CN103743776A - 基于感应加热和红外热像的混凝土内钢筋检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于感应加热和红外热像的混凝土内钢筋检测方法，包括以下步骤：在内含钢筋的混凝土试样外布置线圈，在线圈的两端接通交流电源，线圈产生的磁场使混凝土内的钢筋本体内产生感应涡流并产生热效应；在钢筋产生的热量逐渐传递到混凝土表面以及停止加热后混凝土表面逐渐降温的过程中使用红外热像仪连续观测和记录混凝土表面的温度场变化，对应得知混凝土中钢筋的情况；将红外热像仪获取的红外热像图传输至处理器，进行数据处理和定位分析，对混凝土中埋设的钢筋进行定性诊断。本发明利用线圈对混凝土内的钢筋进行感应加热，并利用红外热像技术，可以灵敏地探测到混凝土的红外辐射，从而实现混凝土内钢筋的各种性能的精确检测。

Description

基于感应加热和红外热像的混凝土内钢筋检测方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土内钢筋的检测方法，尤其涉及一种基于感应加热和红外热像的混凝土内钢筋检测方法。

背景技术

钢筋混凝土是内置钢筋的混凝土，大量用于建筑，钢筋在混凝土中主要承受拉应力，使混凝土能够更好地承受外力。在混凝土中钢筋的数量是否与设计图纸一致、钢筋的布置位置恰当、钢筋采取的不同连接方式、钢筋间焊接状态等因素，直接影响到钢筋在混凝土中发挥的作用。因此，如何准确判断混凝土中钢筋的状态已经成为当前研究的热点。

现在一般使用的仪器，其原理一般都是由于钢筋的存在，使检测仪形成的电磁场受到影响，使线圈中产生感应电流，感应电流放大后，驱动显示仪表给出测试结果。

根据电磁场理论，线圈是严格磁偶极子，当信号源供给交变电流时，它向外界辐射出电磁场；钢筋是一个电偶极子，它接收外界电场，从而产生大小沿钢筋分布的感应电流。钢筋的感应电流重新向外界辐射出电磁场（即二次场），使原激励线圈产生感应电动势，从而使线圈的输出电压产生变化，目前的测试仪器正是根据这一变化来确定钢筋所在的位置。根据这一特点，在测试中，可以自动锁定受影响最大的点，即信号值最大的点，从而得出钢筋位置的信息。   

但是，基于上述原理，目前的检测仪器无法检测含有铁磁性物质的混凝土内的钢筋，无法检测密集布置的相邻钢筋和双层（或多层）钢筋，无法区分混凝土内绑扎钢筋用的金属丝与钢筋本身，也无法确定混凝土内钢筋的焊接的准确部位。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于感应加热和红外热像的混凝土内钢筋检测方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于感应加热和红外热像的混凝土内钢筋检测方法，包括以下步骤：

（1） 在内含钢筋的混凝土试样外布置线圈，在线圈的两端接通交流电源，线圈产生的磁场使混凝土内的钢筋本体内产生感应涡流并产生热效应；

（2） 在钢筋产生的热量逐渐传递到混凝土表面以及停止加热后混凝土表面逐渐降温的过程中使用红外热像仪连续观测和记录混凝土表面的温度场变化，对应得知混凝土中钢筋的情况；

（3） 将红外热像仪获取的红外热像图传输至处理器，进行数据处理和定位分析，对混凝土中埋设的钢筋进行定性诊断。

上述方法最重要的两个技术是感应加热和红外成像，具体介绍如下：

感应加热是指将金属材料放到感应线圈内或旁边，感应线圈一般是输入中频或高频交流电的高频电缆。产生的交变磁场在金属材料中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在金属材料的分布是不均匀的，具有表面强而内部弱的特点，中心位置接近于0，利用这个“集肤效应”，可使金属材料表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000℃，而芯部温度升温很小。当使用感应线圈在混凝土表面持续产生高频交变磁场时，混凝土中的钢筋在“集肤效应”的作用下被加热，其产生的热量改变钢筋附近的温度场，热量在混凝土中传递，最终导致混凝土表面温度出现差异。

红外成像属于非接触测温的一种方法，基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量。分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大；反之，辐射的能量愈小。利用这一特性，通过光电红外探测器将物体发热部位辐射的功率信号转换成电信号后，成像装置——红外热像仪就可以一一对应地模拟出物体表面温度的空间分布，最后经系统处理，形成热图像视频信号，传至处理器的显示屏幕上，就得到与物体表面热分布相对应的热像图，通过利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差，从而得到目标表面温度分布的图像。运用这一方法，便能实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温，并可进行智能分析判断，当混凝土内钢筋存在某种缺陷时，由于缺陷类型形态及分布不同直接导致表面温度发生变化，使红外热像仪输出的热像图上出现温度场异样，而在红外热像上出现的“热斑”其范围和程度反映了该部位的缺陷程度及范围，从而达到检测缺陷的目的。具体分析判断方法则根据实际需要而定，一般技术人员不需要创新即可完成。

具体地，所述步骤（1）中，所述交流电源的频率为50赫兹或0.5～8千赫兹；所述交流电源的频率为0.5～8千赫兹时，所述交流电源用可控硅逆变器产生。感应加热混凝土内钢筋的加热深度，取决于交流电的频率，一般是频率越高加热深度越浅，为了将热量集中于钢筋表面，所以尽量选择高频交流电源。

根据实际情况，所述步骤（1）中，所述线圈采用平面式或环绕式布置于混凝土试样外，使需要检测的混凝土内部的钢筋被线圈感应区域覆盖80%以上。

作为优选，所述步骤（2）中，用线圈对混凝土内的钢筋加热的时间为10～20分钟；用红外热像仪对被测试区域以2分钟为周期逐一拍摄热红外图像；通过红外热像仪上出现的“热斑”图像的范围和程度对应得知被测混凝土内部钢筋的数量、位置、连接方式和焊接状态信息。

本发明的有益效果在于：

本发明利用线圈中的交流电产生的交变磁场在混凝土内的钢筋中产生“集肤效应”，使钢筋表面迅速加热，利用钢筋的热特性充分反应钢筋存在缺陷的特点及红外热像技术，可以灵敏地探测到混凝土内钢筋的各种性能如数量、位置、连接方式、焊接状态，解决了现有检测手段无法对铁磁性物质的混凝土内钢筋、密集度高的混凝土内钢筋、混凝土内钢筋焊接部位进行准确检测的问题。本发明使用的检测装置为成熟产品，操作简单；获得的数据真实准确，并可进行后续处理以便为工程应用提供更多的可能性，对建筑行业的发展有显著的辅助推动作用，并具备广泛应用的基础。

附图说明

图1是本发明所述基于感应加热和红外热像的混凝土内钢筋检测方法所采用检测装置的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，本方法中涉及的主要产品有内含钢筋的混凝土试样2、线圈1、红外热像仪3和处理器4，线圈1用于为混凝土试样2内的钢筋提供感应电流，红外热像仪3用于检测钢筋发热后传递到混凝土试样2表面的热量，处理器4用于将红外热像仪3的检测信号进行处理并完成计算、分析和判断。图1中还示出了红外热像仪3的照射区域S。

说明：下文中的混凝土即为上述混凝土试样2，提到混凝土试样2，只是为了强调是用于检测的一块混凝土，不是未凝固混凝土或其它大体积混凝土结构，所以，下文的混凝土也以混凝土2的方式进行描述。

结合图1，本发明所述基于感应加热和红外热像的混凝土内钢筋检测方法包括以下步骤：

（1）在内含钢筋的混凝土试样2外采用平面式方式布置线圈1，使需要检测的混凝土2内部的钢筋被线圈1的感应区域覆盖80%以上，在线圈1的两端接通交流电源，线圈1产生的磁场使混凝土2内的钢筋本体内产生感应涡流并产生热效应；本步骤中，所述交流电源的频率为50赫兹或0.5～8千赫兹，选择0.5～8千赫兹时，用可控硅逆变器产生，在条件允许的情况下，尽量选择高频交流电源；线圈1也可以采用环绕式方式布置于混凝土试样2外，具体根据混凝土试样2的体积和线圈1的大小确定。

从便于实现的角度出发，目前一般选用工频（50HZ）为感应加热频率，钢筋的加热深度为10-20mm，频率f与加热深度δ的关系，有如下经验公式：

△I＝                                                

其中，△I表示金属（本发明中为钢筋）的“透热深度”（米），F表示加热频率（赫兹），ρ表示金属的导电率（欧姆·米），μ表示金属的导磁率（4π×10^-7特斯拉/安培）。

（2）在钢筋产生的热量逐渐传递到混凝土表面以及停止加热后混凝土表面逐渐降温的过程中使用红外热像仪连续观测和记录混凝土表面的温度场变化，对应得知混凝土中钢筋的情况；本步骤中，用线圈1对混凝土2内的钢筋加热的时间为10～20分钟；用红外热像仪3对被测试区域即红外热像仪3的照射区域S以2分钟为周期逐一拍摄热红外图像，通过红外热像仪3上出现的“热斑”图像的范围和程度对应得知被测混凝土2内部钢筋的数量、位置、连接方式和焊接状态信息。

（3） 将红外热像仪3获取的红外热像图传输至处理器4，进行数据处理和定位分析，对混凝土中埋设的钢筋进行定性诊断；本步骤的具体分析判断方法则根据实际需要而定，一般技术人员不需要创新即可完成，在此不再赘述。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，比如：线圈1的交流电源频率还可以为50 HZ以上的其它频率；高频交流电源的产生也不限于可控硅逆变器；线圈1还可采用不同角度布置于混凝土试样2外；对混凝土2内的钢筋进行感应加热的时间也可以少于10分钟或大于20分钟红外热像仪3的拍摄周期还可大于或小于2分钟；这些改变均能在一定程度上实现本发明的有益效果，只是不能达到最佳效果；只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于感应加热和红外热像的混凝土内钢筋检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

在内含钢筋的混凝土试样外布置线圈，在线圈的两端接通交流电源，线圈产生的磁场使混凝土内的钢筋本体内产生感应涡流并产生热效应；

在钢筋产生的热量逐渐传递到混凝土表面以及停止加热后混凝土表面逐渐降温的过程中使用红外热像仪连续观测和记录混凝土表面的温度场变化，对应得知混凝土中钢筋的情况；

将红外热像仪获取的红外热像图传输至处理器，进行数据处理和定位分析，对混凝土中埋设的钢筋进行定性诊断。

2.根据权利要求1所述的基于感应加热和红外热像的混凝土内钢筋检测方法，其特征在于：所述步骤（1）中，所述交流电源的频率为50赫兹或0.5～8千赫兹。

3.根据权利要求2所述的基于感应加热和红外热像的混凝土内钢筋检测方法，其特征在于：所述交流电源的频率为0.5～8千赫兹时，所述交流电源用可控硅逆变器产生。

4.根据权利要求1 、2或3所述的基于感应加热和红外热像的混凝土内钢筋检测方法，其特征在于：所述步骤（1）中，所述线圈采用平面式或环绕式布置于混凝土试样外，使需要检测的混凝土内部的钢筋被线圈感应区域覆盖80%以上。

5.根据权利要求1所述的基于感应加热和红外热像的混凝土内钢筋检测方法，其特征在于：所述步骤（2）中，用线圈对混凝土内的钢筋加热的时间为10～20分钟。

6.根据权利要求5所述的基于感应加热和红外热像的混凝土内钢筋检测方法，其特征在于：所述步骤（2）中，用红外热像仪对被测试区域以2分钟为周期逐一拍摄热红外图像。

7.根据权利要求1、5或6所述的基于感应加热和红外热像的混凝土内钢筋检测方法，其特征在于：所述步骤（2）中，通过红外热像仪上出现的“热斑”图像的范围和程度对应得知被测混凝土内部钢筋的数量、位置、连接方式和焊接状态信息。

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