适用于内置式磁传感器的钢筋多点位锈蚀标定装置

1.本实用新型涉及钢筋混凝土试验中的钢筋标定装置及标定方法，特别涉及一种适用于内置式磁传感器的钢筋多点位锈蚀标定装置及标定方法。


背景技术：

2.钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构耐久性的主要问题之一。所以预防和检修结构的钢筋锈蚀是解决钢筋锈蚀的有效方法。目前各种钢筋锈蚀的无损检测方法都受到广泛研究，其中，物理法可以从不同的物理参数来反映钢筋锈蚀，是有关钢筋锈蚀测量技术的研究热点。因为物理方法是基于物质基本的运动规律和物质的基本特性去研究，所以更能反映出物质的变化情况。因此，物理方法更适合用于钢筋锈蚀的原位测试，可以在原位测试中得出混凝土结构中钢筋的真实锈蚀情况。在钢筋的物理性质当中，由于钢筋是铁磁性物质，而钢筋的锈蚀产物是顺磁性和亚铁磁性物质组成，在磁性质上存在明显的区别，所以从磁学方向可以对钢筋锈蚀的状况进行原位测试，测试得出钢筋锈蚀时磁信号的变化。利用磁信号的变化与钢筋锈蚀量建立关系，即可测量出钢筋的锈蚀量。因此，基于磁学的钢筋锈蚀状态测量方法对实际工程中的应用具有重要的研究意义。
3.基于磁场原理的钢筋锈蚀监测方法，中国专利申请公布号cn108469514a，公开日为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”，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”，中国专利申请公布号cn109374726 a，公开日为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”，中国专利申请公布号cn110646505a，公开为2020年1月3日，名称为“基于电磁场原理的外置式钢筋锈蚀无损监测传感器及测试方法”以及中国专利申请公布号cn112034033a，公开为2020年12月4日，名称为“基于磁场原理的分离式钢筋非均匀锈蚀监测传感器及测试方法”，以上专利提出了几种基于磁场原理的钢筋锈蚀监测传感器及其监测方法，用于钢筋混凝土结构内部钢筋锈蚀情况监测。锈蚀监测传感器一般用于钢筋原位监测。在传感器的实验室验证阶段，需对锈蚀钢筋进行标定确定锈蚀程度。以上专利涉及的钢筋锈蚀监测系统缺乏移动和定位装置，无法实现钢筋原位锈蚀监测。
4.钢筋标定需要较高精度，在对钢筋移位称重、人工锈蚀后，需调整钢筋与传感器测头相对位置，使钢筋测点与测头相对位置与移位前完全一致，才能够进行磁感应读数。借助夹具、刻度尺等辅助工具校正，操作难度较大，难以保证试验精度。
5.中国专利申请公布号cn113008976 a，申请公开日为2021年06月22日，名称为“一种适用于三种磁传感器的钢筋锈蚀装置及标定方法”，此件专利虽然同时满足各种型号传感器的标定需求，但是考虑到传感器实际应用过程中内置式传感器的构件需预埋混凝土中，不能标定钢筋的各个位置；此外，该件专利虽满足了人工校正无法保证不同尺寸钢筋的标定精度问题，但是标定过程中不能确保待标定钢筋不晃动，所以为了提高标定的精度，确保待标定钢筋保持固定也需考虑。
6.可行的替代方案有使用可移动定位的装置和固定待标定钢筋的固定装置，移动定位装置能够同时实现内置式磁传感器的移动及固定的功能。基于这种理论，中国专利授权公告号cn208083922 u，公告日为2018年11月13日，名称为“一种移动式直线导轨定位装置”，此专利主要涉及定位设备技术领域，但是该专利在设备定位时不能保证定位精准且在定位时容易发生偏移。主要用作设备领域，对实验室钢筋标定而言仅作参考。
7.更进一步，考虑到钢筋混凝土耐久性研究是近几年的热门领域，国内许多实验室均在进行钢筋锈蚀研究。一个可移动多点定位用于各尺寸钢筋的标定装置，将为试验提供诸多便利。
8.以上问题亟待解决。因此，专门研发一种适用于内置式磁传感器的钢筋多点位锈蚀标定装置，具有十分重要的工程价值，可大幅度提高对实验室钢筋锈蚀试验的效率，帮助研究顺利进行。


技术实现要素：

9.为了克服目前现有试验标定装置无法进行移动和定位锈蚀监测的不足，本实用新型提供一种操作简便、易于拆卸、精准度高、成本低廉、实验室应用性极强的锈蚀钢筋标定装置及其标定方法。
10.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
11.一种适用于内置式磁传感器的钢筋多点位锈蚀标定装置，所述装置包括主体单元、标定孔单元、内置式移动单元、上下移动单元、第一固定单元和第二固定单元，所述主体单元为透明外框，所述上下移动单元、第一固定单元和第二固定单元安装在所述主体单元，所述的标定孔单元为主体单元上圆柱形开孔，用于实现建筑领域钢筋的标定；所述内置式移动单元为主体单元上开槽，所述的内置式移动单元开槽开口圆心与标定孔单元圆心重合，用于放入并安装内置式磁传感器。
12.进一步，所述的主体单元上根据上下移动单元、第一固定单元和第二固定单元的安装位置设有螺纹孔，与上下移动单元、第一固定单元和第二固定单元上螺纹孔一一对应，用于上下移动单元、第一固定单元和第二固定单元的安装与固定。
13.再进一步，所述的主体单元为透明亚克力材料制成。标定阶段可透过装置直接观察钢筋，便于实验分析。为提高装置性价比，也可采用其他透明环保轻型材料。优选的，所述主体单元也可用其他透明环保轻型材料制作，以满足标定装置的性价比要求。
14.更进一步，所述的标定孔单元可实现建筑领域常用14～20mm直径钢筋的标定，标定孔单元孔边设有刻度线，用于校准钢筋，确保标定精度，所述标定孔单元用于内置式磁传感器钢筋标定。
15.所述内置式移动单元中，内置式磁传感器即为完整传感器结构，参与钢筋标定。
16.所述上下移动单元为包括上下光杆、梯形固定件、直线轨道和凹形滑块；所述的上下光杆设有刻度，以供试验人员直观、准确测得内置式磁传感器上下移动后的位移值，从而实现精确定位需要标定的钢筋锈蚀位置；所述的梯形固定件设有三个螺纹通孔，通过螺栓与主体单元连接，所述的梯形固定件中间开一圆孔，使得上下光杆穿过，以便于控制和固定上下光杆；所述的直线导轨上设有五个螺纹孔，用于与主体单元螺栓连接，所述的直线轨道两侧设有凹槽，以供凹形滑块在内部上下滑动；所述的凹形滑块与上下光杆螺纹连接，凹形
滑块中间凹陷部分设有四个螺纹通孔，通过螺栓与直线导轨进行连接固定，底部设有两个螺纹通孔，用于与内置式磁传感器固定，通过控制上下光杆来带动凹形滑块在直线轨道上上下滑动，从而使内置式磁传感器上下移动。
17.所述第一固定单元为包括第一圆弧形固定夹、第一螺杆和第一锁紧螺母；所述的第一圆弧形固定夹左右两侧分别设有固定面和螺纹孔，用于上下光杆的固定，固定面上设有螺纹孔，用于与主体单元固定；所述的第一螺杆通过所述螺纹孔和第一锁紧螺母螺栓连接，所述的第一圆弧形固定夹固定面和第一螺杆与上下光杆左右面紧密接触；
18.所述第二固定单元为包括第二圆弧形固定夹、第二螺杆和第二锁紧螺母；所述的第二圆弧形固定夹左右两侧分别设有固定面和螺纹孔，用于待标定钢筋的固定，固定面上设有螺纹孔，用于与主体单元固定；所述的第二螺杆通过所述螺纹孔和第二锁紧螺母螺栓连接，所述的第二圆弧形固定夹固定面和第二螺杆与待标定钢筋左右面紧密接触。
19.作为一种改进，本实用新型所述的上下光杆设有刻度，以供试验人员直观、准确测得内置式磁传感器的上下移动长度值，从而精确定位钢筋锈蚀的位置。
20.作为一种改进，本实用新型所述的直线导轨采用铬轴承钢，直线轨道两侧设有凹槽，以供凹形滑块在内部上下滑动。
21.所述的凹形滑块表面光滑，滑块内侧设有凹槽，用于与直线导轨连接，滑块外侧设有凹槽，以保证磁传感器嵌入到凹形滑块中，滑块底部设有螺纹通孔，用于与内置式磁传感器的固定。
22.本实用新型的有益效果主要表现在：本实用新型可以克服实验室环境下标定过程操作困难、精度低的缺陷，突破了传统埋入传感器标定测试方法的限制，实现对内置式磁传感器的移动及钢筋各个位置锈蚀的精准定位；实现了各尺寸锈蚀钢筋标定过程，圆弧形固定夹调节范围大，固定对象可适用于不同尺寸的钢筋，具有原理清楚、方法简便、定位精准、重复使用和稳定性好等优点，可弥补现有钢筋锈蚀标定装置的不足。
附图说明
23.图1为适用于内置式磁传感器的钢筋多点位锈蚀标定装置的整体结构示意图。
24.图2为适用于内置式磁传感器的钢筋多点位锈蚀标定装置上下移动单元整体结构示意图。
25.图3为适用于内置式磁传感器的钢筋多点位锈蚀标定装置的三视图，其中(a)为主视图，(b)为右视图，(c)为俯视图。
26.图4为适用于内置式磁传感器的钢筋多点位锈蚀标定装置主体单元三视图。其中(a)为主视图，(b)为右视图，(c)为俯视图。
27.图5为内置式移动单元开槽示意图。
28.图6为内置式传感器三视图，其中(a)为主视图，(b)为右视图，(c)为俯视图。
29.图7为适用于内置式磁传感器的钢筋多点位锈蚀标定装置圆弧形固定单元三视图。其中(a)为主视图，(b)为右视图，(c)为俯视图。
30.图8为适用于内置式磁传感器的钢筋多点位锈蚀标定装置上下移动单元三视图。其中(a)为主视图，(b)为右视图，(c)为俯视图。
31.图9为上下移动单元上下光杆与凹形滑块三视图。其中(a)为主视图，(b)为右视
图，(c)为俯视图。
32.图10为上下移动单元梯形固定件三视图。其中(a)为主视图，(b)为右视图，(c)为俯视图。
33.图11为上下移动单元直线导轨三视图。其中(a)为主视图，(b)为右视图，(c)为俯视图。
34.图中附图标记：1、主体单元；2、标定孔单元；3、内置式移动单元；4、上下移动单元；5、第一固定单元；6、第二固定单元；7、内置式移动单元开槽；8、刻度线；9、上下光杆；10、梯形固定件；11、凹形滑块；12、直线导轨；13、第一螺栓单元；14、第二螺栓单元；15、第三螺栓单元；16、第四螺栓单元；17、第五螺栓单元；18、第六螺栓单元；19、第七螺栓单元；20、第八螺栓单元；21、第九螺栓单元；22、第十螺栓单元；23、第十一螺栓单元；24、第十二螺栓单元；25、第十三螺栓单元；26、第十四螺栓单元；27、第十五螺栓单元；28、第一螺纹孔单元；29、第二螺纹孔单元；30、第三螺纹孔单元；31、第四螺纹孔单元；32、第五螺纹孔单元；33、第六螺纹孔单元；34、第七螺纹孔单元；35、第八螺纹孔单元；36、第九螺纹孔单元；37、第十螺纹孔单元；38、第十一螺纹孔单元；39、第十二螺纹孔单元；40、第十三螺纹孔单元；41、第十四螺纹孔单元；42、第十五螺纹孔单元；43、第一锁紧螺母；44、第二锁紧螺母；45、第一圆弧形固定夹；46、第二圆弧形固定夹；47、第一螺杆；48、第二螺杆。
具体实施方式
35.下面结合附图进一步说明本实用新型，需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
36.参照图1～图11，一种适用于内置式磁传感器的钢筋多点位锈蚀标定装置，包括主体单元1、标定孔单元2、内置式移动单元3、上下移动单元4、第一固定单元5和第二固定单元6。
37.所述的主体单元1为透明亚克力材料制成。标定阶段可透过装置直接观察钢筋，便于实验分析。为提高装置性价比，也可采用其他透明环保轻型材料。优选的，所述主体单元1也可用其他透明环保轻型材料制作，以满足标定装置的性价比要求。
38.所述的主体单元1上根据上下移动单元4、第一固定单元5和第二固定单元6的安装位置设有螺纹孔，与上下移动单元4、第一固定单元5和第二固定单元6上螺纹孔一一对应，用于上下移动单元4、第一固定单元5和第二固定单元6的安装与固定；
39.所述的标定孔单元2为主体单元1上圆柱形开孔。可实现建筑领域常用14～20mm直径钢筋的标定。标定孔单元2孔边设有刻度线8，用于校准钢筋，确保标定精度。所述标定孔单元2用于内置式磁传感器钢筋标定；
40.所述内置式移动单元3为主体单元1上开槽，所述的内置式移动单元3开槽开口圆心与标定孔单元2圆心重合；用于放入并安装内置式磁传感器，内置式磁传感器即为完整传感器结构，参与钢筋标定；
41.所述上下移动单元4为包括上下光杆9、梯形固定件10、直线轨道12和凹形滑块11；所述的上下光杆9设有刻度，以供试验人员直观、准确测得内置式磁传感器上下移动后的位
移值，从而实现精确定位需要标定的钢筋锈蚀位置；所述的梯形固定件10设有三个螺纹通孔，通过螺栓与主体单元1连接，所述的梯形固定件10中间开一圆孔，使得上下光杆9穿过，以便于控制和固定上下光杆9；所述的直线导轨12上设有五个螺纹孔，用于与主体单元1螺栓连接，所述的直线轨道12两侧设有凹槽，以供凹形滑块11在内部上下滑动；所述的凹形滑块11与上下光杆9螺纹连接，凹形滑块11中间凹陷部分设有四个螺纹通孔，通过螺栓与直线导轨12进行连接固定，底部设有两个螺纹通孔，用于与内置式磁传感器固定，通过控制上下光杆9来带动凹形滑块11在直线轨道12上上下滑动，从而使内置式磁传感器上下移动。
42.所述第一固定单元5为包括第一圆弧形固定夹45、第一螺杆47和第一锁紧螺母43；所述的第一圆弧形固定夹45左右两侧分别设有固定面和螺纹孔，用于上下光杆9的固定，固定面上设有螺纹孔，用于与主体单元1固定；所述的第一螺杆47通过所述螺纹孔和第一锁紧螺母43螺栓连接，所述的第一圆弧形固定夹45固定面和第一螺杆47与上下光杆9左右面紧密接触；
43.所述第二固定单元6为包括第二圆弧形固定夹46、第二螺杆48和第二锁紧螺母44；所述的第二圆弧形固定夹46左右两侧分别设有固定面和螺纹孔，用于待标定钢筋的固定，固定面上设有螺纹孔，用于与主体单元1固定；所述的第二螺杆48通过所述螺纹孔和第二锁紧螺母44螺栓连接，所述的第二圆弧形固定夹46固定面和第二螺杆48与待标定钢筋左右面紧密接触。
44.作为一种改进，本实用新型所述的上下光杆9设有刻度，以供试验人员直观、准确测得内置式磁传感器的上下移动长度值，从而精确定位钢筋锈蚀的位置。
45.作为一种改进，本实用新型所述的直线导轨12采用铬轴承钢，直线轨道12两侧设有凹槽，以供凹形滑块11在内部上下滑动。
46.作为一种改进，本实用新型所述的凹形滑块11表面光滑，滑块11内侧设有凹槽，用于与直线导轨12连接，滑块11外侧设有凹槽，以保证磁传感器嵌入到凹形滑块11中，滑块11底部设有螺纹通孔，用于与内置式磁传感器的固定。
47.作为一种改进，本实用新型所述的第一圆弧形固定夹45和第二圆弧固定夹46两侧分别设有固定面和螺纹孔，固定面和第一螺杆47、第二螺杆48通过螺纹孔与上下光杆9和待标定钢筋紧密接触，使第一圆弧形固定夹45、第二圆弧形固定夹46与上下光杆9和待标定钢筋固定。
48.本实施例的适用于内置式磁传感器的钢筋多点位锈蚀标定装置的标定方法，过程如下：
49.将本实用新型装置主体单元1放置于无倾斜平面上，标定装置准备完成。
50.首先，安装传感器配件：将内置式磁传感器从内置式移动单元开槽7中放入主体单元1中，内置式移动单元3嵌入凹形滑块11，安装在上下移动单元4上；通过移动上下光杆9，从而调节内置式磁传感器的位置，并用第一圆弧形固定夹45通过调节第一锁紧螺母43对上下光杆9进行固定，根据上下光杆9刻度线所示，记录内置式传感器所移动的距离；
51.然后，将待标定钢筋称重后插入标定孔单元2中，根据标定孔孔边刻度线8所指位置在钢筋上标记，并通过第二固定单元6将待标定钢筋进行固定；
52.使用内置式传感器进行读数；取出钢筋进行通电锈蚀；锈蚀完成后对钢筋再次称重；将钢筋重新插入标定孔单元2中；根据刻度线8以及钢筋上标记校正钢筋位置，确保钢筋
位置与取出前一致；再次使用内置式磁传感器进行读数；
53.最后，根据测得质量变化及磁感应强度变化标定钢筋锈蚀情况。
54.需要注意的，在进行下一次标定时，测试钢筋不同位置的锈蚀，只需移动内置式磁传感器位置，将第一螺杆47旋出，上下光杆9可以沿着第一圆弧形固定夹45上下移动，从而内置式磁传感器沿着上下移动单元4上下移动。测试各个尺寸钢筋的锈蚀，只需将不同尺寸的钢筋放入标定孔单元2，将第二螺杆48旋出，待标定钢筋被第二圆弧形固定夹46固定，从而使钢筋标定时不晃动，提高了标定的精确度。
55.具体标定计算公式如下：
56.1.记录试件质量为m
ii
对应的钢筋混凝土试件锈蚀前标定钢筋的磁感应强度数据b
ii
，i为通电时间，i为通电前标号，ii为通电后标号；
57.2.以电流加速锈蚀的方式实现钢筋锈蚀的模拟实验，控制电流密度和通电时间相同，质量为m
ii
对应的钢筋混凝土试件分别通电i天；
58.3.记录组钢筋混凝土试件锈蚀后标定钢筋的磁感应强度数据b
iii
和钢筋质量数据m
iii
；
59.分别计算标定钢筋质量变化率δmi，计算公式为式(1)；
[0060][0061]
分别计算标定钢筋磁感应强度变化率δbi，计算公式为式(2)
[0062][0063]
对钢筋质量变化率与霍尔传感器磁感应强度变化率之间的关系进行线性拟合，得到线性关系系数α，标定完成。
[0064]
具体实现时，本实用新型对具体的器件型号不做限制，只要能完成上述功能的元器件均可。
[0065]
本说明书的实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本实用新型构思所能想到的等同技术手段。