红外光谱技术在混凝土检测上的运用

许多社会基础设施，例如在经济高速增长时期建造的桥梁，已经达到了其定的使用寿命，很快就需要更新。
然而，考虑到日本的社会经济状况，有必要尽可能降低更新成本，并且强烈需要延长设施的使用寿命作为对策。
为了延长其中许多设施的使用寿命并对其进行适当维护，有必要了解当前的恶化状况并采取适当的预防性维护措施。目前，盐浓度的测量是通过从实际结构中取样，将其带到实验室，并根据以下标准使用化学品进行化学分析来进行的，盐浓度是因盐损害而劣化的混凝土结构的劣化指标。 JIS方法，需要大量的精力和时间。相比之下，很明显，通过使用近红外光谱测量多个特定波长范围内的吸光度，可以在现场相对容易且快速地估计混凝土中的盐浓度。

该系统是一种便携式混凝土劣化测量装置，旨在调查户外混凝土结构的劣化状态。可以通过在被检查的结构中钻孔并使用光纤探头测量近红外区域的光谱来研究混凝土劣化的程度。它采用电池供电，可自由携带，光源、光谱仪、电源等均装在一个外壳内。光谱测量和数据处理在笔记本电脑上进行，主成分分析可让您获得盐度浓度等信息。

[特点]
●可在现场获得测量结果的“现场测量系统"
　- 可利用样品的分光光谱在现场进行分析。
　・迷你笔记本电脑可用于从设备控制到数据处理的所有操作。
　・即使在没有电源（AC100V）的地方，也可以使用专用的便携式电源。
●使用明亮的光谱仪。高分辨率使您能够获得分离良好的数据。

[应用范围]
●盐害环境下混凝土结构中氯离子浓度的测量

[近红外线兼容光纤单元（标准附件）]
使用具有优化分支比的两分支型近红外线兼容光纤。样品侧探头
带有调节器，可调节与样品表面的距离并保护光纤端面。

系统配置
本系统由以下装置和单元组成。
1) 卤素光源和辅助光学系统
2) 测量用光纤探头（2 个分支）
3) 近红外光谱仪（1100 至 2500 nm）
4) 近红外电子冷却探测器
5) DC/AC 转换器
6) 测量用软件
7) 数据处理软件
8) 控制电脑
9) 电池
10) 光谱仪/电池存储箱

3. 各部分规格及功能（见框图）
3.1 卤素光源单元
提供从可见光区到近红外区稳定的连续光。聚焦光学系统有效地将来自光源的光引入光纤探头。

1. 12V，100W

2. 亮度：1250流明

3. 色温：3200K

4. 利用聚光光学系统将光有效地引入光纤

3.2 测量用二分支光纤探头（见附图）
用作用卤素光照射样品的探头和将样品反射光引入光谱仪的探头。

1. 使用波长范围：900-2500nm

2. 总长度：2m，2个分支：约0.5m

3. 探头测量部分配有约20厘米的不锈钢盖（为了保护光纤，盖前端突出约3毫米）

4. 光导：156根φ200μm光纤

5. 数值孔径：0.2以上

6. 光源侧和光谱仪侧的连接器

3.3 近红外光谱仪

1. 光学系统：Czerny Turna 安装座

2. 焦距：100mm

3. 数值孔径：F/

4. 衍射光栅：1200线/mm

5. 入口狭缝：使用千分尺从 10μm 到 3mm 可调

6. 输出端口：可连接阵列检测器。

7. 分辨率：○○，入口狭缝宽度10μm（使用1200线/mm的衍射光栅时）

8. 反向线色散：8.5 nm/mm（使用1200个衍射光栅/mm时）

9. 测量范围：使用1英寸阵列时，一次可测量216 nm区域，相当于512通道阵列每个阵列0.42 nm。

10. 扫描波长范围：1200-2400nm

11. 驱动：脉冲电机直连衍射光栅轴

3.4 近红外电子冷却探测器（Hamamatsu Photonics制造）

1. InGaAs 线性图像传感器
   1) Hamamatsu Photonics，型号 G9208-256W
   2) 灵敏度波长范围：0.9 至 2.55 μm (-20°C)
   3) 像素数：256（有效像素数：>244）
   4) 像素尺寸： 50μm (H) x 250μm (V)
   5) 像素间距：50μm
   6) 有效受光面积：12.8 (H) x 0.25mm (V)
   7) 暗电流（25℃）：Typ500pA、Max2000pA

2. 多通道探测器头
   1) Hamamatsu Photonics，型号 C-8062-01
   2) 尺寸：100 x 90 x 99 mm（详情参见 Hamahot 网站）
   3) 控制温度：-20°C ± 0.1°C（固定）

3. 多通道探测器头控制器
   1) Hamamatsu Photonics，型号 C7557-01
   2) 接口：-01 支持 USB
   3) 数据测量控制（曝光时间、数据传输、外部同步信号输入、放大器增益设置、冷却控制等） )
   4) 电源: 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: 约 2.9 kg
   8) 包含软件：
   ·曝光时间设置
   ·放大器增益设置
   ·积分数设置
   ·冷却控制（ON/OFF）
   ·暗校正
   ·测量开始/结束
   ·测量数据类型设置

3.5 测量软件
1) 驱动光谱仪测量所需的波长范围
2) 控制阵列检测器并将信号读入 PC
3) 显示
1,350 至 1,550 nm 的光谱以检查，2150 至 2,350 nm 的光谱以检查氯离子。

3.6 数据处理软件
1) 对已知盐度浓度的测量光谱进行多变量分析并创建校准曲线。
2) 根据未知浓度的测量光谱计算盐度浓度。
3) 沿水平轴（例如深度方向）创建盐度浓度剖面。

3.7用于控制和数据处理的
节能笔记本电脑

3.8 DC/AC转换器
使用12V直流电池作为电源，为光源、光谱仪驱动、探测器和PC驱动获得交流电源。

3.9 电池
1) 锂离子电池
2) 23V
2) 15Ah
3) 4.2kg

3.10 存储箱
存放光谱仪、光源、电池等的箱体。