專利名稱：混凝土鋼筋腐蝕無線檢測(cè)方法及傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土鋼筋腐蝕無線檢測(cè)方法及傳感器，屬于混凝土鋼筋腐蝕 檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，可對(duì)任何環(huán)境下鋼筋混凝土構(gòu)件中的鋼筋腐蝕情況進(jìn)行長期檢測(cè) 而不損傷混凝土，應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性檢測(cè)和評(píng)估。
背景技術(shù)：
鋼筋混凝土中的鋼筋腐蝕是影響結(jié)構(gòu)耐久性的主要影響因素之一。目前其研 究手段中比較成熟的非破損檢測(cè)方法主要集中在半電位法、混凝土電阻法等通過 測(cè)定鋼筋混凝土腐蝕體系的電化學(xué)特性來確定混凝土中鋼筋的腐蝕程度或速度的 化學(xué)檢測(cè)法等，由于其傳輸線路埋在結(jié)構(gòu)中，檢測(cè)工作量大，受外界因素影響大， 且在施工過程中容易損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種混凝土鋼筋腐蝕無線檢測(cè)方法及傳感器，釆用無 線傳輸?shù)姆绞?，在施工中只需將封裝好的傳感部分固定在鋼筋籠上就可以按照普 通的施工方法進(jìn)行施工，可以大大降低對(duì)施工過程及結(jié)構(gòu)本身的影響。一種混凝土鋼筋腐蝕無線檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟(a) 、封裝后的傳感器埋于混凝土中，其電路部分為諧振電路，該諧振電路 由感應(yīng)線圈及至少兩個(gè)電容組成，上述電容中至少有一個(gè)電容直接連于感應(yīng)線圈 兩端，至少有一個(gè)電容與鋼絲開關(guān)串聯(lián)后連于感應(yīng)線圈兩端，所述鋼絲開關(guān)即為 檢測(cè)用鋼絲，該鋼絲未被封裝而直接埋于混凝土中，鋼絲開關(guān)的閉合和打開由鋼 絲是否腐蝕斷開控制；(b) 、傳感器讀取部分，運(yùn)用LC振蕩回路工作，根據(jù)諧振電路的原理通過阻 抗的相頻特性曲線測(cè)量第(1)步中所述傳感器的諧振頻率，即在信號(hào)發(fā)生器的整 個(gè)頻率范圍內(nèi)進(jìn)行掃頻，得到阻抗的相頻特性曲線，如果掃頻的振蕩器頻率正好 命中了振蕩回路的諧振頻率，則振蕩回路就開始起振，并由此在振蕩器線圈的電源電流中產(chǎn)生一個(gè)明顯的變化，根據(jù)變化值確定傳感器電路的諧振頻率，通過測(cè) 量的諧振頻率的變化可判斷鋼絲是否腐蝕斷開。一種混凝土鋼筋腐蝕無線檢測(cè)傳感器，其特征在于組成如下(a) 、傳感器部分由封裝體、封裝體內(nèi)的諧振電路組成，諧振電路由感應(yīng) 線圈I及至少兩個(gè)電容組成，上述電容中至少有一個(gè)電容直接連于感應(yīng)線圈I兩 端，至少有一個(gè)電容與鋼絲開關(guān)串聯(lián)后連于感應(yīng)線圈I兩端，所述鋼絲開關(guān)即為 檢測(cè)用鋼絲，該鋼絲未被封裝而直接埋于混凝土中，鋼絲開關(guān)的閉合和打開由鋼 絲是否腐蝕斷開控制；(b) 傳感器讀取部分感應(yīng)線圈II、電阻及信號(hào)發(fā)生器串聯(lián)成一回路，示波 器連接在感應(yīng)線圈n兩端，與之并聯(lián)。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)行檢測(cè)方法中傳輸電線埋在結(jié)構(gòu)中的不足，提供一種采用無線傳 輸?shù)姆绞綑z測(cè)鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕的方法，大大減小了檢測(cè)的工作量，能比較 準(zhǔn)確、無損地檢測(cè)出具體工作環(huán)境下鋼筋腐蝕狀態(tài)。


圖1為本發(fā)明的傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖1 (a)為讀取部分，圖1 (b)為傳感 部分。圖2為本發(fā)明的可測(cè)多個(gè)腐蝕狀態(tài)的傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 (a)為讀取部 分，圖2 (b)為傳感部分。圖中標(biāo)號(hào)名稱1.電感線圈I, 2.電容I, 3.電容11, 4.鋼絲開關(guān)I， 5.封 裝體，6.混凝土， 7.電感線圈II， 8.電阻，9.信號(hào)發(fā)生器，10.示波器，11.電容 III, 12.電容IV, 13.鋼絲開關(guān)II, 14.鋼絲開關(guān)ffl圖1、圖2中讀取部分(a)完全相同。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 本發(fā)明采用的傳感器結(jié)構(gòu)如圖1,由圖1中讀取部分(")和傳感部分(6)組成。本發(fā)明的方法具體包括如下內(nèi)容(如圖1):(a) 、傳感器制作由圖1中讀取部分(a)和傳感部分(6)組成。 傳感器部分制作選取合適的電容，選取較粗的漆包線繞塑料芯若千圏制成電感線圏，并在線圈中間加入磁芯，選取檢測(cè)用的鋼絲，然后按如圖1所示電路 連接成回路，鋼絲作為回路的開關(guān)。傳感部分中鋼絲開關(guān)I也可采用一組由細(xì)至粗的并聯(lián)鋼絲來代替，從而可以 對(duì)應(yīng)指示鋼筋的多個(gè)腐蝕狀態(tài)。讀取部分制作選取較粗的漆包線繞塑料芯若干圈制成電感線圈和電阻8、示 波器IO、信號(hào)發(fā)生器9按如圖l所示電路連接成回路。(b) 、傳感部分封裝在傳感部分的電路焊接完成之后，釆用絕緣膠布將其 接頭裸露部分封住，以防放入塑料盒中時(shí)接觸短路。然后將其放入塑料盒中，將 引出線從塑料盒上預(yù)先打好的孔中穿出固定。將環(huán)氧樹脂、苯二甲胺、二氧化硅 按2:1:7的比例進(jìn)行混合，攪拌均勾，待產(chǎn)生的氣泡冒完后填入塑料盒中。環(huán)氧 樹脂用量稍微過量一些，將塑料盒蓋蓋上時(shí)將多余的環(huán)氧樹脂從引線孔中擠出。 待環(huán)氧樹脂硬化之后將703硅橡膠涂于引線孔和盒蓋處，進(jìn)一步加以保護(hù)。由于 除了鋼絲開關(guān)I之外，傳感部分的其余部分都進(jìn)行了封裝，而鋼絲開關(guān)I則暴露 在待監(jiān)測(cè)鋼筋附近的混凝土中，然后澆注在混凝土 (6)中。由于鋼絲所處的環(huán)境(包括氧濃度、氯離子濃度、溫度、濕度等)和結(jié)構(gòu)中鋼筋相同，因此鋼絲腐蝕 可以反應(yīng)鋼筋的腐蝕狀態(tài)。鋼絲受腐蝕造成開關(guān)電路開路，使得傳感器的諧振頻 率由初始頻率變成了終止頻率。(c) 、傳感器就位將若干傳感部分分別封裝好了埋置于混凝土結(jié)構(gòu)中的若 干待監(jiān)測(cè)鋼筋附近。(d) 、測(cè)試將讀取部分放在混凝土外，其距離比混凝土保護(hù)層厚度略大，依 靠磁芯的磁性可以很方便地將讀取器線圈準(zhǔn)確地定位到傳感器正上方。然后用讀 取部分在整個(gè)頻率范圍內(nèi)進(jìn)行掃頻，根據(jù)諧振電路的原理可以通過阻抗的相頻特 性曲線得到電路的諧振頻率，即在整個(gè)頻率范圍內(nèi)進(jìn)行掃頻，得到阻抗的相頻特性曲線，如果掃頻的振蕩器頻率正好命中了振蕩回路的諧振頻率，則振蕩回路就 開始起振，并由此在振蕩器線圈的電源電流中產(chǎn)生一個(gè)明顯的變化，根據(jù)變化值 確定傳感器電路的諧振頻率。定期測(cè)試得到的諧振頻率，若有明顯的差值，則顯示鋼絲腐蝕狀態(tài)，結(jié)合實(shí)驗(yàn) 得到的不同直徑鋼絲的腐蝕斷裂情況與鋼筋的腐蝕狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，推斷相同環(huán) 境下鋼筋的腐蝕狀態(tài)。其中主要公式為其中丄一一傳感部分電路的總電感，C一一傳感部分電路的總電容。 當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)(鋼絲未腐蝕)，C = C1+C2當(dāng)開關(guān)打開時(shí)(鋼絲腐蝕斷開)，C = C,其中C,一一圖1中(2)的電容，C2—一圖1中(3)的電容。若釆用檢測(cè)多個(gè)腐蝕狀態(tài)的傳感器，則上述公式中q為圖2中多個(gè)電容(電容II,電容III,電容IV)并聯(lián)的總電容。由上述公式知，當(dāng)鋼絲開關(guān)I閉合時(shí)傳感部分電路的總電容較大，所測(cè)得的 頻率較小，為初始頻率；當(dāng)鋼絲開關(guān)I打開時(shí)傳感部分電路的總電容變小，所測(cè) 得的頻率變大，為終止頻率。因此通過鋼絲腐蝕前后(即鋼絲開關(guān)I閉合和打開 時(shí))所測(cè)得的頻率變化來推斷鋼絲是否腐蝕斷開；由于開關(guān)的閉合和打開會(huì)引起電路電容的變化，從而對(duì)應(yīng)的諧振頻率不同。 對(duì)掃頻系統(tǒng)來說，在振蕩回路諧振頻率的變化取決于掃頻速率，并可調(diào)整到最佳 識(shí)別率。振蕩回路的諧振頻率容許偏差受制造容許偏差的限制，但是對(duì)識(shí)別的可 靠性來說是沒有問題的。影響傳感器響應(yīng)測(cè)量效果的主要因素是傳感器內(nèi)部的線圈和讀取器線圈之間的耦合效率和線圈的品質(zhì)因數(shù)。即用于制造傳感器的元件影響響應(yīng)的質(zhì)量。由于 諧振頻率變化越明顯表明傳感器的靈敏度越好，而諧振頻率差對(duì)應(yīng)的電壓差最為 直觀的表現(xiàn)了諧振頻率變化的明顯程度。隨著讀取距離的增加，傳感器的靈敏度 下降，故選擇讀取距離比混凝土保護(hù)層厚度略大。本發(fā)明通過在混凝土中鋼筋處埋入無線腐蝕傳感器，并通過定期對(duì)傳感器進(jìn) 行數(shù)據(jù)釆集，可比較準(zhǔn)確地確定鋼筋腐蝕程度，包含兩重含義 一為測(cè)定的鋼筋 腐蝕環(huán)境確實(shí)是具體檢測(cè)環(huán)境下的鋼筋腐蝕程度；二為對(duì)鋼絲銹蝕斷開的判斷方 法是準(zhǔn)確的、可行的。本發(fā)明檢測(cè)傳感器結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，價(jià)格便宜，測(cè)試環(huán)境與實(shí)際構(gòu)件環(huán) 境相同，鋼絲腐蝕斷開的測(cè)量方法簡單、直觀、準(zhǔn)確，可以通過在結(jié)構(gòu)的不同部 位
權(quán)利要求
1. 混凝土鋼筋腐蝕無線檢測(cè)方法及傳感器，其特征在于包括以下步驟(a)、封裝后的傳感器埋于混凝土中，其電路部分為諧振電路，該諧振電路由感應(yīng)線圈及至少兩個(gè)電容組成，上述電容中至少有一個(gè)電容直接連于感應(yīng)線圈兩端，至少有一個(gè)電容與鋼絲開關(guān)串聯(lián)后連于感應(yīng)線圈兩端，所述鋼絲開關(guān)即為檢測(cè)用鋼絲，該鋼絲未被封裝而直接埋于混凝土中，鋼絲開關(guān)的閉合和打開由鋼絲是否腐蝕斷開控制；(b)、傳感器讀取部分，運(yùn)用LC振蕩回路工作，根據(jù)諧振電路的原理通過阻抗的相頻特性曲線測(cè)量第(1)步中所述傳感器的諧振頻率，即在信號(hào)發(fā)生器的整個(gè)頻率范圍內(nèi)進(jìn)行掃頻，得到阻抗的相頻特性曲線，如果掃頻的振蕩器頻率正好命中了振蕩回路的諧振頻率，則振蕩回路就開始起振，并由此在振蕩器線圈的電源電流中產(chǎn)生一個(gè)明顯的變化，根據(jù)變化值確定傳感器電路的諧振頻率，通過測(cè)量的諧振頻率的變化可判斷鋼絲是否腐蝕斷開。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的混凝土鋼筋腐蝕無線檢測(cè)方法，其特征在于還包括 以下步驟(c) 、不同粗細(xì)的鋼絲對(duì)應(yīng)著鋼筋不同程度的腐蝕，利用系列鋼絲分別與相 應(yīng)電容串聯(lián)再并聯(lián)，以指示鋼筋的多個(gè)腐蝕狀態(tài)，從而推斷鋼筋腐蝕程度與速率。
3、 混凝土鋼筋腐蝕無線檢測(cè)傳感器，其特征在于組成如下(a) 、傳感器部分由封裝體(5)、封裝體(5)內(nèi)的諧振電路組成，諧振 電路由感應(yīng)線圈I (1)及至少兩個(gè)電容組成，上述電容中至少有一個(gè)電容直接連 于感應(yīng)線圈I (l)兩端，至少有一個(gè)電容與鋼絲開關(guān)串聯(lián)后連于感應(yīng)線圏I (1) 兩端，所述鋼絲開關(guān)即為檢測(cè)用鋼絲，該鋼絲未被封裝而直接埋于混凝土中，鋼 絲開關(guān)的閉合和打開由鋼絲是否腐蝕斷開控制；(b) 傳感器讀取部分感應(yīng)線圈II (7)、電阻(8)及信號(hào)發(fā)生器(9)串 聯(lián)成一回路，示波器(10)連接在感應(yīng)線圈II (7)兩端，與之并聯(lián)。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的混凝土鋼筋腐蝕無線檢測(cè)傳感器，其特征在于所 述鋼絲開關(guān)為多根由細(xì)至粗的鋼絲，它們分別與相應(yīng)電容串聯(lián)后并聯(lián)。
全文摘要
一種混凝土鋼筋腐蝕無線檢測(cè)方法及傳感器，屬于混凝土鋼筋腐蝕檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。包含傳感部分及讀取部分。傳感部分主要為諧振電路，該諧振電路中至少有一個(gè)電容與鋼絲開關(guān)串聯(lián)后連于感應(yīng)線圈兩端，鋼絲開關(guān)的閉合和打開由鋼絲是否腐蝕斷開控制；讀取部分運(yùn)用LC振蕩回路工作，根據(jù)諧振電路的原理通過阻抗的相頻特性曲線測(cè)量傳感部分的諧振頻率，以判斷鋼絲是否被腐蝕斷裂。本發(fā)明可以在不損傷混凝土的前提下，通過在混凝土內(nèi)部電場(chǎng)附近埋入傳感部分，較為準(zhǔn)確確定鋼筋腐蝕的程度及速率，實(shí)現(xiàn)了腐蝕信號(hào)在混凝土內(nèi)外的無線傳輸，可應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性檢測(cè)和評(píng)估。
文檔編號(hào)G08C17/02GK101246116SQ20081002464
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日
發(fā)明者瑾 吳, 吳文操, 俊 李, 高俊啟 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)