紅外光譜技術在混凝土檢測上的運用

發布日期：2024-03-30      瀏覽次數：956

紅外光譜技術在混凝土檢測上的運用




許多社會基礎設施，例如在經濟高速增長時期建造的橋梁，已經達到了其定的使用壽命，很快就需要更新。
然而，考慮到日本的社會經濟狀況，有必要盡可能降低更新成本，并且強烈需要延長設施的使用壽命作為對策。
為了延長其中許多設施的使用壽命并對其進行適當維護，有必要了解當前的惡化狀況并采取適當的預防性維護措施。目前，鹽濃度的測量是通過從實際結構中取樣，將其帶到實驗室，并根據以下標準使用化學品進行化學分析來進行的，鹽濃度是因鹽損害而劣化的混凝土結構的劣化指標。 JIS方法，需要大量的精力和時間。相比之下，很明顯，通過使用近紅外光譜測量多個特定波長范圍內的吸光度，可以在現場相對容易且快速地估計混凝土中的鹽濃度。

該系統是一種便攜式混凝土劣化測量裝置，旨在調查戶外混凝土結構的劣化狀態。可以通過在被檢查的結構中鉆孔并使用光纖探頭測量近紅外區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、電源等均裝在一個外殼內。光譜測量和數據處理在筆記本電腦上進行，主成分分析可讓您獲得鹽度濃度等信息。



[特點]
●可在現場獲得測量結果的“現場測量系統"
　- 可利用樣品的分光光譜在現場進行分析。
　?迷你筆記本電腦可用于從設備控制到數據處理的所有操作。
　?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據。

[應用范圍]
●鹽害環境下混凝土結構中氯離子濃度的測量

[近紅外線兼容光纖單元（標準附件）]
使用具有優化分支比的兩分支型近紅外線兼容光纖。樣品側探頭
帶有調節器，可調節與樣品表面的距離并保護光纖端面。



系統配置
本系統由以下裝置和單元組成。
1) 鹵素光源和輔助光學系統
2) 測量用光纖探頭（2 個分支）
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 轉換器
6) 測量用軟件
7) 數據處理軟件
8) 控制電腦
9) 電池
10) 光譜儀/電池存儲箱

3. 各部分規格及功能（見框圖）
3.1 鹵素光源單元
提供從可見光區到近紅外區穩定的連續光。聚焦光學系統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. 利用聚光光學系統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（為了保護光纖，蓋前端突出約3毫米）

4. 光導：156根φ200μm光纖

5. 數值孔徑：0.2以上

6. 光源側和光譜儀側的連接器

3.3 近紅外光譜儀

1. 光學系統：Czerny Turna 安裝座

2. 焦距：100mm

3. 數值孔徑：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

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）

8. 反向線色散：8.5 nm/mm（使用1200個衍射光柵/mm時）

9. 測量范圍：使用1英寸陣列時，一次可測量216 nm區域，相當于512通道陣列每個陣列0.42 nm。

10. 掃描波長范圍：1200-2400nm

11. 驅動：脈沖電機直連衍射光柵軸

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 G9208-256W
   2) 靈敏度波長范圍：0.9 至 2.55 μm (-20°C)
   3) 像素數：256（有效像素數：>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 C-8062-01
   2) 尺寸：100 x 90 x 99 mm（詳情參見 Hamahot 網站）
   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 C7557-01
   2) 接口：-01 支持 USB
   3) 數據測量控制（曝光時間、數據傳輸、外部同步信號輸入、放大器增益設置、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：
   ·曝光時間設置
   ·放大器增益設置
   ·積分數設置
   ·冷卻控制（ON/OFF）
   ·暗校正
   ·測量開始/結束
   ·測量數據類型設置

3.5 測量軟件
1) 驅動光譜儀測量所需的波長范圍
2) 控制陣列檢測器并將信號讀入 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 數據處理軟件
1) 對已知鹽度濃度的測量光譜進行多變量分析并創建校準曲線。
2) 根據未知濃度的測量光譜計算鹽度濃度。
3) 沿水平軸（例如深度方向）創建鹽度濃度剖面。

3.7用于控制和數據處理的
節能筆記本電腦

3.8 DC/AC轉換器
使用12V直流電池作為電源，為光源、光譜儀驅動、探測器和PC驅動獲得交流電源。

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