混凝土結構耐久性多元復合無線監測系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種混凝土結構耐久性多元復合無線監測系統，其包括用于檢測混凝土結構內部多種耐久性參數的多元傳感器；所述多元傳感器輸出端相連接的用于采集混凝土結構上的所述耐久性參數的數據采集部件；與所述數據采集部件輸出端相連接的用于遠距離傳輸所采集到的所述耐久性參數的通信部件；與所述通信部件相連接的用于接收、顯示和存儲采集到的數據的電腦終端。該系統可以實時無線監測混凝土內部溫度、濕度、pH值以及鋼筋的銹蝕狀態等諸多耐久性參數，對混凝土結構過早劣化提出預警，能夠實時準確了解混凝土內部狀態，對結構構件進行評估診斷，確保混凝土結構的安全運營。
【專利說明】混凝土結構耐久性多元復合無線監測系統
【技術領域】
[0001]本發明屬于混凝土結構耐久性監測【技術領域】，涉及一種對鋼筋混凝土結構耐久性進行無線監測的測試系統。
【背景技術】
[0002]鋼筋混凝土結構的耐久性是指在設計要求的目標使用期內，在各種力學和非力學因素的長期作用下，不需要進行大量的加固處理而能保證其安全性和適用性的能力。而在氯鹽或碳化環境中，鋼筋的銹蝕已被公認為是引起混凝土結構過早劣化的主要因素。當鋼筋表面氯離子濃度達到臨界值或碳化深度達到鋼筋表面并繼續受到酸性氣體的侵蝕時，鋼筋表面的鈍化膜將遭到破壞，鋼筋開始銹蝕。鋼筋銹蝕后體積膨脹2至4倍，從而削弱了鋼筋的受力面積，使混凝土保護層順筋開裂，降低了鋼筋與混凝土的粘結力，進而導致鋼筋混凝土結構承載力下降和延性降低，從而影響整個結構的安全性和耐久性，嚴重的銹蝕甚至會導致結構的破壞。鋼筋銹蝕是一個復雜的電化學過程，可以檢測鋼筋的電化學狀態，了解其腐蝕狀況；碳化使混凝土保護層pH值降低，從而破壞了混凝土的堿性條件，腐蝕隨即發生；溫度越高鋼筋銹蝕速率越大；混凝土濕度越大混凝土電阻就越小，鋼筋發生銹蝕的概率就越大。因此鋼筋混凝土的腐蝕過程是錯綜復雜的，而這些都是評估混凝土腐蝕和預測混凝土結構使用壽命必不可少的信息，所以單一的耐久性參數并不能真實反應混凝土內部真實的腐蝕狀態，需綜合考慮、相互對比才能得出正確的結論。目前，工程上大多采用現場有線監測，現場檢測目標多、位置分散，且對于地鐵、海底隧道等地下結構的檢測難度大。因此各種有線、集中式監測系統不能滿足使用要求。為此，實時長期監測包括混凝土溫度、濕度、PH值以及鋼筋的銹蝕狀態等諸多耐久性參數，對混凝土結構過早劣化提出預警，進而為工程技術人員評估與預測混凝土結構服役狀態、確定維護周期、優化防治技術、完善全壽命周期的經濟分析以及高耐久混凝土結構設計方法提供可靠依據，確保工程安全。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種混凝土結構耐久性多元復合無線監測系統，可以實時無線監測混凝土內部溫度、濕度、PH值以及鋼筋的銹蝕狀態等諸多耐久性參數，對混凝土結構過早劣化提出預警，能夠實時準確了解混凝土內部狀態，對結構構件進行評估診斷，確保混凝土結構的安全運營。
[0004]為解決上述技術問題，本發明提供了一種混凝土結構耐久性多元復合無線監測系統，其包括用于檢測混凝土結構內部多種耐久性參數的多元傳感器；所述多元傳感器輸出端相連接的用于采集混凝土結構上的所述耐久性參數的數據采集部件；與所述數據采集部件輸出端相連接的用于遠距離傳輸所采集到的所述耐久性參數的通信部件；與所述通信部件相連接的用于接收、顯示和存儲采集到的數據的電腦終端。
[0005]其中，所述多元傳感器包括溫度傳感器、pH傳感器、濕度傳感器、宏電流傳感器。
[0006]其中，所述多元復合無線監測系統還包括用于定位和保護濕度傳感器及pH傳感器的PVC管和固定基座。
[0007]其中，所述濕度傳感器完全放置在PVC管內部，管兩端用透水透氣的布、O型橡膠密封圈和環氧樹脂密封；所述pH傳感器放置在PVC管內部，管兩端用O型橡膠密封圈和環氧樹脂密封。
[0008]其中，所述固定基座是由一個不銹鋼鋼圈和多個不銹鋼支架組成的結構，支架均勻設置在鋼圈上側，其作用是把PVC管和傳感器固定在不同的高度處。
[0009]其中，所述宏電池傳感器是基于宏電流技術設計而成的，其由四層宏電池組、導線、兩個支架、螺絲和固定桿組成的梯形框架結構，用于獲取鋼筋的腐蝕電位、腐蝕電流密度及相鄰宏電池組間的混凝土電阻。
[0010]其中，所述宏電池組包括由四組單陽極、單陰極和熱收縮管組成的結構；所述單陽極為外徑14mm，壁厚2mm的鋼管，并與所述導線的一端連接；所述單陰極為外徑14mm，壁厚2mm的鈦鉬合金管，并與所述導線的一端連接；所述單陽極、單陰極和熱收縮管交替連接。
[0011]其中，所述支架的不銹鋼U型槽內部設置環氧樹脂，其作用是固定每層宏電池組、熱收縮管、導線和溫度傳感器。
[0012]其中，所述固定桿包裹在一 PC管內，其作用是切斷固定桿與周圍混凝土中鋼筋之間的導電性。
[0013]其中，所述多元傳感器與所述數據采集部件間的連接方式采用航空插頭連接。
[0014]本發明還提供一種混凝土結構耐久性多元復合無線監測系統，它包括由宏電流傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、PH傳感器和固定基座組成的多元傳感器，數據采集單元，無線通信模塊和電腦終端。其特征在于:所述宏電流傳感器是由宏電池組、導線、U型不銹鋼槽支架、螺絲和固定桿組成的梯形框架結構，其中單陽極、單陰極和熱收縮管交替連接組成了宏電池組，宏電池組與支架之間設置熱收縮管，支架的側槽內填充環氧樹脂，螺絲設置在支架的頂端，并穿過固定桿；溫度傳感器設置在一個支架的側槽內，引出導線；濕度傳感器設置在PVC管內，引出導線；pH傳感器設置在PVC管內，引出導線；多元傳感器與數據采集單元通過航空插頭連接；固定基座由一個不銹鋼鋼圈和多個不銹鋼支架組成，用于定位濕度傳感器和PH傳感器。
[0015]本發明的有益效果:
[0016]本多元復合無線監測系統能夠實時長效無線監測混凝土內部的溫度、pH值、濕度、混凝土電阻以及表征鋼筋銹蝕狀態的腐蝕電位、腐蝕電流密度等諸多耐久性參數，無需破損即可實現大范圍、多目標、多參數、遠距離、長時間的實時無線監測，對混凝土結構過早劣化提出預警。無需現場檢測，即可能夠準確、隨時快速的了解混凝土內部狀態，進而評估與預測混凝土結構的服役狀態、利于確定優化其維護周期和技術，確保混凝土結構安全。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明系統模塊結構示意圖；
[0018]圖2為宏電流傳感器結構示意圖；
[0019]圖3為宏電流傳感器左視圖；
[0020]圖4為濕度傳感器封裝示意圖；
[0021 ] 圖5為PH傳感器封裝示意圖；
[0022]圖6為傳感器固定基座結構不意圖；
[0023]圖7為傳感器固定基座側視圖。
【具體實施方式】
[0024]本發明提供了一種混凝土結構耐久性多元復合無線監測系統，其包括用于檢測混凝土結構內部多種耐久性參數的多元傳感器；所述多元傳感器輸出端相連接的用于采集混凝土結構上的所述耐久性參數的數據采集部件；與所述數據采集部件輸出端相連接的用于遠距離傳輸所采集到的所述耐久性參數的通信部件；與所述通信部件相連接的用于接收、顯示和存儲采集到的數據的電腦終端。
[0025]所述耐久性參數包括混凝土結構內部的溫度，不同深度處的pH值、濕度、混凝土電阻以及表征鋼筋銹蝕狀態的腐蝕電位、腐蝕電流密度。
[0026]所述多元傳感器包括溫度傳感器、pH傳感器、濕度傳感器、宏電流傳感器，每個傳感器都會弓I出一根電纜線與數據采集部件連接。
[0027]進一步，所述多元傳感器僅由上述部件構成。
[0028]所述濕度傳感器、pH傳感器的個數優選為四個以上。
[0029]所述的濕度傳感器、pH傳感器、宏電池組是齊平安裝的。
[0030]所述溫度傳感器是PT1000型溫度傳感器，用于獲取混凝土內部溫度。
[0031 ] 所述pH傳感器為一種全固態pH傳感器，分層設置在混凝土內部，用于獲取混凝土內部不同層次的pH值。
[0032]所述濕度傳感器分層設置在混凝土保護層中，用于獲取混凝土內部濕度梯度分布。
[0033]所述多元復合無線監測系統還包括用于定位和保護濕度傳感器及pH傳感器的PVC管和固定基座。
[0034]所述濕度傳感器完全放置在PVC管內部，管兩端用透水透氣的布、O型橡膠密封圈和環氧樹脂密封；所述PH傳感器放置在PVC管內部，管兩端用O型橡膠密封圈和環氧樹脂密封。
[0035]所述固定基座是由一個不銹鋼鋼圈和多個不銹鋼支架組成的結構，支架均勻設置在鋼圈上側，其作用是把PVC管和傳感器固定在不同的高度處。
[0036]所述數據采集部件為位于混凝土外部的數據采集裝置，與埋置在混凝土內部的多元傳感器連接，用于采集混凝土內部的各耐久性參數。
[0037]所述多元傳感器與所述數據采集部件間的連接方式采用航空插頭連接。
[0038]所述通信部件為無線通信部件。
[0039]所述無線通信部件包括無線透明數據傳輸系統，所述無線透明傳輸系統內部設置SIM卡，采用GPRS通信方式進行通信，用于實時遠程傳輸所采集到的數據。
[0040]所述電腦終端為設置在監控室內的電腦裝置，用于接收、顯示并儲存采集到的數據。
[0041]所述宏電池傳感器是基于宏電流技術設計而成的，其由四層以上的宏電池組、導線、兩個支架、螺絲和固定桿組成的梯形框架結構，用于獲取鋼筋的腐蝕電位、腐蝕電流密度及相鄰宏電池組間的混凝土電阻。
[0042]所述每層宏電池組包括由四個單陽極、四個單陰極和七個熱收縮管組成的結構；所述單陽極為外徑14mm，壁厚2mm的鋼管，并與所述導線的一端連接；所述單陰極為外徑14mm，壁厚2mm的鈦鉬合金管，并與所述導線的一端連接；所述單陽極、單陰極和熱收縮管交替連接。
[0043]所述支架為不銹鋼的U型槽結構，所述導線的另一端通過支架的U型槽內部被引到外部。
[0044]所述導線之間為獨立的單獨結構。
[0045]所述熱收縮管設置在單陽極和單陰極之間，其作用是避免端部發生縫隙腐蝕并使單陽極與單陰極間絕緣。
[0046]所述支架的不銹鋼U型槽內部設置環氧樹脂，其作用是固定每層宏電池組、熱收縮管、導線和溫度傳感器。
[0047]所述螺絲設置在所述支架的頂端，且穿過被PC管包裹的固定桿，固定桿綁扎在混凝土鋼筋上，其作用是調整固定桿與支架的距離，即確定梯形裝置的角度，使每層的宏電池組離混凝土表面有合適的距離，所述固定桿包裹在一 PC管內，其作用是切斷固定桿與周圍混凝土中鋼筋之間的導電性。
[0048]所述PC管的作用是使固定桿與鋼筋間絕緣。
[0049]本發明還提供了一種混凝土結構耐久性多元復合無線監測系統，它包括由宏電流傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、PH傳感器和固定基座組成的多元傳感器，數據采集單元，無線通信模塊和電腦終端。其特征在于:所述宏電流傳感器是由宏電池組、導線、U型不銹鋼槽支架、螺絲和固定桿組成的梯形框架結構，其中單陽極、單陰極和熱收縮管交替連接組成了宏電池組，宏電池組與支架之間設置熱收縮管，支架的側槽內填充環氧樹脂，螺絲設置在支架的頂端，并穿過固定桿；溫度傳感器設置在一個支架的側槽內，引出導線；濕度傳感器設置在PVC管內，引出導線；pH傳感器設置在PVC管內，引出導線；多元傳感器與數據采集單元通過航空插頭連接；固定基座由一個不銹鋼鋼圈和多個不銹鋼支架組成，用于定位濕度傳感器和pH傳感器。
[0050]以下采用實施例來詳細說明本發明的實施方式，借此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據以實施。
[0051]如圖1所示，混凝土結構耐久性多元復合無線監測系統，包括多元傳感器、數據采集單元、無線通信模塊和電腦終端。
[0052]如圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示，多元傳感器由一個溫度傳感器10、四個PH傳感器19、四個濕度傳感器12、固定基座和一個宏電流傳感器(圖2)組成；其中宏電流傳感器是由四層宏電池組、導線8、兩個U型不銹鋼槽支架9、螺絲4和固定桿5組成的梯形框架結構，用于獲取鋼筋的腐蝕電位、腐蝕電流密度及相鄰宏電池組間的混凝土電阻；每層宏電池組由四個單陽極1、四個單陰極3和七個熱收縮管2交替連接組成，單陽極I為外徑14mm,壁厚2mm的鋼管,單陰極3為外徑14mm,壁厚2mm的鈦鉬合金管,宏電池組與支架連接處設有熱收縮管6，熱收縮管起到絕緣和避免發生縫隙腐蝕的作用；每個單陽極I和單陰極3均與一根導線8相連接，即每層結構內包括八根導線8，共有三十二根導線8，這些導線伸出到傳感器外部時合成一根電纜線束11;溫度傳感器10是PT1000型溫度傳感器，設置在不銹鋼槽支架9內部，位于支架9中間位置，并引出導線7，其作用是監測混凝土內部的溫度；支架9內部填充環氧樹脂，其作用是固定每層宏電池組的單陽極1、單陰極3、溫度傳感器10、導線7、導線8、熱收縮管2和熱收縮管6 ;每層宏電池組設有四組單陽極I和單陰極3，起到互為對比的作用，并提高監測的準確性。螺絲4設置在支架9的頂端，并穿過固定桿5，固定桿5綁扎在混凝土鋼筋上，其作用是調整固定桿5與支架9的距離，即確定梯形裝置的角度，使每層的宏電池組離混凝土表面有合適的距離，同時在固定桿5上設置PC管切斷固定桿5與混凝土中的鋼筋之間導電性，從而使整個傳感器處于獨立工作狀態。
[0053]濕度傳感器12的封裝如圖4所示。濕度傳感器12完全放置在PVC管16內部，弓丨出導線18，傳感器探頭13所在的PVC管一端用透水透氣的布14封住且兩者的間距控制在
內，中間部位設置一個O型橡膠密封圈15,密封圈15至PVC管另一端的空隙用環氧樹脂17密封，使濕度傳感器12與PVC管16固定在一起，其作用是防止泥漿進入PVC管16內部并保證管內管外具有相同的濕度。
[0054]pH傳感器19的封裝如圖5所示。pH傳感器19放置在PVC管22內部，引出導線23，傳感器探頭20與PVC管一端齊平并設置一個O型橡膠密封圈21，其作用是保證傳感器探頭20會與外界混凝土接觸，密封圈21至PVC管另一端的空隙用環氧樹脂密封使pH傳感器與PVC管22固定在一起。
[0055]導線7、電纜線束11、導線18和導線23連接自由端航空插頭，采集單元連接固定航空插頭，即多元傳感器與數據采集單元通過航空插頭連接，便于工程技術人員安裝連接。
[0056]固定基座如圖6和圖7所示。固定基座由不銹鋼鋼圈24和不銹鋼支架25組成，固定基座綁扎在混凝土中的鋼筋上。其中不銹鋼鋼圈24是由直徑為8mm的不銹鋼鋼筋制作成的直徑為300mm的圓環，在不銹鋼鋼圈24上側均勻設置八個不銹鋼支架25，不銹鋼支架25是直徑為8_的短鋼筋，其長度可根據實際工程中的混凝土保護層厚度設置。四個濕度傳感器12和四個pH傳感器19分別綁扎在八個鋼筋支架25上，使之分別固定在四個不同的高度層處，這四個不同的高度層分別與宏電池傳感器的四層宏電池組齊平。
[0057]本發明混凝土結構耐久性多元復合無線監測系統，在工程綁扎好鋼筋后，將宏電池傳感器和固定基座綁扎在鋼筋上，兩者的距離控制在100mm-300mm間；通過調節螺絲4調整宏電池傳感器的傾斜度，使其最上端的宏電池組距離混凝土表面5mm-10mm，然后將螺絲4固定在最終的位置處，以防在澆筑混凝土時傳感器發生移動。將四個濕度傳感器12和四個PH傳感器19分別綁扎在固定基座的八個不銹鋼支架25上，使之分別與宏電池傳感器的四層宏電池組位置齊平。澆筑混凝土時，與導線7、電纜線束11、導線18和導線23連接的自由端航空插頭需留在外面，在混凝土硬化后，將上述自由端航空插頭與數據采集單元端的固定航空插頭插合，用于獲取監測到的耐久性參數。然后將數據采集單元與通信模塊連接。通信模塊為無線通信模塊，包括無線透明數據傳輸系統，其內部設置SIM卡，采用GPRS通信方式進行通信，用于實時遠程傳輸采集到的數據。監控室內的電腦終端用于接收、顯示和儲存所采集的數據，便于技術人員查看和分析數據。
[0058]所有上述的首要實施這一知識產權，并沒有設定限制其他形式的實施這種新產品和/或新方法。本領域技術人員將利用這一重要信息，上述內容修改，以實現類似的執行情況。但是，所有修改或改造基于本發明新產品屬于保留的權利。
[0059]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非是對本發明作其它形式的限制，任何熟悉本專業的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發明技術方案的保護范圍。
【權利要求】
1.一種混凝土結構耐久性多元復合無線監測系統，其特征在于:包括用于檢測混凝土結構內部多種耐久性參數的多元傳感器；所述多元傳感器輸出端相連接的用于采集混凝土結構上的所述耐久性參數的數據采集部件；與所述數據采集部件輸出端相連接的用于遠距離傳輸所采集到的所述耐久性參數的通信部件；與所述通信部件相連接的用于接收、顯示和存儲采集到的數據的電腦終端。
2.如權利要求1所述的多元復合無線監測系統，其特征在于:所述多元傳感器包括溫度傳感器、PH傳感器、濕度傳感器、宏電流傳感器。
3.如權利要求1或2所述的多元復合無線監測系統，其特征在于:所述多元復合無線監測系統還包括用于定位和保護濕度傳感器及PH傳感器的PVC管和固定基座。
4.如權利要求1至3所述的多元復合無線監測系統，其特征在于:所述濕度傳感器完全放置在PVC管內部，管兩端用透水透氣的布、O型橡膠密封圈和環氧樹脂密封；所述pH傳感器放置在PVC管內部，管兩端用O型橡膠密封圈和環氧樹脂密封。
5.如權利要求1至4所述的多元復合無線監測系統，其特征在于:所述固定基座是由一個不銹鋼鋼圈和多個不銹鋼支架組成的結構，支架均勻設置在鋼圈上側，其作用是把PVC管和傳感器固定在不同的高度處。
6.如權利要求1至5所述的多元復合無線監測系統，其特征在于:所述宏電池傳感器是基于宏電流技術設計而成的，其由四層宏電池組、導線、兩個支架、螺絲和固定桿組成的梯形框架結構，用于獲取鋼筋的腐蝕電位、腐蝕電流密度及相鄰宏電池組間的混凝土電阻。
7.如權利要求1至6所述的多元復合無線監測系統，其特征在于:所述宏電池組包括由四組單陽極、單陰極和熱收縮管組成的結構；所述單陽極為外徑14_，壁厚2_的鋼管，并與所述導線的一端連接；所述單陰極為外徑14mm，壁厚2mm的鈦鉬合金管，并與所述導線的一端連接；所述單陽極、單陰極和熱收縮管交替連接。
8.如權利要求1至7所述的多元復合無線監測系統，其特征在于:所述支架的不銹鋼U型槽內部設置環氧樹脂，其作用是固定每層宏電池組、熱收縮管、導線和溫度傳感器。
9.如權利要求1至8所述的多元復合無線監測系統，其特征在于:所述多元傳感器與所述數據采集部件間的連接方式采用航空插頭連接。
10.一種混凝土結構耐久性多元復合無線監測系統，其特征在于:包括由宏電流傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、PH傳感器和固定基座組成的多元傳感器，數據采集單元，無線通信模塊和電腦終端。其特征在于:所述宏電流傳感器是由宏電池組、導線、U型不銹鋼槽支架、螺絲和固定桿組成的梯形框架結構，其中單陽極、單陰極和熱收縮管交替連接組成了宏電池組，宏電池組與支架之間設置熱收縮管，支架的側槽內填充環氧樹脂，螺絲設置在支架的頂端，并穿過固定桿；溫度傳感器設置在一個支架的側槽內，引出導線；濕度傳感器設置在PVC管內，引出導線；pH傳感器設置在PVC管內，引出導線；多元傳感器與數據采集單元通過航空插頭連接；固定基座由一個不銹鋼鋼圈和多個不銹鋼支架組成，用于定位濕度傳感器和pH傳感器。
【文檔編號】G01N33/38GK104075756SQ201410348080
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月21日 優先權日:2014年7月21日
【發明者】王鵬剛, 趙鐵軍, 畢忠華, 管廷, 陸文攀 申請人:青島理工大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
