钢筋混凝土结构腐蚀监测无线传感器研究

摘要

钢筋腐蚀对混凝土结构的耐久性和安全性有很大影响，与传统监测技术相比，采用无线监测技术具有更大的优势。国内无线腐蚀传感器的研究还尚未起步。本文改进了基于射频技术的钢筋腐蚀无线传感器，并进行了电路分析和传感器实验研究。主要内容和结论如下： 1．研究射频技术和腐蚀监测原理，采用Electronics Workbench软件（5.12版）对传感器进行了模拟分析，从理论上确定了谐振频率范围与钢丝腐蚀过程中的电阻之间的关系。研究表明，根据谐振频率能判断基础型传感器、参考电路型传感器和双感应电路型传感器中的钢丝是否腐蚀断裂。对于双感应电路型传感器而言，只有保证两根钢丝的直径相差足够大，谐振频率才可以测得。 2．在模拟分析的基础上对传感器的测量效果、参考电路、感应电路和封装进行了改进。选择合适的元件制成传感器，并根据快速腐蚀实验对传感器进行了修改，最后研究了传感器的封装方法。通过对制成的传感器进行实验研究，证实这些改进是可行的。 3．对制成的3种传感器进行了实验研究，结果表明：基础型传感器可用谐振频率监测钢丝是否腐蚀断裂，但存在“过渡阶段”。本文提出的开关型传感器可解决“过渡阶段”问题，实验中仅存在初始频率和终止频率，不存在“过渡阶段”。实验也证明了本文提出的双感应电路传感器可以指示钢筋的两种腐蚀状态，这种改进是可行的。通过对实验中传感器响应的分析得出：在轻微腐蚀阶段对自定义参数值的监测和在“过渡阶段”对传感器终止频率下的电压幅值的监测可以实现对钢丝整个腐蚀过程的监测。 4．试验研究表明：钢筋腐蚀率随着钢丝直径的增加而增加，当钢丝直径在0.25mm~0.8mm范围内时，这种关系是近似线性的。本文根据实验回归出在上述范围内钢筋腐蚀率与钢丝直径关系的线性公式。