基于等效電路的一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件測(cè)量設(shè)備和方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于等效電路的一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件測(cè)量設(shè)備和方法。等效電路測(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。等效電路測(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、定向耦合器、程控衰減器、信號(hào)解析器、開(kāi)關(guān)電路組成，通過(guò)連接電纜的兩端連接到被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件兩端。測(cè)量時(shí)，通過(guò)控制服務(wù)器對(duì)微處理器的控制完成控制流程，在微處理器的參數(shù)計(jì)算子程序構(gòu)件等效電路模型，方便、準(zhǔn)確地推測(cè)監(jiān)測(cè)一維同軸鋼筋混凝土的病變狀態(tài)。本發(fā)明利用混凝土材料自身成為一種傳感材料，等效電路模型測(cè)量、計(jì)算自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單、可靠，易于推廣。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于等效電路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)，具體是基于等效電路的一 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(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。
[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(zhuān) 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(zhuān)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(méi)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(zhuān)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(méi)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，使混凝土構(gòu)件自身成 為一種智能傳感材料，采用基于等效電路模型的方法對(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(wèn)題，滿(mǎn)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：
[0008] -種基于等效電路的一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件測(cè)量設(shè)備，其特征在于:等效電路 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。
[0009] -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(mǎn)足一維混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。
[0010] 等效電路測(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、定向耦合器、程控衰減器、信號(hào)解析器、開(kāi)關(guān)電路組成。控制服務(wù)器連接通信接 口，通過(guò)通信接口與微處理器進(jìn)行通信。
[0011] 兩根連接電纜分別將等效電路測(cè)量設(shè)備的兩個(gè)測(cè)量連接端口連接到被測(cè)一維同 軸鋼筋混凝土構(gòu)件兩端，被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土兩端的內(nèi)導(dǎo)體與連接電纜內(nèi)導(dǎo)體連接， 外導(dǎo)體與連接電纜外導(dǎo)體連接相連。
[0012] 微處理器連接信號(hào)源、開(kāi)關(guān)電路、反向信號(hào)隔離器、程控衰減器、信號(hào)解析器，并對(duì) 信號(hào)源、反向信號(hào)隔離器、程控衰減器、信號(hào)解析器的工作模式進(jìn)行控制，接收信號(hào)解析器 的數(shù)據(jù)。
[0013] 信號(hào)源的信號(hào)輸入功分器1，功分器1將信號(hào)源信號(hào)分成兩路，一路送到開(kāi)關(guān)電路， 一路送入程控衰減器C;開(kāi)關(guān)電路的控制線(xiàn)連接微處理器，輸入連接功分器1，輸出分別連接 功分器2和功分器3的輸入，在微處理器的控制下，開(kāi)關(guān)電路將功分器1傳來(lái)的信號(hào)連接到功 分器2或功分器3;信號(hào)解析器1的兩個(gè)輸入分別連接定向耦合器A(15-l)和功分器4的輸出
[0014] 功分器2的輸出分別連接到反向信號(hào)隔離器A和程控衰減器A的輸入。反向信號(hào)隔 離器A的控制線(xiàn)連接到微處理器，并接受微處理器的控制;反向信號(hào)隔離器A的輸出連接到 定向耦合器A;定向耦合器A將輸入信號(hào)送給測(cè)量連接端口 A，并從測(cè)量連接端口 A接收信號(hào)， 將接收到的測(cè)量連接端口 A的信號(hào)送給信號(hào)解析器1;測(cè)量連接端口 A通過(guò)連接電纜與被測(cè) 一維同軸鋼筋混凝土連接。信號(hào)解析器1的兩個(gè)輸入信號(hào)分別連接定向耦合器A和功分器4 的輸出信號(hào)，控制線(xiàn)與數(shù)據(jù)輸出與微處理器連接，接受微處理器控制，向微處理器輸出數(shù) 據(jù)。程控衰減器A的輸入連接功分器2的輸出，控制線(xiàn)連接微處理器，輸出連接到信號(hào)解析器 2;信號(hào)解析器2的兩個(gè)輸入信號(hào)分別連接程控衰減器A和功分器4的輸出信號(hào)，控制線(xiàn)與數(shù) 據(jù)輸出與微處理器連接，接受微處理器控制，向微處理器輸出數(shù)據(jù)，
[0015] 功分器3的輸出分別連接到反向信號(hào)隔離器B和程控衰減器B的輸入;反向信號(hào)隔 離器B的控制線(xiàn)連接到微處理器，并接受微處理器的控制;反向信號(hào)隔離器B的輸出連接到 定向耦合器B。定向耦合器B將輸入信號(hào)送給測(cè)量連接端口 B，并從測(cè)量連接端口 B接收信號(hào)， 將接收到的測(cè)量連接端口 B的信號(hào)送給信號(hào)解析器4。測(cè)量連接端口 B通過(guò)連接電纜與被測(cè) 一維同軸鋼筋混凝土連接。信號(hào)解析器4的兩個(gè)輸入信號(hào)分別連接定向耦合器B和功分器4 的輸出信號(hào)，控制線(xiàn)與數(shù)據(jù)輸出與微處理器連接，接受微處理器控制，向微處理器輸出數(shù) 據(jù)。程控衰減器B的輸入連接功分器3的輸出，控制線(xiàn)連接微處理器，輸出連接到信號(hào)解析器 3。信號(hào)解析器3的兩個(gè)輸入信號(hào)分別連接程控衰減器B和功分器4的輸出信號(hào)，控制線(xiàn)與數(shù) 據(jù)輸出與微處理器連接，接受微處理器控制，向微處理器輸出數(shù)據(jù)。
[0016] 程控衰減器C的控制線(xiàn)連接到微處理器，并接受微處理器控制，輸入連接到功分器 1的輸出，輸出連接到功分器4的輸入;功分器4的輸入連接到程控衰減器C的輸出，輸出連接 到信號(hào)解析器1、信號(hào)解析器2、信號(hào)解析器3、信號(hào)解析器4。
[0017] 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。
[0018] 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(zhǎng)方形。
[0019] 測(cè)量前，將等效電路測(cè)量設(shè)備的兩個(gè)測(cè)量連接端口分別連接到兩根連接電纜，通 過(guò)兩根連接電纜分別連接到被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的兩端，被測(cè)一維同軸鋼筋混凝 土兩端的內(nèi)導(dǎo)體與連接電纜內(nèi)導(dǎo)體連接，外導(dǎo)體與連接電纜外導(dǎo)體連接相連。
[0020] 測(cè)量時(shí)，控制服務(wù)器通過(guò)通信接口與微處理器進(jìn)行通信，對(duì)測(cè)量進(jìn)行控制。
[0021] 等效電路測(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和參數(shù)計(jì)算子程 序。
[0022]控制服務(wù)器程序流程：
[0023]第一步:通過(guò)通信接口向微處理器發(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： 信號(hào)源頻率，反向隔離器A、反向隔離器B、程控衰減器A、程控衰減器B、程控衰減器C的放大 倍數(shù)，信號(hào)解析器1、信號(hào)解析器2、信號(hào)解析器3、信號(hào)解析器4的工作模式;設(shè)反向隔離器A 的放大倍數(shù)為KFa，反向隔離器B的放大倍數(shù)為KFb，程控衰減器A的放大倍數(shù)為KCa，程控衰 減器B的放大倍數(shù)為KCb。進(jìn)入第二步；
[0024]第二步:通過(guò)通信接口接收微處理器計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，返回第一步。
[0025] 微處理器主程序：
[0026] 第一步:通過(guò)通信接口接收控制服務(wù)器命令，進(jìn)入第二步；
[0027] 第二步:設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，所設(shè)置的系統(tǒng)參數(shù)包括:信號(hào)源頻率，反向隔離器A、反向 隔離器B、程控衰減器A、程控衰減器B、程控衰減器C的放大倍數(shù)，信號(hào)解析器1、信號(hào)解析器 2、信號(hào)解析器3、信號(hào)解析器4的工作模式，進(jìn)入第三步；
[0028] 第三步:控制開(kāi)關(guān)電路，使得功分器1的輸出連接到功分器2的輸入，進(jìn)入第四步；
[0029] 第四步:接收信號(hào)解析器1解析得到的定向耦合器A與功分器4輸出信號(hào)之間的同 相分量I和正交分量Q;設(shè)信號(hào)解析器1解析得到的同相分量為DATA_Ila，正交分量為DATA_ Qla;接收信號(hào)解析器2解析得到的程控衰減器A與功分器4輸出信號(hào)之間的同相分量I和正 交分量Q;設(shè)信號(hào)解析器2解析得到的同相分量為DATA_12a，正交分量為DATA_Q2a;接收信號(hào) 解析器4解析得到的定向耦合器B與功分器4輸出信號(hào)之間的同相分量I和正交分量Q;設(shè)信 號(hào)解析器4解析得到的同相分量為DATA_I4a，正交分量為DATA_Q4a。進(jìn)入第五步；
[0030] 第五步:控制開(kāi)關(guān)電路，使得功分器1的輸出連接到功分器3的輸入，進(jìn)入第六步；
[0031] 第六步:接收信號(hào)解析器4解析得到的定向耦合器B與功分器4輸出信號(hào)之間的同 相分量I和正交分量Q;設(shè)信號(hào)解析器4解析得到的同相分量為DATA_I4b，正交分量為DATA_ Q4b;接收信號(hào)解析器3解析得到的程控衰減器B與功分器4輸出信號(hào)之間的同相分量I和正 交分量Q;設(shè)信號(hào)解析器3解析得到的同相分量為DATA_13b，正交分量為DATA_Q3b;接收信號(hào) 解析器1解析得到的定向耦合器A與功分器4輸出信號(hào)之間的同相分量I和正交分量Q;設(shè)信 號(hào)解析器1解析得到的同相分量為DATA_I lb，正交分量為DATA_Qlb;進(jìn)入第七步；
[0032] 第七步:調(diào)用參數(shù)計(jì)算子程序，進(jìn)入第八步；
[0033] 第八步:將參數(shù)計(jì)算結(jié)果送給控制服務(wù)器，返回第一步。
[0034]參數(shù)計(jì)算子程序：
[0035]第一步：計(jì)算測(cè)量連接端口 A( 14-1)反射參數(shù)XI1，正向傳輸參數(shù)X21，反向傳輸參 數(shù)X12,測(cè)量連接端口 B(14-2)的反射系數(shù)乂22411412 421422都是復(fù)數(shù);令1為虛數(shù)單位， XII，X12，X21，X22復(fù)數(shù)計(jì)算公式如下：
[0036]
[0037]
[0038]
[0039]
[0040] 式中，
[00411 信號(hào)解析器1解析得到的端口 A同相分量為DATA_I la，端口 A正交分量為DATA_Qla;
[0042] 信號(hào)解析器2解析得到的端口 A同相分量為DATA_I2a，端口 A正交分量為DATA_Q2a;
[0043] 信號(hào)解析器4解析得到的端口 A同相分量為DATA_I4a，端口 A正交分量為DATA_Q4a;
[0044] 信號(hào)解析器4解析得到的端口 B同相分量為DATA_I4b，端口 B正交分量為DATA_Q4b;
[0045] 信號(hào)解析器3解析得到的端口 B同相分量為DATA_I3b，端口 B正交分量為DATA_Q3b;
[0046] 信號(hào)解析器1解析得到的端口 B同相分量為DATA_I lb，端口 B正交分量為DATA_Qlb;
[0047] 第二步:計(jì)算一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的導(dǎo)納參數(shù)Y11，Y12，Y21，Y22，并由導(dǎo)納參 數(shù)構(gòu)成導(dǎo)納矩陣
[0048]
[0049]
[0050]
[0051]
[0052]
[0053] 當(dāng)k = 0.36時(shí)，Z = 50;當(dāng)k = 0.54時(shí)，Z = 75;k為內(nèi)徑計(jì)算系數(shù)，Z為特征阻抗
[0054]第三步:根據(jù)電路理論，由一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的導(dǎo)納矩陣計(jì)算一維同軸鋼 筋混凝土構(gòu)件的等效電路模型。
[0055] 被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)導(dǎo)體需滿(mǎn)足如下要求：
[0056] 設(shè)混凝土介電常數(shù)為ε，令k = 0.36，或者0.54，令x = keQ·5，k為內(nèi)徑計(jì)算系數(shù)，X為 內(nèi)徑計(jì)算指數(shù)；
[0057] 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(zhǎng)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(zhǎng)方形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件；
[0058] 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，
[0059] 對(duì)于橢圓形一維同軸鋼筋混凝土，設(shè)外導(dǎo)體的長(zhǎng)軸為A，短軸為B，內(nèi)導(dǎo)體長(zhǎng)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，
[0060] 即：a=A/l〇x;b = B/10x
[0061] 對(duì)于正方形一維同軸鋼筋混凝土，設(shè)外導(dǎo)體的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)N，內(nèi)導(dǎo)體最外部一圈邊長(zhǎng) 為1;貝1J1等于LN除以10的X次方，
[0062] 即：l = LN/10x
[0063] 對(duì)于長(zhǎng)方形一維同軸鋼筋混凝土，設(shè)外導(dǎo)體的長(zhǎng)為Y，寬為W，內(nèi)導(dǎo)體長(zhǎng)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
[0064] 即：y = Y/i〇x;w=w/i〇x。
[0065] 所述設(shè)混凝土介電常數(shù)為ε，令k = 0.36,或者0.54,令X = kεQ·5，
[0066] 當(dāng)k = 0.36時(shí)，被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的內(nèi)、外導(dǎo)體連接的連接電纜采用50 歐姆同軸電纜；
[0067]當(dāng)k = 0.54時(shí)，被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的內(nèi)、外導(dǎo)體連接的連接電纜采用75 歐姆同軸電纜。
[0068]本發(fā)明的積極效果是：
[0069] 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。
[0070] 2、采用等效電路檢測(cè)，在對(duì)混凝土構(gòu)件檢測(cè)時(shí)，可以根據(jù)等效電路建立等效電路 模型，根據(jù)等效電路模型方便、準(zhǔn)確地推測(cè)監(jiān)測(cè)一維同軸鋼筋混凝土的病變狀態(tài)。
[0071] 3、隨時(shí)對(duì)混凝土健康狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)非正常健康狀況的預(yù)警預(yù)報(bào)。
[0072] 4、測(cè)量設(shè)備簡(jiǎn)單可靠，采用等效電路模型測(cè)量、計(jì)算自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單、可 靠，易于推廣。 (四）
【附圖說(shuō)明】
[0073]圖1是本發(fā)明的圓形一維同軸鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)示意圖。
[0074]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。
[0075] 圖3是采用等效電路設(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。
[0076] 圖4是等效電路測(cè)量設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。
[0077]圖5是控制服務(wù)器程序流程圖。
[0078]圖6是微處理器主程序圖。
[0079]圖7是信號(hào)源電路圖。
[0080]圖8是反向信號(hào)隔離器電路圖。
[0081]圖9程控衰減器電路圖。
[0082]圖10~11是信號(hào)解析器電路圖。
[0083]圖中，1是橫截面為圓形的一維鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)導(dǎo)體、Γ是橫截面為正方形一維 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 一維鋼筋混凝土構(gòu)件外導(dǎo)體縱筋、4 '-1~4 '-η是橫截面為正方形一維鋼筋混凝土構(gòu)件外導(dǎo) 體箍筋、5等效電路測(cè)量設(shè)備、6-1連接電纜Α、6-2連接電纜Β、7被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土、9 通信接口、10微處理器、11信號(hào)源、12-1~12-4功分器、13-1反向信號(hào)隔離器Α、13-2反向信 號(hào)隔離器Β、14-1測(cè)量連接端口 Α、14-2測(cè)量連接端口 Β、15-1定向耦合器Α、15-2定向耦合器 Β、16-1程控衰減器Α、16-2程控衰減器Β、16-3程控衰減器C、17-1信號(hào)解析器1、17-信號(hào)解析 器2、17-3信號(hào)解析器3、17-4信號(hào)解析器4、18開(kāi)關(guān)電路、20控制服務(wù)器。 (五)
【具體實(shí)施方式】
[0084]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?？v筋沿一維鋼筋混凝土構(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(mǎn)足一維混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范的設(shè)計(jì)要 求。
[0085] 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(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一維鋼筋混凝土構(gòu)件、橢圓形一維鋼筋 混凝土構(gòu)件、正方形一維鋼筋混凝土構(gòu)件、長(zhǎng)方形一維鋼筋混凝土構(gòu)件。無(wú)論哪種一維鋼筋 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(lèi)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。內(nèi)導(dǎo)體設(shè)計(jì)還需滿(mǎn)足 如下要求：
[0086]設(shè)混凝土介電常數(shù)為ε，令k = 0.36，或者0.54，令x = keQ·5，k為內(nèi)徑計(jì)算系數(shù)，X為 內(nèi)徑計(jì)算指數(shù)，即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。
[0087]當(dāng)k = 0.36時(shí)，測(cè)量時(shí)的連接電纜6-1，6_2采用50歐姆同軸電纜。
[0088]當(dāng)k = 0.54時(shí)，測(cè)量時(shí)的連接電纜6-1，6-2采用75歐姆同軸電纜。
[0089] 實(shí)施例1。參見(jiàn)附圖1、3。
[0090]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。
[0091] 對(duì)于圓形一維同軸鋼筋混凝土，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
[0092] 橢圓形一維鋼筋混凝土構(gòu)件與圓形一維鋼筋混凝土構(gòu)件類(lèi)似，只是箍筋為橢圓 形。對(duì)于橢圓形一維同軸鋼筋混凝土，設(shè)外導(dǎo)體的長(zhǎng)軸為A，短軸為B，內(nèi)導(dǎo)體長(zhǎng)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。
[0093] 即：a=A/10x;b = B/10x。
[0094] 實(shí)施例2。參見(jiàn)附圖2、3。
[0095]對(duì)于正方形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件，設(shè)外導(dǎo)體的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)N，內(nèi)導(dǎo)體最外部一圈 邊長(zhǎng)為1;則1等于LN除以10的X次方，
[0096] 即：1 = LN/(10X)。
[0097] 對(duì)于長(zhǎng)方形一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件，設(shè)外導(dǎo)體的長(zhǎng)為Y，寬為W，內(nèi)導(dǎo)體長(zhǎng)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
[0098] 即：y = Y/(i〇x);w=w/(i〇x)。
[0099] 無(wú)論對(duì)哪種一維鋼筋混凝土構(gòu)件進(jìn)行測(cè)量，其使用的等效電路測(cè)量設(shè)備5完全相 同，測(cè)量過(guò)程與流程完全一致。
[0100] 參見(jiàn)附圖3。測(cè)量前，將等效電路測(cè)量設(shè)備的兩個(gè)測(cè)量連接端口 14-1、14-2連接到 兩根連接電纜6-1、6-2,通過(guò)連接電纜分別連接到被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的兩端，被 測(cè)一維同軸鋼筋混凝土兩端的內(nèi)導(dǎo)體與連接電纜內(nèi)導(dǎo)體連接，外導(dǎo)體與連接電纜外導(dǎo)體連 接相連。
[0101] 測(cè)量時(shí)，控制服務(wù)器20通過(guò)通信接口 9與微處理器10進(jìn)行通信，對(duì)測(cè)量進(jìn)行控制。 [0102] 參見(jiàn)附圖4。等效電路測(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 12-1~12-4、反向信號(hào)隔離器13-1~13-2、測(cè)量連接端口 14-1~14-2、定向耦合器15-1~ 15- 2、程控衰減器16-1~16-3、信號(hào)解析器17-1~17-4、開(kāi)關(guān)電路18組成。控制服務(wù)器連接 通信接口 9，通過(guò)通信接口 9與微處理器10進(jìn)行通信。
[0103] 微處理器10連接信號(hào)源11、開(kāi)關(guān)電路18、反向信號(hào)隔離器13-1~13-2、程控衰減器 16- 1~16-3、信號(hào)解析器17-1~17-4,并對(duì)信號(hào)源11、反向信號(hào)隔離器13-1~13-2、程控衰 減器16-1~16-3、信號(hào)解析器17-1~17-4的工作模式進(jìn)行控制，接收信號(hào)解析器的數(shù)據(jù)。
[0104] 信號(hào)源11的信號(hào)輸入功分器1，功分器1將信號(hào)源信號(hào)分成兩路，一路送到開(kāi)關(guān)電 路18,一路送入程控衰減器C;開(kāi)關(guān)電路18的控制線(xiàn)連接微處理器，輸入連接功分器1，輸出 分別連接功分器2和功分器3的輸入，在微處理器的控制下，開(kāi)關(guān)電路將功分器1傳來(lái)的信號(hào) 連接到功分器2或功分器3;
[0105] 功分器2的輸出分別連接到反向信號(hào)隔離器A和程控衰減器A的輸入。反向信號(hào)隔 離器A的控制線(xiàn)連接到微處理器，并接受微處理器的控制。反向信號(hào)隔離器A的輸出連接到 定向耦合器A;定向耦合器A將輸入信號(hào)送給測(cè)量連接端口 A，并從測(cè)量連接端口 A接收信號(hào)， 將接收到的測(cè)量連接端口 A的信號(hào)送給信號(hào)解析器1。測(cè)量連接端口 A通過(guò)連接電纜與被測(cè) 一維同軸鋼筋混凝土連接。信號(hào)解析器1的兩個(gè)輸入信號(hào)分別連接定向耦合器A和功分器4 的輸出信號(hào)，控制線(xiàn)與數(shù)據(jù)輸出與微處理器連接，接受微處理器控制，向微處理器輸出數(shù) 據(jù)。程控衰減器A的輸入連接功分器2的輸出，控制線(xiàn)連接微處理器，輸出連接到信號(hào)解析器 2;信號(hào)解析器2的兩個(gè)輸入信號(hào)分別連接程控衰減器A和功分器4的輸出信號(hào)，控制線(xiàn)與數(shù) 據(jù)輸出與微處理器連接，接受微處理器控制，向微處理器輸出數(shù)據(jù)。
[0106] 功分器3的輸出分別連接到反向信號(hào)隔離器B和程控衰減器B的輸入;反向信號(hào)隔 離器B的控制線(xiàn)連接到微處理器，并接受微處理器的控制。反向信號(hào)隔離器B的輸出連接到 定向耦合器B;定向耦合器B將輸入信號(hào)送給測(cè)量連接端口 B，并從測(cè)量連接端口 B接收信號(hào)， 將接收到的測(cè)量連接端口 B的信號(hào)送給信號(hào)解析器4;測(cè)量連接端口 B通過(guò)連接電纜與被測(cè) 一維同軸鋼筋混凝土連接;信號(hào)解析器4的兩個(gè)輸入信號(hào)分別連接定向耦合器B和功分器4 的輸出信號(hào)，控制線(xiàn)與數(shù)據(jù)輸出與微處理器連接，接受微處理器控制，向微處理器輸出數(shù) 據(jù)。程控衰減器B的輸入連接功分器3的輸出，控制線(xiàn)連接微處理器，輸出連接到信號(hào)解析器 3;信號(hào)解析器3的兩個(gè)輸入信號(hào)分別連接程控衰減器B和功分器4的輸出信號(hào)，控制線(xiàn)與數(shù) 據(jù)輸出與微處理器連接，接受微處理器控制，向微處理器輸出數(shù)據(jù)。
[0107] 程控衰減器C的控制線(xiàn)連接到微處理器，并接受微處理器控制，輸入連接到功分器 1的輸出，輸出連接到功分器4的輸入;功分器4的輸入連接到程控衰減器C的輸出，輸出連接 到信號(hào)解析器1、信號(hào)解析器2、信號(hào)解析器3、信號(hào)解析器4。
[0108] 等效電路測(cè)量設(shè)備5中的微處理器10采用美國(guó)XILINX公司生產(chǎn)的ZC706開(kāi)發(fā)板。通 信接口 9為ZC706的串行接口。功分器1，功分器2，功分器3，功分器4采用相同的型號(hào)，均為上 海華湘計(jì)算機(jī)通訊工程有限公司生產(chǎn)的SHX-GF2-100。測(cè)量連接端口 14-1、14-2采用相同型 號(hào)，為BNC連接器。定向耦合器15-1、15-2采用相同型號(hào)：3^310-003060，生產(chǎn)廠(chǎng)家為上海華 湘計(jì)算機(jī)通訊工程有限公司。開(kāi)關(guān)電路18采用上海華湘計(jì)算機(jī)通訊工程有限公司：SHX801-01。控制服務(wù)器使用普通臺(tái)式計(jì)算機(jī)或筆記本電腦。
[0109] 信號(hào)源電路圖參見(jiàn)附圖7。
[0110] 圖中，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)。
[0111] CLKA，DATAA，LEA，CLKB，DATAB，LEB，MUXS，MUX0，LD 連接到 ZC706 的 10引腳。
[0112] 參見(jiàn)附圖8反向信號(hào)隔離器電路圖。
[0113] 反向信號(hào)隔離器13-1、13-2采用相同電路。其中，1^1，1^3:集成電路，型號(hào)：_8-400,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，GL0UT:連接定向親合器 輸入。
[0114] △0，厶1，厶2,00,01，02,03,04,05,06,51，0^，1^，卩/5連接到2〇706的10引腳。
[0115] 參見(jiàn)圖9程控衰減器電路圖。程控衰減器16-1、16-2、16-3采用相同電路。圖中， UD6:集成電路，型號(hào)：PE43704,由美國(guó)Peregrine Semiconductor Corp公司生產(chǎn)。
[0116] △0，厶1，厶2,00,01，02,03,04,05,06,51，0^，1^，卩/5連接到2〇706的10引腳。
[0117] 參見(jiàn)圖10~11信號(hào)解析器電路圖。信號(hào)解析器1、信號(hào)解析器2、信號(hào)解析器3、信號(hào) 解析器4采用相同電路。
[0118] 圖中，AD9361用做兩路信號(hào)解析器，所以整個(gè)等效測(cè)量設(shè)備采用了兩組由上述電 路組成的模塊，構(gòu)成四路信號(hào)解析器。
[0119] UR1:美國(guó)Analog Devices公司生產(chǎn)的AD9361。
[0120] UR2，UR3:美國(guó)Mini-Circuits 公司生產(chǎn)的 TCM1-63AX+
[0121] JP1，JP2，JP3: BNC接插件。JP1連接定向耦合器，JP2連接程控衰減器，JP3連接功分 器3的輸出。
[0122] 兩組電路的JP1分別連接:定向耦合器A和定向耦合器B;
[0123] 兩組電路的JP2分別連接:程控衰減器A和程控衰減器B;
[0124] 兩組電路的JP3分別連接:功分器4的兩路輸出。
[0125] 兩組電路中的名為AUXADC，AUXDAC1，AUXDAC2，RX_F_N，RX_F_P，TX_F_N，TX_F_P， SPIDO，SPIDI，SPICLK，SPIΕΝ，CLK0UT，RE SETB，ΕΝ，ENAGC，F(xiàn)_CLK_N，F(xiàn)_CLK_P，D_CLK_N，D_ CLK_P，TXNRX，P0_D[0:11]，P1_D[0:11]，GPI0[0:3]，CTRLIN[0:3]，CTRL0UT[0:7]的連接網(wǎng) 絡(luò)都連接到ZC706的10引腳。
[0126] 使用等效電路測(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，根據(jù)等效電路測(cè) 量設(shè)備測(cè)量得到的被測(cè)一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的測(cè)量結(jié)果，可方便、準(zhǔn)確地推測(cè)監(jiān)測(cè)一 維同軸鋼筋混凝土的病變。
[0127] 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 括微處理器主程序和參數(shù)計(jì)算子程序。
[0128] 參見(jiàn)附圖5。
[0129] 控制服務(wù)器程序流程：
[0130] 第一步:通過(guò)通信接口向微處理器發(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： 信號(hào)源頻率，反向隔離器A、反向隔離器B、程控衰減器A、程控衰減器B、程控衰減器C的放大 倍數(shù)，信號(hào)解析器1、信號(hào)解析器2、信號(hào)解析器3、信號(hào)解析器4的工作模式;設(shè)反向隔離器A 的放大倍數(shù)為KFa，反向隔離器B的放大倍數(shù)為KFb，程控衰減器A的放大倍數(shù)為KCa，程控衰 減器B的放大倍數(shù)為KCb。進(jìn)入第二步；
[0131] 第二步:通過(guò)通信接口接收微處理器計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，返回第一步。
[0132] 參見(jiàn)附圖6。
[0133]微處理器主程序：
[0134] 第一步:通過(guò)通信接口接收控制服務(wù)器命令，進(jìn)入第二步；
[0135] 第二步:設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，所設(shè)置的系統(tǒng)參數(shù)包括:信號(hào)源頻率，反向隔離器A、反向 隔離器B、程控衰減器A、程控衰減器B、程控衰減器C的放大倍數(shù)，信號(hào)解析器1、信號(hào)解析器 2、信號(hào)解析器3、信號(hào)解析器4的工作模式，進(jìn)入第三步；
[0136] 第三步:控制開(kāi)關(guān)電路，使得功分器1的輸出連接到功分器2的輸入，進(jìn)入第四步；
[0137] 第四步:接收信號(hào)解析器1解析得到的定向耦合器A與功分器4輸出信號(hào)之間的同 相分量I和正交分量Q;設(shè)信號(hào)解析器1解析得到的同相分量為DATA_Ila，正交分量為DATA_ Qla;接收信號(hào)解析器2解析得到的程控衰減器A與功分器4輸出信號(hào)之間的同相分量I和正 交分量Q;設(shè)信號(hào)解析器2解析得到的同相分量為DATA_12a，正交分量為DATA_Q2a;接收信號(hào) 解析器4解析得到的定向耦合器B與功分器4輸出信號(hào)之間的同相分量I和正交分量Q;設(shè)信 號(hào)解析器4解析得到的同相分量為DATA_I4a，正交分量為DATA_Q4a。進(jìn)入第五步；
[0138] 第五步:控制開(kāi)關(guān)電路，使得功分器1的輸出連接到功分器3的輸入，進(jìn)入第六步；
[0139] 第六步:接收信號(hào)解析器4解析得到的定向耦合器B與功分器4輸出信號(hào)之間的同 相分量I和正交分量Q;設(shè)信號(hào)解析器4解析得到的同相分量為DATA_I4b，正交分量為DATA_ Q4b;接收信號(hào)解析器3解析得到的程控衰減器B與功分器4輸出信號(hào)之間的同相分量I和正 交分量Q;設(shè)信號(hào)解析器3解析得到的同相分量為DATA_13b，正交分量為DATA_Q3b;接收信號(hào) 解析器1解析得到的定向耦合器A與功分器4輸出信號(hào)之間的同相分量I和正交分量Q;設(shè)信 號(hào)解析器1解析得到的同相分量為DATA_I lb，正交分量為DATA_Qlb;進(jìn)入第七步；
[0140] 第七步:調(diào)用參數(shù)計(jì)算子程序，進(jìn)入第八步；
[0141] 第八步:將參數(shù)計(jì)算結(jié)果送給控制服務(wù)器，返回第一步。
[0142] 參見(jiàn)附圖7。
[0143] 參數(shù)計(jì)算子程序：
[0144]第一步:計(jì)算測(cè)量連接端口 A( 14-1)反射參數(shù)XI1，正向傳輸參數(shù)X21，反向傳輸參 數(shù)X12,測(cè)量連接端口 B(14-2)的反射系數(shù)乂22411412 421422都是復(fù)數(shù);令1為虛數(shù)單位， XII，X12，X21，X22復(fù)數(shù)計(jì)算公式如下：
[0145]
[0146]
[0147]
[0148]
[0149] 式中，反向隔離器A的放大倍數(shù)為KFa，反向隔離器B的放大倍數(shù)為KFb;
[0150] 程控衰減器A的放大倍數(shù)為KCa，程控衰減器B的放大倍數(shù)為KCb;
[0151] 信號(hào)解析器1解析得到的端口 A同相分量為DATA_I la，端口 A正交分量為DATA_Qla;
[0152] 信號(hào)解析器2解析得到的端口 A同相分量為DATA_I2a，端口 A正交分量為DATA_Q2a;
[0153] 信號(hào)解析器4解析得到的端口 A同相分量為DATA_I4a，端口 A正交分量為DATA_Q4a;
[0154] 信號(hào)解析器4解析得到的端口 B同相分量為DATA_I4b，端口 B正交分量為DATA_Q4b;
[0155] 信號(hào)解析器3解析得到的端口 B同相分量為DATA_I3b，端口 B正交分量為DATA_Q3b;
[0156] 信號(hào)解析器1解析得到的端口 B同相分量為DATA_I lb，端口 B正交分量為DATA_Qlb;
[0157] 第二步:計(jì)算一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的導(dǎo)納參數(shù)Y11，Y12，Y21，Y22，并由導(dǎo)納參 數(shù)構(gòu)成導(dǎo)納矩陣
[0158]
[0159]
[0160]
[0161]
[0162]
[0163] 當(dāng)k = 〇.36時(shí)，Z = 50;當(dāng)k = 0.54時(shí)，Z = 75;
[0164] 第三步:根據(jù)電路理論，由一維同軸鋼筋混凝土構(gòu)件的導(dǎo)納矩陣計(jì)算一維同軸鋼 筋混凝土構(gòu)件的等效電路模型。
[0165] 根據(jù)等效電路模型方便、準(zhǔn)確地推測(cè)監(jiān)測(cè)一維同軸鋼筋混凝土的病變狀態(tài)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于等效電路的一維同軸鋼筋混凝±構(gòu)件測(cè)量設(shè)備，其特征在于：等效電路測(cè) 量設(shè)備(5)與被測(cè)一維同軸鋼筋混凝±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±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)體均由若干髓筋、縱筋組合而成，縱筋沿一維同軸鋼筋混凝±構(gòu)件軸向分布，髓筋沿橫截 面方向分布，內(nèi)導(dǎo)體位于鋼筋混凝±構(gòu)件內(nèi)部的中屯、位置、與外導(dǎo)體形狀一致但髓筋尺寸 小于外導(dǎo)體，外導(dǎo)體位于混凝±構(gòu)件的外邊，并滿(mǎn)足一維混凝±構(gòu)件設(shè)計(jì)規(guī)范的要求； 等效電路測(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（12-1~ 12- 4)、反向信號(hào)隔離器（13-1~13-2)、測(cè)量連接端口（14-1~14-2)、定向禪合器（15-1~ 15-2)、程控衰減器(16-1~16-3)、信號(hào)解析器(17-1~17-4)、開(kāi)關(guān)電路(18)組成，控制服務(wù) 器連接通信接口（ 9 )，通過(guò)通信接口（ 9)與微處理器(10)進(jìn)行通信； 兩根連接電纜(6-U6-2)分別將等效電路測(cè)量設(shè)備的兩個(gè)測(cè)量連接端口（14-U14-2) 連接到被測(cè)一維同軸鋼筋混凝±構(gòu)件兩端，被測(cè)一維同軸鋼筋混凝±兩端的內(nèi)導(dǎo)體與連接 電纜內(nèi)導(dǎo)體連接，外導(dǎo)體與連接電纜外導(dǎo)體連接相連； 微處理器（10)連接信號(hào)源（11)、開(kāi)關(guān)電路（18)、反向信號(hào)隔離器（13-1~13-2)、程控衰 減器（16-1~16-3)、信號(hào)解析器（17-1~17-4)，并對(duì)信號(hào)源（11)、反向信號(hào)隔離器（13-1~ 13- 2)、程控衰減器（16-1~16-3)、信號(hào)解析器（17-1~17-4)的工作模式進(jìn)行控制，接收信 號(hào)解析器的數(shù)據(jù)。2. 如權(quán)利要求1所述的基于等效電路的一維同軸鋼筋混凝±構(gòu)件測(cè)量設(shè)備，其特征在 于:信號(hào)源（11)的信號(hào)輸入功分器1(12-1)，功分器1將信號(hào)源信號(hào)分成兩路，一路送到開(kāi)關(guān) 電路（18)，一路送入程控衰減器C(16-3);開(kāi)關(guān)電路（18)的控制線(xiàn)連接微處理器，輸入連接 功分器1(12-1)，輸出分別連接功分器2(12-2)和功分器3(12-3)的輸入，在微處理器的控制 下，開(kāi)關(guān)電路將功分器1傳來(lái)的信號(hào)連接到功分器2或功分器3; 功分器2(12-2)的輸出分別連接到反向信號(hào)隔離器A(13-l)和程控衰減器A(16-l)的輸 入;反向信號(hào)隔離器A(13-l)的控制線(xiàn)連接到微處理器，并接受微處理器的控制；反向信號(hào) 隔離器A(13-l)的輸出連接到定向禪合器A(15-l);定向禪合器A將輸入信號(hào)送給測(cè)量連接 端口 A(14-l)，并從測(cè)量連接端口 A(14-l)接收信號(hào)，將接收到的測(cè)量連接端口 A的信號(hào)送給 信號(hào)解析器1(17-1);測(cè)量連接端口A(14-l)通過(guò)連接電纜與被測(cè)一維同軸鋼筋混凝±連 接;信號(hào)解析器1(17-1)的兩個(gè)輸入信號(hào)分別連接定向禪合器A(15-l)和功分器4(12-4)的 輸出信號(hào)，控制線(xiàn)與數(shù)據(jù)輸出與微處理器連接，接受微處理器控制，向微處理器輸出數(shù)據(jù)； 程控衰減器A(16-l)的輸入連接功分器2(12-2)的輸出，控制線(xiàn)連接微處理器，輸出連接到 信號(hào)解析器2(17-2);信號(hào)解析器2(17-2)的兩個(gè)輸入信號(hào)分別連接程控衰減器A(16-l)和 功分器4(12-4)的輸出信號(hào)，控制線(xiàn)與數(shù)據(jù)輸出與微處理器連接，接受微處理器控制，向微 處理器輸出數(shù)據(jù)； 功分器3(12-3)的輸出分別連接到反向信號(hào)隔離器B(13-2)和程控衰減器B(16-2)的輸 入;反向信號(hào)隔離器B(13-2)的控制線(xiàn)連接到微處理器，并接受微處理器的控制；反向信號(hào) 隔離器B(13-2)的輸出連接到定向禪合器B(15-2);定向禪合器B將輸入信號(hào)送給測(cè)量連接 端口 B(14-2)，并從測(cè)量連接端口 B接收信號(hào)，將接收到的測(cè)量連接端口 B的信號(hào)送給信號(hào)解 析器4(17-4);測(cè)量連接端口 B(14-2)通過(guò)連接電纜與被測(cè)一維同軸鋼筋混凝±連接;信號(hào) 解析器4(17-4)的兩個(gè)輸入信號(hào)分別連接定向禪合器B(15-2)和功分器4(12-4)的輸出信 號(hào)，控制線(xiàn)與數(shù)據(jù)輸出與微處理器連接，接受微處理器控制，向微處理器輸出數(shù)據(jù);程控衰 減器B(16-2)的輸入連接功分器3(12-3)的輸出，控制線(xiàn)連接微處理器，輸出連接到信號(hào)解 析器3(17-3);信號(hào)解析器3的兩個(gè)輸入信號(hào)分別連接程控衰減器B(16-2)和功分器4(12-4) 的輸出信號(hào)，控制線(xiàn)與數(shù)據(jù)輸出與微處理器連接，接受微處理器控制，向微處理器輸出數(shù) 據(jù)； 程控衰減器C(16-3)的控制線(xiàn)連接到微處理器，并接受微處理器控制，輸入連接到功分 器1 (12-1)的輸出，輸出連接到功分器4( 12-4)的輸入;功分器4( 12-4)的輸入連接到程控衰 減器C(16-3)的輸出，輸出連接到信號(hào)解析器1(17-1)、信號(hào)解析器2(17-2)、信號(hào)解析器3 (17-3)、信號(hào)解析器4(17-4)。3. 如權(quán)利要求1所述的基于等效電路的一維同軸鋼筋混凝±構(gòu)件測(cè)量設(shè)備，其特征在 于:被測(cè)一維同軸鋼筋混凝±構(gòu)件(7)的內(nèi)、外導(dǎo)體縱筋數(shù)量均不小于6根。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±構(gòu)件的測(cè)量設(shè)備，其特征 在于:一維同軸鋼筋混凝±構(gòu)件橫截面為圓形或楠圓形或正方形或長(zhǎng)方形。5. -種如權(quán)利要求1所述的基于等效電路的一維同軸鋼筋混凝±構(gòu)件測(cè)量設(shè)備的測(cè)量 方法，其特征在于:測(cè)量前，將等效電路測(cè)量設(shè)備的兩個(gè)測(cè)量連接端口（ 14-1、14-2)分別連 接到兩根連接電纜(6-1、6-2)，通過(guò)兩根連接電纜分別連接到被測(cè)一維同軸鋼筋混凝±構(gòu) 件的兩端，被測(cè)一維同軸鋼筋混凝±兩端的內(nèi)導(dǎo)體與連接電纜內(nèi)導(dǎo)體連接，外導(dǎo)體與連接 電纜外導(dǎo)體連接相連； 測(cè)量時(shí)，控制服務(wù)器（20)通過(guò)通信接口（9)與微處理器（10)進(jìn)行通信，對(duì)測(cè)量進(jìn)行控 制； 等效電路測(cè)量設(shè)備對(duì)被測(cè)一維同軸鋼筋混凝±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和參數(shù)計(jì)算子程序； 控制服務(wù)器程序流程： 第一步:通過(guò)通信接口向微處理器發(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:信號(hào) 源頻率，反向隔離器A、反向隔離器B、程控衰減器A、程控衰減器B、程控衰減器C的放大倍數(shù)， 信號(hào)解析器1、信號(hào)解析器2、信號(hào)解析器3、信號(hào)解析器4的工作模式;設(shè)反向隔離器A的放大 倍數(shù)為K化，反向隔離器B的放大倍數(shù)為KFb，程控衰減器A的放大倍數(shù)為KCa，程控衰減器B的 放大倍數(shù)為KCb;進(jìn)入第二步； 第二步:通過(guò)通信接口接收微處理器計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，返回第一步； 微處理器主程序： 第一步:通過(guò)通信接口接收控制服務(wù)器命令，進(jìn)入第二步； 第二步:設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，所設(shè)置的系統(tǒng)參數(shù)包括:信號(hào)源頻率，反向隔離器A、反向隔離 器B、程控衰減器A、程控衰減器B、程控衰減器C的放大倍數(shù)，信號(hào)解析器1、信號(hào)解析器2、信 號(hào)解析器3、信號(hào)解析器4的工作模式，進(jìn)入第Ξ步； 第Ξ步:控制開(kāi)關(guān)電路，使得功分器1的輸出連接到功分器2的輸入，進(jìn)入第四步； 第四步:接收信號(hào)解析器1解析得到的定向禪合器A與功分器4輸出信號(hào)之間的同相分 量巧日正交分量Q;設(shè)信號(hào)解析器1解析得到的同相分量為DATA_Ila，正交分量為DATA_Qla; 接收信號(hào)解析器2解析得到的程控衰減器A與功分器4輸出信號(hào)之間的同相分量I和正交分 量Q;設(shè)信號(hào)解析器2解析得到的同相分量為DATA_I2a，正交分量為DATA_Q2a;接收信號(hào)解析 器4解析得到的定向禪合器B與功分器4輸出信號(hào)之間的同相分量I和正交分量Q;設(shè)信號(hào)解 析器4解析得到的同相分量為DATA_I4a，正交分量為DATA_Q4a;進(jìn)入第五步； 第五步:控制開(kāi)關(guān)電路，使得功分器1的輸出連接到功分器3的輸入，進(jìn)入第六步； 第六步:接收信號(hào)解析器4解析得到的定向禪合器B與功分器4輸出信號(hào)之間的同相分 量巧日正交分量Q;設(shè)信號(hào)解析器4解析得到的同相分量為DATA_I4b，正交分量為DATA_Q4b; 接收信號(hào)解析器3解析得到的程控衰減器B與功分器4輸出信號(hào)之間的同相分量I和正交分 量Q;設(shè)信號(hào)解析器3解析得到的同相分量為DATA_I3b，正交分量為DATA_Q3b;接收信號(hào)解析 器1解析得到的定向禪合器A與功分器4輸出信號(hào)之間的同相分量I和正交分量Q;設(shè)信號(hào)解 析器1解析得到的同相分量為DATA_nb，正交分量為DATA_Q化;進(jìn)入第屯步； 第屯步:調(diào)用參數(shù)計(jì)算子程序，進(jìn)入第八步； 第八步:將參數(shù)計(jì)算結(jié)果送給控制服務(wù)器，返回第一步； 參數(shù)計(jì)算子程序： 第一步：計(jì)算測(cè)量連接端口 A( 14-1)反射參數(shù)XI1，正向傳輸參數(shù)X21，反向傳輸參數(shù) 乂12，測(cè)量連接端口8(14-2)的反射系數(shù)乂22，乂11，乂12，乂21，乂22都是復(fù)數(shù);令1為虛數(shù)單位， XII，X12，X21，X22復(fù)數(shù)計(jì)算公式如下：式中，反向隔離器A的放大倍數(shù)為KFa，反向隔離器B的放大倍數(shù)為KFb; 程控衰減器A的放大倍數(shù)為KCa，程控衰減器B的放大倍數(shù)為KCb; 信號(hào)解析器1解析得到的端口 A同相分量為DATA_Ila，端口 A正交分量為DATA_Qla; 信號(hào)解析器2解析得到的端口 A同相分量為DATA_12a，端口 A正交分量為DATA_Q2a; 信號(hào)解析器4解析得到的端口 A同相分量為DATA_I4a，端口 A正交分量為DATA_Q4a; 信號(hào)解析器4解析得到的端口 B同相分量為DATA_I4b，端口 B正交分量為DATA_Q4b; 信號(hào)解析器3解析得到的端口 B同相分量為DATA_I3b，端口 B正交分量為DATA_Q3b; 信號(hào)解析器1解析得到的端口 B同相分量為DATA_nb，端口 B正交分量為DATA_Q化； 第二步:計(jì)算一維同軸鋼筋混凝±構(gòu)件的導(dǎo)納參數(shù)Y11，Y12，Y21，Y22，并由導(dǎo)納參數(shù)構(gòu) 成導(dǎo)納矩陣當(dāng)k = ο. 36時(shí)，Z = 50;當(dāng)k = ο. 54時(shí)，Z = 75;其中，k內(nèi)徑計(jì)算系數(shù)，Z為特征阻抗 第Ξ步:根據(jù)電路理論，由同軸一維鋼筋混凝±構(gòu)件的導(dǎo)納矩陣計(jì)算同軸一維鋼筋混 凝±構(gòu)件的等效電路模型。6. 如權(quán)利要求5所述的測(cè)量方法，其特征在于:所述被測(cè)一維同軸鋼筋混凝±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±構(gòu)件內(nèi)導(dǎo)體需滿(mǎn)足如下要求： 設(shè)混凝±介電常數(shù)為ε，令k = 0.36，或者0.54，令x = kε<^'5，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±構(gòu)件按照橫截面分別為圓形、楠圓形、正方形、長(zhǎng)方形，分別命名 為圓形一維同軸鋼筋混凝±構(gòu)件、楠圓形一維同軸鋼筋混凝±構(gòu)件、正方形一維同軸鋼筋 混凝±構(gòu)件、長(zhǎng)方形一維同軸鋼筋混凝±構(gòu)件； 對(duì)于圓形一維同軸鋼筋混凝±構(gòu)件，內(nèi)導(dǎo)體的外徑r等于外導(dǎo)體的內(nèi)徑R除W10的X次 方，即:r = R/l〇x， 對(duì)于楠圓形一維同軸鋼筋混凝±，設(shè)外導(dǎo)體的長(zhǎng)軸為A，短軸為B，內(nèi)導(dǎo)體長(zhǎng)軸為a,短軸 為b，則a等于A除W10的X次方，b等于B除W10的X次方， 即：a=A/l〇x;b = B/l〇x 對(duì)于正方形一維同軸鋼筋混凝±，設(shè)外導(dǎo)體的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)N，內(nèi)導(dǎo)體最外部一圈邊長(zhǎng)為1; 貝1J1等于LN除W10的X次方， 即：l = LN/l〇x 對(duì)于長(zhǎng)方形一維同軸鋼筋混凝±，設(shè)外導(dǎo)體的長(zhǎng)為Y，寬為W，內(nèi)導(dǎo)體長(zhǎng)為y，寬為W，則y 等于Y除W10的X次方，W等于W除W10的X次方 即：y = Y/l〇x;w=W/l〇x。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±構(gòu)件的測(cè)量方法，其特征 在于:所述設(shè)混凝±介電常數(shù)為6，令4 = 0.36，或者0.54，令^ = 46<^'5， 當(dāng)k = 0.36時(shí)，被測(cè)一維同軸鋼筋混凝±構(gòu)件的內(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±構(gòu)件的內(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)】G01N27/00GK105973944SQ201610585808
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月22日
【發(fā)明人】莫思特, 楊森, 李碧雄, 王熙月, 蘇其瑜, 柳銀, 張展
【申請(qǐng)人】四川大學(xué)