CN101118149A

CN101118149A - 一种测量非金属板厚度的方法

Info

Publication number: CN101118149A
Application number: CNA2006101041095A
Authority: CN
Inventors: 王利广; 阚月鹏; 崔艳秋; 濮存亭; 孙刚柱; 唐金祥; 王文秋; 徐松涛; 杨静; 王岌; 陈广晴
Original assignee: Beijing Kangkerui Engineering Test Technology LLC
Current assignee: Beijing Kangkerui Engineering Test Technology LLC
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2008-02-06

Abstract

本发明公开了一种测量非金属板厚度的方法，它适用于工程建筑领域或其他领域中非金属板厚度的无损检测。本发明的测厚原理基于在空间交变电磁场中，空间某点磁场强度(用该点线圈的感应电压U表示)随该点距场源的距离H增大而单调衰减，用试验标定的方法，建立表征感应电压U与距离H相关关系的数值表。测试时，发射线圈在非金属板的一侧产生交变磁场，在非金属板另一侧的接收线圈接收交变磁场信号，经接收电路转换成电压信号U，通过查表在已标定的数组表中确定对应的H值，即非金属板厚度。全部过程可在单片机控制下自动完成。本原理简单明确，经济实用，便于推广应用。

Description

一种测量非金属板厚度的方法

技术领域

本发明涉及各种领域中非金属板厚度的检测，特别是预制或现浇混凝土板厚度的无损检测。

背景技术

非金属板特别是混凝土板无破损检测技术是对工程构件进行质量诊断的重要手段，对消除工程隐患、确保工程质量安全有十分重要的作用。

一直以来建筑工程中现浇混凝土板的检测是采用破损性的钻孔或非破损性的冲击回波方法，钻孔法破坏其原有的整体结构，冲击回波的方法误差大且稳定性和一致性差，不能满足测量的精度要求。因此，需要一种无破损、性能稳定、测量精度高的混凝土板厚度检测技术。

最近新出现一种利用交变磁场空间场强数学公式的检测方法，即采用磁场强度E和距离H的关系(其中M为磁矩，α为电磁波在被测介质中的衰减指数)

H＝lg^-1{[lg(2M)-lgE]/α}

通过测量E，计算混凝土板厚度H。该方法认为α是定值，但实际测量中混凝土的情况与理论情况存在一定差异，α不可能是定值；另一方面需要通过统计回归方法建立E和H的数学关系，因回归公式与实际相关关系间必然存在有差异，这样就可能产生较大的测量误差。另外，公式的建立和测量后的引用也存在着较大的计算量，导致该方法在应用上存在一定的弊端。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种精确测量非金属板厚度的方法，且本发明还具有测量精度优于现有的测量方法，方便、快捷、快速、自动等特点。其基于利用交变磁场场强与场源距离的相关关系测量非金属板厚度，但摒弃了公式法计算厚度的计算方法，而是通过试验生成数值表，用查表法进行精确测量。

本发明的测厚原理基于在空间交变电磁场中，空间某点磁场强度(用该点线圈的感应电压U表示)随该点距场源的距离H增大而单调衰减，用试验标定的方法，建立表征感应电压U与距离H相关关系的数值表。测试时，发射线圈在非金属板的一侧产生交变电磁场，在非金属板另一侧的接收线圈接收交变电磁场信号，经接收电路转换成电压信号U，通过查表在已标定的数组表中确定对应的H值，即非金属板厚度。全部过程可在单片机控制下自动完成。

本发明的测量非金属板厚度的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：通过在绕制的发射线圈中给出交变电流的方式作为场源，在空间形成稳定交变磁场，将另一个接收线圈置于发射线圈附近，则在接收线圈的两个引出端之间产生感应电压；将收、发线圈轴线置于同一条直线上、改变两线圈间的距离H，对应固定间隔差值的不同H值测取电压U，产生描述U与H关系的量化数值表，每一个H值对应一个U值；

步骤2：将步骤1中得出U与H关系的量化数值表固化到单片机内，可由测得的电压值U自动查表得出收发探头间的距离H，自动确定H值；

步骤3：将发射、接收探头相对放置在被测非金属板的两侧面，移动探头位置，单片机内固化的U与H对应表会根据测量电压U值比较找到最大值，此时，表明发射、接收探头处于上下正对的状态，获得被测板的厚度。

在上述步骤中，其特征在于是通过实验标定的方式建立满足测试精度要求的描述U～H关系的量化数值表，实际测量中自动完成对非金属板的厚度的测试。

该方法是通过试验验证在稳定交变磁场中随着与场源距离的增加，空间各点磁场强度的变化为单调下降规律。通过在绕制的发射线圈中给出交变电流的方式作为场源，在空间形成稳定交变磁场，将另一个接收线圈置于发射线圈附近，则将在接收线圈的两个引出端之间产生感应电压，如图1。将收、发线圈轴线置于同一条直线上、改变两线圈间的距离H，通过测量收、发线圈不同距离时接收线圈两引出端电压的有效值U，得出随H的增加，U的变化规律为单调下降的曲线，即保证了对应于一个确定的H，U呈单值性，如图2所示。

在上述试验结果的基础上将U与H的关系量化，用如上述试验方法，对应固定间隔差值的不同H值测取电压U，产生描述U与H关系的量化数值表，每一个H值对应一个U值。通过缩小H的固定间隔差值，达到精确标定U与H变化规律的目的。在本发明中，测试混凝土厚度H变化范围为50mm～350mm，固定间隔差值为1mm，得到描述U与H关系的量化数值表如下：

表1本发明混凝土厚度试验生成的U～H数值表

距离H(mm)	50	51	52	53	......	346	347	348	349	350
距离H(mm)	50	51	52	53	......	346	347	348	349	350	电压U(v)	3.299	3.277	3.256	3.215	......	0.051	0.049	0.048	0.047	0.047

由于该数值表所对应的U～H关系曲线是一条单调下降的曲线(如图2所示)，且通过多次试验证实，在场源强度不变的条件下，该曲线具有很好的重复性，从而可以利用试验标定的U～H数值表，通过对U值的测量进而查表得出收、发探头间的距离H。

如图3所示，在单片机内按照其查表操作流程，可由测得的电压值U自动查表得出收发探头间的距离H，达到自动确定H值的目的。

将上述建立的测量方法应用于非金属板的厚度检测。将发射、接收探头相对放置在被测非金属板的两侧面，当发射、接收探头的轴线在一条直线上并与被测板面垂直即上下探头正对时，其探头表面间距即为被测板的厚度。在实际测量中，移动探头位置，当测量电压U值达到最大值时，表明发射、接收探头处于上下正对的状态，获得被测板的厚度。

在单片机内，按照图4查找流程，可在测得的电压值U中自动找到最大值，其对应的位置即为发射、接收探头上下正对的位置，达到自动化测量的目的。

以混凝土楼板的厚度检测为例，说明将本检测方法应用于非金属板厚度检测的步骤。首先将以发射线圈制作的发射探头置于楼板的下底面，将以接收线圈制作的接收探头置于楼板的上表面；然后先后沿二个互相正交的直线方向移动接收探头，执行查找流程找到二个正交方向上测量电压最大值的共同点位置，此时探头间距即为楼板厚度，执行查表操作流程自动查表得到楼板厚度，整个测量过程和结果显示全部自动化。

本发明与现有技术相比具有的以下效果：

1、利用当发射交变磁场强度固定时，随接收距离的增加交变磁场强度单调衰减的特性，实现无损检测。省时省力，快速实用。

2、本发明中涉及到的标定试验用标准厚度板的厚度分辨率(即表1中的厚度间隔差值，本试验中是1mm)直接决定了最终的测量精度，只要在标定表1时，厚度分辨率足够高，达到1mm，即可达到相应的±0.5mm的测试精度。理论上在信号测量电路的信号分辨率足够高的前提下，减小标准板的厚度间隔可以进一步提高测量精度。通过实验证实，制作1mm间隔的标准厚度板，并配合二次插值算法，在信号分辨率为0.2‰的情况下，测量误差可以小于±0.5mm。因此查表法具有提高测量精度、简化实现方式的优点。

3、本发明中用到的查表法，建表方法简单且容易理解，测试操作简便，数据处理无需进行复杂的数学运算，使用低端的数字电路或单片机即可完成。并且可以通过手工查表的方式对测试结果加以验证。

4、对特殊情况的厚度测量，例如被测介质中含有足以影响测试精度的铁磁性物质时，可按上述方法快速建立针对实际被测介质的合适厚度范围的数据表，以达到提高测量精度的目的。

附图说明

图1是本发明涉及的实验过程中收发线圈位置示意图。

图2是根据本发明标定出的数组表画出的U与H关系曲线图。

图3是本发明涉及到的查表操作流程图。

图4是本发明涉及到的查找测量电压最大值操作流程图。

具体实施方式

运用以上发明中介绍的查表测量法，制作发射探头和接收探头，由发射探头产生交变磁场，通过非金属介质传播后，被接收探头接收，通过数据处理电路转化成电压信号值U，厚度值H对应唯一的一个电压信号值U，生成数组表(Hi，Ui)，i＝1，2，......n。发射探头里产生交变磁场的线圈直径为2-25厘米，线圈匝数为3-1200圈。接收探头里接收交变磁场的线圈直径为2-25厘米，线圈匝数为3-1200圈。

本发明应用于混凝土板厚度的测量时，发射探头产生交变磁场，接收探头实时接收信号，将得到的电压信号值U，查表查到此信号值对应的厚度值H，实时比较H值的大小，从中找出H中的最小值，即是当前非金属板的真实厚度值，显示在主机的显示屏上。

用本发明测量非金属板厚度方法制作的仪器由发射探头、接收探头、主机等组成，在测量过程中，接收探头通过电缆线连接主机。本发明测量厚度范围可达50至350mm，测量误差不超过±0.5mm，满足工程质量检测的要求。

实施例1：测量混凝土厚度，通过在绕制的发射线圈中给出交变电流的方式作为场源，在空间形成稳定交变磁场，将另一个接收线圈置于发射线圈附近，则在接收线圈的两个引出端之间产生感应电压；将收、发线圈轴线置于同一条直线上、改变两线圈间的距离H，对应固定间隔差值的不同H值测取电压U，产生描述U与H关系的量化数值表，每一个H值对应一个U值，生成数组表(Hi，Ui)，i＝1，2，……n；

将上述得出U与H关系的量化数值表固化到测量仪器的单片机内，由测得的电压值U自动查表得出收发探头间的距离H，自动确定H值；

将发射、接收探头相对放置在混凝土板的两侧面，移动探头位置，单片机内固化的U与H对应表会根据测量电压U值自动比较找到最大值，此时，表明发射、接收探头处于上下正对的状态，获得混凝土板的厚度。

Claims

1.一种测量非金属板厚度的方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的测量非金属板厚度的方法，其特征在于上述步骤中，是通过实验标定的方式建立满足测试精度要求的描述U与H关系的量化数值表，实际测量中自动完成对非金属板的厚度的测试。

3.根据权利要求1或2所述的测量非金属板厚度的方法，其特征在于：H变化范围为50mm～350mm，固定间隔差值为1mm。

4.根据权利要求1或2所述的测量非金属板厚度的方法，其特征在于：发射探头里产生交变磁场的线圈直径为2-25厘米，线圈匝数为3-1200圈；接收探头里接收交变磁场的线圈直径为2-25厘米，线圈匝数为3-1200圈。