本實(shí)用新型屬于建筑材料檢測(cè)范疇，涉及混凝土質(zhì)量監(jiān)測(cè)，具體是基于頻域反射的智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件測(cè)量設(shè)備。

(二)

背景技術(shù)：

混凝土是土木工程結(jié)構(gòu)中使用最為廣泛的結(jié)構(gòu)材料，混凝土結(jié)構(gòu)材料的損傷會(huì)嚴(yán)重破壞結(jié)構(gòu)的整體性、影響結(jié)構(gòu)的耐久性、甚至直接危害工程結(jié)構(gòu)的安全性，因此，混凝土材料損傷檢測(cè)或監(jiān)測(cè)是工程質(zhì)量檢查與結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容。對(duì)混凝土構(gòu)件進(jìn)行實(shí)時(shí)有效檢測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，科學(xué)地掌握混凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)及時(shí)采取災(zāi)害防治措施、提高結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)效率、實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)全生命周期的可持續(xù)綠色發(fā)展、保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有極其重大的意義。

在當(dāng)今社會(huì)飛速發(fā)展的形勢(shì)下，各種混凝土的質(zhì)量檢測(cè)有了不同程度的提高。專利號(hào)ZL201210199249.0《以鋼筋為電極的混凝土裂縫檢測(cè)儀》，利用發(fā)射電極激勵(lì)信號(hào)和接收電極的響應(yīng)信號(hào)之間的關(guān)系，判斷混凝土裂縫。本新型主要局限在檢測(cè)混凝土的裂縫，沒有檢測(cè)其他的異常行為，存在局限性。

(三)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種不需改變混凝土材料和設(shè)計(jì)方法，將混凝土構(gòu)件自身成為一種傳感材料，采用基于頻域反射的方法對(duì)混凝土構(gòu)件動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行檢測(cè)。解決現(xiàn)有技術(shù)檢測(cè)還不全面，測(cè)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(gòu)件動(dòng)態(tài)檢測(cè)的需求。

本實(shí)用新型的目的是這樣達(dá)到的：頻域反射測(cè)量設(shè)備與被測(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件的內(nèi)、外導(dǎo)體共同完成測(cè)量。智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)的鋼筋為同軸電纜結(jié)構(gòu)，有外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體，外導(dǎo)體與內(nèi)導(dǎo)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(gòu)件軸向分布，箍筋沿橫截面方向分布，內(nèi)導(dǎo)體位于鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)部的中心位置、與外導(dǎo)體形狀一致但箍筋尺寸小于外導(dǎo)體，外導(dǎo)體位于混凝土構(gòu)件的外邊，并滿足一維混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

頻域反射測(cè)量設(shè)備由控制服務(wù)器、微處理器、信號(hào)源、功分器、反向信號(hào)隔離器、測(cè)量連接端口和定向耦合器、反射信號(hào)放大濾波電路、混頻器、混頻器放大濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成。微處理器通過通信接口連接控制服務(wù)器上。

被測(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件的一端內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體連接電阻，另一端的內(nèi)、外導(dǎo)體與連接電纜相連，被測(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件的外導(dǎo)體與連接電纜外導(dǎo)體連接，被測(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件的內(nèi)導(dǎo)體與連接電纜內(nèi)導(dǎo)體連接。

微處理器連接信號(hào)源、反向信號(hào)隔離器和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，信號(hào)源的信號(hào)輸入功分器，功分器將信號(hào)源信號(hào)分成兩路，一路送到混頻器，一路送入反向信號(hào)隔離器；反向信號(hào)隔離器的輸出信號(hào)連接到定向耦合器，定向耦合器將輸入信號(hào)送給測(cè)量連接端口，并從測(cè)量連接端口接收反射信號(hào)，將接收到的測(cè)量連接端口的反射信號(hào)送給反射信號(hào)放大濾波電路，反射信號(hào)放大濾波電路的輸出信號(hào)連接到混頻器；測(cè)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(hào)送給定向耦合器混頻器的輸出信號(hào)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(shù)轉(zhuǎn)換電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出送給微處理器。

被測(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件的內(nèi)、外導(dǎo)體縱筋數(shù)量均不小于根。

智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件橫截面為圓形或橢圓形或正方形或長(zhǎng)方形。

被測(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件的一端內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體連接電阻，另一端的內(nèi)、外導(dǎo)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(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件的一端內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體連接電阻，另一端的內(nèi)、外導(dǎo)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(cè)量設(shè)備對(duì)被測(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件進(jìn)行測(cè)量；在測(cè)量前，將被測(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件一端的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體連接電阻，另一端的內(nèi)、外導(dǎo)體與連接電纜相連，連接電纜為同軸電纜；被測(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件的外導(dǎo)體與連接電纜外導(dǎo)體連接，被測(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件的內(nèi)導(dǎo)體與連接電纜內(nèi)導(dǎo)體連接；頻域反射測(cè)量設(shè)備的測(cè)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(gòu)件在不需改變混凝土材料和設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，使得混凝土材料自身成為一種傳感材料。

2、及時(shí)發(fā)現(xiàn)混凝土處于不正常狀態(tài)的位置，有針對(duì)性的對(duì)混凝土構(gòu)件缺陷或損傷所處具體位置進(jìn)行修復(fù)、完善。

3、對(duì)混凝土健康狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控，科學(xué)地掌握混凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能的動(dòng)態(tài)變化，解決現(xiàn)有混凝土檢測(cè)的測(cè)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(gòu)件動(dòng)態(tài)檢測(cè)的需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)非正常健康狀況的預(yù)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(gòu)件結(jié)構(gòu)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(gòu)件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是采用頻域反射設(shè)備測(cè)量被測(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件時(shí)的連接圖。

圖4是頻域反射測(cè)量設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。

圖5是信號(hào)源電路圖。

圖6是反向信號(hào)隔離器電路圖。

圖7是反射信號(hào)放大濾波電路

圖8是混頻器電路圖。

圖9是模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖。

1是橫截面為圓形智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)導(dǎo)體、1’為橫截面為正方形智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)導(dǎo)體，2-1～2-n是橫截面為圓形智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件外導(dǎo)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(gòu)件外導(dǎo)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(gòu)件外導(dǎo)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(gòu)件外導(dǎo)體箍筋、5頻域反射測(cè)量設(shè)備、6連接電纜、7被測(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件、8電阻、9通信接口、10微處理器、11信號(hào)源、12功分器、13反向信號(hào)隔離器、14測(cè)量連接端口、15定向耦合器、16反射信號(hào)放大濾波電路、17混頻器、18混頻器放大濾波電路、19模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、20控制服務(wù)器。

(五)具體實(shí)施方式

本新型基于頻域反射，采用頻域反射測(cè)量設(shè)備5與被測(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件7的內(nèi)、外導(dǎo)體共同完成測(cè)量。

參見附圖4。

頻域反射測(cè)量設(shè)備5由連接控制服務(wù)器20、微處理器10、信號(hào)源11、功分器12、反向信號(hào)隔離器13、測(cè)量連接端口14、定向耦合器15、反射信號(hào)放大濾波電路16、混頻器17、混頻器放大濾波電路18和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路19組成。

微處理器10通過通信接口9連接控制服務(wù)器20，控制服務(wù)器20通過通信接口9與微處理器10進(jìn)行通信。微處理器上連接信號(hào)源11、反向信號(hào)隔離器13，微處理器對(duì)信號(hào)源11和反向信號(hào)隔離器13的工作模式和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路19的工作模式進(jìn)行控制。

信號(hào)源的信號(hào)輸入功分器，功分器將信號(hào)源信號(hào)分成兩路，一路送到混頻器，一路送入反向信號(hào)隔離器；反向信號(hào)隔離器的輸出信號(hào)連接到定向耦合器，定向耦合器將輸入信號(hào)送給測(cè)量連接端口，并從測(cè)量連接端口接收反射信號(hào)，將接收到的測(cè)量連接端口的反射信號(hào)送給反射信號(hào)放大濾波電路，反射信號(hào)放大濾波電路的輸出信號(hào)連接到混頻器；混頻器的輸出信號(hào)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(shù)轉(zhuǎn)換電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出送給微處理器。

微處理器采用美國(guó)XILINX公司生產(chǎn)的ZC706開發(fā)板。通信接口采用ZC706的串行接口?？刂品?wù)器為普通的臺(tái)式計(jì)算機(jī)或筆記本電腦

信號(hào)源的電路圖參見附圖5。

其中US1為ADF4350,美國(guó)ANALOG DEVICES公司生產(chǎn)。US2為26MHZ有源晶體振蕩器，US3為ADF4153，美國(guó)ANALOG DEVICES公司生產(chǎn)。

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(chǎn)，型號(hào)為ZN2PD2-63-S+MINI 0.35-6.0。功分器輸入連接到信號(hào)源RFOUTA，輸出分別連接到混頻器的RF_INA和反向信號(hào)隔離器的輸入。

反向信號(hào)隔離器電路圖參見附圖6。

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

UA1，UA3：集成電路，型號(hào)：NBB-400，由美國(guó)RF Micro Devices,Inc.公司生產(chǎn)。UA2：集成電路，型號(hào)：PE43704，由美國(guó)Peregrine Semiconductor Corp公司生產(chǎn)。

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(cè)量設(shè)備5中的測(cè)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(jì)算機(jī)通訊工程有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為SHX310-003060。反射信號(hào)放大濾波電路參見附圖7。

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

混頻器放大濾波電路與反射信號(hào)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(shù)轉(zhuǎn)換電路輸入；。

混頻器的電路參見附圖8。

其中。UH1為ADL5350由美國(guó)ANALOG DEVICES公司生產(chǎn)。

S_OUT連接到混頻器放大濾波電路的輸入端。

模數(shù)轉(zhuǎn)換電路參見附圖9。

其中，U5為AD9643，由美國(guó)ANALOG DEVICES公司生產(chǎn)。

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(cè)量時(shí)，將被測(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件一端的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體連接電阻，另一端的內(nèi)、外導(dǎo)體與連接電纜6相連，連接電纜為同軸電纜；被測(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土的外導(dǎo)體與連接電纜外導(dǎo)體連接，被測(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土的內(nèi)導(dǎo)體與連接電纜內(nèi)導(dǎo)體連接；頻域反射測(cè)量設(shè)備的測(cè)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(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，使得混凝土材料自身成為一種傳感材料。這些混凝土內(nèi)的鋼筋設(shè)計(jì)成同軸電纜形式，即設(shè)計(jì)成外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體的形式。外導(dǎo)體與內(nèi)導(dǎo)體均由若干箍筋、縱筋組合而成?？v筋沿智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件軸向分布，箍筋沿橫截面方向分布，內(nèi)導(dǎo)體位于鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)部的中心位置、與外導(dǎo)體形狀一致但箍筋尺寸小于外導(dǎo)體，外導(dǎo)體位于混凝土構(gòu)件的外邊，并滿足一維混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范的設(shè)計(jì)要求。

智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件可以是橫截面分別為圓形、橢圓形、正方形、長(zhǎng)方形的一維鋼筋混凝土構(gòu)件。根據(jù)其橫截面將其命名為圓形智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件、橢圓形智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件、正方形智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件、長(zhǎng)方形智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件。無論哪種智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件的外導(dǎo)體設(shè)計(jì)遵循混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，在可以保證外導(dǎo)體最少6根縱筋時(shí)，按照正常的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。如果按正常的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)處理縱筋少于6根，則設(shè)計(jì)6根縱筋。內(nèi)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與外導(dǎo)體類似，但橫截面比外導(dǎo)體橫截面小。內(nèi)導(dǎo)體縱筋采用的鋼筋直徑可以比外導(dǎo)體縱筋采用的鋼筋直徑小或者相同，內(nèi)導(dǎo)體縱筋間距可以跟外導(dǎo)體相同，或比外導(dǎo)體間距小，但是內(nèi)導(dǎo)體最少保證6根縱筋。

實(shí)施例1。參見附圖1、3。

圓形智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件的外導(dǎo)體由圓形箍筋2-1～2-n、縱筋3-1～3-m組合而成。內(nèi)導(dǎo)體1是與外導(dǎo)體結(jié)構(gòu)相似的圓形箍筋縱筋組合而成，但圓形箍筋直徑比外導(dǎo)體圓形箍筋小，內(nèi)導(dǎo)體位于鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)部的軸心位置。外導(dǎo)體位于外導(dǎo)體位于混凝土構(gòu)件的外邊，并滿足一維混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

測(cè)量時(shí)，將被測(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件一端的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體連接電阻，另一端的內(nèi)、外導(dǎo)體與連接電纜6相連，連接電纜為同軸電纜；被測(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土的外導(dǎo)體與連接電纜外導(dǎo)體連接，被測(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土的內(nèi)導(dǎo)體與連接電纜內(nèi)導(dǎo)體連接；頻域反射測(cè)量設(shè)備的測(cè)量連接端口14與連接電纜6連接。

本實(shí)施例中，被測(cè)圓形或橢圓形智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件一端的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體連接電阻，其電阻值取50歐姆；被測(cè)圓形或橢圓形智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件另一端的內(nèi)、外導(dǎo)體連接的連接電纜采用50歐姆同軸電纜。

實(shí)施例2。參見附圖2、3。

正方形同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件。1’為橫截面為正方形智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)導(dǎo)體，外導(dǎo)體由3’-1～3’-m縱筋和4-1～4-n箍筋組合而成。內(nèi)導(dǎo)體1’是與外導(dǎo)體結(jié)構(gòu)相似的正方形箍筋、縱筋組合而成，但尺寸小于外導(dǎo)體，內(nèi)導(dǎo)體位于鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)部的軸心位置，外導(dǎo)體位于外導(dǎo)體位于混凝土構(gòu)件的外邊，并滿足一維混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

測(cè)量時(shí)與實(shí)施例1連接方式一致。被測(cè)正方形智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件一端的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體連接電阻，其電阻值取75歐姆；被測(cè)正方形智能同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件另一端的內(nèi)、外導(dǎo)體連接的連接電纜采用75歐姆同軸電纜。

頻域反射測(cè)量設(shè)備5中的控制服務(wù)器通過與微處理器的通信，對(duì)被測(cè)智能同軸一維鋼筋混凝土的測(cè)量進(jìn)行控制，控制服務(wù)器對(duì)微處理器下達(dá)控制命令，設(shè)置測(cè)量參數(shù)，同時(shí)微處理器將測(cè)量結(jié)果發(fā)送給控制服務(wù)器。