专利名称：以钢筋为电极的混凝土裂缝检测仪的制作方法
技术领域：
本发明属于建筑材料检测范畴，涉及混凝土质量监测。
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，而混凝土裂缝的发生往往难以避免。裂缝的发生发展会严重破坏结构的整体性，直接危害工程结构的安全，故裂缝检测是工程安全监测的重要内容。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裂缝检测。然而，混凝土结构裂缝的预测与预报，混凝土裂缝的诊断与监测是当今国际上急需攻克的主要难题之一。中国专利号200610020932.8《基于阻抗成像的混凝土损伤检测方法与设备》提供了一种混凝土损伤检测方法和设备，这种方法采用了阻抗成像技术得出混凝土的健康状况，但在实际使用中由于需要嵌入检测电极，嵌入的检测电极与混凝土不能很好的兼容，而且，改变了施工过程和施工方法，因此，存在一定的应用局限。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、使用方便，检测效果好的混凝土裂缝检测器。本发明的目的是这样达到的检测仪由发射电极、发射电缆、发射电路、发射通信控制接口、控制与计算�？�、接收通信控制接口、接收电路、接收电缆和接收电极组成；发射电极和接收电极采用的均是钢筋电极，发射电极和接收电极埋在混凝土中，发射电极通过发射电缆与发射电路相连接，接收电极通过接收电缆与接收电路连接；发射电路的输出信号通过发射通信控制接口连接到控制与计算�？椋刂朴爰扑隳？楹头⑸涞缏芳渌蛲ㄐ牛唤邮盏缏返氖涑鲂藕磐ü邮胀ㄐ趴刂平涌诹拥娇刂朴爰扑隳？椋刂朴爰扑隳？楹徒邮盏缏芳渌蛲ㄐ牛环⑸涞缏返氖涑鲂藕磐ü⑸涞缂诨炷林写ィ邮盏缂邮辗⑸涞缂⒊龅脑诨炷林写サ男藕�。发射电路由单片机控制，发射电路含单片机，波形产生器和功率放大电路，单片机连接有调试接口、单片机复位电路和通信接口，通信接口通过发射通信与控制接口连接到控制与计算�？�。接收电路由单片机控制，接收电路含单片机和放大与滤波电路，单片机连接有调试接口、单片机复位电路和通信接口，通信接口通过接收通信与控制接口连接到控制与计算�？�。控制与计算�？橹泻形⒋砥餍酒痛娲⑵鳎刂朴爰扑隳？橥ü⑸渫ㄐ趴刂平涌诙苑⑸涞缏方锌刂疲ü⑸渫ㄐ趴刂平涌诮邮辗⑸涞缏贩⑸涞男藕牛豢刂朴爰扑隳？橥ü邮胀ㄐ趴刂平涌诙越邮盏缏方锌刂疲ü邮胀ㄐ趴刂平涌诮邮战邮盏缏肥盏降男藕�。所述发射电路的单片机通过通信接口连接波形产生器、并通过通信接口对波形产生器进行控制，波形产生器输出信号到功率放大电路，并同时输出给AD转换器，由AD转换、器进行模数转换后，通过发射通信与控制接口将数字信号传输到控制与计算�？椋β史糯蟮缏方ㄐ尾鞑男藕沤泄β史糯螅ü⑸涞缋铝拥椒⑸涞缂�。 所述接收电路的单片机通过IO引脚连接到放大与滤波电路、并通过IO引脚对放大与滤波电路进行控制；放大与滤波电路输出信号输出给AD转换器，由AD转换器进行模数转换后，将数字信号通过接收通信控制接口传输给控制与计算�？椤Ｋ龇⑸涞缏返牟ㄐ尾魇涑龅哪Ｄ庑藕磐ü⑸渫ㄐ庞肟刂平涌谥苯邮涑龅娇刂朴爰扑隳？�。所述接收电路的单片机通过IO引脚连接到放大与滤波电路、并通过IO引脚对放大与滤波电路进行控制后直接将模拟信号传输给控制与计算�？�。所述发射电极和接收电极的钢筋电极是对偶形或环形电极。所述发射电路的通信接口为RS232接口或RS485接口或并行通信接口。接收电路的通信接口为RS232接口或RS485接口或并行通信接口。
所述控制与计算�？橹泻械奈⒋砥餍酒切藕糯砥餍酒駻RM处理器芯片。本发明的有益效果是应用钢筋作为电极，不会改变既有的结构特点和受力特点，不需改变施工过程和施工方法，电极寿命与结构寿命等长。与其他嵌入传感器的检测技术相比，应用钢筋作电极，具有设计简单、施工方便、成本低、寿命长等特点，并可以实时地计算裂缝分布，对裂缝的产生与发展进行记录与分析，预测、监测裂缝的形成与发展，使得混凝土的裂缝能得到及时的预报、察觉、诊断，对于确保混凝土结构物在裂缝产生的初期得到及时修复和控制、保证混凝土结构物在使用寿命期内能满足预定的各项功能要求，甚至于延长混凝土结构物的使用年限、避免建筑的灾难性破坏具有重大意义。
图I是本检测仪的结构方框图。图2是本检测仪的使用状态示意图。图3是本检测仪的发射电极为对偶型电极示意图，其中，A1、A2为与发射电缆连接n。图4是本检测仪的发射电极为环型电极示意图，其中，BI、B2为与发射电缆连接□。图5是本检测仪的发射电路通信接口电路。图6是本检测仪的发射电路单片机调试接口电路图。图7是本检测仪的发射电路单片机复位电路。图8是本检测仪的发射电路单片机电路图。图9是本检测仪的发射电路波形产生电路示意图。图10是本检测仪的发射电路功率放大电路图。图11-1、图11-2、图11-3、图11-4是控制与计算�？橹惺中藕糯淼缏吠�。图12本检测仪的控制与计算�？榈母次坏缏吠�。图13是控制与计算�？榈牡魇杂敕抡娼涌诘缏�。图14是控制与计算�？榈腞S232通信接口电路。图15控制与计算模块的存储器电路图。
图16是接收电路的放大与滤波电路图。图17是接收电路的通信接口电路图。图18是接收电路单片机调试接口电路图。图19是接收电路单片机复位电路图。图20是接收电路单片机电路图。
具体实施例方式附图给出了本发明的实施例。
实施例I。检测仪由发射电极，发射电缆，发射电路，发射通信控制接口，控制与计算�？椋邮胀ㄐ趴刂平涌冢邮盏缏罚邮盏缋拢邮盏缂槌伞７⑸涞缂ü⑸涞缋掠敕⑸涞缏废嗔樱⑸涞缏返男藕庞煞⑸涞缂⒊觯邮盏缂ü邮盏缋掠虢邮盏缏废嗔樱邮盏缏范越邮盏缂盏降男藕沤蟹糯笥肼瞬�。发射电路通过发射通信控制接口连接到控制与计算�？椋刂朴爰扑隳？楹头⑸涞缏芳渌蛲ㄐ趴刂�。接收电路通过接收通信控制接口连接到控制与计算�？椋刂朴爰扑隳？楹徒邮盏缏芳渌蛲ㄐ趴刂啤？刂朴爰扑隳？榭刂品⑸涞缏凡觳馑璧姆⑸湫藕挪⒉娇刂菩藕牛⑸涞缏贩⑸渲付ǖ墓β�、指定信号格式的电波，并通过发射电缆传送给发射电极，控制与计算�？槎苑⑸涞缏返目刂剖峭ü⑸渫ㄐ趴刂平涌谑迪值�。控制与计算�？橥笨刂平邮盏缏罚蚪邮盏缏贩⒊隹刂菩藕庞胪叫藕牛邮盏缂邮辗⑸涞缂⒊龅牡绱挪ㄐ藕牛唤邮盏缋陆邮盏缂慕邮招藕糯涓邮盏缏罚邮盏缏方邮盏男藕欧糯�、滤波并进行模数转换，将转换后的数字信号通过接收通信控制接口传输给控制与计算�？椤？刂朴爰扑隳？橥ü治黾扑惴⑸湫藕藕徒邮招藕牛频蓟炷恋哪诓拷峁固氐悖邮盏缏芬部山Ｄ庑藕糯涓刂朴爰扑隳？椋煽刂朴爰扑隳？橥瓿赡Ｊ�。本例的发射电极和接收电极均采用对偶性电极，发射电极和接收电极在混凝土浇灌时就被埋在混凝土中。发射电缆连接在发射电极的Al、A2处，接收电缆连接在接收电极的A1、A2处。发射电缆和接收电缆同为普通的电线或同轴电缆，发射电缆将发射电路产生的信号输送给发射电极，接收电缆将接收电极接收信号传送给接收电路。各�？榈墓δ苁欠⑸涞缏吩诳刂朴爰扑隳？榈目刂葡路⑸渲付üβ省⒅付ㄐ藕鸥袷降牡绮�。发射通信控制接口将控制与计算�？榈耐ㄐ判畔⒑涂刂菩藕糯透⑸涞缏�。控制与计算�？楦莼炷恋奶氐闵杓萍觳馑璧姆⑸湫藕牛⒉娇刂菩藕牛ü⑸渫ㄐ趴刂平涌诳刂品⑸涞缏凡璧姆⑸湫藕�。通过接收通信控制接口，向接收电路发出控制信号与同步信号，并通过接收通信控制接口采集接收电路的数据。控制与计算�？橥ü治龇⑸湫藕藕徒邮招藕牛治黾扑慊炷潦欠裼辛逊�？是否存在其它的损伤？并计算裂缝与其他损伤的分布。接收通信控制接口将控制与计算�？榈耐ㄐ判畔⒑涂刂菩藕糯透邮盏缏�。将接收电路的数据传送给控制与计算�？�。接收电路接收、放大、滤波接收电极收到的信号。接收电极接收发射电极发出的电磁波。参见附图5、14、17。控制与计算�？楹头⑸涞缏芳洳捎玫耐ㄐ沤涌谑荝S232接口。接收电路和控制与计算模块间采用的通信接口也是RS232接口。控制与计算�？橥ü邮胀ㄐ趴刂平涌谙蚪邮盏缏贩⒊隹刂菩藕庞胪叫藕�。参见附图6 10。发射电路包括单片机电路、波形产生电路、功率放大电路、单片机复位电路和单片机调试接口电路。单片机连接的RS232通信接口通过发射通信与控制接口连接到控制与计算�？�。本例的单片机如图8中U14，采用的是美国ATMEL公司生产的型号为ATMEGA64单片机。波形产生器采用由美国Analog Devices公司生产的DDS芯片AD9852如图9中Ul所示。发射电路的功率放大器为运算放大器，由美国National Semiconductor公司生产的LM6181运算放大器，如图10所示。图6是单片机调试接口电路，图中J6为调试接口插件。发射电路在控制与计算�？榈目刂葡虏觳馑璧男藕牛ü⑸涞缋陆藕糯涓⑸涞缂煞⑸涞缂诨炷林蟹⒊龇⑸涞缏返氖涑鲂藕�。参见附图11 15。
控制与计算�？橛墒中藕糯淼缏贰⒏次坏缏�、调试与仿真接口电路、存储器、RS232通信接口电路组成。图11-1、图11-2、图11-3、图11-4是控制与计算�？橹惺中藕糯淼缏吠�。UCl是数字信号处理芯片，型号为TMS320F2812，由美国TI公司出品。通信接口电路仍然采用RS232通信接口，如图14所示，UC2为MAX3232CSE通信接口，用于RS232通信接口，由美国TI公司生产。在控制与计算�？橹猩柚糜懈次坏缏泛偷魇杂敕抡娼涌诘缏罚缤�12、13所示。控制与计算模块的存储器是CY1021，电路如图15所示。控制与计算模块通过发射通信控制接口对发射电路进行控制，通过发射通信控制接口接收发射电路发射的信号。通过接收通信控制接口对接收电路进行控制，通过接收通信控制接口接收接收电路收到的信号。参见附图16 图20。接收电路由单片机控制，接收电路含单片机和放大与滤波电路，单片机连接有调试接口、单片机复位电路和RS232通信接口，RS232通信接口通过接收通信与控制接口连接到控制与计算�？�。接收电路的单片机是通过IO引脚连接到放大与滤波电路、并通过IO引脚对放大与滤波电路进行控制。放大与滤波电路输出信号输出给AD转换器，由AD转换器进行模数转换后，将数字信号通过接收通信控制接口传输给控制与计算�？椤＝邮盏缏肥褂玫牡テ茿TMEGA64，如图20所示。图16是接收电路的放大器电路，图中，UD1、UD2:是运算放大器，型号为AD603,厂商是美国Analog Devices公司。UD3是多路开关,型号为ADG5204，厂商是美国Analog Devices公司。图18是接收电路单片机调试接口电路，图中，JD6为调试接口插件。图19是接收电路单片机复位电路图，用于单片机的复位。图17是接收电路的通信接口电路，图中，UD2为RS232通信接口 MAX3232CSE芯片，JD9为通信接口接插件，实现接收电路与接收通信控制接口的信号传输。接收电路接收与放大接收电极收到的信号，在AD转换器中进行模数转换，然后进行信号放大、滤波，将放大后的数字信号通过接收通信控制接口传输给控制与计算�？�。检测时，控制与计算�？楦莼炷恋奶氐悖杓萍觳馑璧姆⑸湫藕牛⒉娇刂菩藕牛ü⑸渫ㄐ趴刂平涌诳刂品⑸涞缏凡璧姆⑸湫藕�。发射电路在控制与计算�？榈目刂葡虏璧募だ藕牛ü⑸涞缋陆だ藕糯涓⑸涞缂煞⑸涞缂诨炷林蟹⒊黾だ藕�。接收电极接收发送电极发出的，经由混凝土传输的信号，通过接收电缆将接收信号传输给接收电路，接收电路将收到的信号放大与滤波，然后进行模数转换，将转换后的数字信号通过接收通信控制接口传输给控制与计算�？�。控制与计算�？楦萁邮盏缏返慕邮招藕藕头⑸涞缏返姆⑸湫藕哦曰炷聊诓康慕峁菇屑扑惴治觥Ｊ凳├�2。发射电极和接收电极均采用环形电极，电极在混凝土浇灌时就被埋在混凝土中。发射电缆连接在发射电极的BI、B2处，接收电缆连接在接收电极的BI、B2处。发射电路的波形产生器输出的模拟信号通过发射通信与控制接口直接输出到控制与计算�？�。接收电路的单片机通过IO引脚连接到放大与滤波电路、并通过IO引脚对放大与滤波电路进行控制后直接将模拟信号传输给控制与计算�？�。发射电路和接收电路的通信接口采用的是并行通信接口。控制与计算�？橹泻械奈⒋砥餍酒捎昧� ARM处理 器芯片。ARM处理器芯片采用美国Atmel Corporation公司的ARM9200型芯片。实施例3。发射电极采用对偶型钢筋电极，接收电极采用环性钢筋电极。电极在混凝土浇灌时就被埋在混凝土中。发射电缆连接在发射电极的Al、A2处，接收电缆连接在接收电极的B1、B2 处。
权利要求
1.一种以钢筋为电极的混凝土裂缝检测仪，其特征在于检测仪由发射电极、发射电缆、发射电路、发射通信控制接□、控制与计算�？�、接收通信控制接口、接收电路、接收电缆和接收电极组成；发射电极和接收电极采用的均是钢筋电极，发射电极和接收电极埋在混凝土中，发射电极通过发射电缆与发射电路相连接，接收电极通过接收电缆与接收电路连接；发射电路的输出信号通过发射通信控制接口连接到控制与计算�？椋刂朴爰扑隳？楹头⑸涞缏芳渌蛲ㄐ牛唤邮盏缏返氖涑鲂藕磐ü邮胀ㄐ趴刂平涌诹拥娇刂朴爰扑隳？椋刂朴爰扑隳？楹徒邮盏缏芳渌蛲ㄐ牛环⑸涞缏返氖涑鲂藕磐ü⑸涞缂诨炷林写ィ邮盏缂邮辗⑸涞缂⒊龅脑诨炷林写サ男藕牛� 发射电路由单片机控制，发射电路含单片机，波形产生器和功率放大电路，单片机连接有调试接口、单片机复位电路和通信接口，通信接口通过发射通信与控制接口连接到控制与计算�？椋� 接收电路由单片机控制，接收电路含单片机和放大与滤波电路，单片机连接有调试接口、单片机复位电路和通信接口，通信接口通过接收通信与控制接口连接到控制与计算�？椋� 控制与计算�？橹泻形⒋砥餍酒痛娲⑵鳎刂朴爰扑隳？橥ü⑸渫ㄐ趴刂平涌诙苑⑸涞缏方锌刂疲ü⑸渫ㄐ趴刂平涌诮邮辗⑸涞缏贩⑸涞男藕牛豢刂朴爰扑隳？橥ü邮胀ㄐ趴刂平涌诙越邮盏缏方锌刂疲ü邮胀ㄐ趴刂平涌诮邮战邮盏缏肥盏降男藕�。
2.如权利要求I所述的混凝土裂缝检测仪，其特征在于所述发射电路的单片机通过通信接口连接波形产生器、并通过通信接口对波形产生器进行控制，波形产生器输出信号到功率放大电路，并同时输出给AD转换器，由AD转换器进行模数转换后，通过发射通信与控制接口将数字信号传输到控制与计算�？椋β史糯蟮缏方ㄐ尾鞑男藕沤泄β史糯螅ü⑸涞缋铝拥椒⑸涞缂� 所述接收电路的单片机通过IO引脚连接到放大与滤波电路、并通过IO引脚对放大与滤波电路进行控制；放大与滤波电路输出信号输出给AD转换器，由AD转换器进行模数转换后，将数字信号通过接收通信控制接口传输给控制与计算�？�。
3.如权利要求2所述的混凝土裂缝检测仪，其特征在于所述发射电路的波形产生器输出的模拟信号通过发射通信与控制接口直接输出到控制与计算�？椋凰鼋邮盏缏返牡テü齀O引脚连接到放大与滤波电路、并通过IO引脚对放大与滤波电路进行控制后直接将模拟信号传输给控制与计算�？�。
4.如权利要求I所述的混凝土裂缝检测仪，其特征在于所述发射电极和接收电极的钢筋电极是对偶形或环形电极。
5.如权利要求I所述的混凝土裂缝检测仪，其特征在于所述发射电路的通信接口为RS232接口或RS485接口，接收电路的通信接口为RS232接口或RS485接口。
6.如权利要求I所述的混凝土裂缝检测仪，其特征在于所述发射电路的通信接口为并行通信接口，所述接收电路的通信接口为并行通信接口。
7.如权利要求I所述的混凝土裂缝检测仪，其特征在于所述控制与计算�？橹泻械奈⒋砥餍酒切藕糯砥餍酒駻RM处理器芯片。
8.如权利要求I或2所述的混凝土裂缝检测仪，其特征在于所述发射电路的单片机是ATMEGA64，波形产生器DDS芯片为AD9852 ;接收电路的单片机是ATMEGA64，放大器是运算放大器AD603。
9.如权利要求I或7所述的混凝土裂缝检测仪，其特征在于所述控制与计算�？橹械奈⒋砥餍酒切藕糯砥餍酒琓MS320F2812，存储器是CY1021。
10.如权利要求I或7所述的混凝土裂缝检测仪，其特征在于所述控制与计算�？橹械奈⒋砥餍酒茿RM处理器芯片ARM9200。
全文摘要
本发明公开了以钢筋为电极的混凝土裂缝检测仪。钢筋发射电极和接收电极均埋在混凝土中。发射电极通过发射电缆与发射电路相连接，发射电路发出的信号经过发射电极在混凝土中发出，接收电极通过接收电缆与接收电路相连接，接收电路对接收电极收到的信号进行放大和滤波。发射电路的输出信号通过发射通信控制接口连接到控制与计算模块，控制与计算�？楹头⑸涞缏芳渌蛲ㄐ趴刂�。接收电路的输出信号通过接收通信控制接口连接到控制与计算�？椋刂朴爰扑隳？橛虢邮盏缏芳渌蛲ㄐ趴刂�。本发明采用钢筋作为电极，不会改变混凝土的既有结构特点和受力特点，不需改变施工过程和施工方法，电极寿命与混凝土结构寿命等长。设计简单、施工方便、成本低、寿命长。
文档编号G01N27/02GK102692431SQ201210199249
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者李碧雄, 莫思特 申请人:四川大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
