[发明专利]深井型直流接地极混凝土结构中馈电棒腐蚀检测模拟方法

权利要求书

1.深井型直流接地极混凝土结构中馈电棒腐蚀检测模拟方法，其特征是，包括：

(1)利用水、水泥、沙子及馈电棒，按预设的缩比比例对实际混凝土结构进行等效缩比，构建缩比结构模型；

(2)通过控制通入馈电棒的直流电大小和/或通入直流电的时间，使馈电棒发生不同程度的腐蚀；采用失重法测量腐蚀前后馈电棒的失重，获得各腐蚀程度对应的失重值，采用失重值定量表示馈电棒的腐蚀程度；

(3)采用电阻抗成像系统对馈电棒腐蚀前和腐蚀后的缩比结构模型进行电阻抗成像，分别获得各腐蚀程度对应的电阻抗成像图；所述的电阻抗成像系统包括直流电源、虚拟仪器机箱、虚拟仪器控制器、数据总线、电压采集模块和矩阵开关，直流电源和电压采集模块均连接矩阵开关，电压采集模块和矩阵开关通过数据总线连接虚拟仪器控制器，虚拟仪器控制器连接虚拟仪器机箱；

本步骤进一步包括：

3.1缩比结构模型外壁均匀布设P个电极，P在2³～2⁵范围内取值，所有电极均通过导线连接矩阵开关，所有电极顺次记为电极1、电极2、电极3、…电极P；

3.2构建P个电极系统，电极系统包括：

①以电极1和电极2作为激励电极，顺次以电极3和电极4、电极4和电极5、……电极(P-2)和电极(P-1)、电极(P-1)和电极P作为边界电压采集电极对；

②以电极2和电极3作为激励电极，顺次以电极(p+2)和电极(p+3)、电极(p+3)和电极(p+4)、……电极(P-1)和电极P、电极P和电极1作为边界电压采集电极对；

③以电极p和电极(p+1)作为激励电极，顺次以电极(p+2)和电极(p+3)、电极(p+3)和电极(p+4)、……电极(P-1)和电极P、电极P和电极1、电极1和电极2、……电极(p-2)和电极(p-1)作为边界电压采集电极对，p为3、4、……(P-1)；

④以电极P和电极1作为激励电极，依次以电极2和电极3、电极3和电极4、……电极(P-3)和电极(P-2)、电极(P-2)和电极(P-1)作为边界电压采集电极对；

3.3各电极系统下分别采集边界电压数据，具体为：直流电源通过矩阵开关给激励电极提供激励电流，电压采集模块通过矩阵开关采集各边界电压采集电极对的边界电压数据；

3.4采集的边界电压数据通过虚拟仪器控制器传输给虚拟仪器机箱，虚拟仪器机箱内根据边界电压数据进行电阻抗成像；

(4)将馈电棒失重值和电阻抗成像图建立映射关系，获得馈电棒腐蚀程度和电阻抗成像图的映射关系数据库；

(5)将子步骤3.1～3.4中的缩比结构模型换成实际混凝土结构，采用子步骤3.1～3.4的方法对实际混凝土结构进行电阻抗成像；根据实际混凝土结构电阻抗成像图的阻抗分布及其颜色深浅，人工从映射关系数据库中找出对应的电阻抗成像图，该电阻抗成像图对应的腐蚀程度即实际混凝土结构中馈电棒的腐蚀程度。

2.如权利要求1所述的深井型直流接地极混凝土结构中馈电棒腐蚀检测模拟方法，其特征是：

所述的虚拟仪器机箱采用PXIe-1062Q型号的虚拟仪器机箱。

3.如权利要求1所述的深井型直流接地极混凝土结构中馈电棒腐蚀检测模拟方法，其特征是：

所述的虚拟仪器控制器采用PXIe-8133型号的虚拟仪器控制器。

4.如权利要求1所述的深井型直流接地极混凝土结构中馈电棒腐蚀检测模拟方法，其特征是：

所述的电压采集模块采用PXI6251型号的电压采集板卡。

5.如权利要求1所述的深井型直流接地极混凝土结构中馈电棒腐蚀检测模拟方法，其特征是：

所述的矩阵开关采用PXI2532型号的矩阵开关。

6.如权利要求1所述的深井型直流接地极混凝土结构中馈电棒腐蚀检测模拟方法，其特征是：

子步骤3.4中，电阻抗成像具体为：

根据馈电棒腐蚀前采集的边界电压数据构建各电极系统下的边界电压分布矩阵，根据边界电压分布矩阵以及所对应的激励电极、激励电流值，计算缩比结构模型的阻抗分布矩阵σ，从而获得σ和ν的非线性函数v＝F(σ)；

对场域进行剖分，获得m个有限单元，根据非线性函数v＝F(σ)获得各有限单元的边界电压分布矩阵的变化值Δv＝JΔσ，其中，Δv＝v_腐蚀前-v_腐蚀后，v_腐蚀前表示馈电棒腐蚀前有限单元的边界电压分布矩阵，v_腐蚀后表示馈电棒腐蚀后有限单元的边界电压分布矩阵；Δσ＝σ_腐蚀前-σ_腐蚀后，Δσ为有限单元的阻抗分布矩阵的变化值，σ_腐蚀前表示馈电棒腐蚀前有限单元的阻抗分布矩阵，v_腐蚀后表示馈电棒腐蚀后有限单元的阻抗分布矩阵；J表示离散化后的雅克比矩阵；

对所有有限单元的Δv＝JΔσ进行归一化，获得z＝Sg，其中

g表示缩比结构模型的灰度值矩阵，阶数为m×1，g_j为g中第j个元素，g_j表示第j个有限单元的灰度值，1≤j≤m；

z表示缩比结构模型的阻抗变化矢量矩阵，阶数为n×1，z_i为z中第i个元素，z_i表示第i个电极系统下的阻抗变化值，1≤i≤n；z为归一化后的Δv；

S表示缩比结构模型的灵敏度系数矩阵，阶数为n×m，S_ij表示第i个电极系统下第j个有限单元电导率的灵敏度系数；S为归一化后的J；

利用方程g＝S^Tz获得电阻抗成像图。