專利名稱：一種圍護結構含水率的便攜式測試系統及其測試方法
技術領域：
本發明涉及一種含水率測試系統，尤其涉及一種圍護結構含水率的便攜式測試系統及其 測試方法，屬于含水率無損檢測領域。
背景技術：
我國對建筑節能越來越重視，因此出現了許多使用節能材料、節能技術的建筑物。對這 些建筑物的建筑節能現場實測是執行國家建筑節能設計標準的關鍵環節。建筑節能現場實測 主要是對圍護結構傳熱系數的檢測，傳熱系數是衡量圍護結構保溫性能的重要參數，含水率 對于圍護結構的節能性影響程度也較大。建筑物圍護結構由于其自身的特點，在建造和服役 過程中不可避免地會吸收較多的水分。相對于其它材料成分而言，水的質量熱容和體積熱容 都很大，因此，圍護結構中含水量的大小是影響傳熱系數的重要因素。判定圍護結構的傳熱 系數僅靠材料是不能給出結論的，需要建筑完工后對圍護結構進行含水率檢測。
一般用于建筑墻體水分測量的方法主要有紅外法、微波法、中子測量法以及介電測量法。 紅外線法能夠實現在線測量，但其測量結果受到被測物料表面特性、規范性、材質、被測物 與探測器之間距離變化等因素的影響，且紅外線的透射性較差；另外，探測器在工作過程中 存在一定的溫度漂移和時間漂移，使測量值的重復性受到影響。微波法測量墻體濕度，替代 了傳統測量法，使測量過程簡單，并實現了快速、實時、在線及非接觸無損傷測量，但微波 測量過程中會受到密度、溫度和其他環境因素的影響，所用的矢量分析儀成本太高，且不利 于分層。中子測量法雖然很好，但其設備價格昂貴，而且不便用于建筑外墻的濕度測量。
目前，國內有一種測量建筑物含水率的儀器，采用介電常數法，根據電介質的介電常數 隨其水分含量而發生明顯變化的原理，通過介電效應產生的電學參數變化，間接測量建筑材 料的含水率。這種儀器廣泛用于建筑裝修、防水工程基層材料的含水率測量及巻材層面滲漏 源檢査，還用于砌筑磚、隔熱保溫材料的含水率測量，亦可用于砼質量無損檢測中的濕度檢 驗。但是該儀器只能用于建筑物表面的含水率測量，而不能測量建筑墻體沿縱深方向的含水 率分布。
發明內容
本發明為實現圍護結構沿厚度方向不同深度的含水率測量而提出一種圍護結構含水率的 便攜式測試系統及其測試方法。
一種圍護結構含水率的便攜式測試系統，包括探頭、USB數據采集卡和計算機，其中探
頭連接USB數據采集卡，USB數據采集卡連接計算機，所述探頭包括高頻震蕩電路、驅動電纜 屏蔽電路、微小電容測量電路、放大電路、壓力傳感器、壓力傳感器調理電路、模擬開關和 極板，其中壓力傳感器接收手部施加的壓力信號，壓力傳感器調理電路的輸入端和輸出端 分別連接壓力傳感器的輸出端和USB數據采集卡的輸入端，模擬開關的輸入端和輸出端分別連 接USB數據釆集卡的輸出端和極板的輸入端，極板接收被測圍護結構的含水率信號，極板的輸 出端連接驅動電纜屏蔽電路的輸入端，高頻震蕩電路和驅動電纜屏蔽電路的輸出端均連接微 小電容測量電路的輸入端，放大電路的輸入端和輸出端分別連接微小電容測量電路的輸出端 和USB數據采集卡的輸入端。
一種基于該圍護結構含水率便攜式測試系統的測試方法，包括如下步驟
A.把探頭貼靠在被測圍護結構上，使極板接觸圍護結構，其中極板是由在同一平面上并排
分布的八片相同但排列間距不同的銅片組成，分別為第一銅片、第二銅片、第三銅片、第四
3銅片、第五銅片、第六銅片、第七銅片和第八銅片，手部施加在探頭上的壓力信號由壓力傳 感器和壓力傳感器調理電路處理后經USB數據采集卡輸入到計算機，計算機根據設定的壓力 門檻值來確定進入測試階段；
B. 測量含水率信號，步驟如下
a. 第一層含水率信號測量，測量深度為10mm-12mm:計算機通過USB數據采集卡控制模擬開 關分別選擇第一銅片、第三銅片、第五銅片和第七銅片為驅動電極以及第二銅片、第四銅片、 第六銅片和第八銅片為感應電極，分別對應測量驅動電極和感應電極間的電場感應信號；
b. 第二層含水率信號測量，測量深度為20mm-24mm:計算機通過USB數據采集卡控制模擬開 關分別使第一銅片和第二銅片短接作為第一驅動電極、第三銅片和第四銅片短接作為第一感 應電極、第五銅片和第六銅片短接作為第二驅動電極以及第七銅片和第八銅片短接作為第二 感應電極，分別對應測量驅動電極和感應電極間的電場感應信號；
c. 第三層含水率信號測量，測量深度為58ram-62mrn:計算機通過USB數據采集卡控制模擬開 關使第一銅片、第二銅片、第三銅片和第四銅片短接作為驅動電極；第五銅片、第六銅片、 第七銅片和第八銅片短接作為感應電極，測量驅動電極和感應電極間的電場感應信號；
C. 測量上述驅動電極和感應電極間的電場感應信號后，由屏蔽線經過驅動電纜屏蔽電路輸出 信號到微小電容測量電路，同時高頻震蕩電路給微小電容測量電路提供高頻驅動信號，經過 轉換后的信號經放大電路調理、放大后通過USB數據采集卡采集并輸入到計算機；
D. 計算機對得到的數據進行處理、分析，計算出被測圍護結構各層的含水率并進行顯示。
本發明是一種以同面散射場集成式電容傳感器為核心的測試系統，該測試系統能夠測量 圍護結構沿厚度方向不同深度的含水率，并可通過壓力傳感器限值提高測量準確度，系統結 構簡單，成本低，測量過程簡單。
圖l是本發明的組成結構框圖。
圖2是本發明中探頭中的極板組成示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示， 一種圍護結構含水率的便攜式測試系統，包括探頭1、 USB數據采集卡2 和計算機3，其中探頭1連接USB數據采集卡2， USB數據采集卡2連接計算機3，所述探 頭1包括高頻震蕩電路4、驅動電纜屏蔽電路5、微小電容測量電路6、放大電路7、壓力傳 感器8、壓力傳感器調理電路9、模擬開關10和極板11，其中壓力傳感器8接收手部施加 的壓力信號,壓力傳感器調理電路9的輸入端和輸出端分別連接壓力傳感器8的輸出端和USB 數據采集卡2的輸入端，模擬開關10的輸入端和輸出端分別連接USB數據采集卡2的輸出端 和極板11的輸入端，極板11接收被測圍護結構的含水率信號，極板11的輸出端連接驅動電 纜屏蔽電路5的輸入端，高頻震蕩電路4和驅動電纜屏蔽電路5的輸出端均連接微小電容測 量電路6的輸入端，放大電路7的輸入端和輸出端分別連接微小電容測量電路6的輸出端和 USB數據采集卡2的輸入端。
如圖2所示，該圍護結構含水率便攜式測試系統中探頭中的極板，是由八片相同但排列 間距不同的銅片組成，上面并覆有一層絕緣材料，八片銅片排列在同一平面上。
該測試系統中，高頻震蕩電路4是由一個2MHz的晶體振蕩器及旁路電容組成的晶振電路， 它產生2MHz的高頻方波，提供給微小電容測量電路6;微小電容測量電路6將上述2MHz的 高頻方波經過六反相器CD4069和雙向模擬開關CD4066持續對被測電容進行充、放電，再反 向充、放電，充、放電后的信號經過由運算放大器LF355組成的積分電路檢測累積電荷，轉 換成電壓信號輸出；放大電路7是由運算放大器0P-07構成的差分放大電路；模擬開關10是 由四片雙向模擬開關CD4066組成，計算機3通過它來選擇極板11中的銅片或將銅片短接來作為驅動電極或感應電極；USB數據采集卡2采用北京優采公司的數據采集卡UA301，完成對 壓力傳感器調理電路9輸出信號以及放大電路7輸出信號的采集，并完成計算機3對模擬開 關10控制信號的輸出。
該圍護結構含水率便攜式測試系統的測試方法包括如下步驟
A. 把探頭l貼靠在被測圍護結構上，使極板ll接觸圍護結構，其中極板ll是由在同一平
面上并排分布的八片相同但排列間距不同的銅片組成，分別為第一銅片A1、第二銅片A2、第 三銅片B1、第四銅片B2、第五銅片C1、第六銅片C2、第七銅片Dl和第八銅片D2，手部施 加在探頭1上的壓力信號由壓力傳感器8和壓力傳感器調理電路9處理后經USB數據采集卡 2輸入到計算機3，計算機3根據設定的壓力門檻值來確定進入測試階段；
B. 測量含水率信號，步驟如下
a. 第一層含水率信號測量，測量深度為10mm-12mm:計算機3通過USB數據采集卡2控制模 擬開關10分別選擇第一銅片A1、第三銅片B1、第五銅片C1和第七銅片D1為驅動電極以及 第二銅片A2、第四銅片B2、第六銅片C2和第八銅片D2為感應電極，分別對應測量驅動電極 和感應電極間的電場感應信號；
b. 第二層含水率信號測量，測量深度為20腿-24mm:計算機3通過USB數據采集卡2控制模 擬開關10分別使第一銅片Al和第二銅片A2短接作為第一驅動電極、第三銅片Bl和第四銅 片B2短接作為第一感應電極、第五銅片Cl和第六銅片C2短接作為第二驅動電極以及第七銅 片Dl和第八銅片D2短接作為第二感應電極，分別對應測量驅動電極和感應電極間的電場感 應信號；
c. 第三層含水率信號測量，測量深度為58mm-62mm:計算機3通過USB數據采集卡2控制模 擬開關10使第一銅片A1、第二銅片A2、第三銅片B1和第四銅片B2短接作為驅動電極；第 五銅片C1、第六銅片C2、第七銅片D1和第八銅片D2短接作為感應電極，測量驅動電極和感 應電極間的電場感應信號；
C. 測量上述驅動電極和感應電極間的電場感應信號后，由屏蔽線經過驅動電纜屏蔽電路5輸 出信號到微小電容測量電路6，同時高頻震蕩電路4給微小電容測量電路6提供2MHz的高頻 驅動信號，經過轉換后的信號經放大電路7調理、放大后通過USB數據采集卡2采集并輸入 到計算機3;
D. 計算機3對得到的數據進行處理、分析，計算出被測圍護結構各層的含水率并進行顯示。
權利要求
1、一種圍護結構含水率的便攜式測試系統，包括探頭(1)、USB數據采集卡(2)和計算機(3)，其中探頭(1)連接USB數據采集卡(2)，USB數據采集卡(2)連接計算機(3)，其特征在于所述探頭(1)包括高頻震蕩電路(4)、驅動電纜屏蔽電路(5)、微小電容測量電路(6)、放大電路(7)、壓力傳感器(8)、壓力傳感器調理電路(9)、模擬開關(10)和極板(11)，其中壓力傳感器(8)接收手部施加的壓力信號，壓力傳感器調理電路(9)的輸入端和輸出端分別連接壓力傳感器(8)的輸出端和USB數據采集卡(2)的輸入端，模擬開關(10)的輸入端和輸出端分別連接USB數據采集卡(2)的輸出端和極板(11)的輸入端，極板(11)接收被測圍護結構的含水率信號，極板(11)的輸出端連接驅動電纜屏蔽電路(5)的輸入端，高頻震蕩電路(4)和驅動電纜屏蔽電路(5)的輸出端均連接微小電容測量電路(6)的輸入端，放大電路(7)的輸入端和輸出端分別連接微小電容測量電路(6)的輸出端和USB數據采集卡(2)的輸入端。
2、 一種基于權利要求l所述的圍護結構含水率的便攜式測試系統的測試方法，其特征在于包括如下步驟A. 把探頭(1)貼靠在被測圍護結構上，使極板(11)接觸圍護結構，其中極板(11)是由在同一平面上并排分布的八片相同但排列間距不同的銅片組成，分別為第一銅片(Al)、第二銅片(A2)、第三銅片(Bl)、第四銅片(B2)、第五銅片(Cl)、第六銅片(C2)、第七銅片(Dl)和第八銅片(D2)，手部施加在探頭(1)上的壓力信號由壓力傳感器(8)和壓力傳感器調理電路(9)處理后經USB數據采集卡(2)輸入到計算機(3)，計算機(3)根據設定的壓力門檻值來確定進入測試階段；B. 測量含水率信號，步驟如下a. 第一層含水率信號測量，測量深度為10mm-12mm:計算機(3)通過USB數據采集卡(2)控制模擬開關(10)分別選擇第一銅片(Al)、第三銅片(Bl)、第五銅片(Cl)和第七銅片(Dl)為驅動電極以及第二銅片(A2)、第四銅片(B2)、第六銅片(C2)和第八銅片(D2)為感應電極，分別對應測量驅動電極和感應電極間的電場感應信號；b. 第二層含水率信號測量，測量深度為20mm-24腿計算機(3)通過USB數據采集卡(2)控制模擬開關(10)分別使第一銅片(Al)和第二銅片(A2)短接作為第一驅動電極、第三銅片(Bl)和第四銅片(B2)短接作為第一感應電極、第五銅片(Cl)和第六銅片(C2)短接作為第二驅動電極以及第七銅片(Dl)和第八銅片(D2)短接作為第二感應電極，分別對應測量驅動電極和感應電極間的電場感應信號；c. 第三層含水率信號測量，測量深度為58隱-62隨計算機(3)通過USB數據采集卡(2)控制模擬開關(10)使第一銅片(Al)、第二銅片(A2)、第三銅片(Bl)和第四銅片(B2)短接作為驅動電極；第五銅片(Cl)、第六銅片(C2)、第七銅片(Dl)和第八銅片(D2)短接作為感應電極，測量驅動電極和感應電極間的電場感應信號；C. 測量上述驅動電極和感應電極間的電場感應信號后，由屏蔽線經過驅動電纜屏蔽電路(5)輸出信號到微小電容測量電路(6)，同時高頻震蕩電路(4)給微小電容測量電路(6)提供高頻驅動信號，經過轉換后的信號經放大電路(7)調理、放大后通過USB數據采集卡(2)采集并輸入到計算機(3);R計算機(3)對得到的數據進行處理、分析，計算出被測圍護結構各層的含水率并進行顯示。
全文摘要
本發明公開了一種圍護結構含水率的便攜式測試系統及其測試方法，屬于含水率無損檢測領域。其結構包括探頭、USB數據采集卡和計算機，其中探頭包括高頻震蕩電路、驅動電纜屏蔽電路、微小電容測量電路、放大電路、壓力傳感器、壓力傳感器調理電路、模擬開關和極板；該測試系統的測試方法分為確定進入測試階段、測量各層的含水率信號、含水率信號的傳輸和數據處理分析。本發明是一種以同面散射場集成式電容傳感器為核心的測試系統，能夠測量圍護結構沿厚度方向不同深度的含水率，并可通過壓力傳感器限值來提高測量精度，測量過程簡單，成本低。
文檔編號G01N27/22GK101482533SQ20091002835
公開日2009年7月15日 申請日期2009年1月14日 優先權日2009年1月14日
發明者周克印, 姚恩濤, 董靜怡 申請人:南京航空航天大學