混凝土中鋼筋腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器的設(shè)計(jì)

3 其他元件參數(shù)的仿真設(shè)計(jì)
PSpice作為計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)軟件，具有強(qiáng)大的電路圖繪制功能、電路模擬仿真功能、圖形后處理功能和元器件符號(hào)制作功能，被公認(rèn)是通用電路模擬程序中最優(yōu)秀的軟件，本文使用PSpice 10．5版本。依據(jù)圖1搭建了如圖9所示的傳感器仿真電路圖。其中TX1為互感，R2為電感電阻，R3為鋼絲的電阻。通過(guò)改變掃頻源電壓幅值U、電阻R1、耦合系數(shù)k、電容C1、C2的大小，觀察f1、△f2、△f以及Dip的變化。

考慮到在讀取電路的設(shè)計(jì)中，采用單片機(jī)作為主控芯片，其參考電壓為2．5 V，所以取U=2．5 V。令R1=50Ω，k=0．0548(s=55 mm)，而改變C1、C2的值，觀察Dip和△f的變化，結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，△f隨著電容的增加，和Dip沒有顯著的變化，只是諧振頻率跟著相應(yīng)的改變。但由于電感自身存在分布電容，同時(shí)考慮到電容本身存在誤差，并且其值越大誤差也越大，所以電容的取值要兼顧這兩方面的影響；另外C1、C2取值較大時(shí)，鋼絲通斷前后諧振頻率相差很大，這樣掃頻源的頻率范圍將較寬，監(jiān)測(cè)需要的時(shí)間越久，綜合考慮各個(gè)因素后，取C1=200 pF，C2=200 pF，此時(shí)鋼絲通斷時(shí)諧振頻率分別為673．667 kHz，952．575 kHz。
取U=2．5 V，C1=C2=200 pF，k=0．088439(s=40 mm)，改變電阻值，觀察鋼絲完好時(shí)和Dip的變化情況，其結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，△f隨著R1增大而逐漸變小，Dip則逐漸變大，為了提高讀取電路監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度，降低設(shè)計(jì)難度，同時(shí)兼顧監(jiān)測(cè)速度，取R1=200 Ω。
取U=2．5 V，C1=C2=200 pF，R1=200，改變k的大小(分別對(duì)應(yīng)兩線圈間的距離s=10、20、30、40、50、60、70、80 mm)，觀察和Dip的變化，其結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，隨著值的減小，△f、Dip逐漸減小。考慮讀取電路的監(jiān)測(cè)靈敏度，當(dāng)Dip≥0．5 V時(shí)，即可采集到鋼筋腐蝕的信息，而△f僅影響掃頻源的掃頻步進(jìn)和點(diǎn)數(shù)，即監(jiān)測(cè)時(shí)間，可以通過(guò)在讀取電路程序設(shè)計(jì)中來(lái)縮短采樣時(shí)間，綜上分析，兩線圈之間的距離可以達(dá)到70 mm，滿足實(shí)際工程的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)
文中利用ANSYS和PSpice軟件仿真了混凝土中鋼筋腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器模型，為實(shí)際制作傳感器提供了重要的參數(shù)依據(jù)。但這里僅考慮了鋼筋是否腐蝕這兩種情況，后期可以對(duì)鋼筋腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器加以改進(jìn)，增加不同粗細(xì)的鋼絲和電容的個(gè)數(shù)，以期可以監(jiān)測(cè)到鋼筋的不同腐蝕程度；另外，電感的分布電容盡管不是太大，但其對(duì)腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器中電容的大小設(shè)置也有著重要的影響，還需要進(jìn)一步研究。