[发明专利]一种混凝土结构全寿命性能智慧感知与劣化预警系统及方法

权利要求书

1.一种混凝土结构全寿命性能智慧感知与劣化预警系统，其特征在于：包括主控制模块、多功能传感器模块、防盗模块和临界预警模块，所述多功能传感器模块、防盗模块和临界预警模块均与主控制模块相连，主控制模块对所述多功能传感器模块采集的数据进行分析处理，并通过临界预警模块实现及时的安全预警；

所述多功能传感器模块预埋在混凝土结构内部，包括温湿度传感器、氯离子—pH梯度传感器、霍尔电压型钢筋锈蚀传感器、钢筋应力传感器和混凝土应变传感器；温湿度传感器、钢筋应力传感器、混凝土应变传感器用以监测混凝土结构的温度、湿度、钢筋应力和应变参数，所述氯离子—pH梯度传感器用以对混凝土结构内不同深度处氯离子含量、pH值进行检测，所述霍尔电压型钢筋锈蚀传感器用以实现钢筋锈蚀状态和锈蚀量的测量；

所述防盗模块包括网络视频摄像头和防盗报警设备，所述网络视频摄像头用以实现监测区域的视频监控，所述防盗报警设备用以实现对靠近系统设备的人员感知和语音警示，预防设备被盗取和损坏；所述临界预警模块用以实现对混凝土结构劣化进入高危状态的预警，所述高危状态根据主控制模块建模分析得到的结果，根据锈蚀位置处混凝土内部氯离子含量，动态设置临界氯离子浓度；

所述主控制模块包括数据预处理模块、动态阈值设定模块和预警分析模块，所述数据预处理模块用以对多功能传感器模块采集的数据进行预处理；所述动态阈值设定模块基于数据预处理模块修正后的氯离子浓度动态修改相应服役环境条件下混凝土结构的临界氯离子浓度，并设定钢筋应力、混凝土应变临界值，所述预警分析模块用以将预处理后的数据与动态阈值设定模块设定的数据进行比较，并得出预警结果传输至临界预警模块进行报警；

所述数据预处理模块还包括对氯离子—pH梯度传感器所采集数据的数据修正模块，以考虑温度和pH两方面的影响，所述数据修正模块包括基于pH影响修正模块和基于温度影响修正模块：

所述基于温度影响修正模块实现对Ir/IrOx—pH电极测量数据温度修正和Ag/AgCl电极测量数据温度修正：

(1)Ir/IrOx—pH电极测量数据温度修正：

①通过Ir/IrOx—pH电极测量两个不同温度情况下混凝土内部Ir/IrOx—pH电极的电位值；

②将步骤①中Ir/IrOx—pH电极电位与相应温度实测值线性拟合，得到拟合方程；

③根据拟合方程，得到20℃情况下Ir/IrOx—pH电极的电位；

④20℃情况下Ir/IrOx—pH电极电位与pH值符合能斯特方程，Ir/IrOx—pH电极电位y1与pH值x1线性相关，方程如下：y1＝-51.84x1+369.52；

根据步骤③得到的20℃情况下Ir/IrOx—pH电极的电位，以及方程y1＝-51.84x1+369.52，得到此刻混凝土内部Ir/IrOx—pH电极位置处的pH值；

(2)Ag/AgCl电极测量数据温度修正：

①通过Ag/AgCl电极测量两个不同温度情况下混凝土内部Ag/AgCl电极的电位值；

②将步骤①中Ag/AgCl电极电位与相应温度实测值线性拟合，得到拟合方程；

③根据拟合方程，得到20℃情况下Ag/AgCl电极的电位；

④20℃情况下Ag/AgCl电极电位与氯离子浓度对数符合能斯特方程，Ag/AgCl电极电位y2与氯离子浓度对数x2线性相关，方程如下：y2＝-683.14x2-531.29；

根据步骤③得到的20℃情况下Ag/AgCl电极的电位，以及方程y2＝-683.14x2-531.29，得到此刻混凝土内部Ag/AgCl电极位置处的氯离子浓度含量。

2.根据权利要求1所述的混凝土结构全寿命性能智慧感知与劣化预警系统，其特征在于：所述氯离子—pH梯度传感器包括筒状主体，筒状主体上设置有Ag/AgCl电极和Ir/IrOx—pH电极，以及Ag/AgCl电极和Ir/IrOx—pH电极对应的参比电极，筒状主体的外表面沿其周向设置有多层环状凹槽，环状凹槽上预留设置有连通筒状主体厚度方向的导线预留孔，在筒状主体内部与所述环状凹槽相对应的还设置有导线凹槽，Ag/AgCl电极和Ir/IrOx—pH电极分别被制作成半环状，固定在环状凹槽内。