[实用新型]一种监测混凝土构件内部水分传输的ECT传感器

说明书

本实用新型属于混凝土构件耐久性监测设备技术领域，涉及一种监测混凝土构件内部水分传输的ECT传感器，主体结构包括蓄水槽、绝缘管、电极板、径向屏蔽电极、绝缘层、夹具、螺纹杆、螺母、连接件、通孔、铁片、顶板、底板、垫块、引线孔、电极引线、固定孔和支墩，实现无损监测开裂混凝土二维非饱和水分传输成像，实时追踪混凝土中水分传输过程，有利于实时监测开裂混凝土试件内部电容信号的变化，能够防止电极板与混凝土试件直接接触，避免对混凝土试件造成污染或电路短路，提高了数据采集速度并降低了电极板之间的边缘效应，有效抑制了测量过程中的电磁和噪声干扰，更加真实的模拟现实环境中混凝土内部的水分传输。

技术领域：

本实用新型属于混凝土构件耐久性监测设备技术领域，涉及一种监测混凝土构件内部水分传输的ECT传感器，能够实现混凝土构件内部水分传输的可视化监测。

背景技术：

混凝土耐久性不足引起的安全和经济问题日益严重，亟待解决。水分是影响混凝土耐久性问题的主要原因，对水分进行可视化监测并对其分布进行量化是研究混凝土耐久性问题的关键。上世纪 80年代兴起的ECT技术是一种通过阵列式传感器所测电容参数的变化采用一定的图像重建算法反演得出材料内部介电常数分布的方法，ECT技术能够实现无损可视化材料内部水分分布状态，ECT系统主要由电容式传感器、数据采集及信息处理系统和成像计算机三部分组成，电容式传感器是ECT系统的核心部分，而制作传感器是实现水泥基材料内部二维非饱和水分传输成像的重要前提，传感器为完善混凝土结构耐久性设计和评价机制提供试验和理论支持。目前，对于传感器的研究主要集中在两个方面，一方面通过改进传感器电容极板的长度、放置位置及增加电极对数来提高传感器精度，例如：中国专利201310420106.2公开的一种具有双层旋转电极的电容层析成像传感器包括有主体结构部分及电容测量部分，所述主体结构部分是由两层可自由旋转的圆形管构成，即两层之间存有一定间隙的外层旋转管、内层旋转管，在所述外层旋转管外周设有屏蔽电极，在所述主体的底部设置有一固定台；所述电容测量部分包含有电压激励信号源、电容测量电路形成的电容测量系统及仪器地；所述内层旋转管的内壁上至少粘附一个激励电极，所述外层旋转管的内壁上至少粘附一个测量电极，并粘附保护电极；电容测量系统工作时，激励电极与电压激励信号源相连；测量电极与电容测量电路相连，通过电容测量系统进行测量，若激励电极与电容测量电路相连，而测量电极与电压激励信号源相连时，仍通过电容测量系统进行测量，处于虚地电位状态；保护电极与屏蔽电极与仪器地相连，处于地电位；其针对阵列式电容传感器提供的测量数据有限而导致重建图像分辨率不足的问题，提出了一种具有双层旋转电极的电容层析成像传感器，可从任意角度测量电极之间的电容值，通过增加电极对之间的电容测量值来提高重建图像的分辨率；中国专利 201610362533.3公开的一种用于油-气-水三相环流参数测量的电容成像传感器包括测量管和电极组；所述电极组至少为两组，且呈相对的位置关系贴设在所述测量管的外壁，每组电极均包括一内电极和一外电极，所述外电极环设于所述内电极周围，所述内、外电极形成“回”字型结构；当测量三相环状流液中的油-水比参数时，采用内电极作为激励电极，外电极作为测量电极；当测量三相环状流液中的气-液比参数时，采用至少一对相对设置的电极组进行测量，其中，一电极组的内电极作为激励电极，与其相对设置的另一电极组的内电极作为测量电极，两电极组的外电极分别接地；其通过优化设计ECT传感器电极结构，控制测量的敏感场区间，实现仅采用电容值计算出油-气-水三相流的含水率及气-液比。另一方面通过改进传感器构造来提高传感器耐高温、高压及腐蚀等复杂条件的性能，例如：中国专利201010261469.2公开的一种高精度ECT智能传感器设置于被测流体管道的内管壁上，包括有多个结构相同的敏感电容极板和多个结构相同的信号处理电路板，所述多个敏感电容极板以圆周均布方式分布于被测流体管道同一截面的内侧，每个敏感电容极板的一侧与螺柱的一端固定电连接，螺柱径向向外穿过被测流体管道的管壁，螺柱在被测流体管道外侧的一端与信号处理电路板固定电连接，敏感电容极板的另一侧涂有涂层；信号处理电路板通过单片机自带的闪存存储器独立编址，每个信号处理电路板通过 CAN总线连接，同时该CAN总线通过CAN-USB转换器连接到成像计算机的USB接口上，每个信号处理电路板通过CAN总线接收并执行来自成像计算机的命令，采集到的模拟信号通过信号处理电路板转换为成像所需的数字信号，经CAN总线发送给远端的成像计算机；所述智能传感器外部有屏蔽层包围，从屏蔽层内部引出CAN总线用于与成像计算机通讯；经特氟龙处理的防腐蚀电极可直接接触被测流体，减少了管壁电容对成像效果的影响，使测量结果更加稳定；中国专利201210089479.1公开的一种基于电容层析成像的聚合物熔体温度场测量方法及系统，通过测量已标定的电容式聚合物熔体温度场传感器电容极板间电容值；根据电容层析图像重建算法；将所测量电容值重构出聚合物熔体介电常数分布；建立聚合物熔体介电常数与温度的关系模型；根据关系模型将聚合物熔体介电常数分布转换为相对应的聚合物熔体温度场；中国专利201510623768.9公开的一种应用于300℃高温环境下的电容层析成像传感器，所述传感器包括耐300℃高温的阵列分布测量电极、轴端屏蔽电极、绝缘隔离层、外屏蔽罩和信号传输线，其中所述阵列分布测量电极包括N 个测量电极，其中N的取值为8～16的整数；所述信号传输线由缆芯、绝缘层和屏蔽丝网组成并包括常温段部分和耐300℃的高温段部分；并且其中所述轴端屏蔽电极与所述外屏蔽罩相连，并经所述信号传输线的屏蔽丝网引出，再通过电容层析成像系统的信号采集设备的连接地线接地；所述绝缘隔离层将所述阵列分布测量电极及所述轴端屏蔽电极与所述外屏蔽罩隔离开，并固定整个传感器；所述信号传输线的高温段部分的缆芯的一端与所述阵列分布测量电极相连，并且另一端通过所述信号传输线的常温段部分连接所述电容层析成像系统的信号采集设备，所述信号采集设备将采集的数据传送至计算机进行图像重建，所述阵列分布测量电极采用腐蚀和镂空的方式由厚度为0.01mm～0.1mm的黄铜片制成，并且所述阵列分布测量电极采用定位镂空整体套粘方式固定在流化床绝缘管道的外壁上；其改进了传统电容层析成像传感器不耐高温的缺陷。经过30多年的发展ECT技术日渐成熟，并取得了一定的研究成果。但是现有技术中的ECT传感器主要用于固体相浓度测量、流型识别测量及相关速度测量，在水泥基材料领域ECT传感器的相关专利报道少之又少，存在一定的技术与理论空白，亟待进一步完善。