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

(二)

背景技術：

混凝土是土木工程結構中使用最為廣泛的結構材料，混凝土結構材料的損傷會嚴重破壞結構的整體性、影響結構的耐久性、甚至直接危害工程結構的安全性，因此，混凝土材料損傷檢測或監(jiān)測是工程質量檢查與結構健康監(jiān)測的重要內容。對混凝土構件進行實時有效檢測和實時監(jiān)測，科學地掌握混凝土構件結構性能的動態(tài)變化，對及時采取災害防治措施、提高結構的運營效率、實現(xiàn)混凝土結構全生命周期的可持續(xù)綠色發(fā)展、保障人民生命財產安全具有極其重大的意義。

在當今社會飛速發(fā)展的形勢下，各種混凝土的質量檢測有了不同程度的提高。專利號ZL201520402418.5《鋼筋同軸電纜結構一維混凝土健康監(jiān)測階躍測試》，給出了一種對鋼筋同軸電纜結構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，但沒有根據鋼筋混凝土的不同結構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信號之間的關系，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)

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種不需改變混凝土材料和設計方法，將混凝土構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件動態(tài)變化進行檢測。解決現(xiàn)有技術檢測還不全面，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件動態(tài)檢測的需求。

本實用新型的目的是這樣達到的：

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

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

等效電路測量設備由控制服務器、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、開關電路組成。控制服務器連接通信接口，通過通信接口與微處理器進行通信。

連接電纜的兩端分別將等效電路測量設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件兩端，被測一維同軸鋼筋混凝土兩端的內導體與連接電纜內導體連接，外導體與連接電纜外導體連接相連。

微處理器連接信號源、開關電路、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行控制，接收信號解析器的數(shù)據。

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，一路送到開關電路，一路送入程控衰減器C；開關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。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，

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。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。

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件的內、外導體縱筋數(shù)量均不小于6根。

一維同軸鋼筋混凝土構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件的兩端，被測一維同軸鋼筋混凝土兩端的內導體與連接電纜內導體連接，外導體與連接電纜外導體連接相連。

測量時，控制服務器通過通信接口與微處理器進行通信，對測量進行控制。

本實用新型的積極效果是：

1、一維同軸鋼筋混凝土構件在不需改變混凝土材料和設計方法的基礎上，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，在對混凝土構件檢測時，可以根據等效電路建立等效電路模型，根據等效電路模型方便、準確地推測監(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時監(jiān)控，實現(xiàn)對非正常健康狀況的預警預報。

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

(四)附圖說明

圖1是本實用新型的圓形一維同軸鋼筋混凝土結構示意圖。

圖2是本實用新型中正方形一維同軸鋼筋混凝土構件結構示意圖。

圖3是采用等效電路設備測量被測一維同軸鋼筋混凝土構件時的連接圖。

圖4是等效電路測量設備結構圖。

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件內導體、1，是橫截面為正方形一維鋼筋混凝土構件內導體，2-1～2-n是橫截面為圓形一維鋼筋混凝土構件外導體箍筋、3-1～3-m是為橫截面為圓形一維鋼筋混凝土構件外導體縱筋、3，-1～3，-m是為橫截面為正方形一維鋼筋混凝土構件外導體縱筋、4，-1～4，-n是橫截面為正方形一維鋼筋混凝土構件外導體箍筋、5等效電路測量設備、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開關電路、20控制服務器。

(五)具體實施方式

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

一維同軸鋼筋混凝土構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件。根據其橫截面將其命名為圓形一維鋼筋混凝土構件、橢圓形一維鋼筋混凝土構件、正方形一維鋼筋混凝土構件、長方形一維鋼筋混凝土構件。無論哪種一維鋼筋混凝土構件的外導體設計遵循混凝土結構設計規(guī)范要求，在可以保證外導體最少6根縱筋時，按照正常的混凝土結構設計標準設計。如果按正常的混凝土結構設計標準設計處理縱筋少于6根，則設計6根縱筋。內導體結構與外導體類似，但橫截面比外導體橫截面小。內導體縱筋采用的鋼筋直徑可以比外導體縱筋采用的鋼筋直徑小或者相同，內導體縱筋間距可以跟外導體相同，或比外導體間距小，但是內導體最少保證6根縱筋。

實施例1。參見附圖1、3。

圓形一維同軸鋼筋混凝土構件的外導體由圓形箍筋2-1～2-n、縱筋3-1～3-m組合而成。內導體1是與外導體結構相似的圓形箍筋縱筋組合而成，但圓形箍筋直徑比外導體圓形箍筋小，內導體位于鋼筋混凝土構件內部的軸心位置。

實施例2。參見附圖2、3。

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

無論對哪種一維鋼筋混凝土構件進行測量，其使用的等效電路測量設備5完全相同。

參見附圖3。測量前，將等效電路測量設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件的兩端，被測一維同軸鋼筋混凝土兩端的內導體與連接電纜內導體連接，外導體與連接電纜外導體連接相連。

測量時，控制服務器20通過通信接口9與微處理器10進行通信，對測量進行控制。

參見附圖4。等效電路測量設備5由控制服務器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、開關電路18組成?？刂品掌鬟B接通信接口9，通過通信接口9與微處理器10進行通信。

微處理器10連接信號源11、開關電路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的工作模式進行控制，接收信號解析器的數(shù)據。

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，一路送到開關電路18，一路送入程控衰減器C；開關電路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。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。

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。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。

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。

等效電路測量設備5中的微處理器10采用美國XILINX生產的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，均為上海華湘計算機通訊工程有限公司生產的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，生產廠家為上海華湘計算機通訊工程有限公司。開關電路18采用上海華湘計算機通訊工程有限公司:SHX801-01?？刂品掌魇褂闷胀ㄅ_式計算機或筆記本電腦。

信號源電路圖參見附圖5。

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

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。UA2：集成電路，型號：PE43704，由美國Peregrine Semiconductor Corp公司生產。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。

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備采用了兩組由上述電路組成的模塊，構成四路信號解析器。

UR1：美國Analog Devices公司生產的AD9361。

UR2，UR3：美國Mini-Circuits公司生產的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]的連接網絡都連接到ZC706的IO引腳。

使用等效電路測量設備對被測一維同軸鋼筋混凝土構件的測量，根據等效電路測量設備測量得到的被測一維同軸鋼筋混凝土構件的測量結果，可方便、準確地推測監(jiān)測一維同軸鋼筋混凝土的病變。