基于恒电流脉冲方法钢筋腐蚀检测设备开发
发布时间：2017-06-26 09:13
本文关键词：基于恒电流脉冲方法钢筋腐蚀检测设备开发，，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：楼宇、桥梁等建筑物广泛采用了钢筋混凝土结构,随着使用年限的增加,由于钢筋锈蚀导致的失效破坏成为主要的结构失效形式,发展可靠性高的检测技术和评价方法具有重要的工程实际意义。然而一方面,钢筋腐蚀带来的混凝土结构破坏问题日益显著,另一方面,国内钢筋腐蚀检测行业面临着标准落后、检测系统和设备发展缓慢、设备功能单一的问题。本文在对现有检测方法和设备进行对比分析的基础上,基于恒电流脉冲电化学检测方法,对检测系统核心部件和控制系统进行了研究、开发,为研发具有独立知识产权的钢筋腐蚀检测系统提供借鉴。本文结合现有检测技术,搭建一套可适用于现场的检测系统。该系统通过分模块研发的原则,利用51单片机实现脉冲恒流源功能,利用嵌入式控制器完成响应电位采集、信号处理、测试过程参数设定、腐蚀结果显示等功能,利用基于护环电极的三电极体系实现电流在钢筋表面均匀分布,有自主开发也有集成创新。最后对搭建的检测系统进行现场检测试验,并与国外同类设备检测结果进行对比,主要结论如下:1.数控脉冲恒流源模块可以实现串口和键盘两种方式设定电流值功能,可以实现LCD实时显示当前电流值和串口实时发送当前电流值两种功能,可以输出大小5-200uA、误差百分率低于5%、脉冲时间为10s的电流。2.钢筋混凝土体系基于恒电流脉冲法和Randle电路模型的钢筋腐蚀电位信号为低频信号,信号主要分布在25Hz以下。S3C6410芯片集成的8通道12位A/D转换器,在Windows CE系统下,可实现对采样频率要求低于50Hz、精度要求为1mV电位信号无失真采集。3.基于Windows CE系统下钢筋腐蚀检测软件可实现对检测过程中参数设定、检测过程及结果显示、信号采集处理、通信等功能,软件运行稳定可靠,人机交互性好,操作方便,可满足于现场检测需求。4.搭建的腐蚀检测系统可有效采集并分析数据,得出较为可靠的检测结果。混凝土内钢筋处于活性状态下,与国外同类设备相比,腐蚀电位参数和腐蚀电流密度误差不超过20%;混凝土内钢筋处于钝化状态时,腐蚀电位参数不超过10%,腐蚀电流密度参数较小,测试误差较大,但总体误差腐蚀电流密度低于42?A/cm。
【关键词】：钢筋混凝土 恒流脉冲法 腐蚀 无损检测
【学位授予单位】：北京石油化工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG178;TH878
【目录】：
- 摘要6-7
- Abstract7-15
- 第一章 绪论15-26
- 1.1 研究背景及意义15
- 1.2 混凝土中钢筋的腐蚀15-17
- 1.3 国内外研究现状17-18
- 1.3.1 国内外相关检测标准17
- 1.3.2 国内外钢筋锈蚀检测设备现状17-18
- 1.4 现有检测方法18-22
- 1.4.1 物理检测方法19
- 1.4.2 电化学检测方法19-22
- 1.5 钢筋混凝土有限元模型22-23
- 1.6 研究内容与技术路线23-26
- 第二章 钢筋腐蚀检测系统总体设计26-32
- 2.1 整体功能与性能指标26-27
- 2.2 整体模块设计27-30
- 2.2.1 总体硬件模块设计27-29
- 2.2.2 总体软件系统设计29-30
- 2.3 主处理器模块设计30-31
- 2.4 本章小结31-32
- 第三章 数控脉冲微安恒流源模块设计32-45
- 3.1 模块整体分析32-33
- 3.1.1 功能需求和性能指标32
- 3.1.2 功能模块32-33
- 3.2 硬件设计33-38
- 3.2.1 主控电路设计33
- 3.2.2 恒流源电路设计33-35
- 3.2.3 电流检测模块设计35-36
- 3.2.4 显示模块设计36-37
- 3.2.5 按键电路设计37
- 3.2.6 通信模块设计37-38
- 3.3 系统软件设计38-42
- 3.3.1 总体软件架构38-41
- 3.3.2 主要软件仿真测试41-42
- 3.4 整体模块性能测试42-44
- 3.5 本章小结44-45
- 第四章 主处理器模块开发45-75
- 4.1 处理器模块硬件资源45-47
- 4.2 Windows CE操作系统开发47-53
- 4.2.1 嵌入式系统功能及架构47-51
- 4.2.2 Win CE内核定制和编译51-53
- 4.3 AD采集模块流驱动程序53-59
- 4.3.1 AD流驱动接口函数的实现53-56
- 4.3.2 流驱动程序加载及测试56-59
- 4.4 腐蚀信号处理模块59-62
- 4.4.1 钢筋腐蚀信号特征分析59-60
- 4.4.2 腐蚀检测信号处理60-62
- 4.5 钢筋腐蚀状态三维显示62-68
- 4.5.1 3D图形理论及Open GL实现62-65
- 4.5.2 腐蚀状态三维显示测试65-68
- 4.6 钢筋腐蚀检测主控软件68-73
- 4.6.1 软件整体框架68-69
- 4.6.2 测试交互软件功能界面69-73
- 4.7 本章小结73-75
- 第五章 总体试验分析75-79
- 5.1 试验试件制备75
- 5.2 测试及结果对比75-79
- 第六章 结论与展望79-81
- 6.1 结论79-80
- 6.2 未来工作展望80-81
- 参考文献81-85
- 致谢85-86
- 研究成果及发表的学术论文86-87
- 作者和导师简介87
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8 康e
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