[發明專利]基于磁場原理的分離式鋼筋非均勻銹蝕監測傳感器及測試方法

在審

• 申請號: 202010848665.3
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN112034033A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 付傳清;黃家輝;蘆澤宇;李宗津
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01N27/82
• 分類號: G01N27/82
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

1.一種基于磁場原理的分離式鋼筋非均勻銹蝕無損監測傳感器，其特征在于，包括磁感應強度監測單元和數據處理單元，所述的磁感應強度監測單元包括永磁體、內磁芯、外磁芯、內埋部分封裝外殼、外置部分封裝外殼和霍爾傳感器；所述的內埋部分封裝外殼包括傳感器內埋部分內殼和傳感器內埋部分封裝蓋；所述的傳感器內埋部分內殼包括第一固定條、第二固定條和內磁芯放置槽；所述的第一固定條和第二固定條上分別打有第一通道孔、第二通道孔、第三通道孔和第四通道孔；所述的第一固定條、第二固定條和內埋部分封裝蓋均含有第一固定孔和第二固定孔；所述的外置部分封裝外殼包括傳感器外置部分內殼和傳感器外置部分封裝蓋；所述的外置部分內殼包括永磁體放置槽、外磁芯放置槽、第三固定孔、第四固定孔、線纜折彎空間和線孔；

所述的數據處理單元包括信號采集器、信號處理器和中央控制器，所述的信號采集器的輸入端與所述的霍爾傳感器的信號輸出端電連，所述的信號處理器的信號輸出端與所述的中央控制器的端口電連。

2.如權利要求1所述的基于磁場原理的分離式鋼筋非均勻銹蝕監測傳感器，其特征在于，所述的內磁芯和外磁芯為矩形截面，內磁芯內埋于鋼筋混凝土結構之中，外磁芯外置于鋼筋混凝土結構之外，且為硅鋼材質，永磁體為釹鎳硼材質，所述的封裝外殼為塑料材質。

3.如權利要求1或2所述的基于磁場原理的分離式鋼筋非均勻銹蝕監測傳感器，其特征在于，所述的第一固定孔、第二固定孔、第三固定孔和第四固定孔為螺紋孔。

4.如權利要求1或2所述的基于磁場原理的分離式鋼筋非均勻銹蝕監測傳感器，其特征在于，所述的內埋部分封裝外殼具有4個通道，2個通道為第一固定條和第二固定條，用于固定內磁芯和內埋部分封裝外殼，另外2個通道為內磁芯放置槽，用于放置內磁芯。

5.如權利要求1或2所述基于磁場原理的分離式鋼筋非均勻銹蝕監測傳感器，其特征在于，所述的內磁芯和內埋部分封裝外殼通過第一彈性條和第二彈性條分別通過第一通道孔、第二通道孔、第三通道孔和第四通道孔與左側非檢測鋼筋和右側非檢測鋼筋固定。

6.如權利要求1或2所述的基于磁場原理的分離式鋼筋非均勻銹蝕監測傳感器，其特征在于，所述的第一固定條、第二固定條和傳感器內埋部分封裝蓋含有第一固定孔和第二固定孔，所述的傳感器外置部分內殼與外置部分封裝蓋含有第三固定孔和第四固定孔，安裝時用相對應的螺釘和螺帽進行螺栓連接。

7.如權利要求1或2所述的基于磁場原理的分離式鋼筋非均勻銹蝕監測傳感器，其特征在于，所述的信號采集器和信號處理器安裝有指示燈，所述的指示燈提示信號采集器和信號處理器是否正常工作。

8.如權利要求1或2所述的基于磁場原理的分離式鋼筋非均勻銹蝕監測傳感器，其特征在于，所述的霍爾傳感器布置1個或多個傳感器。

9.如權利要求1或2所述的基于磁場原理的分離式鋼筋非均勻銹蝕監測傳感器，其特征在于，所述的一個外磁芯可對應多個內磁芯進行式監測，可重復利用和流動監測，所述的外置部分封裝外殼含有電路板連接線纜折彎空間，以保證線路能夠有效折彎。

10.一種如權利要求1所述的基于磁場原理的分離式鋼筋非均勻銹蝕無損監測傳感器實現的測試方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

第一步，鋼筋混凝土試件待測前的準備，過程如下：

1.1取設定長度和直徑的光圓鋼筋作為標定鋼筋和待測鋼筋，稱量待測鋼筋質量m_1I，m_2I，m_3I，m_4I，m_5I，m_6I，m_7I和標定鋼筋質量m₀，并記錄；

1.2將標定鋼筋和待測鋼筋兩端一半鋼筋長度涂環氧樹脂并置于模具中；

第二步，測定前的準備，過程如下：

2.1將內磁芯放入內磁芯放置槽，并用螺釘和螺帽通過第一固定孔和第二固定孔將傳感器內埋部分內殼和內埋部分封裝蓋螺栓連接；將外磁芯和永磁體分別放入外磁芯放置槽和永磁體放置槽，并安裝霍爾傳感器和線路板，將線纜在線纜折彎空間處折彎，并通過線孔外接信號采集器，最后用螺釘和螺帽通過第三固定孔和第四固定孔將傳感器外置部分內殼和外置部分封裝蓋螺栓連接；

2.2內磁芯通過內埋部分封裝外殼封裝后，需用第一彈性條和第二彈性條通過第一通道孔、第二通道孔、第三通道孔和第四通道孔固定在兩側非檢測鋼筋上，置于模具中澆筑成型，標準條件下養護28天，澆筑成型標定鋼筋混凝土試件和待測鋼筋混凝土試件在標準鹽濃度溶液中浸泡至飽鹽，所述標準氯化鈉溶液的濃度0.1～2mol/L；

2.3外磁芯通過外置部分封裝外殼封裝后，置于鋼筋混凝土試件上，與內磁芯磁路連通，通過中央控制器控制信號采集器的采集頻率，通電測試傳感器，保證霍爾傳感器進行正常的采集工作，并用記號筆標記外磁芯的初始位置；

第三步，標定試驗，過程如下：

3.1記錄質量為m_1I，m_2I，m_3I，m_4I，m_5I，m_6I，m_7I對應的鋼筋混凝土試件銹蝕前標定鋼筋的霍爾電壓V_1I，V_2I，V_3I，V_4I，V_5I，V_6I，V_7I，；

3.2通過記號筆在混凝土表面標記外硅鋼磁芯的放置位置，以保證原位監測；

3.3以電流加速銹蝕的方式實現鋼筋銹蝕的模擬實驗，控制電流密度相同，質量為m_1I，m_2I，m_3I，m_4I，m_5I，m_6I，m_7I對應的鋼筋混凝土試件等間隔時間通電t₁，t₂，t₃，t₄，t₅，t₆，t₇；

3.4記錄鋼筋混凝土試件銹蝕后標定鋼筋的霍爾電壓數據V_1II，V_2II，V_3II，V_4II，V_5II，V_6II，V_7II和鋼筋質量數據m_1II，m_2II，m_3II，m_4II，m_5II，m_6II，m_7II；

3.5分別計算標定鋼筋質量變化率△m₁，△m₂，△m₃，△m₄，△m₅，△m₆，△m₇，計算公式分別為式(1)～(7)；

3.6分別計算標定鋼筋霍爾電壓△V₁，△V₂，△V₃，△V₄，△V₅，△V₆，△V₇，計算公式分別為式(8)～(14)

3.7對鋼筋質量變化率與霍爾電壓之間的關系進行線性擬合，得到線性關系系數α；

第四步，測定試驗，過程如下：

4.1記錄待測試件銹蝕前的霍爾電壓V_0I；

4.2將待測的鋼筋混凝土置于容易導致鋼筋發生銹蝕的環境中，如干濕循環的環境下，促使鋼筋發生銹蝕；

4.3將銹蝕后的待測試件放回原位，記錄鋼筋銹蝕后的霍爾電壓V_0II；

4.4鋼筋的銹蝕率P_II，計算公式為式(15)

P_II＝α(V_0II-V_0I) (15)。