)試接口電路。單片機連接的RS232通信接口通過發(fā)射通信與控制接口連接到控制與計算模塊。本例的單片機如圖8中U14，采用的是美國ATMEL公司生產(chǎn)的型號為ATMEGA64單片機。波形產(chǎn)生器采用由美國Analog Devices公司生產(chǎn)的DDS芯片AD9852如圖9中Ul所示。發(fā)射電路的功率放大器為運算放大器，由美國National Semiconductor公司生產(chǎn)的LM6181運算放大器，如圖10所示。圖6是單片機調(diào)試接口電路，圖中J6為調(diào)試接口插件。發(fā)射電路在控制與計算模塊的控制下產(chǎn)生檢測所需的信號，通過發(fā)射電纜將信號傳輸給發(fā)射電極，由發(fā)射電極在混凝土中發(fā)出發(fā)射電路的輸出信號。參見附圖11 15。
控制與計算模塊由數(shù)字信號處理電路、復(fù)位電路、調(diào)試與仿真接口電路、存儲器、RS232通信接口電路組成。圖11-1、圖11-2、圖11-3、圖11-4是控制與計算模塊中數(shù)字信號處理電路圖。UCl是數(shù)字信號處理芯片，型號為TMS320F2812，由美國TI公司出品。通信接口電路仍然采用RS232通信接口，如圖14所示，UC2為MAX3232CSE通信接口，用于RS232通信接口，由美國TI公司生產(chǎn)。在控制與計算模塊中設(shè)置有復(fù)位電路和調(diào)試與仿真接口電路，如圖12、13所示?？刂婆c計算模塊的存儲器是CY1021，電路如圖15所示?？刂婆c計算模塊通過發(fā)射通信控制接口對發(fā)射電路進行控制，通過發(fā)射通信控制接口接收發(fā)射電路發(fā)射的信號。通過接收通信控制接口對接收電路進行控制，通過接收通信控制接口接收接收電路收到的信號。參見附圖16 圖20。接收電路由單片機控制，接收電路含單片機和放大與濾波電路，單片機連接有調(diào)試接口、單片機復(fù)位電路和RS232通信接口，RS232通信接口通過接收通信與控制接口連接到控制與計算模塊。接收電路的單片機是通過IO引腳連接到放大與濾波電路、并通過IO引腳對放大與濾波電路進行控制。放大與濾波電路輸出信號輸出給AD轉(zhuǎn)換器，由AD轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，將數(shù)字信號通過接收通信控制接口傳輸給控制與計算模塊。接收電路使用的單片機是ATMEGA64，如圖20所示。圖16是接收電路的放大器電路，圖中，UD1、UD2:是運算放大器，型號為AD603,廠商是美國Analog Devices公司。UD3是多路開關(guān),型號為ADG5204，廠商是美國Analog Devices公司。圖18是接收電路單片機調(diào)試接口電路，圖中，JD6為調(diào)試接口插件。圖19是接收電路單片機復(fù)位電路圖，用于單片機的復(fù)位。圖17是接收電路的通信接口電路，圖中，UD2為RS232通信接口 MAX3232CSE芯片，JD9為通信接口接插件，實現(xiàn)接收電路與接收通信控制接口的信號傳輸。接收電路接收與放大接收電極收到的信號，在AD轉(zhuǎn)換器中進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后進行信號放大、濾波，將放大后的數(shù)字信號通過接收通信控制接口傳輸給控制與計算模塊。檢測時，控制與計算模塊根據(jù)混凝土的特點，設(shè)計檢測所需的發(fā)射信號，并產(chǎn)生同步控制信號，通過發(fā)射通信控制接口控制發(fā)射電路產(chǎn)生所需的發(fā)射信號。發(fā)射電路在控制與計算模塊的控制下產(chǎn)生所需的激勵信號，通過發(fā)射電纜將激勵信號傳輸給發(fā)射電極，由發(fā)射電極在混凝土中發(fā)出激勵信號。接收電極接收發(fā)送電極發(fā)出的，經(jīng)由混凝土傳輸?shù)男盘?，通過接收電纜將接收信號傳輸給接收電路，接收電路將收到的信號放大與濾波，然后進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過接收通信控制接口傳輸給控制與計算模塊。控制與計算模塊根據(jù)接收電路的接收信號和發(fā)射電路的發(fā)射信號對混凝土內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進行計算分析。實施例2。發(fā)射電極和接收電極均采用環(huán)形電極，電極在混凝土澆灌時就被埋在混凝土中。發(fā)射電纜連接在發(fā)射電極的BI、B2處，接收電纜連接在接收電極的BI、B2處。發(fā)射電路的波形產(chǎn)生器輸出的模擬信號通過發(fā)射通信與控制接口直接輸出到控制與計算模塊。接收電路的單片機通過IO引腳連接到放大與濾波電路、并通過IO引腳對放大與濾波電路進行控制后直接將模擬信號傳輸給控制與計算模塊。發(fā)射電路和接收電路的通信接口采用的是并行通信接口?？刂婆c計算模塊中含有的微處理器芯片采用了 ARM處理 器芯片。ARM處理器芯片采用美國Atmel Corporation公司的ARM9200型芯片。實施例3。發(fā)射電極采用對偶型鋼筋電極，接收電極采用環(huán)性鋼筋電極。電極在混凝土澆灌時就被埋在混凝土中。發(fā)射電纜連接在發(fā)射電極的Al、A2處，接收電纜連接在接收電極的B1、B2 處。
權(quán)利要求
1.一種以鋼筋為電極的混凝土裂縫檢測儀，其特征在于檢測儀由發(fā)射電極、發(fā)射電纜、發(fā)射電路、發(fā)射通信控制接□、控制與計算模塊、接收通信控制接口、接收電路、接收電纜和接收電極組成；發(fā)射電極和接收電極采用的均是鋼筋電極，發(fā)射電極和接收電極埋在混凝土中，發(fā)射電極通過發(fā)射電纜與發(fā)射電路相連接，接收電極通過接收電纜與接收電路連接；發(fā)射電路的輸出信號通過發(fā)射通信控制接口連接到控制與計算模塊，控制與計算模塊和發(fā)射電路間雙向通信；接收電路的輸出信號通過接收通信控制接口連接到控制與計算模塊，控制與計算模塊和接收電路間雙向通信；發(fā)射電路的輸出信號通過發(fā)射電極在混凝土中傳播，接收電極接收發(fā)射電極發(fā)出的在混凝土中傳播的信號； 發(fā)射電路由單片機控制，發(fā)射電路含單片機，波形產(chǎn)生器和功率放大電路，單片機連接有調(diào)試接口、單片機復(fù)位電路和通信接口，通信接口通過發(fā)射通信與控制接口連接到控制與計算模塊； 接收電路由單片機控制，接收電路含單片機和放大與濾波電路，單片機連接有調(diào)試接口、單片機復(fù)位電路和通信接口，通信接口通過接收通信與控制接口連接到控制與計算模塊； 控制與計算模塊中含有微處理器芯片和存儲器，控制與計算模塊通過發(fā)射通信控制接口對發(fā)射電路進行控制，通過發(fā)射通信控制接口接收發(fā)射電路發(fā)射的信號；控制與計算模塊通過接收通信控制接口對接收電路進行控制，通過接收通信控制接口接收接收電路收到的信號。
2.如權(quán)利要求I所述的混凝土裂縫檢測儀，其特征在于所述發(fā)射電路的單片機通過通信接口連接波形產(chǎn)生器、并通過通信接口對波形產(chǎn)生器進行控制，波形產(chǎn)生器輸出信號到功率放大電路，并同時輸出給AD轉(zhuǎn)換器，由AD轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，通過發(fā)射通信與控制接口將數(shù)字信號傳輸?shù)娇刂婆c計算模塊，功率放大電路將波形產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號進行功率放大，通過發(fā)射電纜連接到發(fā)射電極； 所述接收電路的單片機通過IO引腳連接到放大與濾波電路、并通過IO引腳對放大與濾波電路進行控制；放大與濾波電路輸出信號輸出給AD轉(zhuǎn)換器，由AD轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，將數(shù)字信號通過接收通信控制接口傳輸給控制與計算模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的混凝土裂縫檢測儀，其特征在于所述發(fā)射電路的波形產(chǎn)生器輸出的模擬信號通過發(fā)射通信與控制接口直接輸出到控制與計算模塊；所述接收電路的單片機通過IO引腳連接到放大與濾波電路、并通過IO引腳對放大與濾波電路進行控制后直接將模擬信號傳輸給控制與計算模塊。
4.如權(quán)利要求I所述的混凝土裂縫檢測儀，其特征在于所述發(fā)射電極和接收電極的鋼筋電極是對偶形或環(huán)形電極。
5.如權(quán)利要求I所述的混凝土裂縫檢測儀，其特征在于所述發(fā)射電路的通信接口為RS232接口或RS485接口，接收電路的通信接口為RS232接口或RS485接口。
6.如權(quán)利要求I所述的混凝土裂縫檢測儀，其特征在于所述發(fā)射電路的通信接口為并行通信接口，所述接收電路的通信接口為并行通信接口。
7.如權(quán)利要求I所述的混凝土裂縫檢測儀，其特征在于所述控制與計算模塊中含有的微處理器芯片是信號處理器芯片或ARM處理器芯片。
8.如權(quán)利要求I或2所述的混凝土裂縫檢測儀，其特征在于所述發(fā)射電路的單片機是ATMEGA64，波形產(chǎn)生器DDS芯片為AD9852 ;接收電路的單片機是ATMEGA64，放大器是運算放大器AD603。
9.如權(quán)利要求I或7所述的混凝土裂縫檢測儀，其特征在于所述控制與計算模塊中的微處理器芯片是信號處理器芯片TMS320F2812，存儲器是CY1021。
10.如權(quán)利要求I或7所述的混凝土裂縫檢測儀，其特征在于所述控制與計算模塊中的微處理器芯片是ARM處理器芯片ARM9200。
全文摘要
本發(fā)明公開了以鋼筋為電極的混凝土裂縫檢測儀。鋼筋發(fā)射電極和接收電極均埋在混凝土中。發(fā)射電極通過發(fā)射電纜與發(fā)射電路相連接，發(fā)射電路發(fā)出的信號經(jīng)過發(fā)射電極在混凝土中發(fā)出，接收電極通過接收電纜與接收電路相連接，接收電路對接收電極收到的信號進行放大和濾波。發(fā)射電路的輸出信號通過發(fā)射通信控制接口連接到控制與計算模塊，控制與計算模塊和發(fā)射電路間雙向通信控制。接收電路的輸出信號通過接收通信控制接口連接到控制與計算模塊，控制與計算模塊與接收電路間雙向通信控制。本發(fā)明采用鋼筋作為電極，不會改變混凝土的既有結(jié)構(gòu)特點和受力特點，不需改變施工過程和施工方法，電極壽命與混凝土結(jié)構(gòu)壽命等長。設(shè)計簡單、施工方便、成本低、壽命長。
文檔編號G01N27/02GK102692431SQ201210199249
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者李碧雄, 莫思特 申請人:四川大學(xué)