傳(chuan) 統上，對水泥基材料中水分流動的電學評估依賴於(yu) 兩(liang) 點或四點測量。本文研究了用電阻層析成像技術對濕度分布的成像。特別是，目的是研究EIT(電阻抗斷層成像)是否能在流動不均勻的情況下給出不飽和水分流動的信息。在實驗中，試樣在進水過程中受到EIT(電阻抗斷層成像)的監測。EIT(電阻抗斷層成像)重建與(yu) 中子射線照片進行比較，中子射線照片提供了關(guan) 於(yu) 水分2D分布的高分辨率信息。結果表明，EIT(電阻抗斷層成像)能夠檢測水分運動，並且即使在流動不均勻的情況下也能夠大致顯示水鋒的形狀和位置。
電阻抗斷層成像技術監測水泥基材料中的非飽和水分流動
1. 介紹
鋼筋混凝土結構的耐久性與(yu) 混凝土阻止水和侵蝕劑有關(guan) ，因此，混凝土中的水傳(chuan) 輸速率經常被用作耐久性的量度。開發了先進的方法來監測不飽和水泥基材料中的水分運動，包括核磁共振(NMR)光譜基於(yu) 電磁輻射(例如γ射線)衰減的方法，X射線 和中子成像)和基於(yu) 電學的方法。
上述每種方法都有優(you) 點和局限性。雖然NMR、γ射線、X射線和中子成像具有高分辨率，但由於(yu) 對大樣本成像需要大量能量，它們(men) 通常限於(yu) 小樣本(從(cong) 幾毫米到幾厘米，取決(jue) 於(yu) 設備和源強度)。此外，伽馬射線、X射線和中子成像是侵入性方法，並且由於(yu) 所需的設施，主要限於(yu) 實驗室。例如，中子成像(射線照相術/斷層照相術)需要中子源，例如核反應堆。相比之下，基於(yu) 電的方法具有較低的空間分辨率，但是它們(men) 是非侵入性的、廉價(jia) 的和快速執行的。
各種基於(yu) 電學的方法，例如電阻抗光譜法(EIS)和單頻交流電流測量，已用於(yu) 監測非飽和水流。在水泥基材料中。在大多數先前的研究中，一組電極對被嵌入水泥基材料中，並測量電極對之間的阻抗。比如麥卡特等人。 通過測量埋在不同深度的電極對之間的阻抗，監測混凝土樣本中的水侵入。他們(men) 表明，當水鋒進入電極對的“影響區”時，測得的阻抗顯著下降。然而，由於(yu) 電流的擴散性質，電極之間的阻抗甚至會(hui) 由於(yu) 遠離電極對高度的水分含量變化而變化。因此，根據這樣的測量來推斷水前緣的位置並不是一件簡單的事情。
為(wei) 了基於(yu) 成對阻抗測量來估計水鋒的位置，已經提出了實驗和數值校準策略。麥卡特爾等人提出了一種方法，其中阻抗變化率作為(wei) 時間的函數被監控，並且水前沿到達電極對的高度被視為(wei) 阻抗變化率最大的時間。Rajabipour等人。 推導出基於(yu) 有限元模擬的解析函數，以將嵌入電極對之間的阻抗與(yu) 水前沿位置相關(guan) 聯。注意，隻有當水前緣近似水平對齊時，即水流是一維的，來自水平對齊的電極對的阻抗測量才能提供對水前緣位置的估計。這種假設並不總是有效的；水流可能是不均勻的，例如由於(yu) 孔隙率的空間變化。
電阻抗斷層成像(EIT)是一種成像方式，可以提供一個(ge) 強大的工具來監測混凝土中的水分流動。在EIT中，三維(3D)分布的使用一組電流注入和電極電勢測量來成像電阻率。EIT已被用於(yu) 監測土壤中的水分滲透。
本研究的目的是調查ERT是否能在水流不均勻的情況下給出關(guan) 於(yu) 水分分布的可行信息。為(wei) 此，濕度流的ERT成像與(yu) 高分辨率中子射線照相術進行了實驗比較。使用了水平均勻(1D)和非均勻(2D)水源，導致不同形狀的水鋒；在2D的情況下，水鋒甚至不是近似水平排列的。
2.材料和方法
實驗中使用了兩(liang) 個(ge) 水泥漿試件。在每個(ge) 樣品的頂部安裝一個(ge) 儲(chu) 水器。在進水期間，同時進行ERT和中子輻射測量。第一個(ge) 樣品的整個(ge) 頂麵暴露在水中，而在第二個(ge) 樣品中，儲(chu) 水器僅(jin) 覆蓋頂麵的大約三分之一。這種設置的目的是在第一個(ge) 樣品中產(chan) 生1D水流，在第二個(ge) 樣品中產(chan) 生2D水流。加水60分鍾後兩(liang) 個(ge) 樣品的照片如圖所示Fig. 1。深色表麵區域表示濕潤區域，兩(liang) 種流動之間的定性差異是明顯的:在第一種情況下(Fig. 1a)水前沿幾乎是水平的，而在第二種情況下(Fig. 1b)水形成徑向增長的彎曲羽流。雖然照片中Fig. 1(特別是中子射電圖Section 3)表明第一個(ge) 樣本中的水鋒並不完全是水平的，我們(men) 將該測試情況稱為(wei) 1D流情況，並將相應的水源稱為(wei) 1D源。分別地，第二樣本的屬性(Fig. 1b)被稱為(wei) 2D流和2D源。
Fig. 1. photographs of the specimens 60 min after adding water: a) specimen with 1D water source; b) specimen with 2D water source.
3.電極
表麵安裝電極放置在樣品的周邊表麵。電極是通過在水泥漿表麵直接塗上一薄層膠態銀塗料，然後在銀塗料上塗上一層導電的填充銀的環氧樹脂製成的。銀漆層旨在使水泥漿表麵光滑，以獲得更好的電接觸。通過將鋁螺釘用力接觸安裝電極的表麵，將電極連接到測量單元。總共15個(ge) 電極安裝在1D流動樣品上(除頂部外，每側(ce) 5個(ge) 電極),如所示Fig. 2b.在2D血流樣本的情況下，安裝了19個(ge) 電極，如所示Fig. 2c.電極在垂直方向上的長度為(wei) 8.0毫米，覆蓋了樣品的整個(ge) 厚度。樣品尺寸和電極編號如所示Figs. 2b和c在拍照Fig. 2a顯示了安裝電極後的2D血流樣本。用透明膠帶密封周邊表麵上電極之間的空間，以避免蒸發。
Fig. 2. (a) Photograph of the specimen with a stripe water source (2D flow), (b) schematic illustration of the specimen with uniform water source (1D flow), (c) schematic illustration of the specimen with stripe water source (2D flow).
4.電阻層析成像
在電阻層析成像(EIT)中，電流通過附著在對象表麵的電極注入到對象中，並且對應於(yu) 每個(ge) 電流注入，測量一組電極電勢。基於(yu) 這些測量，分布物體(ti) 內(nei) 部的電阻率被重建。除了監控混凝土中的水進入EIT已經被提議用於(yu) 檢測混凝土中的損傷(shang) 和其他結構缺陷。在混凝土構件表麵的導電膜上国产成人在线观看免费网站EIT檢測混凝土中的表麵斷裂裂紋。
已經開發了用於(yu) EIT中圖像重建的各種計算方法。在差值成像中，基於(yu) 對應於(yu) 兩(liang) 個(ge) 時刻的EIT測量值之間的差值，對隨時間變化的對象進行成像。差值數據用於(yu) 重建兩(liang) 個(ge) 瞬間之間電阻率的變化。差分重建通常基於(yu) EIT的非線性觀測模型的全局線性化，因此，重建通常本質上是定性的，尤其是如果電阻率的時間變化很大或者如果線性化點選擇不當。另一方麵，差分成像對建模誤差相對容忍，因此廣泛用於(yu) 許多EIT国产成人在线观看免费网站中。
5.成像結果
我們(men) 可以看到最終在電阻抗斷層成像測量過後，經過算法處理的圖像，它展示水在混凝土中運動變化，滲透情況。電阻抗斷層成像設備能夠有效的監測運動變化，同時可以節省成本。
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圖1 設備前後麵板，測試通道16*2
圖3 實驗數據界麵展示
圖4 在水缸中測量橘子實時阻抗圖像展示
紅色的部分勾勒出物體(ti) 的大致形態，且紅色部分會(hui) 隨著物體(ti) 的變化而不斷移動位置，這個(ge) 變化的快慢取決(jue) 於(yu) 采集圖像幀的速度。設備的通道數越多，成像的清晰度就會(hui) 越高。
設備詳細參數如下：
激勵和測試頻率
激勵電流
測量時間
頻率掃描設置
注入/激勵模式掃描設置
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