混凝土中钢筋腐蚀监测传感器的设计

混凝土中钢筋腐蚀监测传感器的设计

邵元超1，胡志忠1，吴瑾2，赫雷

2

（1.南京航空航天大学电子信息工程学院，江苏南京210016；

2.南京航空航天大学航空宇航学院，江苏南京210016）

摘要：介绍了基于电磁耦合的混凝土中钢筋腐蚀监测传感器的原理和模型，并应用ANSYS 软件仿真设计出符合工程需要的腐蚀监测传感器的尺寸和线圈的匝数。根据由ANSYS 仿真已得到的线圈电感值和线圈耦合系数，应用

PSpice 软件仿真设计出钢筋腐蚀监测传感器中其他元件参数的大小。对钢筋腐蚀监测传感器进行了详细的仿真设

计，为其实际制作提供重要参数依据。

关键词：钢筋混凝土腐蚀监测；传感器；ANSYS ；PSpice 中图分类号：TG174.3

文献标识码：A

文章编号：1674－6236（2013）01-0077-04

Design of sensor for monitoring the corrosion of reinforcement in concrete

SHAO Yuan -chao 1，HU Zhi -zhong 1，WU Jin 2，HE Lei 2

（1.College of Electronic and Information Engineering ，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ，Nanjing

210016，China ；2.College of Aerospace Engineering ，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ，Nanjing

210016，China ）

Abstract:The principle and module of the sensor based on the electromagnetic coupling for monitoring the corrosion of reinforcement in concrete is introduced.Depending on the demand of project ，dimensions of the sensor for monitoring the corrosion of reinforcement and the circus of coils are designed using ANSYS.In addition ，the other components'proper values in the sensor for monitoring the corrosion of reinforcement in concrete are designed using PSpice ，basing on the values of inductance and the coil coupling factor which were computed with ANSYS.The sensor for monitoring the corrosion of reinforcement is emulated in detail ，and these gained parameters are helpful to manufacture the sensor.Key words:monitoring the corrosion of reinforced concrete ；sensor ；ANSYS ；PSpice

收稿日期：2012-09-07

稿件编号：201209048

基金项目：国家自然科学基金资助项目（51279074）；江苏高校优势学科建设工程资助项目作者简介：邵元超（1984—），男，河南漯河人，硕士研究生。研究方向：电子系统设计。

如今，钢筋混凝土已经成为了使用最为普遍的建筑材料，但是，钢筋腐蚀却也是引起混凝土结构破坏的最主要原因之一。每年全世界需要投入大量的资金用于混凝土结构的防护、维修、加固、重建，所以需要实时了解钢筋混凝土的腐蚀程度等信息，这样才可以为结构的耐久性评估、剩余使用寿命的预测、结构的加固维修提供重要的依据[1-2]。

如何高效可靠地监测到混凝土中钢筋腐蚀程度，进而对混凝土结构的耐久性做出合理评估，发现潜在危险，避免安全事故发生，越来越受到人们的关注，国内外很多学者进行了大量的行之有效的研究，比如半电池电位法、电化学噪声法、交流阻抗法、光纤传感技术等。但由于技术本身的局限性，这些方法均有自己无法克服的缺陷，比如测试仪器昂贵、工作量大、误差高等。本课题组采用电磁耦合的方法，并结合单片机技术，可以高效地监测出混凝土中钢筋腐蚀信息。该方法无源无引线、成本低廉、安装方便并且不会破坏混凝土结构。其中，腐蚀监测传感器是监测信息来源的最前端，在整个监测系统中占据重要的地位，需要进行详细全面的分析设计。

1腐蚀监测传感器

美国Texas 大学提出的将钢筋等效物监测与电磁耦合技

术相结合的方案构建腐蚀监测传感器[3-4]，为钢筋腐蚀监测指出了一个发展的方向，但由于该方法根据电压相频特性进行监测，采用昂贵的相位检测仪，同时该传感器的耦合效率较低，基于此，本课题组采用电压的幅频特性来判断钢筋的腐蚀信息，由于幅频特性检测容易，不需要复杂的电路，有利于实际工程监测的实现。另外采用高磁导率的磁棒为磁芯来提高传感器的耦合效率，可以更准确地监测钢筋腐蚀。

腐蚀监测传感器的原理如图1所示，其中电感L 1与L 2

构成耦合线圈，M 为互感，右侧为需埋入混凝土结构中的腐蚀监测传感器，主要由电感、电容、钢丝等组成LC 电磁振荡回路。将封装好的腐蚀监测传感器中的钢丝暴露在混凝土中的钢筋附近，利用钢丝的通断即可判断钢筋的腐蚀信息。前

电子设计工程

Electronic Design Engineering

第21卷

Vol.21

第1期No.12013年1月Jan.2013