[發明專利]一種三維ECT傳感器

在審

• 申請號: 202010741762.2
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111721816A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 張鵬;王文濤;趙凱月;于子浩;高凱凱;趙鐵軍
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22;G01N27/24
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 白瑩;于正河

本發明屬于混凝土構件耐久性監測設備技術領域，具體涉及一種三維ECT傳感器，可調節式夾具有利于探測多種不同尺寸混凝土構件內部水分傳輸的異同，在提高成像分辨率的同時降低試驗成本；五面非閉合式結構使得測量過程中傳感器的組裝和拆卸更加簡便；鋼制夾具包裹被測電極，有效抑制測量過程中外界雜散電容的干擾；銅質電極板粘貼于亞克力板外壁，能夠防止電極板與腐蝕性介質接觸；電極表面包裹一層泡沫膠帶，能夠固定和保護電極板與電極引線的焊接處；五面放置電極增加了被測電極的數量，從根本上提高了重建圖像的分辨率；采用帶刻度的注水管進行混凝土內部水分傳輸試驗，有利于定量分析混凝土構件內部水分傳輸的信息。

技術領域：

本發明屬于混凝土構件耐久性監測設備技術領域，具體涉及一種三維ECT傳感器，能夠實現混凝土構件內部水分傳輸的三維無損可視化監測。

背景技術：

混凝土是現代土木工程建筑中應用最廣泛的建筑材料，也是最主要的結構原料。然而，混凝土結構在實際服役過程中不可避免的受到外界荷載和環境的影響，使得材料性能產生一定程度的劣化和衰退，嚴重時會導致結構耐久性失效?；炷两Y構劣化的原因多種多樣，而水分的存在及遷移是導致耐久性不足的重要誘因與關鍵因素?；跓o損檢測技術探測水泥基材料內部水分分布，有助于更好地理解和深入研究水泥基材料耐久性的破壞過程。

20世紀80年代后期，在醫學CT技術基礎上形成并發展起來的電容層析成像技術(ECT)是一種基于電容敏感機理的過程成像技術，通過安裝在被測物體表面的電極陣列，獲取被測物體在不同角度和不同時刻下的投影數據，采用圖像重建算法重建出被測物體內部介電常數的分布，實現物體內部介質分布的可視化測量。ECT技術具有非侵入性、響應速度快、適用范圍廣、成本低、無輻射、便攜等優點，利用ECT技術定量研究混凝土結構內部水分分布，能夠為更加客觀和準確地評價混凝土結構耐久性提供有效的技術支持。

ECT系統由陣列式電容傳感器、數據采集與信息處理系統和成像計算機三部分組成，陣列式電容傳感器的設計和制作是ECT系統的核心部分。例如：中國專利201821342601.0公開的一種新型ECT傳感器，包括連接法蘭、鍍層管體、電極片組件及保護套；所述連接法蘭包括第一法蘭盤及第二法蘭盤，所述第一法蘭盤通過連接管與所述第二法蘭盤連接，所述第一法蘭盤、所述連接管及所述第二法蘭盤相互連通；所述第一法蘭盤及所述第二法蘭盤上均設有若干通孔，所述第二法蘭盤遠離所述連接管的一端設有卡槽，所述鍍層管體包括管體本體及兩個固定盤，兩個所述固定盤設有所述管體本體的相對兩端，并與所述管體本體一體成型；所述管體本體能夠插接于所述卡槽中，并與所述連接法蘭連通；所述固定盤上設有穿孔，所述穿孔與所述第二法蘭盤上的通孔對應設置，用于引出所述電極片組件的引線，所述電極片組件包括若干電極片，且若干所述電極片呈均勻陣列分布在所述管體本體的外壁環周，所述保護套上設有灌膠口，所述保護套套設于所述鍍層管體外側，所述保護套的內徑與所述固定盤直徑一致；所述保護套與所述鍍層管體連接的空隙處灌入填充膠，所述連接法蘭的數量為兩個，且兩個所述連接法蘭對應設置，兩個所述連接法蘭之間設有所述鍍層管體及所述保護套；兩個所述連接法蘭通過長螺栓與螺母連接，所述第一法蘭盤、所述連接管及所述第二法蘭盤間相互焊接連接；所述第二法蘭盤與所述固定盤間也焊接連接，所述連接法蘭與所述保護套的材質均為304不銹鋼，所述鍍層管體的材質為聚四氟乙烯；中國專利201821342017.5公開的一種ECT傳感器，包括鍍層管體和兩個外層管體，兩個所述外層管體相對設置于鍍層管體的外部，所述鍍層管體與兩個所述外層管體之間形成空腔；所述鍍層管體包括管本體和固定設置在所述管本體兩端的圓環，所述管本體和圓環一體成型，所述圓環上開有通孔，所述管本體的外壁緊貼設置有電極片，所述電極片的外部設置有防護層，所述防護層的外側設置有耐高溫膠層，所述耐高溫膠層位于所述通孔的下側，所述外層管體包括連接法蘭、固定部和連接部，所述連接法蘭、固定部和連接部依次焊接連接且一體成型，所述連接法蘭上設置有法蘭孔，所述連接法蘭的外壁上開有法蘭環槽，所述固定部上設有固定孔，所述固定孔內設置有信號傳輸機構，所述固定部的外壁上設置有螺紋，所述固定部螺紋連接有大鎖母，所述大鎖母位于固定件的上側；所述連接部上設置有連接孔，所述連接孔內設置有螺栓，兩個所述外層管體通過螺栓與螺母固定連接，所述連接部的外壁上開有環槽，所述通孔和法蘭孔圓周均勻設置為4個，相鄰所述通孔或法蘭孔中軸線之間的夾角為90度；所述固定孔和連接孔圓周均勻設置為8個，相鄰所述固定孔或連接孔中軸線之間的夾角為45度，所述信號傳輸機構包含絕緣柱，所述絕緣柱上設置有絕緣通孔，所述絕緣通孔內貫穿設置有探頭，所述探頭的頂部外壁上設置有螺紋，所述探頭的頂部螺紋連接有M3螺母，所述探頭呈十字形，所述M3螺母的上側設置有接線接頭，所述接線接頭與所述探頭螺紋連接；所述探頭的底部接有引線，所述引線穿過所述耐高溫膠層和防護層與電極片相接觸，所述絕緣柱內部的絕緣通孔設置為4個，所述圓環、管本體和絕緣柱的材質均為聚四氟乙烯；所述外層管體和大鎖母的材質均為304不銹鋼；所述探頭的材質為銅，所述電極片圍繞管體均勻設置，所述電極片的總數量為16片；其存在構造復雜、無法定量無損監測混凝土內部軸向水分分布的幾何形狀、相對位置及體積的準確信息且不適用于多種尺寸混凝土構件的缺點。傳統的二維ECT傳感器在被測物體周圍布置一層測量電極，假定沿測量電極長度內被測物體內部的介質呈均勻分布，重建圖像以二維斷層圖的形式輸出，實現物體內部介質分布的二維可視化無損測量，所得到的結果是敏感場空間內的一個軸向平均值，介質分布的幾何形狀、相對位置、體積等信息均無法直接從二維圖像中獲取，導致圖像重建過程中計算誤差增大，進而降低了軸向分辨率。相比之下，三維ECT系統在被測物體周圍布置多層電極，同時測量同層電極和不同層電極的電容信號，不經過二維斷層成像處理，在重建過程中直接重建出三維圖像，在減小誤差的同時提高了軸向分辨率，測量結果更符合實際介質傳輸規律。但是，三維ECT技術受制于固有的軟場特性，導致即使是在空傳感器下的敏感場分布也是極為不均勻的，非均勻性與傳感器各部結構參數的設計相關，很大程度上影響了圖像重建的質量，基于此，三維陣列式電容傳感器的設計是三維ECT系統的關鍵和核心技術之一，是實現水泥基材料內部三維非飽和水分傳輸成像的重要前提。