[发明专利]钢筋同轴电缆结构一维混凝土健康监测方法及阶跃测试仪

说明书

(一)技术领域

本发明属建筑材料检测，涉及混凝土质量测试，特别是钢筋同轴电缆构造的混凝土一维健康监测。

(二)背景技术

混凝土是广泛用于房屋建筑、桥梁工程、水利工程等的一种重要的工程材料，混凝土健康检测和监测仪器是保证混凝土安全长久运行的技术手段。混凝土健康的预测、预报、诊断是当今国际上急需攻克的主要难题之一。公路、桥梁、大坝以及其他工用民用建筑，都需进行定期的或实时的健康检测和监测。然而现有的混凝土质量检测手段还不能完全适应建设发展的需要。专利号为ZL 2006 100200932.8中国专利《基于阻抗成像的混凝土损伤检测方法与设备》，以检测混凝土损伤为目的，采用了阻抗成像的技术，取得了较好效果。但在实际使用中，由于检测电极与混凝土不能很好的兼容，存在一定的应用局限。

专利号为ZL 2012 1 0199249.0的中国专利《以钢筋为电极的混凝土裂缝检测仪》，利用发射电极激励信号和接收电极的响应信号之间的关系，判断混凝土裂缝。该发明主要检测裂缝，没有检测其他的异常行为。

专利号为ZL 2013 1 0029782.7的中国专利《以钢筋为电极的混凝土监测仪以及监控检测方法》，利用钢筋做电极，检测两个钢筋电极之间的电参数，判断混凝土裂缝。该发明提出了一种监控方法，但没有根据钢筋混凝土的不同结构给出不同的测试方法。

(三)发明内容

本发明的目的是在提供一维混凝土健康监测测试仪器，特别是阶跃测试仪的基础上给出基于钢筋同轴电缆构造的一维混凝土健康监测方法。实时监测一维混凝土健康状况，及时发现混凝土病变并预报预警。

本发明的目的是这样达到的：测试方法基于钢筋同轴电缆构造的一维混凝土，一维混凝土有内、外两导体，轴心为内导体，外导体由环绕内导体的箍筋和纵筋构造而成，外导体的构造与现有一维混凝土构造相同，将基于钢筋同轴电缆构造的一维混凝土的内导体和外导体的两端中的一端或同时将两端连接在检测仪器的测试接口上进行测试；检测仪器分别为阶跃测试仪和矢量网络分析仪。

使用阶跃测试仪测试时，一维混凝土一端连接在阶跃测试仪的阶跃信号发生器测试接口上按照反射信号时延的方法进行测试。

使用矢量网络分析仪的测试方法分为两种，将矢量网络分析仪的端口一连接到被测混凝土一端的外导体和内导体上，按照时域S参数方法进行测试；将矢量网络分析仪的端口一连接到被测混凝土一端的内导体和外导体上，将矢量分析仪的端口二连接到被测混凝土另一端的内导体和外导体上，按照多种S参数方法进行测试。

使用阶跃测试仪测试时按照反射信号时延的测试方法：在微处理器控制下，阶跃信号发生器发出周期性的阶跃信号,信号频率小于1兆赫兹，信号放大电路放大测试接口的信号，放大后的信号经过模数转换电路将模拟信号转为数字信号后送给微处理器，微处理器对数据进行处理，得出测试结果。

使用矢量网络分析仪按照时域S参数方法进行测试：用矢量分析仪时域S₁₁参数进行测量，分析反射点的个数和反射时间，得出测试结果。

使用矢量网络分析仪按照多种S参数方法进行测试：先测试与被测混凝土结构和规格相同的健康混凝土的多个频域参数，再测试被测混凝土对应测量端口的对应频域参数，将健康混凝土和被测混凝土的对应频域参数进行对比，得出测试结果。

使用阶跃测试仪按照反射信号时延的测试方法，具体过程是：微处理控制下，阶跃信号发生器发出周期性的阶跃信号,信号频率小于1兆赫兹，信号放大电路放大测试接口的信号，放大后的信号经过模数转换电路在固定的采样周期下将模拟信号转为数字信号后送给微处理器对数据进行处理，过程如下：

1)、计算相邻数据差的绝对值；

2)、计算多个相邻数据差的绝对值之和，当该绝对值之和大于一个预先通过实验确定的阈值，并且为周边相邻数据差的绝对值之和的最大值时，记录出现该值的采样时刻，并将该时刻定义为跃变点；

3)、判断阶跃信号发出时间，确定某个跃变点为阶跃信号起始点：与阶跃信号起始点不同的跃变点为信号反射点，当信号反射点个数大于等于2时，判断一维混凝土有损伤；

4)、当信号反射点个数大于等于2时，计算信号反射点与阶跃信号起始点之间的模数转换采样次数，该采样次数乘以采样周期并除以二就是信号反射点与阶跃信号起始点之间光速传播的时间t。用时间t乘以光速，得到信号反射点到阶跃信号起始点间的距离，这个距离就是损伤点或被测混凝土另一端到连接端口之间的距离。