基于磁场原理的贴面式钢筋非均匀锈蚀监测传感器及测试方法技术

一种基于磁场原理的贴面式钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器，包括磁感应强度监测单元和数据处理单元，磁感应强度监测单元包括永磁体、左侧磁芯、右侧磁芯、传感器封装外壳、第一霍尔传感器和第二霍尔传感器；数据处理单元包括信号处理器和中央处理器。本发明专利技术还提供了一种基于磁场原理的分离式钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器试验方法，包括钢筋混凝土试件待测前的准备、测定前的准备、标定试验和测定试验。本发明专利技术适合既有建筑物的钢筋非均匀锈蚀监测，通过磁场通过钢筋非均匀锈蚀区域进行钢筋非均匀锈蚀的有效测定，同时，一个贴面式传感器对应多根进行锈蚀监测，具有原理清楚、方法简便、测定速度快、重复使用、工程应用性强和稳定性好等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于磁场原理的贴面式钢筋非均匀锈蚀监测传感器及测试方法
本专利技术涉及建筑工程中的钢筋锈蚀监测技术，特别涉及一种基于磁场原理的贴面式钢筋锈蚀无损监测传感器及测试方法。
技术介绍
自从1824年水泥被专利技术，混凝土成为世界上使用最广泛的建筑材料，由于其具有原材料丰富，制作工艺简单，成本低，以及抗压强度高等特点被广泛应用于工业与民用建筑、桥梁、隧道等土木工程领域。1991年，在第二届混凝土耐久性国际学术会议上指出氯盐侵蚀导致钢筋锈蚀是最严重、最普遍的混凝土结构耐久性问题。钢筋锈蚀不仅会使钢筋混凝土结构的承载能力降低，还会降低钢筋的有效截面面积和钢筋混凝土之间的粘结力。因此，量化表征及监测钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀程度，对于合理制定钢筋混凝土结构的维护方案，保障混凝土结构的安全性具有重要意义。目前，钢筋锈蚀的监测方法分为破损检测和无损检测。破损检测测量结果较为精确，但需对钢筋混凝土结构进行破型取出钢筋，对混凝土结构造成的损害不可逆转，对正处于服役期间的钢筋混凝土结构并不适用。无损检测方法是当今研究的热点，主要有半电池电位法、声发射技术和内置式监测技术。半电池电位法利用钢筋锈蚀的电化学反应引起电位变化，测定钢筋锈蚀状态，但其精确度较低，只能定性判断钢筋锈蚀概率，且无统一判定标准；声发射技术依据累计撞击数等参数，只能定性判断锈蚀发生概率，无法定量测量钢筋锈蚀率；基于磁场原理的钢筋锈蚀监测方法，中国专利授权公告号CN109374726A，授权公告日为2019年2月22日，名称为“基于磁场的混凝土中钢筋锈蚀无损动态监测传感器及系统”和中国专利授权公告号CN208420791U，授权公告日为2019年1月22日，名称为“一种钢筋锈蚀电磁场变响应装置”，两件专利提供了一种内置于混凝土的钢筋锈蚀监测传感器，此类传感器能精准测定钢筋均匀锈蚀的情况，但尚存在不足：一是内置式监测传感器由于卡紧钢筋，会严重影响钢筋的自然锈蚀规律，且此类传感器只能精准测定钢筋均匀锈蚀的情况，但自然环境下的钢筋锈蚀往往呈现不均匀性，二是传感器内置于混凝土内，只能一次性使用，成本较高，三是此传感器适合新浇钢筋混凝土结构钢筋锈蚀监测，并不适用于既有钢筋混凝土结构钢筋锈蚀监测；中国专利授权公告号CN108469514A，授权公告日为2018年8月31日，名称为“一种混凝土内钢筋锈蚀行为的监测设备及其方法”，此专利涉及的传感器为外置式传感器，也存在不足之处，只能针对实验室内的小型钢筋混凝土试件进行锈蚀测定，且钢筋位置的不同对试验结果影响较大。在实际建筑工程中，仍然没有精确测定既有建筑物中部钢筋锈蚀率的传感器和测试方法。可见，找到一种原理清楚、方法简便、测定速度快、重复使用、工程应用性强和稳定性好等优点的钢筋非均匀锈蚀监测传感器，对提高钢筋锈蚀程度评估和预测不断深入具有重要意义。
技术实现思路
为了克服现有建筑工程钢筋非均匀锈蚀无损监测技术的不足，本专利技术提供一种稳定性高、操作简便、能够实现贴面式钢筋锈蚀监测，尤其涉及应用基于磁场原理的贴面式钢筋非均匀锈蚀监测技术：贴面式传感器外贴与钢筋混凝土结构表面，即磁芯外置于钢筋混凝土结构之外，磁路通过非均匀锈蚀钢筋的锈蚀区域，能够监测磁路通过长度钢筋非均匀锈蚀情况，可通过测试得到的霍尔电压有效判定钢筋混凝土结构中部单根检测钢筋锈蚀情况；用以测定钢筋的锈蚀率并评估钢筋的锈蚀程度和预测钢筋的使用寿命，以解决目前尚无有效方法测定钢筋混凝土结构中部钢筋锈蚀率的问题。为了解决上述技术问题本专利技术提供如下的技术方案：一种基于磁场原理的贴面式钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器，包括磁感应强度监测单元和数据处理单元，所述的磁感应强度监测单元包括永磁体、左侧磁芯、右侧磁芯、传感器封装外壳、第一霍尔传感器和第二霍尔传感器；所述的传感器封装外壳包括传感器内壳和传感器封装盖；所述的传感器内壳包括第一固定孔、第二固定孔、左磁芯放置槽、右磁芯放置槽、永磁体放置槽、线缆折弯空间和线孔；所述的传感器内壳和封装盖均含有第一固定孔和第二固定孔；所述的数据处理单元包括信号采集器、信号处理器和中央控制器，所述的信号采集器的输入端与所述的霍尔传感器的信号输出端电连，所述的信号处理器的信号输出端与所述的中央控制器的端口电连。进一步，所述的左侧磁芯和右侧磁芯为对称结构和矩形截面，所述的左侧磁芯和右侧磁芯为硅钢材质，所述的永磁体为钕镍硼材质，所述的传感器封装外壳为塑料材质。所述的贴面式传感器外贴于混凝土结构之上。所述的第一霍尔传感器和第二霍尔传感器对称布置。所述的第一固定孔和第二固定孔为螺纹孔。所述的传感器内壳和传感器封装盖含有第一固定孔和第二固定孔，安装时用相对应的螺钉和螺帽进行螺栓连接。所述的螺钉和螺帽需为黄铜材质，目的是防止对磁场进行干扰。所述的信号采集器与第一霍尔传感器和第二霍尔传感器之间安装有指示灯，所述的指示灯提示信号采集器、第一霍尔传感器和第二霍尔传感器是否正常工作。所述的第一霍尔传感器和第二传感器应沿中心线对称布置，可根据精度要求和实际工程需求对称布置1个或多个传感器。作为一种改进，所述的永磁体连同左侧磁芯和右侧磁芯检测后需放置在绝磁环境中，以避免永磁体消磁对检测精度的影响。作为一种改进，所述的一个贴面式传感器可对多根钢筋进行钢筋非均匀锈蚀监测，可重复利用和流动监测。作为一种改进，所述的传感器封装外壳含有电路板连接线缆折弯空间，以保证线路能够有效折弯。作为一种改进，所述数据处理单元，其相关控制电路可利用现有成熟技术实现，主要包括测定霍尔传感器霍尔电压从而计算得出锈蚀率。霍尔电压测定系统与数据处理系统通过信号处理器和中央控制器完成数据存储、后处理和实时显示。一种基于磁场原理的贴面式钢筋锈蚀无损监测传感器的测试方法，包括以下步骤：第一步，钢筋混凝土试件待测前的准备，过程如下：1.1取设定长度和直径的光圆钢筋作为标定钢筋和待测钢筋，称量待测钢筋质量m1I，m2I，m3I，m4I，m5I，m6I，m7I和标定钢筋质量m0，并记录；1.2将标定钢筋和待测钢筋两端一半钢筋长度涂环氧树脂并置于模具中；第二步，测定前的准备，过程如下：2.1将永磁体、左侧磁芯和右侧磁芯分别放入永磁体放置槽、左磁芯放置槽和右侧磁芯放置槽，安装线路板、第一霍尔传感器和第二霍尔传感器，将线缆在线缆折弯空间处折弯，并通过线孔外接指示灯和信号采集器，最后用螺钉和螺帽通过第一固定孔和第二固定孔将传感器内壳和传感器封装盖螺栓连接；2.2将钢筋置于模具中浇筑成型，标准条件下养护28天，浇筑成型标定钢筋混凝土试件和待测钢筋混凝土试件在标准盐浓度溶液中浸泡至饱盐，所述标准氯化钠溶液的浓度0.1～2mol/L；2.3传感器通过封装外壳封装后，置于钢筋混凝土试件上，与监测磁路连通，通过中央控制器控制信号采集器的采集频率，通电测试传感器，保证霍尔传感器进行正常的采集工作；第三步，标定试验，过程如下：3.1记录质量为m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁场原理的贴面式钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器，其特征在于，包括磁感应强度监测单元和数据处理单元，所述的磁感应强度监测单元包括永磁体、左侧磁芯、右侧磁芯、传感器封装外壳、第一霍尔传感器和第二霍尔传感器；所述的传感器封装外壳包括传感器内壳和传感器封装盖；所述的传感器内壳包括第一固定孔、第二固定孔、左磁芯放置槽、右磁芯放置槽、永磁体放置槽、线缆折弯空间和线孔；所述的传感器内壳和封装盖均含有第一固定孔和第二固定孔；/n所述的数据处理单元包括信号采集器、信号处理器和中央控制器，所述的信号采集器的输入端与所述的霍尔传感器的信号输出端电连，所述的信号处理器的信号输出端与所述的中央控制器的端口电连。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于磁场原理的贴面式钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器，其特征在于，包括磁感应强度监测单元和数据处理单元，所述的磁感应强度监测单元包括永磁体、左侧磁芯、右侧磁芯、传感器封装外壳、第一霍尔传感器和第二霍尔传感器；所述的传感器封装外壳包括传感器内壳和传感器封装盖；所述的传感器内壳包括第一固定孔、第二固定孔、左磁芯放置槽、右磁芯放置槽、永磁体放置槽、线缆折弯空间和线孔；所述的传感器内壳和封装盖均含有第一固定孔和第二固定孔；
所述的数据处理单元包括信号采集器、信号处理器和中央控制器，所述的信号采集器的输入端与所述的霍尔传感器的信号输出端电连，所述的信号处理器的信号输出端与所述的中央控制器的端口电连。


2.如权利要求1所述的磁场原理的贴面式钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器，其特征在于，所述的左侧磁芯和右侧磁芯为对称结构和矩形截面，且为硅钢材质，永磁体为钕镍硼材质，所述的封装外壳为塑料材质。


3.如权利要求1或2所述的磁场原理的贴面式钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器，其特征在于，所述的传感器内壳和传感器封装盖含有第一固定孔和第二固定孔，所述的第一固定孔和第二固定孔为螺纹孔，安装时用相对应的螺钉和螺帽进行螺栓连接。


4.如权利要求3所述的磁场原理的贴面式钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器，其特征在于，所述的螺钉和螺帽需为黄铜材质。


5.如权利要求1或2所述的磁场原理的贴面式钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器，其特征在于，所述的第一霍尔传感器和第二传感器应沿中心线对称布置，根据精度要求和实际工程需求对称布置1个或多个传感器。


6.如权利要求1或2所述的磁场原理的贴面式钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器，其特征在于所述的信号采集器与第一霍尔传感器和第二传感器之间安装有指示灯，所述的指示灯提示信号采集器、第一霍尔传感器和第二霍尔传感器是否正常工作。


7.如权利要求1或2所述的磁场原理的贴面式钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器，其特征在于，所述的第一霍尔传感器和第二霍尔传感器布置1个或多个传感器。


8.如权利要求1或2所述的磁场原理的贴面式钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器，其特征在于，所述的一个贴面式传感器可对多根钢筋进行钢筋非均匀锈蚀监测，可重复利用和流动监测。


9.如权利要求1或2所述的磁场原理的贴面式钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器，其特征在于，所述的封装外壳含有电路板连接线缆折弯空间，以保证线路能够有效折弯。


10.一种如权利要求1所述的基于磁场原理的贴面式钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器的测试方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
第一步，钢筋混凝土试件待测前的准备，过程如下：
1.1取设定长度和直径的光圆钢筋作为标定钢筋和待测钢筋，称量待测钢筋质量m1I，m2I，m3I，m4I，m5I，m6I，m7I和标定钢筋质...

【专利技术属性】
技术研发人员：付传清，黄家辉，叶海隆，李宗津，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33