專利名稱：鋼筋混凝土陰極保護(hù)監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于數(shù)據(jù)自動采集和監(jiān)測裝置制備領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于海洋環(huán)境或地下埋設(shè)環(huán)境下的鋼筋混凝土陰極保護(hù)監(jiān)測裝置。
技術(shù)背景在中國，鋼筋混凝土的陰極保護(hù)技術(shù)還處于起步階段。在歐美地區(qū)，鋼筋混凝土的陰極保護(hù)技術(shù)盡管已經(jīng)被大量使用，但是所采用的陰極保護(hù)監(jiān)測裝置主要采用常規(guī)陰極保護(hù)的監(jiān)測方法。例如，美國天然氣技術(shù)研究所正在研制的一種用于監(jiān)測天然氣管線保護(hù)狀態(tài)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用無線測量方式測量管線的保護(hù)電位和陽極輸出電流密度等保護(hù)參數(shù)。澳大利亞Metretek公司生產(chǎn)的陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)CPM-II主要用來監(jiān)測外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，可以遠(yuǎn)程監(jiān)測每個外加電流裝置、測試站以及陽極床的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)陰極保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)的任何故障，并定位故障地點(diǎn)及時報告。美國INCON公司的TS-CPM陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)主要是針對外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計，主要用于監(jiān)測陰極保護(hù)站內(nèi)恒電位的工作狀態(tài)。系統(tǒng)測量的參數(shù)包括恒電位儀的輸出電壓和電流，通過專用軟件遠(yuǎn)程監(jiān)測陰極保護(hù)站內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行情況?？傮w來看，這些陰極保護(hù)監(jiān)測裝置還是主要按照常規(guī)的水下和土壤中的陰極保護(hù)技術(shù)來實施監(jiān)測的。
對于全浸于水中和土壤中的鋼筋混凝土構(gòu)筑物，其陰極保護(hù)的原理與常規(guī)陰極保護(hù)的原理是相同的，可以按常規(guī)的水下和土壤中的陰極保護(hù)設(shè)計規(guī)范進(jìn)行設(shè)計。而位于潮差帶、飛濺帶和海洋大氣帶的鋼筋混凝土構(gòu)筑物，其陰極保護(hù)設(shè)計則與常規(guī)方法有較大不同，因為其傳輸保護(hù)電流的電介質(zhì)是混凝土，確切地講是混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔內(nèi)的溶液，其導(dǎo)電性是比較低的，常用的陰極保護(hù)設(shè)計，不足以克服混凝土介質(zhì)的電阻，所以必須用特殊的陰極保護(hù)系統(tǒng)和設(shè)計，才能達(dá)到陰極保護(hù)的目的。因此，相應(yīng)的陰極保護(hù)監(jiān)測裝置同樣需要特殊的設(shè)計和組成?？傊F(xiàn)有的技術(shù)及其監(jiān)測裝置存在著自動監(jiān)測性能差，信號傳輸和監(jiān)測準(zhǔn)確度低，以及對海洋等深埋環(huán)境難以實現(xiàn)陰極保護(hù)功能等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計制備一種用于海洋環(huán)境下監(jiān)測鋼筋混凝土陰極保護(hù)的系統(tǒng)裝置。在海洋環(huán)境下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕破壞相當(dāng)迅速的，以致于使用2～10年后，有的為了維持其服役性能，所花費(fèi)的維修費(fèi)用大大超過結(jié)構(gòu)本身的造價。鋼筋混凝土的防腐蝕有多種方法，而陰極保護(hù)是目前唯一能夠長期而有效地抑制氯離子侵蝕鋼筋的方法。影響陰極保護(hù)系統(tǒng)的條件隨時間而變，及時檢測陰極保護(hù)系統(tǒng)的變化和鋼筋混凝土的腐蝕狀況，是確保鋼筋混凝土陰極保護(hù)系統(tǒng)有效運(yùn)行必要手段。
本實用新型涉及的系統(tǒng)裝置包括數(shù)據(jù)采集器單元、埋入式傳感器單元、數(shù)據(jù)通訊單元、PC機(jī)單元和供電單元，通過數(shù)據(jù)傳輸和電信連通構(gòu)成整體裝置，實現(xiàn)同時監(jiān)測鋼筋的腐蝕參數(shù)和陰極保護(hù)效果。本實用新型混凝土相應(yīng)監(jiān)測部位的埋入式傳感器單元通過電纜連接到監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)采集單元上，數(shù)據(jù)采集單元的輸出端連接數(shù)據(jù)通訊單元，通過有線或無線數(shù)據(jù)通訊設(shè)備與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，數(shù)據(jù)采集單元的使用電壓為12V，由供電單元提供。
本實用新型的整機(jī)設(shè)計及連接結(jié)構(gòu)主要包括埋入式傳感器單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)通訊單元、供電單元、PC機(jī)、模擬信號傳感器、埋入式監(jiān)測儀、數(shù)據(jù)采集擴(kuò)展板、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)通訊接口、無線通訊模塊、有線通訊模塊、電源、電源管理模塊、太陽能電池板、直流電源、交流電源、防水機(jī)箱、鋼筋混凝土陰極保護(hù)監(jiān)測裝置、數(shù)據(jù)采集器擴(kuò)展板、數(shù)據(jù)采集器、SC932A接口、通訊模塊、電源管理模塊和鉛酸電池，按照電學(xué)原理和網(wǎng)絡(luò)接線常規(guī)技術(shù)方式電信連通構(gòu)成整體式鋼筋混凝土陰極保護(hù)監(jiān)測裝置。
鋼筋的腐蝕參數(shù)包括混凝土的氯離子濃度、混凝土電阻率、鋼筋的極化電阻、溫度和鋼筋的自腐蝕電位，參數(shù)值由埋入式監(jiān)測儀定期測量，以數(shù)字信號的形式通過SDI-12協(xié)議傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器。陰極保護(hù)效果監(jiān)測內(nèi)容包括陰極保護(hù)電位、陰極保護(hù)電流和斷電后鋼筋的衰減電位等參數(shù)，這些參數(shù)在進(jìn)入數(shù)據(jù)采集器之前是模擬信號，輸入數(shù)據(jù)采集器后被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。所有的監(jiān)測參數(shù)收集可以采用有線或無線的通訊模式，其中有線通訊采用RS232/RS485，無線通訊模式可以采用GSM、GPRS等移動公共網(wǎng)絡(luò)。
模擬信號傳感器包括測量鋼筋電位的參比電極、測量混凝土pH值的電極以及測量鋼筋陰極保護(hù)電流的采樣電阻；輸出數(shù)字信號的傳感器集成在埋入式監(jiān)測儀上，能夠測量混凝土的氯離子濃度指示值、電阻率、鋼筋的極化電阻、溫度和鋼筋的自腐蝕電位值。模擬信號傳感器的輸出端用導(dǎo)線連接數(shù)據(jù)采集器擴(kuò)展板。數(shù)據(jù)采集器擴(kuò)展板將信號輸入到數(shù)據(jù)采集器。數(shù)據(jù)通訊設(shè)備采用光電隔離的數(shù)據(jù)通訊接口與數(shù)據(jù)采集器電連接。監(jiān)測裝置的電源可以采用12V直流電源或交流電源，也可以用太陽能電池板經(jīng)過電源管理模塊供電。
利用本實用新型建立了一體化的鋼筋腐蝕和保護(hù)效果監(jiān)測平臺。除了定期獲得混凝土的氯離子濃度指示值、電阻率、鋼筋的極化電阻、溫度和鋼筋的自腐蝕電位等參數(shù)值，還能夠?qū)⒛M信號(例如陰極保護(hù)電位、陰極保護(hù)電流和斷電后鋼筋的衰減電位等)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，與數(shù)字信號一道傳輸回監(jiān)測PC機(jī)。因此，整套監(jiān)測裝置不僅可以作為鋼筋混凝土的腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)，還可以監(jiān)測鋼筋或鋼樁等構(gòu)筑物陰極等保護(hù)措施的效果。不僅擴(kuò)展了混凝土腐蝕監(jiān)測的內(nèi)容和范圍，還極大地提高了鋼筋保護(hù)效果監(jiān)測和評估的準(zhǔn)確性和可靠性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點(diǎn)一是操作簡單，監(jiān)測數(shù)據(jù)采集人員強(qiáng)度低；二是可自動采集多點(diǎn)數(shù)據(jù)，工作效率高。三是采用數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、基本數(shù)據(jù)運(yùn)算，PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯總，可實現(xiàn)各種陰極保護(hù)參數(shù)曲線的快速繪制和保存、回放。四是監(jiān)測裝置的擴(kuò)展能力很強(qiáng)，可以加載附加傳感器，形成綜合性的監(jiān)測平臺。五是具有多種數(shù)據(jù)通訊和供電方式，現(xiàn)場安裝使用的適用性好。


圖1是本實用新型的組成結(jié)構(gòu)原理示意框圖。
圖2是本實用新型各單元的電氣連接結(jié)構(gòu)原理示意框圖。
圖3是本實用新型之實施例的電氣連接線路原理示意圖。
具體實施方式
本實用新型的實施整體設(shè)計及連接組成主要包括埋入式傳感器單元1、數(shù)據(jù)采集單元2、數(shù)據(jù)通訊單元3、供電單元4、PC機(jī)5、模擬信號傳感器6、ECI-1埋入式監(jiān)測儀7、數(shù)據(jù)采集擴(kuò)展板8、數(shù)據(jù)采集器9、數(shù)據(jù)通訊接口10、無線通訊模塊11、有線通訊模塊12、電源13、電源管理模塊14、太陽能電池板15、直流電源16、交流電源17、防水機(jī)箱18、鋼筋混凝土陰極保護(hù)監(jiān)測裝置19、AM 16/32數(shù)據(jù)采集器擴(kuò)展板20、CR10X數(shù)據(jù)采集器21、SC932A接口22、TC35T GSM通訊模塊23、CH12R電源管理模塊24和12V鉛酸電池25等。
模擬信號傳感器6包括測量鋼筋電位的參比電極、測量混凝土pH值的電極以及測量鋼筋陰極保護(hù)電流的采樣電阻；輸出數(shù)字信號的傳感器集成在埋入式監(jiān)測儀7上，能夠測量混凝土的氯離子濃度指示值、電阻率、鋼筋的極化電阻、溫度和鋼筋的自腐蝕電位值。模擬信號傳感器6的輸出端用導(dǎo)線連接數(shù)據(jù)采集器擴(kuò)展板8。數(shù)據(jù)采集器擴(kuò)展板8把將信號輸入到數(shù)據(jù)采集器9。數(shù)據(jù)通訊設(shè)備采用光電隔離的數(shù)據(jù)通訊接口10與數(shù)據(jù)采集器9連接。監(jiān)測裝置的電源13可以采用12V直流電源16或交流電源17，也可以用太陽能電池板15經(jīng)過電源管理模塊14供電。
本實用新型混凝土相應(yīng)監(jiān)測部位的埋入式傳感器單元1通過電纜連接到監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)采集單元2上，數(shù)據(jù)采集單元2的輸出端連接數(shù)據(jù)通訊單元3，通過有線或無線數(shù)據(jù)通訊設(shè)備與PC機(jī)5進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，數(shù)據(jù)采集單元2的使用電壓為12V，由供電單元4提供。
本實用新型所使用的傳感器主要包括兩大類，一類是模擬信號傳感器6，包括測量鋼筋電位的參比電極、測量混凝土pH值的電極以及測量鋼筋陰極保護(hù)電流的采樣電阻；另一類是輸出數(shù)字信號的傳感器，它們集成于埋入式監(jiān)測儀7上，能夠測量混凝土的氯離子濃度指示值、電阻率、鋼筋的極化電阻、溫度和鋼筋的自腐蝕電位值。模擬信號傳感器6的輸出端用導(dǎo)線連接數(shù)據(jù)采集器擴(kuò)展板8。數(shù)據(jù)采集擴(kuò)展板8將信號輸入到數(shù)據(jù)采集器9。數(shù)據(jù)通訊設(shè)備采用光電隔離的數(shù)據(jù)通訊接口10與數(shù)據(jù)采集器9連接。監(jiān)測裝置的電源13可以采用12V直流電源16或交流電源17，也可以用太陽能電池板15經(jīng)過電源管理模塊14供電。有線通訊模塊12采用RS-485/RS-232方式，數(shù)據(jù)采集器9的輸出端與PC機(jī)5連接；無線通訊模塊11采用GSM方式，數(shù)據(jù)采集器9的輸出端通過SC932A接口22與GSM通訊模塊23連接。
實施例本實用新型之模擬信號傳感器6的電纜連接到AM16/32數(shù)據(jù)采集器擴(kuò)展板20相應(yīng)信號采集通道上，AM16/32數(shù)據(jù)采集器擴(kuò)展板20上七個輸出接口分別連接CR10X數(shù)據(jù)采集器21的Res、C8、C7、12V、H1、G1、G之接口。埋入式監(jiān)測儀7的數(shù)字信號電纜分別連接CR10X數(shù)據(jù)采集器21的12V、G、C1的接線口；CR10X數(shù)據(jù)采集器21的12V和G分別連接CH12R電源管理模塊24的12V和G；遠(yuǎn)程通訊采用TC35TGSM通訊模塊23，通過SC932A接口22與CR10X數(shù)據(jù)采集器21連接；數(shù)據(jù)通訊采用SDI-12協(xié)議。
本實用新型實用的其他電器元件均可采用市售常規(guī)性能的元件，通過電氣連接而形成設(shè)計功能的裝置，從而實現(xiàn)發(fā)明目的的功能。
權(quán)利要求1.一種鋼筋混凝土陰極保護(hù)監(jiān)測裝置，包括數(shù)據(jù)采集器單元、埋入式傳感器單元、數(shù)據(jù)通訊單元、PC機(jī)單元和供電單元，經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸和電信連通構(gòu)成整機(jī)，其特征在于埋入式傳感器單元通過電纜連接到監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)采集單元上，數(shù)據(jù)采集單元的輸出端連接數(shù)據(jù)通訊單元，通過有線或無線數(shù)據(jù)通訊設(shè)備與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；模擬信號傳感器包括測量鋼筋電位的參比電極、測量混凝土pH值的電極以及測量鋼筋陰極保護(hù)電流的采樣電阻；輸出數(shù)字信號的傳感器集成在埋入式監(jiān)測儀上；模擬信號傳感器的輸出端用導(dǎo)線連接數(shù)據(jù)采集器擴(kuò)展板，數(shù)據(jù)采集器擴(kuò)展板將信號輸入到數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)通訊設(shè)備采用光電隔離的數(shù)據(jù)通訊接口與數(shù)據(jù)采集器電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼筋混凝土陰極保護(hù)監(jiān)測裝置，其特征在于模擬信號傳感器的電纜連接到數(shù)據(jù)采集器擴(kuò)展板相應(yīng)信號采集通道上，數(shù)據(jù)采集器擴(kuò)展板上七個輸出接口分別連接數(shù)據(jù)采集器的接口，埋入式監(jiān)測儀的數(shù)字信號電纜分別連接數(shù)據(jù)采集器的接線口；數(shù)據(jù)采集器連接電源管理模塊；通訊模塊通過接口與數(shù)據(jù)采集器連接。
專利摘要本實用新型屬于數(shù)據(jù)自動采集裝置，是一種鋼筋混凝土陰極保護(hù)監(jiān)測裝置，包括數(shù)據(jù)采集單元、埋入式傳感器單元、數(shù)據(jù)通訊單元、PC機(jī)單元和供電單元按電學(xué)原理網(wǎng)絡(luò)電連通，組合成系統(tǒng)裝置實施鋼筋腐蝕因素和陰極保護(hù)效果監(jiān)測；陰極保護(hù)電位、陰極保護(hù)電流和斷電后鋼筋的衰減電位等模擬信號通過采集器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，與埋入式監(jiān)測儀的數(shù)字信號一道傳輸回監(jiān)測PC機(jī)，實現(xiàn)自動的陰極保護(hù)監(jiān)測裝置作用。本實用新型操作簡單，監(jiān)測數(shù)據(jù)采集人員強(qiáng)度低，可自動采集多點(diǎn)數(shù)據(jù)，工作效率高，具有多種數(shù)據(jù)通訊和供電方式，現(xiàn)場安裝使用的適用性好，用于跨海大橋、港工碼頭和泄洪道等場合的鋼筋混凝土構(gòu)筑物。
文檔編號G01N17/02GK2927038SQ20062008724
公開日2007年7月25日 申請日期2006年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月23日
發(fā)明者趙永韜 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所, 青島雙瑞防腐防污工程有限公司