混凝土钢筋腐蚀检测射频标签设计.pdf

第 2 3 卷第 4 期 2 0 1 6 年4 月 仪 器仪表 用户 NS lT RUM E N 1 。A T I ON EI C V o1 2 3 2 01 6 N o 4 混凝土钢筋腐蚀检测射频标签设计 张腾，胡志忠 ( 南京航空航天大学 电子信息工程学院，南京 2 1 0 0 1 6 ) 摘要：钢筋混凝土结构遭破坏的主要原因为结构中的钢筋被腐蚀 ， 所以对钢筋腐蚀进行检测可对混凝土基础设施 的寿命和耐久性做出预估，具有重要的经济价值和社会价值。本文结合射频技术，设计了钢筋腐蚀检测标签：完成 对标签电路的P C B 总体设计 ； 根据协议的谐振频率， 仿真设计了微带天线；对温度传感器进行了设计。 关键词 ：钢 筋混凝 土腐蚀监 测；射频标签 ；R F ；I S O 1 5 6 9 3 中图分类号： T P 2 7 4 文献标识码：h D O l ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 1 - 1 0 4 1 2 0 1 6 0 4 0 0 6 文章编号：1 6 7 1 - 1 0 4 1 ( 2 0 1 6 ) 0 4 - 0 0 1 9 - 0 2 De s i g n o f t h e Emb e d d e d Co r r o s i o n T e s t T a g f o r Re i n f o r c e d Co n c r e t e Zh a n g T e n g , Hu Zh i z h o n g ( C o l l e g e o f E l e c t r o n i c a n d I n f o r ma t i o n E n g i n e e r i n g ， N a n j i n g U n i v e r s i t y o f A e r o n a u t i c s a n d A s t r o n a u t i c s ， N a n j i n g 2 1 0 0 1 6 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e ma i n r e a s o n f o r t h e d e s t r o y o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e s i s t h e c o r r o s i o n o f s t e e l b a r s i n t h e s t r u c t u r e S o i t i s i mp o r t a n t t o p r e d i c t t h e l i f e a n d d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e fou n d a t i o n t o ma k e t h e d e t e c t i o n o f c o r r o s i o n o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e I n t h i s p a p e r ， b a s e d o n t h e RF t e c h n o l o g y ， d e s i g n r e i n f o r c e me n t c o r r o s i o n d e t e c t i o n t a g ： c o mp l e t e t h e t a g c i r c u i t P C B d e s i g n ； a c c o r d i n g t o t h e r e s o n a n t f r e q u e n c y o f t h e p r o t o c o l ， s i mu l a t i o n a n d d e s i g n mi c r o s t r i p a n t e n n a ； d e s i g n o f t h e t e mp e r a t u r e s e n s o r Ke y w o r ds ： mo n i t o r i n g t h e c o r r o s i o n o f r e i nfo r c e d c o n c r e t e ； t a g ； RF ； I S O 1 5 6 9 3 0 引言 钢筋混凝土结构结合了钢筋与混凝土的优点，由于存 在着原材料易得、经济、便于施工等优点，成为了人们使 用最为广泛的建筑材料。由于用钢筋混凝土建造的结构使 用寿命较为长久 ，人们便认为混凝土是一种耐久性 良好的 建筑材料。事实上 ， 在混凝土应用于土木工程的 1 5 0 年间， 随着各种因钢筋混凝土耐久性不好而引起的建筑失效以至 崩塌的事例与 日俱增 ，才使人们逐渐认识到钢筋混凝土材 料并没有想象中那么好的耐久性。 廉价的混凝土的防护成本可以大大节约混凝土结构破 坏时的维修费用。因此，实时了解钢筋混凝土的腐蚀程度 等相关信息 ，为混凝土的保养维护，可靠性检测，剩余寿 命预估提供了重要的依据。 多数情况下，钢筋混凝土的结构损坏主要是因钢筋首 先受到腐蚀导致的。如何高效可靠地监测到混凝土中钢筋 腐蚀程度 ， 国内# t, - 1 多学者进行了大量的行之有效的研究， 比如半电位法、电化学噪声法、电磁耦合、交流阻抗法等。 但由于技术本身的局限性，这些方法均有一定的缺陷，比 如测试仪器昂贵、工作量大、误差高等。本文采用射频通 信的方法，可以有效地监测出混凝土中钢筋腐蚀信息。该 方法无源便携 、成本低且寿命长、安装容易并且不会破坏 混凝土 自身结构。 其中， 腐蚀检测标签是整个系统的重难点 ， 将进行详细全面的分析设计。 1 腐蚀监测射频标签系统 由于混凝土结构中钢筋所处环境的复杂性，传统的钢 筋腐蚀检测方法并不能起到很好的效果。而本系统采用基 于射频技术的腐蚀检测方案，可将埋入式电子标签长期放 置在混凝土结构中，而并不对混凝土结构进行破坏，可对 收稿 日期 ：2 0 1 6 - 0 2 2 2 作者简介：张腾 ( 1 9 9 0 一)，男，硕士研究生， 研究方向：电子系统设计。 图 1 系统设计框图 F i g 1 S y s t e m b lo c k d i a g r a m 第4 期 杨建元 球 型调节 阀在深水天然气平 台的设计与应用 4 9 质选用锻造 ，阀球喷涂硬化材料 ，与普通调节阀相比，更 加适用于高压力，含沙等恶劣工况。 7 ) 特殊的阀芯设计，使其具有抗汽蚀，防噪声功能。 8 ) 阀体无堵塞，可以进行 自清洁。 9 ) 阀杆，阀座密封可达到关断阀的密封性能，阀杆密 封寿命长，阀球密封等级高。 l o ) 可进行双向调节。 由于球形调节阀具有以上性能，因此当面对严苛工况 时， 使用球形调节阀不失为一种良好的设计选型解决方案。 3 针对具体工况的选型分析 在南海某深水天然气项 目中，由于工艺流程压力高， 流量大、压降小 、调节比大 ，且存在规模年与配产之间的 不协调， 选用一般形式的g l o b e 型调节阀不能满足压降要求， 给调节阀选型带来极大挑战。下面针对这些典型工况具体 分析，并给出选型建议。 工艺流程在登平台海管HI P P S 设备前设置压力调节 阀 ，以保证HI P P S 前压力的稳定性 ，尽量减少H I P P S 设备的 动作，以保证工艺流程平稳 ，安全地生产运行。调节阀的 工艺参数见表1 。 分析上述工况，管线 口径为 2 2 ”，经过咨询单座直通 型调节阀厂家，没有 2 2 ”的标准产品，最大只能选择 2 0 ” 单座直通调节阀；且经过计算 ，即使选用 2 O ”阀门，在满 足最大流量的前提下 ， 所需要的压损远大于允许最大压损。 因此选用单座直通阀不可行。 结合全球型调节阀适用于大流量， 低压降工况的特点， 此处可选用球型调节阀。经计算 ，选用 1 6 ”的阀体 ，阀 门开度在 3 0 7 5 之间。考虑含水天然气对 阀门的腐蚀 性 ，阀体、阀球、阀座采用 A 1 8 2 F 5 1 ，阀杆采用高强度的 i n c o n e l 71 8 表 1 H I P P S前压力调节阀工艺参数 Ta b l e 1 HI P PS P r o c e s s p a r a me t e r s b e f o r e t h e p ms s e r e g u l a t i n g v a l v e 位号 P V X X XX 介质 含水天然气 管线 2 2 ” 一 NG一 2 5 0 0 5 一 F 5 A Z 雷 0 7 2 0 9 5 ( 液) 1 8 7 6 - 1 8 9 4 ( 气体摩尔质量) 粘度 ( C P ) 3 4 5 ( 液) 0 0 1 4 ( 气) 脏污程度 洁净流体 工作温度 ( )8 4 - 1 9 4 气体压缩比 0 7 7 0 9 3 比热比 1 3 8 6 - 1 7 6 2 工 ( S 作 m3 流量 h ) 踹 。 舞 。 最大 ：4 7 1 2 5 0 ( 气) ，3 6 5 ( 液) 入 口压力( k P a G) 7 5 0 0 ( 2 0 1 3 2 0 1 5 2 5 0 0 ( 2 0 1 6 2 0 1 8 ) 允许最大压损 ( Kp a ) 调节阀，解决了工艺流程上压降紧张的问题 ，且使用全球 型调节阀，由于此类型调节阀流通能力大，减小了阀门尺 寸，降低了投资。 4 结束语 此处工况选用全球型调节阀，为中海油首次使用球形 调节阀，解决了工艺流程上压降紧张的问题，且由于此类 型调节阀流通能力大，减小了阀门尺寸，降低了投资。类 似的项 目经验将会在海洋石油开发工程中得到越来越广泛 的应用。 参考文献： 1 I S AI n s t r u me n t E n g i n e e r s US A2 0 0 3 ： 1 2 6 2 -1 2 7 2 此处工况选用全球型调节阀，为中海油首次使用球形 2 1 P I B I V I E S S E阀门样本 z 】 ( 上接 第2 0 页) 图 6 标签软件流程图 F i g 6 L a b e l s s o ft wa r e 2 P AM Ba s h e e r ， K TV Gr a t t a n ， T S u n ， e t a 1 F i b e r o p t i c c h e mi c a l s e n s o r s y s t e ms f o r mo n i t o r i n g p H c h a n g e s i n c o n c r e t e J 】 S P I E ， 2 0 0 4 ，5 5 8 6：1 4 4 -1 5 3 3 】 Di c k e r s o n N P ， An d fi n g a M M， P u r y e a t l M Wi r e l e s s t h r e s h o l d s e n s o r s f o r d e t e c t i n g c o r r o s i o n i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t mc t u r e s J P r o c e e d i n g o f S P I E 2 0 0 6 ( 6 1 7 4 ) ： 6 1 7 4 1 L 一1 6 1 7 4 1 L 一 8 4 刘军 路桥工程中钢筋混凝土的腐蚀及其保护措施 【 I 1 中国新 技术新产品 ， 2 0 1 2 ( 8 ) ： 1 0 0 5 】 陈磊 ， 刘学庆 混凝土建筑中钢筋腐蚀的检测方法综述 【 c I _ 2 0 0 8 材料腐蚀与控制学术研讨会论文集 ， 2 0 0 8 ： 2 8 - 3 2 6 】 RF 4 3 0 F RL 1 5 x H F a mi l y Te c h n i c a l Re f e r e n c e Ma n u a 1 Te x a s I n s t rum e n t s 2 01 4 7 】 姜帆 符合 I S O I E C 1 5 6 9 3 标准的RF I D芯片模拟电路设计研 究 l D】 福建 厦门 ： 厦门大学 ， 2 0 0 7