一种混凝土腐蚀传感器的驱动检测电路及检测设备的制作方法

[0001]
本实用新型涉及桥隧质检领域，特别涉及一种混凝土腐蚀传感器的驱动检测电路及检测设备。


背景技术：

[0002]
目前，在桥梁、隧道、停车场等建筑中，混凝土钢筋结构容易受潮腐蚀，在混凝土钢筋结构建造时，会在其中加入混凝土腐蚀传感器，混凝土腐蚀传感器包括五个检测电极，分别是cl离子电极、ph离子电极、辅助电极、工作电极和参比电极。cl离子电极和ph离子电极，分别与参比电极之间的电压反映混凝土钢筋结构中的cl离子浓度和ph值；工作电极与参比电极初始的电压为腐蚀电位，反映混凝土的腐蚀程度；而工作电极、辅助电极、参比电极之间的极化电阻也是反映混凝土的水汽、氯离子腐蚀渗透程度。
[0003]
而对于混凝土腐蚀传感器的驱动检测，由于检测项目较多，以往针对不同的检测项目，需要采用不同的设备；甚至对于不同电极之间的参数测量，还需要工作人员手动更换接入不同电极的采集端的位置，从而检测相对应的参数，导致工作人员操作麻烦，检测效率低下，由于需要采用多台设备，设备成本较高。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种混凝土腐蚀传感器的驱动检测电路，检测效率高，操作方便。
[0005]
本实用新型还提出一种检测设备，提高检测效率，降低检测成本。
[0006]
根据本实用新型的第一方面实施例的一种混凝土腐蚀传感器的驱动检测电路，包括：信号给定模块，能够与混凝土腐蚀传感器连接并且能够输出给定信号；通道选择模块，包括多个采集端，各个所述采集端能够与混凝土腐蚀传感器的各个检测电极对接；处理模块，分别与所述信号给定模块以及所述通道选择模块连接，所述处理模块能够控制所述信号给定模块输出的给定信号，所述处理模块能够分别控制所述通道选择模块的采集端工作以从混凝土腐蚀传感器的对应的检测电极中获取采集信号。
[0007]
根据本实用新型实施例的一种混凝土腐蚀传感器的驱动检测电路，至少具有如下有益效果：
[0008]
本实用新型混凝土腐蚀传感器的驱动检测电路，用户可以通过处理模块来分别对给定模块以及通道选择模块进行控制，根据需要对混凝土腐蚀传感器上获取的检测数据，制定合适的检测策略，给定合适的信号，选择合适的通道，从而通过通道从与混凝土腐蚀传感器的不同检测电极连接的采集端得到相应的信息，本设计处理模块通过对信号给定模块和通道选择模块的控制，能够制定多种对混凝土腐蚀传感器的不同检测电极的驱动采集策略，从而能够快速地检测出不同检测电极的特性，得知混凝土结构的腐蚀状态情况，检测效率高，操作方便。
[0009]
根据本实用新型的一些实施例，所述处理模块包括主控模组以及信号转化模组，
所述主控模组分别与所述信号给定模块以及所述通道选择模块连接，所述主控模组能够控制所述信号给定模块输出的给定信号，所述主控模组能够分别控制所述通道选择模块的采集端工作，所述信号转化模组分别与所述主控模组、所述通道选择模块连接以将对混凝土腐蚀传感器的采集信号输入到所述主控模组。
[0010]
根据本实用新型的一些实施例，所述信号转化模组包括信号放大单元以及模数转换单元，所述通道选择模块、所述信号放大单元、所述模数转换单元以及所述主控模组依次连接。
[0011]
根据本实用新型的一些实施例，所述信号给定模块包括信号产生模组以及信号调制模组，所述信号调制模组与所述信号产生模组连接以能够将所述信号产生模组输出的信号转化为多组不同的给定信号，所述主控模组与所述信号调制模组连接以控制对应的给定信号输出至混凝土腐蚀传感器。
[0012]
根据本实用新型的一些实施例，所述信号调制模组包括电平转换单元以及等级调制单元，所述电平转换单元能够将输入信号处理成两组相互反转的电平信号，所述等级调制单元能够将输入信号处理成功多组不同电压等级的输出信号；
[0013]
所述电平转换单元分别与所述信号产生模组以及所述等级调制单元连接，所述等级调制单元与相应的检测电极对接，所述主控模组与所述等级调制单元连接以控制调制对应等级的输出信号；
[0014]
或者，所述等级调制单元分别与所述信号产生模组以及所述电平转换单元连接，所述电平转换单元与相应的检测电极对接，所述主控模组与所述等级调制单元连接以控制调制对应等级的输出信号。
[0015]
根据本实用新型的一些实施例，还包括电流采样电阻，所述信号调制模组的一极能够与辅助电极对接，所述信号调制模组的另一极与所述电流采样电阻的一端连接，所述电流采样电阻的另一端能够与工作电极对接，所述通道选择模块的部分采集端用于获取所述电流采样电阻的电压，所述通道选择模块的部分采集端用于获取所述工作电极以及参比电极之间的电压。
[0016]
根据本实用新型的一些实施例，还包括隔离模块，所述隔离模块上设置有多个开关通道组件，所述通道选择模块的各个采集端和/或所述信号给定模块通过至少一个开关通道组件与检测电极连接，所述主控模组与所述开关通道组件连接以控制开关通道组件通断。
[0017]
根据本实用新型的一些实施例，所述开关通道组件包括继电开关以及能够驱动所述继电开关开合的继电驱动件，所述主控模组与所述继电驱动件连接，所述继电开关的一端能与所述检测电极连接，所述继电开关的另一端与采集端或所述信号给定模块连接。
[0018]
根据本实用新型的一些实施例，所述检测电极有多个，所述开关通道组件有多个，所述开关通道组件与所述检测电极一一对应。
[0019]
根据本实用新型第二方面实施例的检测设备，包括上述任一实施例公开的混凝土腐蚀传感器的驱动检测电路。
[0020]
根据本实用新型实施例的检测设备，至少具有如下有益效果：
[0021]
本实用新型检测设备，一台设备即可完成对混凝土腐蚀传感器多种的采集策略，检测效率高，检测成本降低。
[0022]
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
[0023]
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0024]
图1为本实用新型实施例驱动检测电路的原理结构框图；
[0025]
图2为本实用新型实施例驱动检测电路的主控模组的电路示意图；
[0026]
图3为本实用新型实施例驱动检测电路的信号产生模组的电路示意图；
[0027]
图4为本实用新型实施例驱动检测电路的信号调制模组的电路示意图；
[0028]
图5为本实用新型实施例驱动检测电路的隔离模块的电路示意图；
[0029]
图6为本实用新型实施例驱动检测电路的通道选择模块的电路示意图；
[0030]
图7为本实用新型实施例驱动检测电路的模数转换单元的电路示意图；
[0031]
图8为本实用新型实施例驱动检测电路的信号放大单元的电路示意图；
[0032]
图9为本实用新型实施例驱动检测电路对混凝土腐蚀传感器检测的等效电路图。
[0033]
附图标记：
[0034]
信号给定模块100、信号产生模组110、信号调制模组120、电平转换单元121、等级调制单元122、通道选择模块200、处理模块300、主控模组310、信号转化模组320、信号放大单元321、模数转换单元322、隔离模块400、开关通道组件410、电流采样电阻500。
具体实施方式
[0035]
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0036]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0037]
在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0038]
本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0039]
如图1-9所示，根据本实用新型实施例的混凝土腐蚀传感器的驱动检测电路，包括信号给定模块100、通道选择模块200以及处理模块300，信号给定模块100能够与混凝土腐蚀传感器连接并且能够输出给定信号，通道选择模块200包括多个采集端，各个采集端能够与混凝土腐蚀传感器的各个检测电极对接，处理模块300分别与信号给定模块100以及通道选择模块200连接，处理模块300能够控制信号给定模块100输出的给定信号，处理模块300能够分别控制通道选择模块200的采集端工作以从混凝土腐蚀传感器的对应的检测电极中获取采集信号。
[0040]
其中，如图9所示，混凝土腐蚀传感器可以是一种电化学传感器，混凝土腐蚀传感器包括五个检测电极，分别是cl离子电极、ph离子电极、辅助电极、工作电极和参比电极，ph离子电极与参比电极的电压，cl离子电极与参比电极的电压，工作电极与参比电极的电压(称为腐蚀电位)。
[0041]
本实用新型混凝土腐蚀传感器的驱动检测电路，用户可以通过处理模块300来分别对给定模块以及通道选择模块200进行控制，根据需要对混凝土腐蚀传感器上获取的检测数据，制定合适的检测策略，给定合适的信号，选择合适的通道，从而通过通道从与混凝土腐蚀传感器的不同检测电极连接的采集端得到相应的信息，本设计处理模块300通过对信号给定模块100和通道选择模块200的控制，能够制定多种对混凝土腐蚀传感器的不同检测电极的驱动采集策略，从而能够快速地检测出不同检测电极的特性，得知混凝土结构的腐蚀状态情况，检测效率高，操作方便。
[0042]
在本实用新型的一些实施例中，处理模块300包括主控模组310以及信号转化模组320，主控模组310分别与信号给定模块100以及通道选择模块200连接，主控模组310能够控制信号给定模块100输出的给定信号，主控模组310能够分别控制通道选择模块200的采集端工作，信号转化模组320分别与主控模组310、通道选择模块200连接以将对混凝土腐蚀传感器的采集信号输入到主控模组310。
[0043]
其中，如图2所示，主控模组310可以由mcu或者cpu及其外围电路构成，在本实用新型的一些实施例中，信号转化模组320包括信号放大单元321以及模数转换单元322，通道选择模块200、信号放大单元321、模数转换单元322以及主控模组310依次连接。
[0044]
由于从混凝土传感器中检测的部分信号相对微弱，如图7、8所示，信号放大单元321可以在常规的信号放大芯片中进行选择，而模数转换单元322则将信号放大单元321放大后的信号进行模数转换，而后输入到主控模组310中，从而能够对混凝土结构的腐蚀情况分析判断。
[0045]
其中，模数转换单元322采用高精度adc u2，信号放大单元321采用增益放大器u3，高精度adc u2用于对差分电压信号进行编码转换成数字信号供主控模组310读取处理，增益放大器u3为低漂移低噪声的信号放大器可编码改变放大倍数。增益放大器u3将输入的信号按照预设的放大倍数放大后，在输出端通过out通道输入到高精度adc u2的输入通道，对信号进行放大读取提高采样精度。
[0046]
在本实用新型的一些实施例中，信号给定模块100包括信号产生模组110以及信号调制模组120，信号调制模组120与信号产生模组110连接以能够将信号产生模组110输出的信号转化为多组不同的给定信号，主控模组310与信号调制模组120连接以控制对应的给定信号输出至混凝土腐蚀传感器。
[0047]
其中，如图3所示，信号产生模组110可以采用宽电压输出的高精度的dac芯片，电压会从inc_vol通道输出。
[0048]
在本实用新型的一些实施例中，信号调制模组120包括电平转换单元121以及等级调制单元122，电平转换单元121能够将输入信号处理成两组相互反转的电平信号，等级调制单元122能够将输入信号处理成功多组不同电压等级的输出信号；
[0049]
电平转换单元121分别与信号产生模组110以及等级调制单元122连接，等级调制单元122与相应的检测电极对接，主控模组310与等级调制单元122连接以控制调制对应等级的输出信号；
[0050]
或者，等级调制单元122分别与信号产生模组110以及电平转换单元121连接，电平转换单元121与相应的检测电极对接，主控模组310与等级调制单元122连接以控制调制对应等级的输出信号。
[0051]
如图4所示，信号调制模组120上述第一种情况，等级调制单元122可以采用多路复用模拟开关u5，多路复用模拟开关u5包括可编程控制的八通道输入以及单通道输出，输入端s1-s8的信号通过逻辑引脚的控制实现选择其中一个通道的输入输出到d引脚，其中，八个通道在公共节点impose_vol分别连接不同阻值的电阻，选用不同等级的电阻从而调制不同等级的输出信号，提高测量精度，d引脚对接到用于与混凝土腐蚀传感器连接的连接器cn1的working(工作电极)端口。
[0052]
而电平转换单元121也可以采用多路复用模拟开关u6，多路复用模拟开关u6包括可编程的四组通道输入以及单通道输出，输入端s1a-s4a的输入会通过da端输出，输入端s1b-s4b的输入会通过db输出，通过控制逻辑引脚的电平控制4组通道中其中一组通道打开。通过此特性可以实现对指定两个电路端口输入差分信号。多路复用模拟开关u6输入端口s1a，s2a，s1b,s2b即通道一和通道二分别连接着信号给定模块100的输出和信号地，形成一正一反的电压差，da通过r25连着多路复用模拟开关u5的公共节点impose_vol，db引脚对接到连接器cn1的auxiliary(辅助电极)。
[0053]
多路复用模拟开关u6可实现对工作电极和参比电极施加正反电压。当复用模拟开关u5使能并选择其中一个通道，多路复用模拟开关u6选择通道一，working(工作电极)就会与inc_vol通道连通，reference(参比电极)就会与gnd(电源地)连通，working(工作电极)和reference(参比电极)之间会被施加正电压，当多路复用模拟开关u6被选择为通道二时，working(工作电极)就会与gnd(电源地)连通，reference(参比电极)就会与inc_vol通道连通，working(工作电极)和reference(参比电极)之间会被施加负电压。
[0054]
具体地，如图6所示，通道选择模块200包括多路复用模拟开关u7和多路复用模拟开关u8，均包括可编程的4组通道输入和单通道输出，输入端s1a-s4a的输入会通过da端输出，输入端s1b-s4b的输入会通过db输出，通过控制逻辑引脚的电平控制4组通道中其中一组通道打开。通过此特性可以实现对指定两个电路端口输入差分信号。多路复用模拟开关u7连接着输入输出端口cn1的各个信号输入端，分别为通道1连接着working(工作电极)和auxiliary(辅助电极)，通道2连接着working(工作电极)和impose_vol(采样电阻通道公共节点)。通道3连接着working(工作电极)和reference(参比电极)，通道4连接着ph和cl离子电极的公共输入端和reference(参比电极)，da和db输出端分别连接到增益放大器的正负输入端in+和in-端口。多路复用模拟开关u8连接着cl离子电极和reference(参比电极)，通
道2连接着ph和cl离子电极的公共输入端和reference(参比电极)。通道3连接着数模转换芯片u9的基准电压测量点和信号地，用于校准数模转换芯片的输出值。da和db输出端分别连接到增益放大器的正负输入端in+和in-端口。当需要测量某两端电压时，只需启动对应的通道，增益放大器u3经行信号放大，高精度adc u2进行模数转换，此时使用主控模组310对高精度adc u2的转换数据进行读取和换算即可得到该通道两端的电压值数据。
[0055]
在本实用新型的一些实施例中，图5所示，驱动检测电路还包括隔离模块400，隔离模块400上设置有多个开关通道组件410，通道选择模块200的各个采集端和/或信号给定模块100通过至少一个开关通道组件410与检测电极连接，主控模组310与开关通道组件410连接以控制开关通道组件410通断，根据不同的采集策略，能够打开对应的开关通道组件410，同时也要断开不需要使用的开关通道组件410，实现完全的电气隔离，排除了信号源的交叉干扰，有利于提高测试精度。
[0056]
具体地，开关通道组件410包括继电开关以及能够驱动继电开关开合的继电驱动件(继电驱动件可以采用继电线圈)，主控模组310与继电驱动件连接，继电开关的一端能与检测电极连接，继电开关的另一端与采集端或信号给定模块100连接。
[0057]
检测电极有多个，开关通道组件410有多个，开关通道组件410与检测电极一一对应。
[0058]
具体地，开关通道组件410有5个，分别为继电器k1-k5，用于将信号输入输出端cn1的真实信号源与电子器件经行电气隔离。k1-k5输入端分别连接着实际信号输入端cn1的reference(参比电极)、working(工作电极)、ph离子电极、cl离子电极、auxiliary(辅助电极)。输出端分别连接no端、work_test端、ph_cl_com端、ph_cl_com、auxiliary_test。当施压电路和采样电路需要连接实际信号输入端信号时，通过主控模组310闭合继电器，使输入输出形成通路，而不使用的继电器不闭合。
[0059]
在本实用新型的一些实施例中，如图9所示，还包括电流采样电阻500，信号调制模组120的一极能够与辅助电极对接，信号调制模组120的另一极与电流采样电阻500的一端连接，电流采样电阻500的另一端能够与工作电极对接，通道选择模块200的部分采集端用于获取电流采样电阻500的电压，通道选择模块200的部分采集端用于获取工作电极以及参比电极之间的电压。
[0060]
需要说明的是，电流采样电阻500是一个等效电阻，实际上可采用等级调制单元122电路上r52-r57其中一个电阻，根据信号强弱选择不同阻值的通道，r52-r57的阻值分别为10mω，1mω，100kω，10kω，1kω，100ω。
[0061]
当需要测量ph离子电极与参比电极之间的电压和cl离子电极和参比电极之间的电压时，闭合对应的开关通道组件410，开启通道选择模块200对应的采集端，即可测量出电压值。当需要测辅助电极、工作电极以及参比电极之间的电阻参数时，需要控制信号给定模块100输出相应的给定信号，闭合对应的开关通道组件410，开启通道选择模块200对应的采集端，其中，先获取working(工作电极)与auxiliary(辅助电极)的电压和working(工作电极)与reference(参比电极)的电压，并以working(工作电极)与auxiliary(辅助电极)电压为基准，通过启用信号给定模块100对working(工作电极)与auxiliary(辅助电极)施加电压，通过改变working(工作电极)与auxiliary(辅助电极)的电压值来控制working(工作电极)与reference(参比电极)的电压，使worki ng(工作电极)与reference(参比电极)的电
压在原始电压值的+-20mv区间以1mv的增幅增加，在此期间测量working(工作电极)与auxiliary(辅助电极)的回路的电流(即通过测量电流采样电阻500来换算得出)，通过采样的电流数据和控制的电压数据测绘出极化电阻曲线得出极化电阻值(工作电极和参比电极之间的电阻)。
[0062]
根据本实用新型第二方面实施例的检测设备，包括上述任一实施例公开的混凝土腐蚀传感器的驱动检测电路。
[0063]
本实用新型检测设备，一台设备即可完成对混凝土腐蚀传感器多种的采集策略，检测效率高，检测成本降低。
[0064]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0065]
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。