本實(shí)用新型屬于建筑材料檢測范疇，涉及混凝土質(zhì)量監(jiān)測，具體是基于等效電路的一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件測量設(shè)備。

(二)

背景技術(shù)：

混凝土是土木工程結(jié)構(gòu)中使用最為廣泛的結(jié)構(gòu)材料，混凝土結(jié)構(gòu)材料的損傷會嚴(yán)重破壞結(jié)構(gòu)的整體性、影響結(jié)構(gòu)的耐久性、甚至直接危害工程結(jié)構(gòu)的安全性，因此，混凝土材料損傷檢測或監(jiān)測是工程質(zhì)量檢查與結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的重要內(nèi)容。對混凝土構(gòu)件進(jìn)行實(shí)時有效檢測和實(shí)時監(jiān)測，科學(xué)地掌握混凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能的動態(tài)變化，對及時采取災(zāi)害防治措施、提高結(jié)構(gòu)的運(yùn)營效率、實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)全生命周期的可持續(xù)綠色發(fā)展、保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有極其重大的意義。

在當(dāng)今社會飛速發(fā)展的形勢下，各種混凝土的質(zhì)量檢測有了不同程度的提高。專利號ZL201520402418.5《鋼筋同軸電纜結(jié)構(gòu)一維混凝土健康監(jiān)測階躍測試》，給出了一種對鋼筋同軸電纜結(jié)構(gòu)一維混凝土的健康監(jiān)測方法，但是不論測試精度還是可靠性、穩(wěn)定性還有待提高。

專利號ZL201310029782.7《以鋼筋為電極的混凝土監(jiān)控檢測儀及其監(jiān)控檢測方法》利用鋼筋做電極，檢測兩個鋼筋電極之間的電參數(shù)，判斷混凝土裂縫。本發(fā)明提出了一種方法，但沒有根據(jù)鋼筋混凝土的不同結(jié)構(gòu)給出不同的測試方法。

專利號ZL201210199249.0《以鋼筋為電極的混凝土裂縫檢測儀》，利用發(fā)射電極激勵信號和接收電極的響應(yīng)信號之間的關(guān)系，判斷混凝土裂縫。本發(fā)明主要局限在檢測混凝土的裂縫，沒有檢測其他的異常行為，存在局限性。

(三)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種不需改變混凝土材料和設(shè)計(jì)方法，將混凝土構(gòu)件自身成為一種傳感材料，采用基于等效電路模型的方法對混凝土構(gòu)件動態(tài)變化進(jìn)行檢測。解決現(xiàn)有技術(shù)檢測還不全面，測量精度和穩(wěn)定性、可靠性還有待提高的問題，滿足日益增加的混凝土構(gòu)件動態(tài)檢測的需求。

本實(shí)用新型的目的是這樣達(dá)到的：

一種基于等效電路的一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件測量設(shè)備，其特征在于：等效電路測量設(shè)備與被測一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的內(nèi)、外導(dǎo)體共同完成測量。

一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)的鋼筋為同軸電纜結(jié)構(gòu)，有外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體，外導(dǎo)體與內(nèi)導(dǎo)體均由若干箍筋、縱筋組合而成，縱筋沿一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件軸向分布，箍筋沿橫截面方向分布，內(nèi)導(dǎo)體位于鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)部的中心位置、與外導(dǎo)體形狀一致但箍筋尺寸小于外導(dǎo)體，外導(dǎo)體位于混凝土構(gòu)件的外邊，并滿足一維混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

等效電路測量設(shè)備由控制服務(wù)器、微處理器、信號源、功分器、反向信號隔離器、測量連接端口、定向耦合器、程控衰減器、信號解析器、開關(guān)電路組成?？刂品?wù)器連接通信接口，通過通信接口與微處理器進(jìn)行通信。

連接電纜的兩端分別將等效電路測量設(shè)備的兩個測量連接端口連接到被測一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件兩端，被測一維同軸鋼筋混凝土兩端的內(nèi)導(dǎo)體與連接電纜內(nèi)導(dǎo)體連接，外導(dǎo)體與連接電纜外導(dǎo)體連接相連。

微處理器連接信號源、開關(guān)電路、反向信號隔離器、程控衰減器、信號解析器，并對信號源、反向信號隔離器、程控衰減器、信號解析器的工作模式進(jìn)行控制，接收信號解析器的數(shù)據(jù)。

信號源的信號輸入功分器1，功分器1將信號源信號分成兩路，一路送到開關(guān)電路，一路送入程控衰減器C；開關(guān)電路的控制線連接微處理器，輸入連接功分器1，輸出分別連接功分器2和功分器3的輸入，在微處理器的控制下，開關(guān)電路將功分器1傳來的信號連接到功分器2或功分器3；信號解析器1的兩個輸入分別連接定向耦合器A(15-1)和功分器4的輸出

功分器2的輸出分別連接到反向信號隔離器A和程控衰減器A的輸入。反向信號隔離器A的控制線連接到微處理器，并接受微處理器的控制；反向信號隔離器A的輸出連接到定向耦合器A；定向耦合器A將輸入信號送給測量連接端口A，并從測量連接端口A接收信號，將接收到的測量連接端口A的信號送給信號解析器1；測量連接端口A通過連接電纜與被測一維同軸鋼筋混凝土連接。信號解析器1的兩個輸入信號分別連接定向耦合器A和功分器4的輸出信號，控制線與數(shù)據(jù)輸出與微處理器連接，接受微處理器控制，向微處理器輸出數(shù)據(jù)。程控衰減器A的輸入連接功分器2的輸出，控制線連接微處理器，輸出連接到信號解析器2；信號解析器2的兩個輸入信號分別連接程控衰減器A和功分器4的輸出信號，控制線與數(shù)據(jù)輸出與微處理器連接，接受微處理器控制，向微處理器輸出數(shù)據(jù)，

功分器3的輸出分別連接到反向信號隔離器B和程控衰減器B的輸入；反向信號隔離器B的控制線連接到微處理器，并接收微處理器的控制；反向信號隔離器B的輸出連接到定向耦合器B。定向耦合器B將輸入信號送給測量連接端口B，并從測量連接端口B接收信號，將接收到的測量連接端口B的信號送給信號解析器4。測量連接端口B通過連接電纜與被測一維同軸鋼筋混凝土連接。信號解析器4的兩個輸入信號分別連接定向耦合器B和功分器4的輸出信號，控制線與數(shù)據(jù)輸出與微處理器連接，接受微處理器控制，向微處理器輸出數(shù)據(jù)。程控衰減器B的輸入連接功分器3的輸出，控制線連接微處理器，輸出連接到信號解析器3。信號解析器3的兩個輸入信號分別連接程控衰減器B和功分器4的輸出信號，控制線與數(shù)據(jù)輸出與微處理器連接，接受微處理器控制，向微處理器輸出數(shù)據(jù)。

程控衰減器C的控制線連接到微處理器，并接受微處理器控制，輸入連接到功分器1的輸出，輸出連接到功分器4的輸入；功分器4的輸入連接到程控衰減器C的輸出，輸出連接到信號解析器1、信號解析器2、信號解析器3、信號解析器4。

被測一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的內(nèi)、外導(dǎo)體縱筋數(shù)量均不小于6根。

一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件橫截面為圓形或橢圓形或正方形或長方形。

測量前，將等效電路測量設(shè)備的兩個測量連接端口分別連接到兩根連接電纜，通過兩根連接電纜分別連接到被測一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的兩端，被測一維同軸鋼筋混凝土兩端的內(nèi)導(dǎo)體與連接電纜內(nèi)導(dǎo)體連接，外導(dǎo)體與連接電纜外導(dǎo)體連接相連。

測量時，控制服務(wù)器通過通信接口與微處理器進(jìn)行通信，對測量進(jìn)行控制。

本實(shí)用新型的積極效果是：

1、一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件在不需改變混凝土材料和設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，使得混凝土材料自身成為一種傳感材料。

2、采用等效電路檢測，在對混凝土構(gòu)件檢測時，可以根據(jù)等效電路建立等效電路模型，根據(jù)等效電路模型方便、準(zhǔn)確地推測監(jiān)測一維同軸鋼筋混凝土的病變狀態(tài)。

3、隨時對混凝土健康狀況實(shí)時監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對非正常健康狀況的預(yù)警預(yù)報。

4、測量設(shè)備簡單可靠，采用等效電路模型測量、計(jì)算自動化程度高，操作簡單、可靠，易于推廣。

(四)附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的圓形一維同軸鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型中正方形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是采用等效電路設(shè)備測量被測一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件時的連接圖。

圖4是等效電路測量設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。

圖5是信號源電路圖。

圖6是反向信號隔離器電路圖。

圖7是程控衰減器電路圖。

圖8～9是信號解析器電路圖。

圖中，1是橫截面為圓形的一維鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)導(dǎo)體、1，是橫截面為正方形一維鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)導(dǎo)體，2-1～2-n是橫截面為圓形一維鋼筋混凝土構(gòu)件外導(dǎo)體箍筋、3-1～3-m是為橫截面為圓形一維鋼筋混凝土構(gòu)件外導(dǎo)體縱筋、3，-1～3，-m是為橫截面為正方形一維鋼筋混凝土構(gòu)件外導(dǎo)體縱筋、4，-1～4，-n是橫截面為正方形一維鋼筋混凝土構(gòu)件外導(dǎo)體箍筋、5等效電路測量設(shè)備、6-1連接電纜A、6-2連接電纜B、7被測一維同軸鋼筋混凝土、9通信接口、10微處理器、11信號源、12-1～12-4功分器、13-1反向信號隔離器A、13-2反向信號隔離器B、14-1測量連接端口A、14-2測量連接端口B、15-1定向耦合器A、15-2定向耦合器B、16-1程控衰減器A、16-2程控衰減器B、16-3程控衰減器C、17-1信號解析器1、17-信號解析器2、17-3信號解析器3、17-4信號解析器4、18開關(guān)電路、20控制服務(wù)器。

(五)具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型在不需改變混凝土材料和設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，使得混凝土材料自身成為一種傳感材料。這些混凝土內(nèi)的鋼筋設(shè)計(jì)成同軸電纜形式，即設(shè)計(jì)成外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體的形式。外導(dǎo)體與內(nèi)導(dǎo)體均由若干箍筋、縱筋組合而成?？v筋沿一維鋼筋混凝土構(gòu)件軸向分布，箍筋沿橫截面方向分布，內(nèi)導(dǎo)體位于鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)部的中心位置、與外導(dǎo)體形狀一致但箍筋尺寸小于外導(dǎo)體，外導(dǎo)體位于混凝土構(gòu)件的外邊，并滿足一維混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范的設(shè)計(jì)要求。

一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件可以是橫截面分別為圓形、橢圓形、正方形、長方形的一維鋼筋混凝土構(gòu)件。根據(jù)其橫截面將其命名為圓形一維鋼筋混凝土構(gòu)件、橢圓形一維鋼筋混凝土構(gòu)件、正方形一維鋼筋混凝土構(gòu)件、長方形一維鋼筋混凝土構(gòu)件。無論哪種一維鋼筋混凝土構(gòu)件的外導(dǎo)體設(shè)計(jì)遵循混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，在可以保證外導(dǎo)體最少6根縱筋時，按照正常的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。如果按正常的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)處理縱筋少于6根，則設(shè)計(jì)6根縱筋。內(nèi)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與外導(dǎo)體類似，但橫截面比外導(dǎo)體橫截面小。內(nèi)導(dǎo)體縱筋采用的鋼筋直徑可以比外導(dǎo)體縱筋采用的鋼筋直徑小或者相同，內(nèi)導(dǎo)體縱筋間距可以跟外導(dǎo)體相同，或比外導(dǎo)體間距小，但是內(nèi)導(dǎo)體最少保證6根縱筋。

實(shí)施例1。參見附圖1、3。

圓形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的外導(dǎo)體由圓形箍筋2-1～2-n、縱筋3-1～3-m組合而成。內(nèi)導(dǎo)體1是與外導(dǎo)體結(jié)構(gòu)相似的圓形箍筋縱筋組合而成，但圓形箍筋直徑比外導(dǎo)體圓形箍筋小，內(nèi)導(dǎo)體位于鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)部的軸心位置。

實(shí)施例2。參見附圖2、3。

正方形同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件的內(nèi)導(dǎo)體為1，，外導(dǎo)體由3，-1～3，-m縱筋和4，-1～4，-n外導(dǎo)體箍筋組合而成。內(nèi)導(dǎo)體位于正方形鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)部的軸心位置。

無論對哪種一維鋼筋混凝土構(gòu)件進(jìn)行測量，其使用的等效電路測量設(shè)備5完全相同。

參見附圖3。測量前，將等效電路測量設(shè)備的兩個測量連接端口14-1、14-2連接到兩根連接電纜6-1、6-2，通過連接電纜分別連接到被測一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的兩端，被測一維同軸鋼筋混凝土兩端的內(nèi)導(dǎo)體與連接電纜內(nèi)導(dǎo)體連接，外導(dǎo)體與連接電纜外導(dǎo)體連接相連。

測量時，控制服務(wù)器20通過通信接口9與微處理器10進(jìn)行通信，對測量進(jìn)行控制。

參見附圖4。等效電路測量設(shè)備5由控制服務(wù)器20、微處理器10、信號源11、功分器12-1～12-4、反向信號隔離器13-1～13-2、測量連接端口14-1～14-2、定向耦合器15-1～15-2、程控衰減器16-1～16-3、信號解析器17-1～17-4、開關(guān)電路18組成。控制服務(wù)器連接通信接口9，通過通信接口9與微處理器10進(jìn)行通信。

微處理器10連接信號源11、開關(guān)電路18、反向信號隔離器13-1～13-2、程控衰減器16-1～16-3、信號解析器17-1～17-4，并對信號源11、反向信號隔離器13-1～13-2、程控衰減器16-1～16-3、信號解析器17-1～17-4的工作模式進(jìn)行控制，接收信號解析器的數(shù)據(jù)。

信號源11的信號輸入功分器1，功分器1將信號源信號分成兩路，一路送到開關(guān)電路18，一路送入程控衰減器C；開關(guān)電路18的控制線連接微處理器，輸入連接功分器1，輸出分別連接功分器2和功分器3的輸入，在微處理器的控制下，開關(guān)電路將功分器1傳來的信號連接到功分器2或功分器3；

功分器2的輸出分別連接到反向信號隔離器A和程控衰減器A的輸入。反向信號隔離器A的控制線連接到微處理器，并接受微處理器的控制。反向信號隔離器A的輸出連接到定向耦合器A；定向耦合器A將輸入信號送給測量連接端口A，并從測量連接端口A接收信號，將接收到的測量連接端口A的信號送給信號解析器1。測量連接端口A通過連接電纜與被測一維同軸鋼筋混凝土連接。信號解析器1的兩個輸入信號分別連接定向耦合器A和功分器4的輸出信號，控制線與數(shù)據(jù)輸出與微處理器連接，接受微處理器控制，向微處理器 輸出數(shù)據(jù)。程控衰減器A的輸入連接功分器2的輸出，控制線連接微處理器，輸出連接到信號解析器2；信號解析器2的兩個輸入信號分別連接程控衰減器A和功分器4的輸出信號，控制線與數(shù)據(jù)輸出與微處理器連接，接受微處理器控制，向微處理器輸出數(shù)據(jù)。

功分器3的輸出分別連接到反向信號隔離器B和程控衰減器B的輸入；反向信號隔離器B的控制線連接到微處理器，并接受微處理器的控制。反向信號隔離器B的輸出連接到定向耦合器B；定向耦合器B將輸入信號送給測量連接端口B，并從測量連接端口B接收信號，將接收到的測量連接端口B的信號送給信號解析器4；測量連接端口B通過連接電纜與被測一維同軸鋼筋混凝土連接；信號解析器4的兩個輸入信號分別連接定向耦合器B和功分器4的輸出信號，控制線與數(shù)據(jù)輸出與微處理器連接，接受微處理器控制，向微處理器輸出數(shù)據(jù)。程控衰減器B的輸入連接功分器3的輸出，控制線連接微處理器，輸出連接到信號解析器3；信號解析器3的兩個輸入信號分別連接程控衰減器B和功分器4的輸出信號，控制線與數(shù)據(jù)輸出與微處理器連接，接受微處理器控制，向微處理器輸出數(shù)據(jù)。

程控衰減器C的控制線連接到微處理器，并接受微處理器控制，輸入連接到功分器1的輸出，輸出連接到功分器4的輸入；功分器4的輸入連接到程控衰減器C的輸出，輸出連接到信號解析器1、信號解析器2、信號解析器3、信號解析器4。

等效電路測量設(shè)備5中的微處理器10采用美國XILINX生產(chǎn)的ZC706開發(fā)板。通信接口9為ZC706的串行接口。功分器1，功分器2，功分器3，功分器4采用相同的型號，均為上海華湘計(jì)算機(jī)通訊工程有限公司生產(chǎn)的SHX-GF2-100。測量連接端口14-1、14-2采用相同型號，為BNC連接器。定向耦合器15-1、15-2采用相同型號：SHX310-003060，生產(chǎn)廠家為上海華湘計(jì)算機(jī)通訊工程有限公司。開關(guān)電路18采用上海華湘計(jì)算機(jī)通訊工程有限公司:SHX801-01?？刂品?wù)器使用普通臺式計(jì)算機(jī)或筆記本電腦。

信號源電路圖參見附圖5。

圖中，US1為ADF4350,美國ANALOG DEVICES公司生產(chǎn)。US2為26MHZ有源晶體振蕩器，US3為ADF4153，美國ANALOG DEVICES公司生產(chǎn)。

CLKA,DATAA,LEA,CLKB,DATAB,LEB,MUXS,MUXO,LD連接到ZC706的IO引腳。

參見附圖6反向信號隔離器電路圖。

反向信號隔離器13-1、13-2采用相同電路。其中，UA1，UA3：集成電路，型號：NBB-400，由美國RF Micro Devices,Inc.公司生產(chǎn)。UA2：集成電路，型號：PE43704，由美國Peregrine Semiconductor Corp公司生產(chǎn)。GLIN：連接功分器輸出，GLOUT：連接定向耦合器輸入。

A0,A1,A2,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,SI,CLK,LE,P/S連接到ZC706的IO引腳。

參見圖7程控衰減器電路圖。程控衰減器16-1、16-2采用相同電路。圖中，UD6：集成電路，型號：PE43704，由美國Peregrine Semiconductor Corp公司生產(chǎn)。

A0,A1,A2,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,SI,CLK,LE,P/S連接到ZC706的IO引腳。

參見圖8～9信號解析器電路圖。信號解析器1、信號解析器2、信號解析器3、信號解析器4采用相同電路。

圖中，AD9361用做兩路信號解析器，所以整個等效測量設(shè)備采用了兩組由上述電路組成的模塊，構(gòu)成四路信號解析器。

UR1：美國Analog Devices公司生產(chǎn)的AD9361。

UR2，UR3：美國Mini-Circuits公司生產(chǎn)的TCM1-63AX+

JP1，JP2，JP3：BNC接插件。JP1連接定向耦合器，JP2連接程控衰減器，JP3連接功分器3的輸出。

兩組電路的JP1分別連接：定向耦合器A和定向耦合器B；

兩組電路的JP2分別連接：程控衰減器A和程控衰減器B；

兩組電路的JP3分別連接：功分器4的兩路輸出。

兩組電路中的名為AUXADC,AUXDAC1,AUXDAC2,RX_F_N,RX_F_P,TX_F_N,TX_F_P,SPIDO,SPIDI,SPICLK,SPIEN,CLKOUT,RESETB,EN,ENAGC,F_CLK_N,F_CLK_P，D_CLK_N,D_CLK_P,TXNRX,P0_D[0:11],P1_D[0:11],GPIO[0:3],CTRLIN[0:3],CTRLOUT[0:7]的連接網(wǎng)絡(luò)都連接到ZC706的IO引腳。

使用等效電路測量設(shè)備對被測一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的測量，根據(jù)等效電路測量設(shè)備測量得到的被測一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的測量結(jié)果，可方便、準(zhǔn)確地推測監(jiān)測一維同軸鋼筋混凝土的病變。