基于頻域反射的一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件測(cè)量設(shè)備和方法
【專利摘要】一種基于頻域反射的一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件測(cè)量設(shè)備和方法。一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)的鋼筋為同軸電纜結(jié)構(gòu)，由若干縱筋和箍筋構(gòu)成內(nèi)、外導(dǎo)體。頻域反射測(cè)量設(shè)備含控制服務(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?？刂品?wù)器通過通信接口與微處理器通信，對(duì)被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土的測(cè)量進(jìn)行控制。測(cè)量流程包括控制服務(wù)器程序流程和微處理器程序流程。根據(jù)微處理器程序流程的參數(shù)計(jì)算子程序得到混凝土構(gòu)件的損傷位置和個(gè)數(shù)。本發(fā)明在不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?？蓪?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土構(gòu)件的病變狀態(tài)和病變位置，滿足混凝土構(gòu)件健康監(jiān)測(cè)需求。
【專利說明】
基于頻域反射的一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件測(cè)量設(shè)備和方法
(一)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于建筑材料檢測(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一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件測(cè)量設(shè)備和方法。
(二)
【背景技術(shù)】
[0002]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。
[0003]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)ZL201520402418.5《鋼筋同軸電纜結(jié)構(gòu)一維混凝土健康監(jiān)測(cè)階躍測(cè)試》，給出了一種對(duì)鋼筋同軸電纜結(jié)構(gòu)一維混凝土的健康監(jiān)測(cè)方法，但是不論測(cè)試精度還是可靠性、穩(wěn)定性還有待提尚。
[0004]專利號(hào)ZL201310029782.7《以鋼筋為電極的混凝土監(jiān)控檢測(cè)儀及其監(jiān)控檢測(cè)方法》利用鋼筋做電極，檢測(cè)兩個(gè)鋼筋電極之間的電參數(shù)，判斷混凝土裂縫。本發(fā)明提出了一種方法，但沒有根據(jù)鋼筋混凝土的不同結(jié)構(gòu)給出不同的測(cè)試方法。
[0005 ]專利號(hào)ZL201210199 249.0《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。本發(fā)明主要局限在檢測(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)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明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。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣達(dá)到的:頻域反射測(cè)量設(shè)備與被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的內(nèi)、外導(dǎo)體共同完成測(cè)量。一維同軸鋼筋混凝土構(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，縱筋沿一維同軸鋼筋混凝土構(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。
[0008]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。
[0009]被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(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)、夕卜導(dǎo)體與連接電纜相連，被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的外導(dǎo)體與連接電纜外導(dǎo)體連接，被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的內(nèi)導(dǎo)體與連接電纜內(nèi)導(dǎo)體連接。
[0010]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(6)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)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的內(nèi)、外導(dǎo)體縱筋數(shù)量均不小于6根。
[0011]一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件橫截面為圓形或橢圓形或正方形或長方形。
[0012]被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(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)、夕卜導(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。
[0013]所述被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(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。
[0014]采用頻域反射測(cè)量設(shè)備對(duì)被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件進(jìn)行測(cè)量;在測(cè)量前，將被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(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)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的外導(dǎo)體與連接電纜外導(dǎo)體連接，被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(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。
[0015]頻域反射測(cè)量設(shè)備中的控制服務(wù)器通過與微處理器的通信，對(duì)被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的測(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。
[0016]頻域反射測(cè)量設(shè)備對(duì)被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的測(cè)量流程包括控制服務(wù)器程序流程和微處理器程序流程;微處理器程序流程中包括微處理器主程序、定時(shí)器A中斷程序、定時(shí)器B中斷程序、參數(shù)計(jì)算子程序。
[0017]控制服務(wù)器程序流程:
[0018]第一步:向微處理器發(fā)出設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)命令，發(fā)出的系統(tǒng)參數(shù)包括:模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣頻率Fade，信號(hào)源最低頻率Flow，信號(hào)源最高頻率Fhigh，信號(hào)源步進(jìn)次數(shù)Cstep，信號(hào)源步進(jìn)時(shí)間間隔Tstep，混凝土介電常數(shù)ε，F(xiàn)FT峰值判斷門限Gfft，被測(cè)混凝土構(gòu)件長度LA，反向信號(hào)隔離器衰減參數(shù)，進(jìn)入第二步；
[0019]第二步:接收微處理器測(cè)量數(shù)據(jù)，返回第一步；
[°02°]其中，混凝土介電常數(shù)ε，F(xiàn)FT峰值判斷門限Gfft根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定；
[0021]微處理器主程序:
[0022]第一步，接收控制服務(wù)器發(fā)出的控制參數(shù)命令，并執(zhí)行控制服務(wù)器發(fā)出的參數(shù)命令;令Dmax等于Fadc乘以Cstep乘以Tstep;定義模數(shù)轉(zhuǎn)換電路數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)組，用DATAadc表示，數(shù)組長度為Dmax，進(jìn)入第二步；
[0023]第二步，設(shè)置定時(shí)器A的定時(shí)時(shí)間為I除以Fade;設(shè)置定時(shí)器B的定時(shí)時(shí)間為Tstep，進(jìn)入第二步；
[0024]第三步，設(shè)置如下變量的值，CntStep等于O;Fsignal等于Flow;Fcnt等于O ； Idata等于O; Fcal等于O，設(shè)置Fstep等于Fhigh減去Flow，其差除以Cstep，進(jìn)入第四步；
[°°25] 其中::CntStep:步進(jìn)次數(shù);Fsignal:信號(hào)源頻率;Fcnt:計(jì)數(shù)標(biāo)志；Idata:數(shù)組下標(biāo);Fca1:計(jì)算標(biāo)志;Fstep:步進(jìn)頻率
[0026]第四步，設(shè)置信號(hào)源頻率為Fsignal，進(jìn)入第五步；
[0027]第五步，設(shè)置定時(shí)器A在到達(dá)定時(shí)時(shí)間時(shí)產(chǎn)生中斷，設(shè)置定時(shí)器A中斷時(shí)調(diào)用定時(shí)器A中斷程序;設(shè)置定時(shí)器B在到達(dá)定時(shí)時(shí)間時(shí)產(chǎn)生中斷，設(shè)置定時(shí)器B中斷時(shí)調(diào)用定時(shí)器B中斷程序，進(jìn)入第六步；
[0028]第六步，判斷Fcal是否等于I?如果等于I，則進(jìn)入第七步，如果不等于I，返回第六步；
[0029]第七步，設(shè)置Fcal等于0，調(diào)用參數(shù)計(jì)算子程序，將參數(shù)計(jì)算結(jié)果送給控制服務(wù)器，返回第六步。
[0030]微處理器程序流程中的定時(shí)器A中斷程序:
[0031 ]第一步:采集模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)，將模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)組DATAadc[Idata]，令I(lǐng)data等于Idata+Ι，進(jìn)入第二步；
[0032]第二步:判斷CntStep是否等于0?如果CntStep等于O則進(jìn)入第三步，如果CntStep不等于O則令Fcnt等于I，并結(jié)束定時(shí)器A產(chǎn)生的終端程序；
[0033]第三步:，判斷Fcnt是否等于I?如果等于I，則進(jìn)入第四步，如果不等于I，則結(jié)束定時(shí)器A產(chǎn)生的終端程序；
[0034]第四步，令Fcnt等于O ;令I(lǐng)data等于O ;令Fcal等于I，結(jié)束定時(shí)器A產(chǎn)生的中斷程序;
[0035]所述微處理器程序流程中的定時(shí)器B中斷程序:
[0036]第一步設(shè)置Fsignal等于Fsignal加Fstep;設(shè)置CntStep等于CntStep加I，進(jìn)入第二步；
[0037]第二步，設(shè)置信號(hào)源頻率為Fsignal，進(jìn)入第三步；
[0038]第三步，判斷CntStep是否等于Cstep?如果相等，進(jìn)入第四步，如果不相等，中斷程序結(jié)束；
[0039]第四步，設(shè)置Cntstep等于O，設(shè)置Fsignal等于Flow，中斷程序結(jié)束。
[0040]所述參數(shù)計(jì)算子程序:
[0041]第一步:對(duì)數(shù)組DATAadc進(jìn)行快速傅里葉變換，設(shè)快速傅里葉變換結(jié)果為數(shù)組FFTadc，進(jìn)入第二步；
[0042]第二步:定義數(shù)組GATAadc和數(shù)組FFTadc等長，數(shù)組GATAadc的值計(jì)算方法為:通過相同下標(biāo)的FFTadc作為計(jì)算依據(jù)，如果相同下標(biāo)的FFTadc的值大于等于FFT峰值判斷門限Gfft,則該下標(biāo)的GATAadc值等于I，如果相同下標(biāo)的FFTadc的值小于FFT峰值判斷門限Gfft,則該下標(biāo)的GATAadc值等于O，進(jìn)入第三步；
[0043]第三步:在GATAadc中，如果相鄰位置出現(xiàn)連續(xù)的I，當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)的I為奇數(shù)個(gè)時(shí)，保留最中間的數(shù)為I，其他相鄰的數(shù)據(jù)I變?yōu)閿?shù)據(jù)O;如果連續(xù)出現(xiàn)的I為偶數(shù)個(gè)，保留最中間兩個(gè)I中下標(biāo)小的GATAadc為I，其他相鄰的數(shù)據(jù)I變?yōu)閿?shù)據(jù)O。進(jìn)入第四步；
[0044]第四步:根據(jù)GATAadc中數(shù)據(jù)為I的下標(biāo)計(jì)算損傷點(diǎn)與被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件連接測(cè)量設(shè)備一端的距離，用L表示，下標(biāo)用Index表示;計(jì)算方法為:設(shè)A等于Index-1，B等于Dmax-1，C等于Fhigh減去Flow，D等于I除以C，E等于Cstep除以C，F(xiàn)等于D減去Ec3L等于A乘以F，再乘以光在真空中的傳播速度，然后除以B，再除以ε的0.5次方，用公式表示為L = AXFX光速/B/G*3.5)進(jìn)入第五步；
[0045]第五步:按照第四步的方法，對(duì)所有GATAadc數(shù)組元素值為I的數(shù)據(jù)，計(jì)算L，進(jìn)入第六步；
[0046]第六步，去除L大于被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件長度的計(jì)算值，余下的各個(gè)L值，分別表示多個(gè)混凝土構(gòu)件中損傷中單個(gè)混凝土損傷的位置到連接測(cè)量設(shè)備一端的距離，余下的L值的數(shù)量，表示混凝土損傷的數(shù)量。參數(shù)計(jì)算子程序結(jié)束。
[0047]被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件7的內(nèi)、外導(dǎo)體的縱筋數(shù)量不小于6根；
[0048]被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)導(dǎo)體需滿足如下要求:
[0049]設(shè)混凝土介電常數(shù)為ε，令k= 0.36,或者0.54，令義=1^()'5，1^為內(nèi)徑計(jì)算系數(shù)^為內(nèi)徑計(jì)算指數(shù)
[0050]—維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件按照橫截面分別為圓形、橢圓形、正方形、長方形，分別命名為圓形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件、橢圓形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件、正方形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件、長方形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件；
[0051]對(duì)于圓形同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件，內(nèi)導(dǎo)體的外徑r等于外導(dǎo)體的內(nèi)徑R除以10的X次方，即:r = R/10x，
[0052]對(duì)于橢圓形同軸一維鋼筋混凝土，設(shè)外導(dǎo)體的長軸為A，短軸為B，內(nèi)導(dǎo)體長軸為a，短軸為b，則a等于A除以10的X次方，b等于B除以10的X次方，
[0053]即:a=A/10x;b= B/10x
[0054]對(duì)于正方形同軸一維鋼筋混凝土，設(shè)外導(dǎo)體的邊長為LN，內(nèi)導(dǎo)體邊長為I;則I等于LN除以10的X次方，
[0055]即:l= LN/10x
[0056]對(duì)于長方形同軸一維鋼筋混凝土，設(shè)外導(dǎo)體的長為Y，寬為W，內(nèi)導(dǎo)體長為y，寬為w，貝IJy等于Y除以10的X次方，w等于W除以10的X次方
[0057]即:y= Y/i0x;w=W/10x。
[0058]設(shè)混凝土介電常數(shù)為ε，令k = 0.36，或者0.54，令X = Ice0'
[0059]當(dāng)k= 0.36時(shí)，被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(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)一維同軸鋼筋混凝土構(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；
[0000]當(dāng)k = 0.54時(shí)，被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(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)一維同軸鋼筋混凝土構(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。
[0061]本發(fā)明的積極效果是:
[0062]1、一維同軸鋼筋混凝土構(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。
[0063]2、及時(shí)發(fā)現(xiàn)混凝土處于不正常狀態(tài)的數(shù)量以及對(duì)應(yīng)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。
[0064]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】
[0065]圖1是本發(fā)明中圓形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0066]圖2是本發(fā)明中正方形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0067]圖3是采用頻域反射設(shè)備測(cè)量被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件時(shí)的連接圖。
[0068]圖4是頻域反射測(cè)量設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。
[0069]圖5是控制服務(wù)器程序流程圖。
[0070]圖6是微處理器主程序。
[0071 ]圖7是定時(shí)器A中斷程序圖。
[0072]圖8是定時(shí)器B中斷程序圖。
[0073]圖9是參數(shù)計(jì)算子程序圖。
[0074]圖10是信號(hào)源電路圖。
[0075]圖11是反向信號(hào)隔離器電路圖。
[0076]圖12是反射信號(hào)放大濾波電路
[0077]圖13是混頻器電路圖。
[0078]圖14是模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖。
[0079]I是橫截面為圓形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)導(dǎo)體、I，為橫截面為正方形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)導(dǎo)體，2-1?2-n是橫截面為圓形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件外導(dǎo)體箍筋、3-1?3-m是為橫截面為圓形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件外導(dǎo)體縱筋、3，-1?3，-m是為橫截面為正方形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件外導(dǎo)體縱筋、4，-1?4，-n是橫截面為正方形一維同軸鋼筋混凝土構(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)一維同軸鋼筋混凝土構(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】
[0080]本發(fā)明基于頻域反射，采用頻域反射測(cè)量設(shè)備5與被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件7的內(nèi)、外導(dǎo)體共同完成測(cè)量。
[0081 ] 參見附圖4。
[0082]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。
[0083]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、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路19，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。
[0084]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。
[0085]微處理器采用美國XILINX公司生產(chǎn)的ZC706開發(fā)板。通信接口采用ZC706的串行接口。控制服務(wù)器為普通的臺(tái)式計(jì)算機(jī)或筆記本電腦
[0086]信號(hào)源的電路圖參見附圖10。
[0087]其中USl為ADF4350，美國ANALOG DEVICES公司生產(chǎn)。US2為26MHZ有源晶體振蕩器，US3為ADF4153，美國ANALOG DEVICES公司生產(chǎn)。
[0088]CLKA，DATAA，LEA，CLKB，DATAB，LEB，MUXS，MUXO，LD連接到ZC706 的 1 引腳。RFOUTA連接到功分器的輸入。
[0089]功分器采用深圳市百納(深圳)有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，型號(hào)為ZN2PD2-63-S+MINI0.35-6.0。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。
[0090]反向信號(hào)隔離器電路圖參見附圖11。
[0091]圖中，UA1，UA3:集成電路，型號(hào):NBB-400，由美國RF Micro Devices，Inc.公司生產(chǎn)。UA2:集成電路，型號(hào):PE43704，由美國Peregrine Semiconductor Corp公司生產(chǎn)。
[0092]GLIN:連接功分器輸出，GLOUT:連接定向耦合器輸入。
[0093]△0，厶1，厶2，00，01，02，03，04，05，06，51，0^，1^，卩/5連接到20706的10引腳。
[0094]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。
[0095]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)的產(chǎn)品，型號(hào)為SHX310-003060。
[0096]反射信號(hào)放大濾波電路參見附圖12。
[0097]其中，ULPl為ADL5523，美國ANALOG DEVICES公司生產(chǎn)。RX_IN:連接到定向耦合器的反射信號(hào);RX_0UT連接到混頻器VOUTA。
[0098]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_0UT，RX_0UT連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸入；。
[0099]混頻器的電路參見附圖13。
[0100]其中。UHl為ADL5350由美國ANALOGDEVICES公司生產(chǎn)。
[0101 ] S_0UT連接到混頻器放大濾波電路的輸入端RX_IN。
[0102]模數(shù)轉(zhuǎn)換電路參見附圖14。
[0103]其中，U5為AD9643，由美國ANALOG DEVICES公司生產(chǎn)。
[0104]VINA+連接到混頻器放大濾波電路RX_0UT，
[0105]SCLK，SDO，CLK+，CLK-,DO+,Dl+,……，Dl3+，DO-，Dl-，……，Dl3-，都連接到ZC706的10接口。
[0106]測(cè)量時(shí)，將被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(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)一維同軸鋼筋混凝土的外導(dǎo)體與連接電纜外導(dǎo)體連接，被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土的內(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。
[0? O7]本發(fā)明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。縱筋沿一維同軸鋼筋混凝土構(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。
[0108]一維同軸鋼筋混凝土構(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一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件、橢圓形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件、正方形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件、長方形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件。無論哪種一維同軸鋼筋混凝土構(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)體縱筋間距跟外導(dǎo)體相同，但是內(nèi)導(dǎo)體最少保證6根縱筋。內(nèi)導(dǎo)體設(shè)計(jì)還需滿足如下要求:
[0109]設(shè)混凝土介電常數(shù)為ε，令k= 0.36,或者0.54，令義=1^()'5，1^為內(nèi)徑計(jì)算系數(shù)^為內(nèi)徑計(jì)算指數(shù)
[0110]S卩X等于0，36乘以混凝土介電常數(shù)的0.5次方，或等于0，54乘以混凝土介電常數(shù)的
0.5次方
[0111]實(shí)施例1。參見附圖1、3。
[0112]圓形一維同軸鋼筋混凝土構(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I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。
[0113]對(duì)于圓形同軸一維鋼筋混凝土，內(nèi)導(dǎo)體的外徑r等于外導(dǎo)體的內(nèi)經(jīng)R除以10的X次方，即:r = R/10x
[0114]橢圓形一維同軸鋼筋混凝土與圓形一維同軸鋼筋混凝土類似，只是箍筋為橢圓形。對(duì)于橢圓形同軸一維鋼筋混凝土，設(shè)外導(dǎo)體的長軸為A，短軸為B，內(nèi)導(dǎo)體長軸為a，短軸為b。則a等于A除以10的X次方，b等于B除以10的X次方。
[0115]即:a=A/10x;b= B/10x。
[0116]當(dāng)k= 0.36時(shí)，被測(cè)圓形或橢圓形一維同軸鋼筋混凝土構(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)圓形或橢圓形一維同軸鋼筋混凝土構(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。
[0117]當(dāng)k= 0.54時(shí)，被測(cè)圓形或橢圓形一維同軸鋼筋混凝土構(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)圓形或橢圓形一維同軸鋼筋混凝土構(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。
[0118]實(shí)施例2。參見附圖2、3。
[0119]正方形同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件的內(nèi)導(dǎo)體為1，，外導(dǎo)體由3，_1?3，_m縱筋和4，_1?4，-n外導(dǎo)體箍筋組合而成。內(nèi)導(dǎo)體位于正方形鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)部的軸心位置。
[0120]對(duì)于正方形同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件，設(shè)外導(dǎo)體的邊長為LN，內(nèi)導(dǎo)體邊長為I;則I等于LN除以10的X次方，
[0121]即:1= LN/(10X)。
[012 2 ]同樣的，當(dāng)k = 0.3 6時(shí)，被測(cè)正方形一維同軸鋼筋混凝土構(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)正方形一維同軸鋼筋混凝土構(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；
[012 3 ]當(dāng)k = 0.5 4時(shí)，被測(cè)正方形一維同軸鋼筋混凝土構(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)正方形一維同軸鋼筋混凝土構(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。
[0124]對(duì)于長方形同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件，設(shè)外導(dǎo)體的長為Y，寬為W，內(nèi)導(dǎo)體長為y，寬為W。貝Ijy等于Y除以10的X次方，w等于W除以10的X次方
[0125]BP:y = Y/(10x)；w=ff/(10x)o
[0126]電阻取值與連接同軸電纜取值與方形同軸一維鋼筋混凝土構(gòu)件一致。
[0127]無論對(duì)哪種一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量過程與流程完全相同。
[0128]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)一維同軸鋼筋混凝土的測(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。
[0129]頻域反射測(cè)量設(shè)備對(duì)被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的測(cè)量流程包括控制服務(wù)器程序流程和微處理器程序流程;微處理器程序流程中包括微處理器主程序、定時(shí)器A中斷程序、定時(shí)器B中斷程序、參數(shù)計(jì)算子程序。
[0130]參見附圖5。
[0131]控制服務(wù)器程序流程:
[0132]第一步:向微處理器發(fā)出設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)命令，發(fā)出的系統(tǒng)參數(shù)包括:模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣頻率Fade，信號(hào)源最低頻率Flow，信號(hào)源最高頻率Fhigh，信號(hào)源步進(jìn)次數(shù)Cstep，信號(hào)源步進(jìn)時(shí)間間隔Tstep，混凝土介電常數(shù)ε，F(xiàn)FT峰值判斷門限Gf f t，被測(cè)一維同軸混凝土構(gòu)件長度LA，反向信號(hào)隔離器衰減參數(shù)，進(jìn)入第二步；
[0133]第二步:接收微處理器測(cè)量數(shù)據(jù)，返回第一步；
[0134]其中，混凝土介電常數(shù)ε，F(xiàn)FT峰值判斷門限根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定；
[0135]參見附圖6。
[0136]微處理器主程序:
[0137]第一步，接收控制服務(wù)器發(fā)出的控制參數(shù)命令，并執(zhí)行控制服務(wù)器發(fā)出的參數(shù)命令;令Dmax等于Fadc乘以Cstep乘以Tstep;定義模數(shù)轉(zhuǎn)換電路數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)組，用DATAadc表示，數(shù)組長度為Dmax，進(jìn)入第二步；
[0138]第二步，設(shè)置定時(shí)器A的定時(shí)時(shí)間為I除以Fade;設(shè)置定時(shí)器B的定時(shí)時(shí)間為Tstep，進(jìn)入第二步；
[0139]第三步，設(shè)置如下變量的值，CntStep等于O;Fsignal等于Flow;Fcnt等于O ； Idata等于O; Fcal等于O，設(shè)置Fstep等于Fhigh減去Flow，其差除以Cstep，進(jìn)入第四步；
[0140]其中::CntStep:步進(jìn)次數(shù);Fsignal:信號(hào)源頻率;Fcnt:計(jì)數(shù)標(biāo)志；Idata:數(shù)組下標(biāo);Fca1:計(jì)算標(biāo)志;Fstep:步進(jìn)頻率。
[0141]第四步，設(shè)置信號(hào)源頻率為Fsignal，進(jìn)入第五步；
[0142]第五步，設(shè)置定時(shí)器A在到達(dá)定時(shí)時(shí)間時(shí)產(chǎn)生中斷，設(shè)置定時(shí)器A中斷時(shí)調(diào)用定時(shí)器A中斷程序;設(shè)置定時(shí)器B在到達(dá)定時(shí)時(shí)間時(shí)產(chǎn)生中斷，設(shè)置定時(shí)器B中斷時(shí)調(diào)用定時(shí)器B中斷程序，進(jìn)入第六步；
[0143]第六步，判斷Fcal是否等于I?如果等于I，則進(jìn)入第七步，如果不等于I，返回第六步；
[0144]第七步，設(shè)置Fcal等于0，調(diào)用參數(shù)計(jì)算子程序，將參數(shù)計(jì)算結(jié)果送給控制服務(wù)器，返回第六步。
[0145]參見附圖7。
[0146]微處理器程序流程中的定時(shí)器A中斷程序:
[0147]第一步:采集模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)，將模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)組DATAadc[Idata]，令I(lǐng)data等于Idata+Ι，進(jìn)入第二步；
[ΟΙ48] 第二步:判斷CntStep是否等于0?如果CntStep等于O則進(jìn)入第三步，如果CntStep不等于O則令Fcnt等于I，并結(jié)束定時(shí)器A產(chǎn)生的終端程序；
[0149]第三步:，判斷Fcnt是否等于I?如果等于I，則進(jìn)入第四步，如果不等于I，則結(jié)束定時(shí)器A產(chǎn)生的終端程序；
[0150]第四步，令Fcnt等于O ;令I(lǐng)data等于O ;令Fcal等于I，結(jié)束定時(shí)器A產(chǎn)生的終端程序。
[0151]參見附圖8。
[0152]微處理器程序流程中的定時(shí)器B中斷程序:
[0153]第一步設(shè)置Fsignal等于Fsignal加Fstep;設(shè)置CntStep等于CntStep加I，進(jìn)入第二步；
[0154]第二步，設(shè)置信號(hào)源頻率為Fsignal，進(jìn)入第三步；
[0155]第三步，判斷CntStep是否等于Cstep?如果相等，進(jìn)入第四步，如果不相等，中斷程序結(jié)束；
[ΟΙ56] 第四步，設(shè)置CntStep等于0，設(shè)置Fsignal等于Flow，中斷程序結(jié)束；
[0157]參見附圖9。
[0158]參數(shù)計(jì)算子程序:
[0159]第一步:對(duì)數(shù)組DATAadc進(jìn)行快速傅里葉變換，設(shè)快速傅里葉變換結(jié)果為數(shù)組FFTadc，進(jìn)入第二步；
[0160]第二步:定義數(shù)組GATAadc和數(shù)組FFTadc等長，數(shù)組GATAadc的值計(jì)算方法為:通過相同下標(biāo)的FFTadc作為計(jì)算依據(jù)，如果相同下標(biāo)的FFTadc的值大于等于FFT峰值判斷門限Gfft，則該下標(biāo)的GATAadc值等于I，如果相同下標(biāo)的FFTadc值小于FFT峰值判斷門限Gfft，則該下標(biāo)的GATAadc值等于O，進(jìn)入第三步；
[0161]第三步:在GATAadc中，如果相鄰位置出現(xiàn)連續(xù)的I，當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)的I為奇數(shù)個(gè)時(shí)，保留最中間的數(shù)為I，其他相鄰的數(shù)據(jù)I變?yōu)閿?shù)據(jù)O;如果連續(xù)出現(xiàn)的I為偶數(shù)個(gè)，保留最中間兩個(gè)I中下標(biāo)小的GATAadc為I，其他相鄰的數(shù)據(jù)I變?yōu)閿?shù)據(jù)O。進(jìn)入第四步；
[0?62]第四步:根據(jù)GATAadc中數(shù)據(jù)為I的下標(biāo)計(jì)算損傷點(diǎn)與被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土連接測(cè)量設(shè)備一端的距離，用L表示，下標(biāo)用Index表示;計(jì)算方法為:設(shè)A等于Index-1，B等于Dmax-1，C等于Fhigh減去Flow，D等于I除以C，E等于Cstep除以C，F(xiàn)等于D減去Ec3L等于A乘以F，再乘以光在真空中的傳播速度，然后除以B，再除以ε1/2。用公式表示為L = AXFX光速/B/(ε°.5)進(jìn)入第五步；
[0163]第五步:按照第四步的方法，對(duì)所有GATAadc數(shù)組元素值為I的數(shù)據(jù)，計(jì)算L值，進(jìn)入第六步；
[0164]第六步，去除L大于被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件長度LA的計(jì)算值，余下的各個(gè)L值，分別表示多個(gè)混凝土構(gòu)件的損傷中，各個(gè)損傷位置到連接測(cè)量設(shè)備一端的距離，而余下的L值的數(shù)量，則表示混凝土構(gòu)件損傷的個(gè)數(shù)。參數(shù)計(jì)算子程序結(jié)束。
[0165]通過計(jì)算，不僅能得到一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件中損傷的個(gè)數(shù)，同時(shí)清楚的知道損傷的具體位置，達(dá)到對(duì)混凝土構(gòu)件的病變狀態(tài)和病變位置、健康狀況實(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，實(shí)現(xiàn)對(duì)非正常健康狀況的預(yù)警，滿足日益增加的混凝土構(gòu)件動(dòng)態(tài)檢測(cè)的需求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于頻域反射的一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的測(cè)量設(shè)備，其特征在于:頻域反射測(cè)量設(shè)備(5)與被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件(7)的內(nèi)、外導(dǎo)體共同完成測(cè)量； 一維同軸鋼筋混凝土構(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，縱筋沿一維同軸鋼筋混凝土構(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(5)由控制服務(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)和定向耦合器(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)、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); 被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的一端內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體連接電阻(8)，另一端的內(nèi)、外導(dǎo)體與連接電纜(6)相連，被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的外導(dǎo)體與連接電纜外導(dǎo)體連接，被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(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(11)、反向信號(hào)隔離器(13)和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(19)，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(15)，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(16)，反射信號(hào)放大濾波電路的輸出信號(hào)連接到混頻器(17);測(cè)量連接端口與連接電纜(6)連接，并將連接電纜返回的反射信號(hào)送給定向耦合器(15);混頻器(I7)的輸出信號(hào)送入混頻器放大濾波電路(18)，混頻器放大濾波電路輸出送入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(19)，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出送給微處理器。2.如權(quán)利要求1所述的基于頻域反射的一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的測(cè)量設(shè)備，其特征在于:被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件(7)的內(nèi)、外導(dǎo)體縱筋數(shù)量均不小于6根。3.如權(quán)利要求1所述的基于頻域反射的一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的測(cè)量設(shè)備，其特征在于:一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件橫截面為圓形或橢圓形或正方形或長方形。4.如權(quán)利要求1所述的基于頻域反射的一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的測(cè)量設(shè)備，其特征在于:所述被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的一端內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體連接電阻(8)，另一端的內(nèi)、外導(dǎo)體與連接電纜(6)相連，電阻(8)的阻值取50歐姆;連接電纜(6)采用50歐姆同軸電纜。5.如權(quán)利要求1所述的基于頻域反射的一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的測(cè)量設(shè)備，其特征在于:所述被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的一端內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體連接電阻(8)，另一端的內(nèi)、外導(dǎo)體與連接電纜(6)的內(nèi)、外導(dǎo)體相連，電阻(8)的阻值取75歐姆;連接電纜(6)采用75歐姆同軸電纜。6.—種基于頻域反射的一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的測(cè)量方法，其特征在于:采用如權(quán)利要求I所述的頻域反射測(cè)量設(shè)備(5)對(duì)被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件進(jìn)行測(cè)量;在測(cè)量前，將被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(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(6)為同軸電纜;被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的外導(dǎo)體與連接電纜(6)外導(dǎo)體連接，被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的內(nèi)導(dǎo)體與連接電纜(6)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)與連接電纜連接(6); 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)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的測(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； 頻域反射測(cè)量設(shè)備對(duì)被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的測(cè)量流程包括控制服務(wù)器程序流程和微處理器程序流程;微處理器程序流程中包括微處理器主程序、定時(shí)器A中斷程序、定時(shí)器B中斷程序、參數(shù)計(jì)算子程序； 控制服務(wù)器程序流程: 第一步:向微處理器發(fā)出設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)命令，發(fā)出的系統(tǒng)參數(shù)包括:模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣頻率Fadc，信號(hào)源最低頻率Flow，信號(hào)源最高頻率Fhigh，信號(hào)源步進(jìn)次數(shù)Cstep，信號(hào)源步進(jìn)時(shí)間間隔Tstep，混凝土介電常數(shù)e，F(xiàn)FT峰值判斷門限Gfft，被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件長度LA，反向信號(hào)隔離器衰減參數(shù)，進(jìn)入第二步； 第二步:接收微處理器測(cè)量數(shù)據(jù)，返回第一步； 其中，混凝土介電常數(shù)ε，F(xiàn)FT峰值判斷門限Gfft根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定； 微處理器主程序: 第一步，接收控制服務(wù)器發(fā)出的控制參數(shù)命令，并執(zhí)行控制服務(wù)器發(fā)出的參數(shù)命令;令Dmax等于Fadc乘以Cstep乘以Tstep;定義模數(shù)轉(zhuǎn)換電路數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)組，用DATAadc表示，數(shù)組長度為Dmax，進(jìn)入第二步； 第二步，設(shè)置定時(shí)器A的定時(shí)時(shí)間為I除以Fade;設(shè)置定時(shí)器B的定時(shí)時(shí)間為Tstep，進(jìn)入第三步； 第三步，設(shè)置如下變量的值，CntStep等于O;Fsignal等于Flow;Fcnt等于O; Idata等于O; Fcal等于O，設(shè)置Fstep等于Fhigh減去Flow，其差除以Cstep，進(jìn)入第四步； 其中::CntStep:步進(jìn)次數(shù);Fsignal:信號(hào)源頻率;Fcnt:計(jì)數(shù)標(biāo)志；Idata:數(shù)組下標(biāo)；Fcal:計(jì)算標(biāo)志;Fstep:步進(jìn)頻率 第四步，設(shè)置信號(hào)源頻率為Fsignal，進(jìn)入第五步； 第五步，設(shè)置定時(shí)器A在到達(dá)定時(shí)時(shí)間時(shí)產(chǎn)生中斷，設(shè)置定時(shí)器A中斷時(shí)調(diào)用定時(shí)器A中斷程序;設(shè)置定時(shí)器B在到達(dá)定時(shí)時(shí)間時(shí)產(chǎn)生中斷，設(shè)置定時(shí)器B中斷時(shí)調(diào)用定時(shí)器B中斷程序，進(jìn)入第六步； 第六步，判斷Fcal是否等于I?如果等于1，則進(jìn)入第七步，如果不等于1，返回第六步；第七步，設(shè)置Fcal等于O，調(diào)用參數(shù)計(jì)算子程序，將參數(shù)計(jì)算結(jié)果送給控制服務(wù)器，返回第六步。7.如權(quán)利要求6所述的基于頻域反射的一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的測(cè)量方法，其特征在于:所述微處理器程序流程中的定時(shí)器A中斷程序: 第一步:采集模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)，將模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)組DATAadc[Idata]，令I(lǐng)data等于Idata+Ι，進(jìn)入第二步； 第二步:判斷CntStep是否等于0?如果CntStep等于O則進(jìn)入第三步，如果CntStep不等于O則令Fcnt等于I，并結(jié)束定時(shí)器A產(chǎn)生的終端程序； 第三步:，判斷Fcnt是否等于I?如果等于I，則進(jìn)入第四步，如果不等于I，則結(jié)束定時(shí)器A產(chǎn)生的終端程序； 第四步，令Fcnt等于O ；令I(lǐng)data等于O ；令Fcal等于I，結(jié)束定時(shí)器A產(chǎn)生的中斷程序； 所述微處理器程序流程中的定時(shí)器B中斷程序: 第一步設(shè)置Fsignal等于Fsignal加Fstep;設(shè)置CntStep等于CntStep加I，進(jìn)入第二步； 第二步，設(shè)置信號(hào)源頻率為Fsignal，進(jìn)入第三步； 第三步，判斷CntStep是否等于Cstep?如果相等，進(jìn)入第四步，如果不相等，中斷程序結(jié)束； 第四步，設(shè)置CntStep等于O，設(shè)置Fsignal等于Flow，中斷程序結(jié)束； 所述參數(shù)計(jì)算子程序: 第一步:對(duì)數(shù)組DATAadc進(jìn)行快速傅里葉變換，設(shè)快速傅里葉變換結(jié)果為數(shù)組FFTadc，進(jìn)入第二步； 第二步:定義數(shù)組GATAadc和數(shù)組FFTadc等長，數(shù)組GATAadc的值計(jì)算方法為:通過相同下標(biāo)的FFTadc作為計(jì)算依據(jù)，如果相同下標(biāo)的FFTadc的值大于等于FFT峰值判斷門限Gf ft，則該下標(biāo)的GATAadc值等于I，如果相同下標(biāo)的FFTadc的值小于FFT峰值判斷門限Gf f t，則該下標(biāo)的GATAadc值等于O，進(jìn)入第三步； 第三步:在GATAadc中，如果相鄰位置出現(xiàn)連續(xù)的I，當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)的I為奇數(shù)個(gè)時(shí)，保留最中間的數(shù)為I，其他相鄰的數(shù)據(jù)I變?yōu)閿?shù)據(jù)O;如果連續(xù)出現(xiàn)的I為偶數(shù)個(gè)，保留最中間兩個(gè)I中下標(biāo)小的GATAadc為I，其他相鄰的數(shù)據(jù)I變?yōu)閿?shù)據(jù)O;進(jìn)入第四步； 第四步:根據(jù)GATAadc中數(shù)據(jù)為I的下標(biāo)計(jì)算損傷點(diǎn)與被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件連接測(cè)量設(shè)備一端的距離，用L表示，下標(biāo)用Index表示;計(jì)算方法為:設(shè)A等于Index-1，B等于Dmax-1，C等于Fhigh減去Flow，D等于I除以C，E等于Cstep除以C，F(xiàn)等于D減去E;L等于A乘以F，再乘以光在真空中的傳播速度，然后除以B，再除以ε的0.5次方，用公式表示為L=AXFX光速/Β/(ε°.5)，進(jìn)入第五步； 第五步:按照第四步的方法，對(duì)所有GATAadc數(shù)組元素值為I的數(shù)據(jù)，計(jì)算L，進(jìn)入第六步； 第六步，去除L大于被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件長度LA的計(jì)算值，余下的各個(gè)L值，分別表示多個(gè)混凝土構(gòu)件中損傷中單個(gè)混凝土損傷的位置到連接測(cè)量設(shè)備一端的距離，余下的L值的數(shù)量，表示混凝土損傷的數(shù)量。參數(shù)計(jì)算子程序結(jié)束。8.如權(quán)利要求6所述的基于頻域反射的一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的測(cè)量方法，其特征在于:被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件(7)的內(nèi)、外導(dǎo)體的縱筋數(shù)量不小于6根； 被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)導(dǎo)體需滿足如下要求: 設(shè)混凝土介電常數(shù)為ε，令k = 0.36，或者0.54，令x = keQ'k為內(nèi)徑計(jì)算系數(shù)，X為內(nèi)徑計(jì)算指數(shù)； 一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件按照橫截面分別為圓形、橢圓形、正方形、長方形，分別命名為圓形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件、橢圓形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件、正方形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件、長方形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件； 對(duì)于圓形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件，內(nèi)導(dǎo)體的外徑r等于外導(dǎo)體的內(nèi)徑R除以10的X次方，即:r = R/10x， 對(duì)于橢圓形一維同軸鋼筋混凝土，設(shè)外導(dǎo)體的長軸為A，短軸為B，內(nèi)導(dǎo)體長軸為a，短軸為b，則a等于A除以10的X次方，b等于B除以10的X次方， 即:a=A/10x；b = B/10x 對(duì)于正方形一維同軸鋼筋混凝土，設(shè)外導(dǎo)體的邊長為LN，內(nèi)導(dǎo)體邊長為I;則I等于LN除以10的X次方， 即:1 = LN/10X 對(duì)于長方形一維同軸鋼筋混凝土，設(shè)外導(dǎo)體的長為Y，寬為W，內(nèi)導(dǎo)體長為y，寬為《，則7等于Y除以10的X次方，w等于W除以10的X次方BP:y = Y/10x；w=ff/10Xo9.如權(quán)利要求8所述的基于頻域反射的一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的測(cè)量方法，其特征在于:所述設(shè)混凝土介電常數(shù)為ε，令k = 0.36，或者0.54，令x = keQ.5， 當(dāng)k = 0.36時(shí)，被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(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)一維同軸鋼筋混凝土構(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； 當(dāng)k = 0.54時(shí)，被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(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)一維同軸鋼筋混凝土構(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。
【文檔編號(hào)】G01N27/00GK106018486SQ201610585863
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月22日
【發(fā)明人】李碧雄, 鐘聲, 莫思特
【申請(qǐng)人】四川大學(xué)