基于頻域反射的智能同軸一維鋼筋混凝土構件測量設備的制作方法

本實用新型屬于建筑材料檢測范疇，涉及混凝土質量監測，具體是基于頻域反射的智能同軸一維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測是工程質量檢查與結構健康監測的重要內容。對混凝土構件進行實時有效檢測和實時監測，科學地掌握混凝土構件結構性能的動態變化，對及時采取災害防治措施、提高結構的運營效率、實現混凝土結構全生命周期的可持續綠色發展、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ZL201210199249.0《以鋼筋為電極的混凝土裂縫檢測儀》，利用發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。本新型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，采用基于頻域反射的方法對混凝土構件動態變化進行檢測。解決現有技術檢測還不全面，測量精度和穩定性、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檢測的需求。

本實用新型的目的是這樣達到的：頻域反射測量設備與被測智能同軸一維鋼筋混凝土構件的內、外導體共同完成測量。智能同軸一維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，縱筋沿智能同軸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，并滿足一維混凝土構件設計規范的要求。

頻域反射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、測量連接端口和定向耦合器、反射信號放大濾波電路、混頻器、混頻器放大濾波電路、模數轉換電路組成。微處理器通過通信接口連接控制服務器上。

被測智能同軸一維鋼筋混凝土構件的一端內導體和外導體連接電阻，另一端的內、外導體與連接電纜相連，被測智能同軸一維鋼筋混凝土構件的外導體與連接電纜外導體連接，被測智能同軸一維鋼筋混凝土構件的內導體與連接電纜內導體連接。

微處理器連接信號源、反向信號隔離器和模數轉換電路，信號源的信號輸入功分器，功分器將信號源信號分成兩路，一路送到混頻器，一路送入反向信號隔離器；反向信號隔離器的輸出信號連接到定向耦合器，定向耦合器將輸入信號送給測量連接端口，并從測量連接端口接收反射信號，將接收到的測量連接端口的反射信號送給反射信號放大濾波電路，反射信號放大濾波電路的輸出信號連接到混頻器；測量連接端口與連接電纜連接，并將連接電纜返回的反射信號送給定向耦合器混頻器的輸出信號送入混頻器放大濾波電路，混頻器放大濾波電路輸出送入模數轉換電路，模數轉換電路的輸出送給微處理器。

被測智能同軸一維鋼筋混凝土構件的內、外導體縱筋數量均不小于根。

智能同軸一維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。

被測智能同軸一維鋼筋混凝土構件的一端內導體和外導體連接電阻，另一端的內、外導體與連接電纜相連，其電阻的阻值取50歐姆；連接電纜采用50歐姆同軸電纜。

所述被測智能同軸一維鋼筋混凝土構件的一端內導體和外導體連接電阻，另一端的內、外導體與連接電纜相連，其電阻的阻值取75歐姆；連接電纜采用75歐姆同軸電纜。

采用頻域反射測量設備對被測智能同軸一維鋼筋混凝土構件進行測量；在測量前，將被測智能同軸一維鋼筋混凝土構件一端的內導體和外導體連接電阻，另一端的內、外導體與連接電纜相連，連接電纜為同軸電纜；被測智能同軸一維鋼筋混凝土構件的外導體與連接電纜外導體連接，被測智能同軸一維鋼筋混凝土構件的內導體與連接電纜內導體連接；頻域反射測量設備的測量連接端口與連接電纜連接。

本新型的積極效果是：

1、智能同軸一維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、及時發現混凝土處于不正常狀態的位置，有針對性的對混凝土構件缺陷或損傷所處具體位置進行修復、完善。

3、對混凝土健康狀況實時監控，科學地掌握混凝土構件結構性能的動態變化，解決現有混凝土檢測的測量精度和穩定性、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檢測的需求，實現對非正常健康狀況的預警。

(四)附圖說明

圖1是本新型中圓形智能同軸一維鋼筋混凝土構件結構示意圖。

圖2是本新型中正方形智能同軸一維鋼筋混凝土構件結構示意圖。

圖3是采用頻域反射設備測量被測智能同軸一維鋼筋混凝土構件時的連接圖。

圖4是頻域反射測量設備結構圖。

圖5是信號源電路圖。

圖6是反向信號隔離器電路圖。

圖7是反射信號放大濾波電路

圖8是混頻器電路圖。

圖9是模數轉換電路圖。

1是橫截面為圓形智能同軸一維鋼筋混凝土構件內導體、1’為橫截面為正方形智能同軸一維鋼筋混凝土構件內導體，2-1～2-n是橫截面為圓形智能同軸一維鋼筋混凝土構件外導體箍筋、3-1～3-m是為橫截面為圓形智能同軸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智能同軸一維鋼筋混凝土構件外導體縱筋、4-1～4-n是橫截面為正方形智能同軸一維鋼筋混凝土構件外導體箍筋、5頻域反射測量設備、6連接電纜、7被測智能同軸一維鋼筋混凝土構件、8電阻、9通信接口、10微處理器、11信號源、12功分器、13反向信號隔離器、14測量連接端口、15定向耦合器、16反射信號放大濾波電路、17混頻器、18混頻器放大濾波電路、19模數轉換電路、20控制服務器。

(五)具體實施方式

本新型基于頻域反射，采用頻域反射測量設備5與被測智能同軸一維鋼筋混凝土構件7的內、外導體共同完成測量。

參見附圖4。

頻域反射測量設備5由連接控制服務器20、微處理器10、信號源11、功分器12、反向信號隔離器13、測量連接端口14、定向耦合器15、反射信號放大濾波電路16、混頻器17、混頻器放大濾波電路18和模數轉換電路19組成。

微處理器10通過通信接口9連接控制服務器20，控制服務器20通過通信接口9與微處理器10進行通信。微處理器上連接信號源11、反向信號隔離器13，微處理器對信號源11和反向信號隔離器13的工作模式和模數轉換電路19的工作模式進行控制。

信號源的信號輸入功分器，功分器將信號源信號分成兩路，一路送到混頻器，一路送入反向信號隔離器；反向信號隔離器的輸出信號連接到定向耦合器，定向耦合器將輸入信號送給測量連接端口，并從測量連接端口接收反射信號，將接收到的測量連接端口的反射信號送給反射信號放大濾波電路，反射信號放大濾波電路的輸出信號連接到混頻器；混頻器的輸出信號送入混頻器放大濾波電路，混頻器放大濾波電路輸出送入模數轉換電路，模數轉換電路的輸出送給微處理器。

微處理器采用美國XILINX公司生產的ZC706開發板。通信接口采用ZC706的串行接口。控制服務器為普通的臺式計算機或筆記本電腦

信號源的電路圖參見附圖5。

其中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。RFOUTA連接到功分器的輸入。

功分器采用深圳市百納(深圳)有限公司生產，型號為ZN2PD2-63-S+MINI 0.35-6.0。功分器輸入連接到信號源RFOUTA，輸出分別連接到混頻器的RF_INA和反向信號隔離器的輸入。

反向信號隔離器電路圖參見附圖6。

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

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。頻域反射測量設備5中的測量連接端口14采用BNC連接器。

定向耦合器采用了由上海華湘計算機通訊工程有限公司生產，型號為SHX310-003060。反射信號放大濾波電路參見附圖7。

其中，ULP1為ADL5523,美國ANALOG DEVICES公司生產。RX_IN:連接到定向耦合器的反射信號；RX_OUT連接到混頻器VOUTA。

混頻器放大濾波電路與反射信號放大濾波電路相同。其中，RX_IN:連接到混頻器S_OUT，RX_OUT連接到模數轉換電路輸入；。

混頻器的電路參見附圖8。

其中。UH1為ADL5350由美國ANALOG DEVICES公司生產。

S_OUT連接到混頻器放大濾波電路的輸入端。

模數轉換電路參見附圖9。

其中，U5為AD9643，由美國ANALOG DEVICES公司生產。

VINA+連接到混頻器放大濾波電路RX_OUT，

SCLK,SDO,CLK+,CLK-,D0+,D1+,……,D13+,D0-,D1-,……,D13-,都連接到ZC706的IO接口。

測量時，將被測智能同軸一維鋼筋混凝土構件一端的內導體和外導體連接電阻，另一端的內、外導體與連接電纜6相連，連接電纜為同軸電纜；被測智能同軸一維鋼筋混凝土的外導體與連接電纜外導體連接，被測智能同軸一維鋼筋混凝土的內導體與連接電纜內導體連接；頻域反射測量設備的測量連接端口14與連接電纜6連接。

本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。縱筋沿智能同軸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范的設計要求。

智能同軸一維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智能同軸一維鋼筋混凝土構件、橢圓形智能同軸一維鋼筋混凝土構件、正方形智能同軸一維鋼筋混凝土構件、長方形智能同軸一維鋼筋混凝土構件。無論哪種智能同軸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。

圓形智能同軸一維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。外導體位于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范的要求。

測量時，將被測智能同軸一維鋼筋混凝土構件一端的內導體和外導體連接電阻，另一端的內、外導體與連接電纜6相連，連接電纜為同軸電纜；被測智能同軸一維鋼筋混凝土的外導體與連接電纜外導體連接，被測智能同軸一維鋼筋混凝土的內導體與連接電纜內導體連接；頻域反射測量設備的測量連接端口14與連接電纜6連接。

本實施例中，被測圓形或橢圓形智能同軸一維鋼筋混凝土構件一端的內導體和外導體連接電阻，其電阻值取50歐姆；被測圓形或橢圓形智能同軸一維鋼筋混凝土構件另一端的內、外導體連接的連接電纜采用50歐姆同軸電纜。

實施例2。參見附圖2、3。

正方形同軸一維鋼筋混凝土構件。1’為橫截面為正方形智能同軸一維鋼筋混凝土構件內導體，外導體由3’-1～3’-m縱筋和4-1～4-n箍筋組合而成。內導體1’是與外導體結構相似的正方形箍筋、縱筋組合而成，但尺寸小于外導體，內導體位于鋼筋混凝土構件內部的軸心位置，外導體位于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范的要求。

測量時與實施例1連接方式一致。被測正方形智能同軸一維鋼筋混凝土構件一端的內導體和外導體連接電阻，其電阻值取75歐姆；被測正方形智能同軸一維鋼筋混凝土構件另一端的內、外導體連接的連接電纜采用75歐姆同軸電纜。

頻域反射測量設備5中的控制服務器通過與微處理器的通信，對被測智能同軸一維鋼筋混凝土的測量進行控制，控制服務器對微處理器下達控制命令，設置測量參數，同時微處理器將測量結果發送給控制服務器。