紅外光譜技術(shù)在混凝土檢測上的運(yùn)用

發(fā)布日期：2024-03-30      瀏覽次數(shù)：1218

紅外光譜技術(shù)在混凝土檢測上的運(yùn)用




許多社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施，例如在經(jīng)濟(jì)高速增長時(shí)期建造的橋梁，已經(jīng)達(dá)到了其定的使用壽命，很快就需要更新。
然而，考慮到日本的社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況，有必要盡可能降低更新成本，并且強(qiáng)烈需要延長設(shè)施的使用壽命作為對(duì)策。
為了延長其中許多設(shè)施的使用壽命并對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)維護(hù)，有必要了解當(dāng)前的惡化狀況并采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防性維護(hù)措施。目前，鹽濃度的測量是通過從實(shí)際結(jié)構(gòu)中取樣，將其帶到實(shí)驗(yàn)室，并根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)使用化學(xué)品進(jìn)行化學(xué)分析來進(jìn)行的，鹽濃度是因鹽損害而劣化的混凝土結(jié)構(gòu)的劣化指標(biāo)。 JIS方法，需要大量的精力和時(shí)間。相比之下，很明顯，通過使用近紅外光譜測量多個(gè)特定波長范圍內(nèi)的吸光度，可以在現(xiàn)場相對(duì)容易且快速地估計(jì)混凝土中的鹽濃度。

該系統(tǒng)是一種便攜式混凝土劣化測量裝置，旨在調(diào)查戶外混凝土結(jié)構(gòu)的劣化狀態(tài)?？梢酝ㄟ^在被檢查的結(jié)構(gòu)中鉆孔并使用光纖探頭測量近紅外區(qū)域的光譜來研究混凝土劣化的程度。它采用電池供電，可自由攜帶，光源、光譜儀、電源等均裝在一個(gè)外殼內(nèi)。光譜測量和數(shù)據(jù)處理在筆記本電腦上進(jìn)行，主成分分析可讓您獲得鹽度濃度等信息。



[特點(diǎn)]
●可在現(xiàn)場獲得測量結(jié)果的“現(xiàn)場測量系統(tǒng)"
　- 可利用樣品的分光光譜在現(xiàn)場進(jìn)行分析。
　?迷你筆記本電腦可用于從設(shè)備控制到數(shù)據(jù)處理的所有操作。
　?即使在沒有電源（AC100V）的地方，也可以使用專用的便攜式電源。
●使用明亮的光譜儀。高分辨率使您能夠獲得分離良好的數(shù)據(jù)。

[應(yīng)用范圍]
●鹽害環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)中氯離子濃度的測量

[近紅外線兼容光纖單元（標(biāo)準(zhǔn)附件）]
使用具有優(yōu)化分支比的兩分支型近紅外線兼容光纖。樣品側(cè)探頭
帶有調(diào)節(jié)器，可調(diào)節(jié)與樣品表面的距離并保護(hù)光纖端面。



系統(tǒng)配置
本系統(tǒng)由以下裝置和單元組成。
1) 鹵素光源和輔助光學(xué)系統(tǒng)
2) 測量用光纖探頭（2 個(gè)分支）
3) 近紅外光譜儀（1100 至 2500 nm）
4) 近紅外電子冷卻探測器
5) DC/AC 轉(zhuǎn)換器
6) 測量用軟件
7) 數(shù)據(jù)處理軟件
8) 控制電腦
9) 電池
10) 光譜儀/電池存儲(chǔ)箱

3. 各部分規(guī)格及功能（見框圖）
3.1 鹵素光源單元
提供從可見光區(qū)到近紅外區(qū)穩(wěn)定的連續(xù)光。聚焦光學(xué)系統(tǒng)有效地將來自光源的光引入光纖探頭。

1. 12V，100W

2. 亮度：1250流明

3. 色溫：3200K

4. 利用聚光光學(xué)系統(tǒng)將光有效地引入光纖

3.2 測量用二分支光纖探頭（見附圖）
用作用鹵素光照射樣品的探頭和將樣品反射光引入光譜儀的探頭。

1. 使用波長范圍：900-2500nm

2. 總長度：2m，2個(gè)分支：約0.5m

3. 探頭測量部分配有約20厘米的不銹鋼蓋（為了保護(hù)光纖，蓋前端突出約3毫米）

4. 光導(dǎo)：156根φ200μm光纖

5. 數(shù)值孔徑：0.2以上

6. 光源側(cè)和光譜儀側(cè)的連接器

3.3 近紅外光譜儀

1. 光學(xué)系統(tǒng)：Czerny Turna 安裝座

2. 焦距：100mm

3. 數(shù)值孔徑：F/

4. 衍射光柵：1200線/mm

5. 入口狹縫：使用千分尺從 10μm 到 3mm 可調(diào)

6. 輸出端口：可連接陣列檢測器。

7. 分辨率：○○，入口狹縫寬度10μm（使用1200線/mm的衍射光柵時(shí)）

8. 反向線色散：8.5 nm/mm（使用1200個(gè)衍射光柵/mm時(shí)）

9. 測量范圍：使用1英寸陣列時(shí)，一次可測量216 nm區(qū)域，相當(dāng)于512通道陣列每個(gè)陣列0.42 nm。

10. 掃描波長范圍：1200-2400nm

11. 驅(qū)動(dòng)：脈沖電機(jī)直連衍射光柵軸

3.4 近紅外電子冷卻探測器（Hamamatsu Photonics制造）

1. InGaAs 線性圖像傳感器
   1) Hamamatsu Photonics，型號(hào) G9208-256W
   2) 靈敏度波長范圍：0.9 至 2.55 μm (-20°C)
   3) 像素?cái)?shù)：256（有效像素?cái)?shù)：>244）
   4) 像素尺寸： 50μm (H) x 250μm (V)
   5) 像素間距：50μm
   6) 有效受光面積：12.8 (H) x 0.25mm (V)
   7) 暗電流（25℃）：Typ500pA、Max2000pA

2. 多通道探測器頭
   1) Hamamatsu Photonics，型號(hào) C-8062-01
   2) 尺寸：100 x 90 x 99 mm（詳情參見 Hamahot 網(wǎng)站）
   3) 控制溫度：-20°C ± 0.1°C（固定）

3. 多通道探測器頭控制器
   1) Hamamatsu Photonics，型號(hào) C7557-01
   2) 接口：-01 支持 USB
   3) 數(shù)據(jù)測量控制（曝光時(shí)間、數(shù)據(jù)傳輸、外部同步信號(hào)輸入、放大器增益設(shè)置、冷卻控制等） )
   4) 電源: AC100-240V ±10%
   5) 功耗: 最大 33W
   6) 外部尺寸: 92 (W) x 150 (H) x 225.8 mm (D)
   7) 重量: 約 2.9 kg
   8) 包含軟件：
   ·曝光時(shí)間設(shè)置
   ·放大器增益設(shè)置
   ·積分?jǐn)?shù)設(shè)置
   ·冷卻控制（ON/OFF）
   ·暗校正
   ·測量開始/結(jié)束
   ·測量數(shù)據(jù)類型設(shè)置

3.5 測量軟件
1) 驅(qū)動(dòng)光譜儀測量所需的波長范圍
2) 控制陣列檢測器并將信號(hào)讀入 PC
3) 顯示
1,350 至 1,550 nm 的光譜以檢查，2150 至 2,350 nm 的光譜以檢查氯離子。

3.6 數(shù)據(jù)處理軟件
1) 對(duì)已知鹽度濃度的測量光譜進(jìn)行多變量分析并創(chuàng)建校準(zhǔn)曲線。
2) 根據(jù)未知濃度的測量光譜計(jì)算鹽度濃度。
3) 沿水平軸（例如深度方向）創(chuàng)建鹽度濃度剖面。

3.7用于控制和數(shù)據(jù)處理的
節(jié)能筆記本電腦

3.8 DC/AC轉(zhuǎn)換器
使用12V直流電池作為電源，為光源、光譜儀驅(qū)動(dòng)、探測器和PC驅(qū)動(dòng)獲得交流電源。

3.9 電池
1) 鋰離子電池
2) 23V
2) 15Ah
3) 4.2kg

3.10 存儲(chǔ)箱
存放光譜儀、光源、電池等的箱體。

 




用于測量混凝土劣化的兩分支光纖