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专利号: 2020108601647
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种基于磁场原理的新浇钢筋混凝土结构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外置式传感器和分离式传感器,外置式传感器包括外置式传感器左磁芯、外置式传感器右磁芯、外置式传感器永磁体、第一霍尔传感器、第二霍尔传感器和外置式传感器封装外壳;分离式传感器包括分离式传感器永磁体、内磁芯、外磁芯、分离式传感器内埋部分封装外壳、分离式传感器外置部分封装外壳和第三霍尔传感器;所述的外置式传感器封装外壳包括外置式传感器内壳和外置式传感器封装盖;所述的外置式传感器内壳包括外置式传感器永磁体放置槽、左侧磁芯放置槽、右侧磁芯放置槽、第五固定孔、第六固定孔、第二线缆折弯空间和第二线孔;所述的分离式传感器内埋部分封装外壳包括传感器内埋部分内壳和传感器内埋部分封装盖;所述的传感器内埋部分内壳包括第一固定条、第二固定条和内磁芯放置槽;所述的第一固定条打有第一通道孔和第二通道孔,所述的第二固定条上分别打有第三通道孔和第四通道孔;所述的第一固定条含有第一固定孔,所述的第二固定条含有第二固定孔,内埋部分封装盖含有与第一固定孔和第二固定孔对应的固定孔;所述的分离式传感器外置部分封装外壳包括传感器外置部分内壳和传感器外置部分封装盖;所述的外置部分内壳包括永磁体放置槽、外磁芯放置槽、第三固定孔、第四固定孔、第一线缆折弯空间和第一线孔;

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;

所述的内磁芯内埋于钢筋混凝土结构之中,所述的外磁芯和外置式传感器外置于钢筋混凝土结构之外;当内外磁芯连接磁路时,磁路通过非边角钢筋的非均匀锈蚀钢筋的锈蚀区域,可通过测试得到的霍尔电压有效判定钢筋混凝土结构非边角单根检测钢筋锈蚀情况;外置式传感器外置于钢筋混凝土结构之外;磁路通过边角钢筋的非均匀锈蚀钢筋的锈蚀区域;

一个外磁芯可对应多个内磁芯进行监测,一个外置式传感器对应多个钢筋混凝土结构监测,可重复利用和流动监测。

2.如权利要求1所述的基于磁场原理的新浇钢筋混凝土结构钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器,其特征在于,所述的内磁芯和外磁芯为矩形卡口,外置式传感器左磁芯和外置式传感器右磁芯为梯形卡口,且为硅钢材质,永磁体为钕镍硼材质,分离式传感器外置部分封装外壳、分离式传感器内埋部分封装外壳和外置式传感器封装外壳为塑料材质。

3.如权利要求1或2所述的基于磁场原理的新浇钢筋混凝土结构钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器,其特征在于,所述的第一固定孔、第二固定孔、第三固定孔、第四固定孔、第五固定孔和第六固定孔为螺纹孔。

4.如权利要求1或2所述的基于磁场原理的新浇钢筋混凝土结构钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器,其特征在于,所述的分离式传感器内埋部分封装外壳具有4个通道,2个通道为第一固定条和第二固定条,用于固定内磁芯和分离式传感器内埋部分封装外壳,另外2个通道为内磁芯放置槽,用于放置内磁芯。

5.如权利要求1或2所述的基于磁场原理的新浇钢筋混凝土结构钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器,其特征在于,所述的内磁芯和分离式传感器内埋部分封装外壳通过第一弹性条分别通过第三通道孔和第四通道孔与右侧检测钢筋固定,通过第二弹性条分别通过第一通道孔、第二通道孔与左侧检测钢筋固定。

6.如权利要求1或2所述的基于磁场原理的新浇钢筋混凝土结构钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器,其特征在于,所述的第一固定条含有第一固定孔,所述的第二固定条含有第二固定孔,分离式传感器内埋部分封装盖含有与第一固定孔和第二固定孔对应的固定孔;安装时用相对应的螺钉和螺帽进行螺栓连接,所述的传感器外置部分内壳含有第三固定孔和第四固定孔,所述的外置部分封装盖含有与第三固定孔和第四固定孔对应的安装孔,安装时用相对应的螺钉和螺帽进行螺栓连接。

7.如权利要求1或2所述的基于磁场原理的新浇钢筋混凝土结构钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器,其特征在于,所述的外置式传感器内壳含有第五固定孔和第六固定孔,所述的外置式传感器封装盖含有与第五固定孔和第六固定孔对应的固定孔,安装时用相对应的螺钉和螺帽进行螺栓连接。

8.如权利要求1或2所述的基于磁场原理的新浇钢筋混凝土结构钢筋非均匀锈蚀无损监测传感器,其特征在于,所述的分离式传感器和外置式传感器与信号采集器之间安装有第一指示灯和第二指示灯,所述的第一指示灯和第二指示灯提示外置式传感器、分离式传感器和信号采集器是否正常工作;

所述的霍尔传感器布置1个或多个传感器;

所述的永磁体、外置式传感器永磁体、外磁芯、外置式传感器左磁芯和外置式传感器右磁芯检测后需放置在绝磁环境中;

所述的分离式传感器外置部分封装外壳和外置式传感器封装外壳含有电路板连接线缆折弯空间;

所述数据处理单元通过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。

9.一种如权利要求1所述的基于磁场原理的新浇钢筋混凝土结构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将内磁芯放入内磁芯放置槽,并用螺钉和螺帽通过第一固定孔和第二固定孔将传感器内埋部分内壳和内埋部分封装盖螺栓连接;将外磁芯和永磁体分别放入外磁芯放置槽和永磁体放置槽,并安装第三霍尔传感器和线路板,将线缆在第一线缆折弯空间处折弯,并通过第一线孔外接第一指示灯和信号采集器,最后用螺钉和螺帽通过第三固定孔和第四固定孔将传感器外置部分内壳和外置部分封装盖螺栓连接;

2.2将外置式传感器左侧磁芯、外置式传感器右侧磁芯和外置式传感器永磁体分别放入外置式传感器左侧磁芯放置槽、外置式传感器右侧磁芯放置槽和外置式传感器永磁体放置槽,并安装第一霍尔传感器、第二霍尔传感器和线路板,将线缆在第二线缆折弯空间处折弯,并通过第二线孔外接第二指示灯和信号采集器,最后用螺钉和螺帽通过第五固定孔和第六固定孔将外置式传感器内壳和外置式传感器封装盖螺栓连接;

2.3内磁芯通过分离式传感器内埋部分封装外壳封装后,需用第一弹性条分别通过第三通道孔和第四通道孔与右侧检测钢筋固定,第二弹性条分别通过第一通道孔、第二通道孔与左侧检测钢筋固定,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氯化钠溶液中浸泡至饱盐,所述标准氯化钠溶液的浓度0.1~2mol/L;

2.4分离式传感器通过分离式传感器外置部分封装外壳封装后置于钢筋混凝土试件上,与内磁芯和监测钢筋磁路连通,外置式传感器通过外置式传感器封装外壳封装后卡在钢筋混凝土结构的边角处,与监测钢筋磁路连同,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,保证第一霍尔传感器、第二霍尔传感器和第三霍尔传感器进行正常的采集工作,并用记号笔标记分离式传感器外置部分和外置式传感器的初始位置;

第三步,标定试验,过程如下:

3.1记录质量为m1I,m2I,m3I,m4I,m5I,m6I,m7I对应的钢筋混凝土试件锈蚀前标定钢筋的霍尔电压V1I,V2I,V3I,V4I,V5I,V6I,V7I;

3.2通过记号笔在混凝土表面标记分离式传感器外置部分和外置式传感器的放置位置,以保证原位监测;

3.3以电流加速锈蚀的方式实现钢筋锈蚀的模拟实验,控制电流密度相同,质量为m1I,m2I,m3I,m4I,m5I,m6I,m7I对应的钢筋混凝土试件等间隔时间通电t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7;

3.4记录钢筋混凝土试件锈蚀后标定钢筋的霍尔电压数据V1II,V2II,V3II,V4II,V5II,V6II,V7II和钢筋质量数据m1II,m2II,m3II,m4II,m5II,m6II,m7II;

3.5分别计算标定钢筋质量变化率△m1,△m2,△m3,△m4,△m5,△m6,△m7,计算公式分别为式(1)~(7);

3.6分别计算标定钢筋霍尔电压变化率△V1,△V2,△V3,△V4,△V5,△V6,△V7,计算公式分别为式(8)~(14)

3.7对钢筋质量变化率与霍尔电压变化率之间的关系进行线性拟合,得到线性关系系数α;

第四步,测定试验,过程如下:

4.1记录待测试件锈蚀前的霍尔电压V0I;

4.2将待测的钢筋混凝土置于容易导致钢筋发生锈蚀的环境中,如干湿循环的环境下,促使钢筋发生锈蚀;

4.3将分离式传感器外置部分和外置式传感器放回原位,记录钢筋锈蚀后的霍尔电压V0II;

4.4钢筋的锈蚀率PII,计算公式为式(15)

PII=α(V0II‑V0I) (15)。