土木工程测试技术.ppt

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,,*,,,单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,*,,*,单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,*,,*,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,目录,,第一章,绪论,,第二章,测试技术传感器基础,,第三章,混凝土测方法,,,第四章,混凝土缺陷的超声检测探伤及声发射诊断,,第五章,混凝土测温技术,,,第六章,应变测量及应用,,,第七章,超声检测仪及智能超声检测仪开发技术,,第八章,土木工程测试数据处理方法,,第九章,土木工程测试应用实例,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,1.1,土木工程测试技术概述,,1.2,土木工程测试技术体系结构,,1.3,无损检测技术发展趋势,,1.4,神经网络在土木工程测试中的应用,第,1,章 绪论,第,1,章 绪论,,土木工程测试技术概述,,,1.,课程涉及的学科,,,,土木工程：,桥梁、隧道、结构、岩土、铁路、防灾、消防等,,,机械工程,,,信息学科：,自动化、电子工程、计算机技术、人工智能电路与系统（信号处理,),等,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,2.,课程的数学与信息技术基础,,统计分析理论：,回归分析、关联分析、支持向量机（,SVM,）,,灰色系统理论,,小波分析：,故障诊断、图像识别和重构,,模糊数学,,神经网络：,BP,、,RBF,、,CMAC,,遗传算法：,免疫遗传算法,,软测量技术,,数据融合（信息融合）,,,计算机文化基础、,FORTRAN,语言、,C,语言,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,1.2,土木工程测试技术体系结构,,,1,、智能传感器技术,,,智能传感器（,intelligent sensor,）是具有信息处理功能的传感器,,智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力,,智能传感器是传感器集成化与微处理机相结合的产物,,按工作原理分类,物理型,化学型,,生物型,,,按被测量量分类,压力,物位,浓度,加速度,速度,位移,,温度,流量,转速,力矩,湿度,粘度,按材料分类,半导体硅材料,石英晶体材料,功能陶瓷材料,离子敏传感器,生物活性物质,,按智能化分类,传统的电压型,传统的电容型,传统的电阻型,传感器,+,交换器,敏感元件,+MCU+,智能借口,,,传统的电流型,,传统的电感型,,,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,1.2,土木工程测试技术体系结构,,,2,、先进无损检测技术,,,无损检测是在不损伤材料和成品的条件下研究其内部和表面有无缺陷的手段,,无损检测技术在很大程度上是一种信息技术，它是一个获取信号、提取信,,息、导出结论的过程,,,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,1.2,土木工程测试技术体系结构,,,3,、先进信息处理技术,,,信息处理技术是指用计算机技术处理信息，计算机运行速度极高，能自动处理大量的信息，并具有很高的精确度,,,,1.3,无损检测技术发展趋势,,无损检测技术国内外发展概况,,,国际：,,20,世纪,30,年代，人们开始探索和研究混凝土无损检测技术,,1948,年瑞士人施密特,(E.Schmid),研制成功回弹仪,,1949,年加拿大的苹斯利,(Leslie),等运用超声脉冲进行混凝土检测获得成功,,60,年代罗马尼亚的费格瓦洛,(I.Facaoaru),提出超声回弹综合法,。

国内：,,技术规程,,《,回弹法检测混凝土抗压强度技术规程,》〔JGJ/T23-92),,《,超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程,》(CECS02-88),,《,后装拔出法检测混凝土强度技术规程,》(CECS69-94),,《,超声法检测混凝土缺陷技术规程,》(CECS02-90),,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,1.3.2,无损检测技术的应用,,,无损检测技术可直接检验结构物的,混凝土强度、缺陷及其他物理力学性能指标,，可以确保结构质量，节约材料，提高劳动生产率和加快施工进度,,特别适用于确定不利条件,(,火灾、冰冻、超载、地震、各种化学介质的侵蚀等等,),下混凝土的损害程度，研究和评价同一试样随时间而变异的各种能，在这些方面，无损检测方法的优越性较传统的破损检测方法更为突出,,,已成为,工程事故的检测和分析,手段之一，而且正在成为,工程质量控制和构筑物使用过程中可靠性监控,的一种工具,,伴随着,电子技术,的不断进步，仪器处理能力得到提高，,模糊聚类分析,、,神经网络,甚至,人工智能,等先进的数据处理手段将得到更广泛的应用，使其能进行,快速的、大量信息的处理,，使检测结果更加可靠、检测水平不断提高,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,1.3.3,无损检测技术的分类和特点,,,按检测目的，无损检测方法分为四类：,,（,1,）检测结构、构件混凝土强度值；,,（,2,）检测结构、构件混凝土内部缺陷（,如裂缝、孔洞和不密实区、结合面质量、损伤层等,）；,,（,3,）检测几何尺寸（,如钢筋位置、保护层厚度、板面或墙面厚度等,）；,,（,4,）结构混凝土强度质量的匀质性检测和控制；,,按检测对结构、构件是否造成破损分为：,,（,1,）非破损检测方法,,,回弹法、超声法、超声,-,回弹综合法、磁测法、电测法、电磁法等。

2,）半破损检测方法,,,钻芯法、拔出法、射钉法、拔出法等无损检测技术的主要特点有：,,,非破坏性,,随机性,,远距离探测,,间接性,,现场检测等,,,总结：,无损检测技术检测数据可连续性采集，并通过数理分析和逻辑判断，能够比较准确地推定出工程质量的状况,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,1.3.4,无损检测的发展动向,,（,1,）检测仪器逐步向高、精、尖方向发展2,）传感系统越来越多样化,,（,3,）无损检测系统正朝着专用化、小型化、一体化、集约化的趋势发展,,（,4,）无损检测结果评定,,按国家标准,GBJ107-87,（试件、试块）,,以统计方法为基础的抽样评定法则,,（,5,）缺陷检测判断依据,,概率法判据,,PSD,判据（斜率与差值乘积） 湖南大学吴慧敏教授提出,,NFP,判据（多因素概率法）,,多因素模糊综合判据,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,1.4,神经网络在土木工程测试中的应用,,人工神经网络（,Artificial Neural Networks,，简写为,ANNs,）也称为,,神经网络（,NNs,）或称作连接模型（,Connection Model,），它是一,,种模仿动物神经网络行为特征，进行分布式并行信息处理的算法数,,学模型。

1.4.1,神经网络在土木工程中应用的可行性,,,,神经网络的特点,：,,1,）分布式存储信息：,网络结构和连接权,,2,）自适应性：,自学习、自组织、泛化和训练,,3,）并行性：,每一神经元独立，各神经元并行处理,,4,）联想记忆功能,,5,）自动提取特征参数,,6,）鲁棒性（容错性）,,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,土木工程应用可行性分析：,,1,）专家系统成为工程设计中必不可少的工具，但系统存在一些缺陷，神经网络的上述特点正好可阶级解决这些问题；,,2,）在损伤诊断中通过损伤模式匹配和特征参数的自动提取来成立复杂的非线性、不确定性问题1.4.2,神经网络在土木工程中的应用领域,,神经网络在土木工程中的应用领域主要包括：,,1,）结构分析与初步设计,,2,）结构优化设计,,3,）结构损伤检测和诊断,,4,）结构控制,,5,）科学决策,,6,）结构材料与本构关系,,7,）回归分析,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,1.5,课程在土木工程中的地位,,（,1,）土木工程防灾与安全学科群的概念,,以防灾减灾工程及防护工程学科为核心二级学科，此外还包括边缘交叉学科消防工程二级学科以及桥梁与隧道工程、结构工程和岩土工程等土木工程领域传统的优势学科的安全与防灾研究方向。

2,）课程由来及发展,,结构损伤测试技术（硕士）,——,结构损伤测试与诊断（博士）,——,土木工程测试技术（大土木工程专业）1998,年防灾减灾工程及防护工程硕士点成立以来，一直是该专业的学位课程，包括其后设立的消防工程专业所有硕士、博士以及工程硕士的培养方案都列入了该课程3,）课程建设的目标,,针对大土木工程专业，今年新修订的研究生培养方案即是按此目标,,实行2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,参考教材历史：,,【1】,吴慧敏编,.《,结构混凝土现场检测新技术,-,混凝土非破损检测,》,第二版，湖南大学出版社，,1998,,【2】,新编混凝土无损检测技术编写组,.《,新编混凝土无损检测技术,》,（应用新规范），中国环境工业出版社，,2002,,【3】,姜绍飞,.,基于神经网络的结构优化与损伤检测,.,科学出版,,2002,,【4】,刘君华,.,智能传感器系统,.,西安电子科技大学出版社,,,1999,,,,,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,第二章,智能传感器技术基础,,,,,,2,.1传感器的基本原理,,2,.2智能传感器的特性,,2,.3无线传感器网络,,2.4,传感器在土木工程测试领域的应用,,2.5,测试计算机型式,,2.6,传感器与物联网,,,,,第二章,智能传感器技术基础,,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2,.1,传感器的基本原理,,,2.1.1,传感器的定义,,,传感器,：,Sensor,,/,,Transducer,,,能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置。

第二章,智能传感器技术基础,,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2,.1,传感器的基本原理,,,2.1.1,传感器的定义,,,定义包含了下面四个方面的含意：,,（,1,）传感器是测量装置，能完成信号获取任务,;,,（,2,）它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；,,（,3,）它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量；,,（,4,）输出输入有对应关系，且应有一定的精确度CSU,防灾科学与安全技术研究所,K,型温度热电偶,压差传感器,,,,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,2,.1.,2,传感器的结构,,,,（,1,）,敏感元件,：指传感器中能直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的部件；,,,,（,2,）,传感元件,：指传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号部件,,（,3,）,转换电路,：指由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调节与转换电路将其放大或转换为容易传输、处理、记录和显示的形式，这一部件,—,般称为测量转换电路CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,2.1.3,传感器的应用模式,,,人们通常把传感器的应用划分为三种系统类型，分别是测量系统、开环控制系统和闭环控制系统。

测量系统的基本流程图,,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,,,,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,2.2,智能传感器的特性,,2.2.1,智能传感器概述,,,,美国宇航局,Langleg,研究中心的,Breckenridgc,和,Husson,等人认为智能传感器需要具备下列条件：,,1,）由传感器本身消除异常值和例外值，提供比传统传感器更全面、更真实的信息；,,2,）具有信号处理（例如包括温度补偿、线性化等）功能；,,3,）随机整定和自适应；,,4,）具有一定程度的存储、识别和自诊断功能；,,5,）内含特定算法并可根据需要改变CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,,,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,,2011.08,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,,,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,智能传感器的,特点：,,,（,1,）使用简单 （,2,）易于维护 （,3,）精确 （,4,）适应性,,,智能传感器的应用,价值：,,,（,1,）使应用设计更简单2,）使应用成本更低3,）可以将精力集中在传感器侧的品质保障方面，不用向从前须为客户提供大量的辅助设计4,）客户可以采用平台技术，进行跨行业应用。

5,）搭建复合传感6,）通用的数据接口允许第三方客户开发标准的支持设备，帮助客户或传感器工厂完成新产品的设计CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,,,,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,无线传感器网络,,2.3.1 ZigBee,无线通信协议,,,,,包括,MAC,层、路由、网络层、应用层等，其完整框图如下：,,,,,,,,,,,2.3.2,无线传感器的特点,,,（,1,）抗干扰能力强；（,2,）安装使用方便；（,3,）超低功耗；（,4,）超强的设计能力，完全的自主知识产权，可按应用定制产品,,无线传感器网络的组成概述,,,无线传感器网络由传感器节点、网关、网络协议、计算机采集处理软件等组成,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,无线传感器网络节点,,分类：,,外接传感器；内置传感器；无线加速度节点；无线应变节点；无线温度、湿度节点原理框图,:,,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,无线基站（网关）,,,接收传感器节点的数据，输入计算机分析存储；,USB,，以太网口，串口标准接口；,INTERNET,，,GPRS/CDMA,等远程传输；,GPS,绝对时间同步；多个基站同时使用，扩展带宽。

CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,无线传感器节点采集控制软件,,,,（,1,）界面友好的,WINDOWS,采集控制软件；,,（,2,） 同时支持各种类型传感器节点；,,（,3,）节点采集到的数据实现实时显示，分析和存储；,UFF,，,CSV,或其他通用文件格式输出；,,（,4,）,LABVIEW,接口；,,（,5,）校准数据等信息写入传感器节点；,,（,6,）通讯质量，电池能量监测；,,（,7,）无线节点内部程序升级；,,（,8,）节点内部数据高速下载CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,无线传感器在土木工程测试领域的应用,,,（,1,）桥梁建筑物模态振动，应变，位移，温度测量；,,（,2,）结构静态应变，位移测量；,,（,3,）振动常规测量（飞机落振，汽车摩托车路面实验，包装跌落实验，火炮旋转震动测量，车辆舒适度测量）；,,（,4,）旋转机械扭距，应变测量；,,（,5,）混泥土浇灌温度监测；,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,（,6,）航空发动机温度，扭矩，应变测量；,,（,7,）地震监测；,,（,8,）建筑物结构监测；,,（,9,）工业机械结构监测；,,（,10,）粮仓温度湿度监测；,,（,11,）电力传输线温度监测；,,（,12,）石油管道监测；,,（,13,）运输实验等等。

CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,2.4,土木工程测试传感器应用,,,2.4.1,,DS18B20,智能传感器在混凝土桥梁施工时温度应力监测中的应用,,（,1,）,DS18B20,智能传感器,工作原理,,,,,,,,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,,,,DS18B20,温度测量原理是通过计算门开通期间低温度系数振荡器经历的时针周期个数来测量温度的在,DS18B20,中，转换温度值是以,9,位二进制,1/2,℃,LSB,（最低有效位）形式表示的，而输出温度则是以,16,位符号扩展的二进制补码读数形式提供,它,是将多路,DS18B20,温度传感器（设计,72,或,16,路，理论上最多可达上千路）串接在一起，实现温度监测的CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,,,,,,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,,（,2,）,DS18B20,（智能）数字温度传感器实际应用设计,,,1,）,DS18B20,温度测控子系统,,本系统采集的温度信号采用,16,个,DS18B20,数字温度传感器和,AT89C52,单片机构成的温度采集板，所有温度参数在,-10,℃～,120,℃范围内变化，符合,DS18B20,对所测温度的要求。

2,）,多路,DS18B20,的连接方式,,对于采用多个,DS18B20,的温度采集系统，在单片机的,I/O,口线上一定要接一只上拉电阻,，,当连接,DS18B20,较多时，该电阻最好取,3,～,4 K,Ω,对于要求更多数量的,DS18B20,，我们可以采用多台单片机并连接成温度采集网络CSU,防灾科学与安全技术研究所,,3,）,DS18B20,温度采集软件,,分温度采集模块和通信模块两个部分,温度采集模块,：,温度采集模块循环采集,16,路,DS18B20,温度参数并存放在,AT89C52,的,40H,至,53H,单元中，每一路温度占用,2,个存储单元，补偿和处理后的温度值存放在,60H,至,73H,单元中，工控机通过,RS-232C,串口每次将此,32,个字节数据定时接收通信模块,：,先由工控机发一通信命令，单片机接收到该命令后，通过串口中断逐一发送,32,个数据CSU,防灾科学与安全技术研究所,4,）,温度补偿软件,,DS18B20,测的是表面温度，而我们需要的是其对应的内部温度所以，必须进行温度处理和补偿,5,）,现场监测情况,,将该系统应用于秦沈客运专线的小凌河特大桥,32m,预应力简支箱梁中的,3,号梁和,4,号梁的温度监测中,。

温度传感器,DS18B20,布置在距跨中和距梁端,1m,的两个截面位置处，测点数共计,36,个，其中环境测点,2,个，每个测点处埋置两个传感器,测点,分布截面及具体位置,如下图,测点,1,距分机最远，距离长达,25,米；测点,29,距分机最近，但也有米梁的尺寸参数如下；梁长，,32m,；梁宽，；箱宽，,6m,；梁高，监测装置放置在两截面距离的中点处，距两截面,9m,如下图,,,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,,,2013.10,,CSU,2.5,测试计算机型式,,一、工控机,(,工业控制计算机,),,(IPC, Industrial Personal Computer,）,,二、可编程序控制器,,（,PLC,，,Programmable Logic Controller,）,,三、单片机,,（,MCU,，,Micro controller Unit,）,,防灾科学与安全技术研究所,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,台湾研华公司,“,Advantech,”,；,,研华科技是全球电子平台服务的领导厂商，自,1983,年创立以来，研华致力于工业计算机和自动化领域的创新，发展和提供高品质,/,高性能电子产品和服务。

一、工控机,(,工业控制计算机,),,(IPC, Industrial Personal Computer,）,,是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称,,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,研祥,“,Evoc,”,研祥智能科技股份有限公司成立于,1993,年，是中国最大的特种计算机研究、开发、制造、销售和系统整合于一体的高科技企业2003,年,10,月,10,日上市，是中国同行业中唯一的上市公司,,结构,：,,主机及各种扳卡,,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,通信卡,,通信卡具有通信电路和解码器，通信电路用于接收已通过网络作为流式广播发送的数字数据，解码器用于对通过通信电路接收的数字数据进行解码，并将其转换成可在个人计算机的流播放器中重放的格式的数据,,I/O,卡,,研,华通用数字量,I/O,卡,PCI-1751,,研,华隔离数字量,I/O,卡,PCI-1761,,研,华模拟量输出卡,PCI-1721,,研,华,PCI BUS-,多功能卡,PCI-1713,,研,华运动控制卡,PCI-1240,,选型,时可了解,IPC,的配置，再选各种,卡,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,总线,：（,ISA,、,PCI,）,,ISA,总线,,（,Industry Standard Architecture,，工业标准体系结构）,,是,IBM,公司为,PC/AT,电脑而制定的总线标准，为,16,位体系结构，只能支持,16,位的,I/O,设备，数据传输率大约是,16MB/S,,PCI,总线,,（,Peripheral Component Interconnect,，外设部件互连标准,),,是目前个人电脑中使用最为广泛的接口，几乎所有的主板产品上都带有这种插槽,,,,,,,,。

2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,二、可编程序控制器,,（,PLC-Programmable Logic Controller,）,,厂家,：,,西门子,,三菱,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,性能特点：,,主要用于开关控制,,数十至上百,I/O,接口，继电器，接触器，构成顺序控制,,扩充模拟量模块（成本昂贵），模拟量多时采用,IPC,二进制,O/1,－关,/,开,,,工作原理：,,循环扫描,工作,,,工作程序：,,1.,输入处理,,2.,程序执行,,3.,输出处理,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,编程语言,：,,梯形图编程语言,,语句表编程语言,,0,LD,X000,14,AND,X001,28,,K1,42,OUT,Y004,1,OR,M10,15,OUT,M1,29,,,43,LD,M106,2,ANI,T0,16,LD,M1,30,,,44,OUT,Y005,3,AND,X001,17,ANI,M0,31,,,45,LD,M107,4,OUT,M10,18,OUT,T1,32,,,46,OUT,Y006,5,LD,M10,19,SP,K5,33,LD,M101,47,LD,M108,6,OUT,T0,20,,,34,OUT,Y000,48,OUT,Y007,7,SP,K5,21,LD,T1,35,LD,M102,49,LDI,X001,8,,,22,OUT,M0,36,OUT,Y001,50,FNC,40,9,LD,T0,23,LD,M0,37,LD,M103,51,,M101,10,OR,M108,24,FNC,35,38,OUT,Y002,52,,M108,11,OUT,M100,25,,M100,39,LD,M104,53,,,12,LD,X000,26,,M101,40,OUT,Y003,54,,,13,OR,M1,27,,K8,41,LD,M105,55,END,,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,三、单片机（,MCU,，,Micro controller Unit,，微控制器）,,单片机应用及发展,：,,在工业控制领域的广泛应用。

从上世纪,80,年代，由当时的,4,位、,8,位单片机，发展到现在的,32,位,300M,的高速单片机单片机分类：,,按字长分类：分为,4,位，,8,位，,16,位，,32,位,,按指令类型分类：精简指令集，复杂指令集,,按内核来分：,51,系列，,PIC,系列，,AVR,系列，,MSP430,系列,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,单片机构成,,单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器,CPU,随机存储器,RAM,、只读存储器,ROM,、多种,I/O,口和中断系统、定时器,/,计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、,A/D,转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,单片机仿真器与开发,(,伟福仿真器、,keil C,编译器）,,指以调试单片机软件为目的而专门设计制作的一套专用的硬件装置软件单片机仿真器（,Keil C,）的应用逐渐广泛，单片机仿真程序即在个人计算机上运行的特殊程序，,,可在一定程度上模拟单片机运行的硬件环境，并在该环境下运行单片机目标程序，并可对目标程序进行调试、断点、观察变量等操作，可大大提升单片机系统的调试效率。

纯软件单片机仿真器往往与硬件设计程序集成在一起发布，使得开发者可以对单片机硬件与软件进行同步开发,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2.6,传感器与物联网,,（,1,）定义,,英文名称是“,The Internet of things”,,简写,IOT,”,物联网就是物物相连的互联网”这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信物联网就是“物物相连的,互联网,”物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界,信息产业,发展的,第三次浪潮,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,（,2,）,,物联网相关技术,,1,）,,RFID,技术；,,2,）,Wi-Fi,技术；,,3,）蓝牙技术；,,4,）,GPS,、,GIS,技术；,,5,）,ZigBee,传感器网络；,,6,）条码识别；,,7,）生物识别；,,8,）一卡通系统CSU,防灾科学与安全技术研究所,,（,3,）,,物联网应用领域,,1,）,,,RFID,；  物联网,4,大关键领域,,2,）传感网；,,3,）,M2M,；,,4,）两化融合。

4,）应用模式,,1,）对象的智能标签,,,通过二维码，,RFID,等技术标识特定的对象，用于区分对象个体，,,例如在生活中我们使用的各种智能卡，条码标签的基本用途就是,,用来获得对象的识别信息；此外通过智能标签还可以用于获得对,,象物品所包含的扩展信息，例如智能卡上的金额余额，二维码中,,所包含的网址和名称等CSU,防灾科学与安全技术研究所,,2,）环境监控和对象跟踪,,,利用多种类型的传感器和分布广泛的传感器网络，可以实现某,,个对象的实时状态的获取和特定对象行为的监控，如使用分布在,,市区的各个噪音探头监测噪声污染，通过二氧化碳传感器监控大,,气中二氧化碳的浓度，通过,GPS,标签跟踪车辆位置，通过交通路,,口的摄像头捕捉实时交通流程等3,）对象的智能控制,,,物联网基于云计算平台和智能网络，可以依据传感器网络用,,获取的数据进行决策，改变对象的行为进行控制和反馈例如根,,据光线的强弱调整路灯的亮度，根据车辆的流量自动调整红绿灯,,间隔等CSU,防灾科学与安全技术研究所,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,3.1,回弹法,,3.2,超声检测法,,3.3,钻心法,,3.4,超声回弹综合法,,3.5,其他测试方法,第,3,章 混凝土测试方法,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,3.1,回弹法,3.1.1,概述,,,自从,1948,年瑞士施米特发明回弹仪，以及苏黎世材料试验所发表报告以来，回弹法的应用已有,60,多年的历史,，,是国际学术界公认为混凝土无损检测的基本方法之一,,,标准有两种类型,：一类是要求将回弹值换算为强度值的标准，它对仪器和测试技术要求较高，使用范围较严；另一类是只用回弹值作为混凝土质量相对比较的标准，它的有关规定相对宽松,,,,1966,年,3,月出版了,《,混凝土强度的回弹仪检验技术,》,一书；,1985,年我国颁布了,《,回弹法评定混凝土抗压强度技术规程,》,（,JGJ23-85,）；,1989,年颁布了,《,回弹法检测混凝土抗压强度技术规程,》,（,JGJ/T23-92,）；最新修订为目前使用的是,《,回弹法检测混凝土抗压强度技术规程,》,（,JGJ/T23-2001,）,回弹法是用一弹簧驱动的重锤，通过弹击杆（传力杆），弹击混凝土表面，并测出重锤被反弹回来的距离，,以回弹值（反弹距离与弹击锤冲击长度之比）作为与强度相关的指标，来推定混凝土强度,的一种方法。

由于测量在混凝土表面进行，所以应属于表面硬度法的一种,,,目前常见的,回归方程,形式主要有以下几种：,,直线方程,：,（,3-7,）,,幂函数方程：,（,3-8,）,,抛物线方程：,（,3-9,）,,二元方程：,（,3-10,）,,,—,混凝土测区的推算强度；,—,测区平均回弹值；,—,测区平均碳化深度值；,A,、,B,、,C,—,常数项，视原材料条件因素不同而不同,（,1,）原理,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,3.1.2,检测原理及特点,,,,,,,,,（,2,）,特点,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,检测精度,不,高,,设备简单、操作方便、测试迅速,,检测费用低廉,,不破坏混凝土的正常使用,,现场直接测定中使用较多,,影响回弹法准确度的因素较多，如操作方法、仪器性能、气候条件等,,注意：,,不适用于表层及内部质量有明显差异或内部存在缺陷的混凝土构件和特种成型工艺制作的混凝土的检测,,由于高强混凝土的强度基数较大，即使只有,15%,的相对误差，其绝对误差也会很大而使检测结果失去意义,3.1.3,回弹仪,,,,测量回弹值使用的仪器为回弹仪回弹仪的质量及其,稳定性是保,证回弹法检测精度的技术关键。

2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,（,1,）,影响检测性能的因素,,,回弹仪机芯主要零件的装配尺寸，包括弹击拉簧的工作长度、弹击锤的冲击长度以及弹击锤的起跳位置等主要零件的质量，包括拉簧刚度、弹击杆前端的球面半径、指针长度和摩擦力、影响弹击锤起跳的有关零件机芯装配质量，如调零螺钉、固定弹击拉簧和机芯同轴度等2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,（,2,）,回弹仪型号,,1,）,瑞士回弹仪系列型号,,,型号 冲击能量,/J,弹击方式 适应范围,,N 2.25,直射式 一般混凝土,,NR 2.25,直射式 同,N,型，示值记录,,L 0.75,直射式 小型、低刚度和胶凝材料,,LR 0.75,直射式 同,L,型，示值记录,,LB 0.75,直射式 烧土制品和陶管连续质量控制,,M 30,直射式 大体积、飞机跑道、高速路面,,P 0.9,摆式 轻质材料,(5-25MPa,混凝土,),,PT 0.9,摆式 低强度胶凝制品,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2,）日本回弹仪系列型号,,,型号 功能,,,,ND-740,回弹值最小读数度,,,数显式,,,ND-750,同,ND-740,,能对回弹值记录和处理,,,MTC-850,能自动记录和按程序处理回弹值及其平,,均值、回弹修正值、弹击角度及指示强度,,,WS-200N,数显式,,,能将水平和角度测试的回弹值记,,录和打印,,,测试和记录部分分离,,,无线传输,采用回弹法检测混凝土抗压强度，首先要满足技术规程中所规定的条件，同时必须注意回弹法使用的前提是要求被检测的混凝土内外质量基本一致，,被检测构件表面光洁、平整、干燥,。

当测试部位表层与内部质量有明显差异或内部存在缺陷，或是特种成型工艺制作的混凝土等，均不能直接采用回弹法检测混凝土强度,,测试步骤：,,（,1,）数据采集,：,,1,）工程资料,,用回弹法检测前，应全面、正确了解被测结构的情况，如混凝土设计参数、混凝土实际所用混合物材料、结构名称、结构形式等,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,检测方法,2,）测区回弹,,测区的选定采用抽检的方法，在范围内测点均匀分布所选测区相对平整和清洁，不存在蜂窝和麻面，也没有裂缝、裂纹、剥落，层裂等现象按照利用回弹仪进行无损检测的规范，即根据,《,回弹法检测混凝土抗压强度技术规范,》,（,JGJ/T23-2001,）的规定，在每一个检测区测取,16,个回弹值每一读数都精确到,1,测点间距不小于,20mm,，测点距构件边缘不小于,30mm,在检测时，回弹仪的轴线始终垂直于被检测区的测点所在面,,3,）碳化深度,,在有代表性的测区进行碳化深度测定当碳化深度大于时，应在每个测区进行碳化深度测定,,（,2,）强度计算,：,,1,） 回弹值计算,,从每一个测区所得的,16,个回弹值中，剔除,3,个最大值和,3,个最小值后，将余下的,10,个回弹值按下列公式计算平均值,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,,,2,）回弹值修正,,对于回弹仪非水平方向检测混凝土浇筑侧面时，回弹值按下式校正,,,,,,,,3,） 碳化深度计算,,,对于抽检碳化深度的计算，用数理统计方法计算，以平均值作为测区碳化深度,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,,,4,）测强曲线应用,,对于没有可以利用的地区和专用混凝土回弹测强曲线，测区混凝土强度的求取，可以按,《,回弹法检测混凝土抗压强度技术规程（,JGJ/T-23-2010,）,》,附录中所提供的“测区混凝土强度换算表”换算,,（,3,）异常数据分析,,,混凝土强度不是定值，它服从正态分布。

混凝土强度无损检测属于多次测量的试验，可能会遇到个别误差不合理的可疑数据，应予以剔除根据统计理论，绝对值越大的误差，出现的概率越小，当划定了超越概率或保证率时，其数据合理范围也相应确定因此，可以选择一个“判定值”去和测量数据比较，超出判定值者则认为包含过失误差而应剔除,,（,4,）强度推,定,（参考规范）,,1,）当该结构或构件测区数少于,10,个时：,,,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,,,,2）当该结构或构件的测区强度值中出现小于10.0MPa 时,,,,,3,）当该结构或构件测区数不少于,10,个或按批量检测时应按下列公式计算,,,注：结构或构件的混凝土强度推定值是指相应于强度换算值总体分布中保证率不低于,95%,的结构或构件中的混凝土抗压强度值,,对于按批量检测的构件，当该批构件混凝土强度标准差出现下列情况之一时，则该批构件应该全部按单个构件进行检测：,,,该批构件混凝土强度平均值小于,25MPa,时：,,,,当该批构件混凝土强度平均值不小于,25MPa,时：,,,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,,,,,,,,混凝土构件的表面状态直接影响推定值的准确性和合理性 ， 主要因素有：,,（,1,）原材料的影响,,1,）水泥,2,）细骨料,3,）粗骨料,4,）外加剂,,（,2,）成型方法,,总体上，不同强度等级、不同用途的混凝土混合物，应有各自相应的最佳成型工艺。

但是只要混凝土密实，其影响一般较小喷射混凝土和表面通过特殊物理方法、化学方法成型的混凝土，统一测强曲线的应用要慎重,,（,3,）养护方法及温度,,不同的养护方法产生不同的温度对混凝土强度及回弹值都有很大的影响标准养护与自然养护的混凝土含水率不同，右强度发展不同，则表面强度也不同在早期，这种差异更明显2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,3.1.5,回弹法检测强度值的影响因素,（,4,）碳化及龄期,,由于回弹值是以反映表面硬度的回弹值来,,确定混凝土的强度，因此须考虑影响表面,,硬度碳化层的因素不同的碳化深度对其,,影响不一样对不同强度等级的混凝土，,,同一碳化深度的影响也有差异当混凝土的强度等级相同时，碳化,,深度与混凝土的龄期成正比,,（,5,）模板,,使用吸水性模板（如木模）时，会改变混凝上表层的水灰比，使混,,凝土表面硬度增大，但对混凝土强度并无显著影响,,（,6,）泵送混凝土,,非泵送混凝土中很少掺加外加剂或仅掺加非引气型外加剂，而泵送,,混凝土则掺加了加气型泵送剂、砂率增加、粗骨料粒径减小、塌落,,度明显增大,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,（,7,）混凝土表面缺陷,,根据检测经验，构件混凝土局部表面偶尔出现异常状态，强度异常低，在分析排除施工或材料异常的情况下，应考虑存在混凝土表面与内部强度差异较大的可能,,（,8,）混凝土结构中表层钢筋对回弹值的影响,,采用回弹仪所测得的回弹值只代表混凝土表面层,2cm,～,3cm,的质量。

因此，在实际工作中，钢筋对回弹值的影响要视钢筋混凝土保护层厚度、钢筋直径及疏密程度而定,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,,回弹法测定混凝土的抗压强度，是建立在很凝土的抗压强度与回弹值之间具有一定的相关性的基础上的，这种相关性可用“,- ”,相关曲线（或公式）来表示我国南北气候差异大，材料品种多，在建立相关曲线时应根据不同的条件及要求，选择适合自己实际工作需要的类型,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,3.1.6,回弹法测强曲线的建立,,我国自,50,年代开始开展这项技术的研究，在,60,年代初即已应用于工程检测，随后生产了国产超声仪，近十年多来发展迅速混凝土超声检测技术己应用到,建筑、水电、交通、铁道,等各类工程中检测的,应用范围和应用深度,也不断扩大，从地面上部结构的检测发展到地下结构的检侧；从一般小构件的检测发展到大体积混凝土的检测；从单一测强发展到测强、测裂缝、缺陷、破坏层厚度、弹性参数等的全面检测,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,3.2,超声检测法,3.2.1,概述,超声波基本概念及声学基础,,1,）,波的概念,,波动是物质运动的一种形式。

波动可分为两大类：一类是,机械波,，它是由于机械振动在弹性介质中引起的波动过程，例如水波、声波、超声波等；另一类是,电磁波,，它是由于电磁振荡所产生的变化电场和变化磁场在空间的传播过程，例如无线电波、红外线、紫外线、可见光等,,2,）声波测试频率范围,,,,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,,3.2.2,基本原理,,3,）超声场特征参数,,充满声波的空间叫声场声压、声强、声阻抗率是描写声场特征的几个重要物理量，即声场的特征量,,① 声压,:,声波的传播实际上也就是媒质内稠密和稀疏的交替过程显然这样的变化过程可以用体积元内压强、密度、温度以及质点速度等的变化量来描述,,② 声强,:,在垂直于声波传播方向上单位面积、单位时间内通过的声能量称为声强当声波传播到介质中的某处时，该处原来静止的质点开始振动，因而具有能量同时该处的介质也将产生形变，因而也具有位能声波传播时，介质由远及近地一层接一层地振动，能量就逐层传播下去,,③ 声阻抗率,:,定义声场中某位置的有效声压与该位置的质点速度的比值为该位置的声阻抗率,,4,）超声波在传播中的衰减,,声波在介质中传播过程中其振幅将随传播距离的增大而逐渐减小，这种现象称为衰减,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,① 衰减系数,,当平面波通过某介质后，其声压将随距离 的增加而衰减。

衰减按指数规律变化其数学为,:,,,②,固体材料中声波衰减的原因,,,a,吸收衰减,:,声波在固体介质中传播时，由于介质的粘滞性而造成质点之间的内摩擦，从而使一部分声能转化为热能；同时，由于介质的热传导，介质的稠密和稀疏部分之间进行热交换，从而导致声能的损耗，这就是介质的吸收现象,,,b,散射衰减,:,当介质中存在颗粒状结构（如液体中的悬浮粒子、气泡，固体介质中的颗粒状结构、缺陷、掺杂物等）而导致声波的衰减成散射衰减,,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,3.2.3,超声换能器,,（,1,）超声波的产生和接收,,当超声波在混凝土中传播后，为了度量超声波的各声学参数，又将超声能量转化为最容易量测的量,——,电量，然后经放大、处理，对电信号进行测量这种将声能与电能相互转化的器具称换能器,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,（,2,）压电效应,,,某些固体物质，在压力（或拉力）的作用下产生形变，从而使物质本身极化，在物体相对的表面出现正、负束缚电荷，这一效应称为压电效应,,（,3,）脉冲超声波的产生及其特点,,,在晶片的振动过程中，由于能量的减少，其振幅也逐渐减小，因此它发射出的是一个超声波波包，称为脉冲波,（4）超声换能器的构造和性能,,常用超声换能器按波形不同分为纵波换能器与横波换能器，分别用于纵波与横波的测量。

目前，一般检测中所用的多是纵波换能器,,1,）纵波换能器,,以发射和接收纵波为目的的换能器其中又分平面换能器、径向换能器以及一发多收换能器,,,,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,① 平面换能器,,平面换能器系指声辐射面是平面，其压电振动模式大多为厚度振动这里又包括普通平面换能器及夹心平面换能器,,,② 径向换能器,,径向换能器是利用压电陶瓷（圆片、圆环或球体）的径向振动模式来发生和接收超声波，其辐射面是曲面,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,2,）横波换能器,,但在某些特殊场合，例如为了测量材料的动力弹性参数（弹性模量、泊松比），往往需要测量横波在介质中的传播速度,（,5,）换能器的选配,,,在混凝土检测中，应根据结构的尺寸及检测目的来选择换能器由于目前主要使用纵波检测故只介绍纵波换能器的选配,,1,）换能器种类选择,,纵波换能器有平面换能器、径向换能器平面换能器用于一般结构、试件的表面对测和平测，是必备的换能器径向换能器（圆环式、增压式、一发双收换能器）则用在需钻孔检测或灌注桩声测管中检测等场合以及水下检测,,2,）换能器频率选择,,由于超声波在混凝土中衰减较大，为了有一定的传播距离，混凝土超声检测都使用低频率超声波，通常在,200kHz,以下。

在此频率范围内，到底采用何种频率取决于以下两个因素：,,① 结构（或试件）尺寸,,② 被测混凝土对超声波衰减情况,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,（,6,）换能器与检测体的耦合,,从换能器幅射面发出的超声波要进入被测体，还必须解决换能器与被测体之间声耦合的问题,,,平面换能器的耦合剂一般采用较廉价的膏体，如黄油、凡士林、石膏浆等若被测体表面希望不被油污，也可用浆糊代替黄油因浆糊是由悬浮液浓缩的，对声波的衰减略大于黄油,,,当很凝土表面潮湿时，用黄油作用合剂效果很差其原因是黄油与水相互分离，声波通过时衰减加大这种情况下应使用水溶性膏状物作用合剂,,,当在钻孔中用径向换能器进行测量时，通常用水作耦合剂当孔钻好后，应冲洗钻孔，注满清水将径向换能器置入钻孔即可观测值得注意的是，孔中水应尽量不合悬浮物（如泥浆、砂等）,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,3.2.4,检测仪器,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,（,1,）用途,,,1,）声波透射法检测基桩完整性,,2,）超声法检测混凝土内部缺陷，如不密实区域、蜂窝空洞、结合面质量、表面损伤层厚度等,,3,）超声,-,回弹综合法检测混凝土抗压强度,,4,）超声法检测混凝土裂缝深度,,5,）地质勘查、岩体、混凝土等非金属材料力学性能检测,（,2,）依据规范,,,1,）建筑基桩检测技术规程,------------------------JGJ 106 —2003,,,2,）公路工程基桩动测技术规程,--------------------JTG/T F81-01-2004,,,3,）超声法检测混凝土缺陷技术规程,----------------CECS 21,：,2000,,,4,）超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程,--------CECS 02,：,2005,,（,3,）性能特点,,1,）快速、准确的声参量自动判读。

实时动态波形显示，保证了检测的效率；,,2,）人性化的软件设计仪器测试界面直接面向用户和工程测试现场，并且有帮助信息，用户可以方便的使用；,,3,）图形化显示测试结果测试以后可以分析结果可以图形化显示，用户可以直观的观察分析结果；,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,4,）可测试回弹值非金属超声波检测仪可直接外接回弹仪进行超声回弹综合法测试，并分析结算得到混凝土的推定强度此功能申请国家专利5,）信号接收能力强在无缺陷混凝土中对测穿透距离可达,10,米；,,6,）主机直接为径向换能器供电无需外接电源，性能可靠稳定；,,7,）标准,USB,存储设备大容量移动存储器（,U,盘,1G,）；,,8,）内置电池供电内置锂电池，供电时间达,6h,，如选配外置电池，供电时间可长达,12,小时，完全可满足客户野外长时间测试需求9,）仪器便携体积小、重量轻（约），携带方便10,）具备扩展功能C61,非金属超声波检测仪可扩展冲击回波法测厚功能（可用于单面测量混凝土厚度）；,,11,）功能强大的专业,windows,数据分析处理软件机外数据分析软件界面友好，性能可靠，可以分析处理直接生成报告，亦可把分析结果导入,word,、,Excel,中，方便用户进行后期的数据处理,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,（4）技术指标,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,（,5,）,主要生产厂家,,,1,）国产数字式非金属超声仪,,,型号 厂家,,SCY-2,湘潭市无线电厂,,DS-1,湘潭自动化研究所,,SC-2,天津建筑仪器厂,,HCS-4,天津建筑仪器厂研究所,,CTS-25,汕头超声电子仪器厂,,HQY-901,北京计量科研所,,JC-2,北京无线电三厂,,,共同特点：数显式，显示波形、游标手动判读声时，部分带单片机，以,SCY-2,和,CTS-25,市场占有率最大,,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,2,）国产数字式非金属超声仪,,,型号 厂家,,CTS-35,汕头超声电子仪器厂,,CTS-45,汕头超声电子仪器厂,,2000-A,煤炭科学研究院,,XY-A,扬州专用超声设备厂,,NM,系列 北京市政工程研究院（康科瑞）武汉岩海,,,3,）国外厂家,,,PUNDIT—,英国；,,V-meter—,美国,JAMES,；,,58-E46/C—,意大利,CONTROLS,；,,TCP3—,芬兰,FUGRO,2013.10,CSU,防灾科学与安全技术研究所,,超声法检测混凝土强度的依据,,,超声波检测混凝土的强度基本的依据是超声波传播速度与混凝土的弹性性质的密切关系。

在实际检测中，超声声速又通过混凝土弹性模量与其力学强度的内在联系，与混凝土抗压强度建立相关关系井藉以推定混凝土的强度,,3.2.6,超声法检测混凝土强度的技术途径,,混凝土超声测强曲线因原材料的品种规格和含量、配合比和工艺条件的不同而有不同的试验结果，因此，建立按常用的原材料品种规格、不同的技术条件和测强范围进行试验，大量的试验数据经适当的数学拟合和效果分析，建立超声速 与混凝土抗压强度的相关关系，取参量的相关性好、统计误差小的曲线作为基准校正曲线；并经验证试验，测强误差小的经验公式作为超声测强之用,,,超声测强有专用校正曲线、地区曲线和统一曲线在没有专用或地区测强曲线的情况下，如果应用统一的测强曲线，则需。