CN107014894A - 基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统及方法，该基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统的整体结构设计较为简单，利用电磁铁与钢结构之间的电磁引力作为评判钢结构表面锈蚀损伤状态的指标因素，通过控制等磁引力而绘制等词引力线/面而实现对钢结构表面的图像成像，用以表征钢结构表面的锈蚀损伤情况，其成像方法的数据处理和图像呈现简单直观、复杂度低、易于实现，且其检测原理不存在对测试人员的辐射伤害，能够有效的绘制出钢结构锈蚀区域表面的形貌，能够很好的用于对保护材料层下钢结构表面的锈蚀损伤进行定量化的检测和判定，有利于其在钢结构锈蚀损伤无创探测技术领域中广泛应用。

Description

基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统及方法

技术领域

本发明属于结构安全监测技术领域，具体涉及一种钢筋混凝土内部钢筋损伤的检测技术，尤其涉及一种基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统及方法。

背景技术

钢筋混凝土是全世界应用最为广泛的建筑材料之一，其材料劣化大多是由于内部钢筋骨架的锈蚀所致。在工程结构中，锈蚀问题依然比较严峻，不但会降低结构的承载力，而且会使结构出现更大的损伤和破坏。

无损检测在检测过程中对构件的损伤比较小或无损伤，这是钢筋损伤检测的发展方向。针对无损检测，现已涌现出不少技术和方法，大致可分为3大类：分析法、物理法和电化学法。

分析法是综合结构本身、外界环境以及时间等影响因素，对钢筋的锈蚀情况进行分析和推断的方法。分析法能够将锈蚀问题的原理剖析透彻，但具有较大随机性，但不同影响因素的组合会造成分析结果的不唯一性，此外，选择不同的锈蚀预测模型，分析效果也会不尽相同。

物理法是通过测定钢筋锈蚀引起物理特性的变化，判断钢筋的锈蚀情况。物理法主要包括电阻棒法、射线法、声发射探测法、红外热像法以及磁检测法等。物理法便于操作，受环境的干扰较小，但目前仅用于定性分析，比较难以进行定量分析，实际应用收到很大的限制，基本停留于试验阶段。

电化学法是通过测定与腐蚀体系相关的电化学特性，确定混凝土中钢筋锈蚀程度或速度，反映钢筋腐蚀的本质。电化学法具有灵敏度高、原位测量、可连续跟踪和测试速度快等优点。综合众多文献可知，对于上述检测方法的研究较多，但部分实验结果都比较模糊，并且需要进行复杂的后期数据处理，才能得到检测结果。

由此，为了对钢筋混凝土结构实施更好地管理和维护，从新的技术角度提出内部钢结构损伤的检测方案是十分有必要的。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明目的在于提供一种基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统，该装置利用电磁铁与钢结构之间的电磁引力作为评判钢结构表面锈蚀损伤状态的指标因素，能够实现对钢筋混凝土内部钢结构表面的成像，用以表征钢筋混凝土内部钢结构表面的锈蚀损伤情况。

为解决上述技术问题，实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：

基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统，包括电磁检测装置，能够带动电磁检测装置调整磁吸检测平面位置和磁吸检测距离位置的检测位置控制器，以及用于执行钢结构表面锈蚀损伤成像的等磁成像处理装置；

所述电磁检测装置具有可滑动安装在滑轨上的电磁铁，且电磁铁在滑轨上的滑动方向平行于磁吸检测距离位置的调整方向，电磁铁的两个磁极端沿磁吸检测距离位置的调整方向布置，并以电磁铁的一个磁极端作为磁吸检测端，在正对电磁铁的磁吸检测端一侧的位置处设置有一个支撑部，且在电磁铁的磁吸检测端面与支撑部之间设置有压力传感器，使得压力传感器能够感测电磁铁的磁吸检测端面与支撑部之间的挤压力；

所述等磁成像处理装置的电磁引力数据采集端与电磁检测装置中压力传感器的感测压力输出端进行电连接，等磁成像处理装置的成像平面位置控制信号输出端和成像距离位置控制信号输出端分别与检测位置控制器的磁吸检测平面位置控制信号输入端和磁吸检测距离位置控制信号输入端进行电连接。

上述基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统中，作为优选方案，所述电磁检测装置包括整体呈筒状的检测装置壳体，电磁铁设置在检测装置壳体的中空空间内且通过滚珠与检测装置壳体的筒状侧壁滑动连接，使得电磁铁能够在检测装置壳体内以其筒状侧壁作为滑轨沿其筒状轴线方向滑动，检测装置壳体的顶部具有能够限制电磁铁滑出的限位结构，电磁铁朝向检测装置壳体底面的一个磁极端作为磁吸检测端，且检测装置壳体的底面封闭形成正对电磁铁的磁吸检测端一侧的支撑部，压力传感器安装在检测装置壳体的底面上，使得压力传感器能够感测电磁铁的磁吸检测端面与检测装置壳体底面之间的挤压力。

上述基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统中，作为优选方案，所述电磁检测装置中检测装置壳体和滚珠的材质为铝或铝合金。

上述基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统中，作为优选方案，所述压力传感器采用压电陶瓷片。

上述基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统中，作为优选方案，所述检测位置控制器包括能够带动电磁检测装置在平面移动以调整磁吸检测平面位置的检测平面移动机构，能够带动电磁检测装置垂直于磁吸检测平面移动以调整磁吸检测距离位置的检测距离移动机构，能够驱动所述检测平面移动机构和检测距离移动机构运行的检测移动驱动器，以及控制检测移动驱动器驱动检测平面移动机构和检测距离移动机构调整磁吸检测平面位置和磁吸检测距离位置的检测位置控制模块，检测位置控制模块的检测位置信号输出端与检测移动驱动器的检测位置驱动控制端电连接，检测位置控制模块的磁吸检测平面位置控制信号输入端和磁吸检测距离位置控制信号输入端分别与等磁成像处理装置的成像平面位置控制信号输出端和成像距离位置控制信号输出端进行电连接。

上述基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统中，作为优选方案，所述等磁成像处理装置执行钢结构锈蚀损伤成像的方式为：

等磁成像处理装置中记录有预设电磁引力值，用于在磁检测装置对被测钢结构表面进行磁吸检测的过程中，同步采集来自电磁检测装置中压力传感器的感测压力值并转换处理为相应的电磁引力检测数据值，且通过向检测位置控制器输出成像平面位置控制信号和成像距离位置控制信号，控制检测位置控制器带动电磁检测装置对被测钢结构表面进行磁吸检测的调整磁吸检测平面位置和磁吸检测距离位置，使得对被测钢结构表面的各不同磁吸检测平面位置点进行磁吸检测时的电磁引力检测数据值与预设电磁引力值相等，并记录对被测钢结构表面的各不同磁吸检测平面位置点进行磁吸检测时对应的成像平面位置以及电磁引力检测数据值与预设电磁引力值相等时的磁吸检测距离位置对应的成像距离位置，绘制出被测钢结构表面对应于不同磁吸检测平面位置点处的等磁距离像，进而实现对钢结构表面的图像成像，用以表征钢结构表面的锈蚀损伤情况。

相应地，本发明还提供了上述基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统的成像方法。为此，本发明采用了如下的技术方案：

上述基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统的成像方法，包括如下步骤：

A）在所述钢结构锈蚀损伤成像系统的等磁成像处理装置中设定和记录预设电磁引力值；

B）针对被测钢结构表平面的所在位置，调整钢结构锈蚀损伤成像系统与被测钢结构表平面的相对位置，使得电磁检测装置进行磁吸检测平面位置调整的方向与被测钢结构的表平面方向相平行；

C）启动所述钢结构锈蚀损伤成像系统，由电磁检测装置对被测钢结构表面进行磁吸检测，等磁成像处理装置同步采集来自电磁检测装置中压力传感器的感测压力值并转换处理为相应的电磁引力检测数据值，且由等磁成像处理装置向检测位置控制器输出成像平面位置控制信号和成像距离位置控制信号，控制检测位置控制器带动电磁检测装置对被测钢结构表面进行磁吸检测的调整磁吸检测平面位置和磁吸检测距离位置，使得对被测钢结构表面的各不同磁吸检测平面位置点进行磁吸检测时的电磁引力检测数据值与预设电磁引力值相等，由等磁成像处理装置记录对被测钢结构表面的各不同磁吸检测平面位置点进行磁吸检测时对应的成像平面位置以及电磁引力检测数据值与预设电磁引力值相等时的磁吸检测距离位置对应的成像距离位置，绘制出被测钢结构表面对应于不同磁吸检测平面位置点处的等磁距离像，进而实现对钢结构表面的图像成像，用以表征钢结构表面的锈蚀损伤情况。

上述基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统的成像方法中，作为优先方案，所述步骤C）具体为：

c1）启动所述钢结构锈蚀损伤成像系统，由电磁检测装置对被测钢结构表面进行磁吸检测，等磁成像处理装置同步采集来自电磁检测装置中压力传感器的感测压力值并转换处理为相应的电磁引力检测数据值；

c2）在电磁检测装置针对一个磁吸检测平面位置点对被测钢结构表面进行磁吸检测时，等磁成像处理装置记录该磁吸检测平面位置对应的成像平面位置，且若电磁引力检测数据值与预设电磁引力值相等则直接记录当前的磁吸检测距离位置对应的成像距离位置用于进行成像，若电磁引力检测数据值与预设电磁引力值不相等，则控制检测位置控制器调整电磁检测装置的磁吸检测距离位置使得电磁引力检测数据值与预设电磁引力值相等后，再记录当前的磁吸检测距离位置对应的成像距离位置用于进行成像；

c3）重复执行步骤c2），由等磁成像处理装置控制检测位置控制器带动电磁检测装置在各不同磁吸检测平面位置点对被测钢结构表面进行磁吸检测，得到对被测钢结构表面的各不同磁吸检测平面位置点进行磁吸检测所记录的成像平面位置和成像距离位置，绘制出被测钢结构表面对应于不同磁吸检测平面位置点处的等磁距离像，进而实现对钢结构表面的图像成像，用以表征钢结构表面的锈蚀损伤情况。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统的整体结构设计较为简单，不需要使用高精密度设备和仪器，硬件结构成本低。

2、本发明基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统利用电磁铁与钢结构之间的电磁引力作为评判钢结构表面锈蚀损伤状态的指标因素，通过控制等磁引力而绘制等词引力线/面而实现对钢结构表面的图像成像，用以表征钢结构表面的锈蚀损伤情况，其成像方法不需要对电磁铁输入特定种类的信号激励源（即不需要对信号激励源的频率、相位等参量进行严格调控），对信号源要求不高，且对压力传感器的感测压力信号不需要进行复杂的后期数据处理便能够完成对钢结构表面的成像，数据处理和图像呈现简单直观、复杂度低、易于实现。

3、本发明基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统及其成像方法，由于是利用电磁引力探测原理进行检测和成像，因此不存在对测试人员的辐射伤害。

4、本发明基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统的结构简单、成本低廉，其成像方法的数据处理复杂度低、操作简单，能够有效的绘制出钢结构锈蚀区域表面的形貌，能够很好的用于对保护材料层下钢结构表面的锈蚀损伤进行定量化的检测和判定，有利于其在钢结构锈蚀损伤无创探测技术领域中广泛应用。

附图说明

图1为本发明基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统的结构示意图。

图2为本发明钢结构锈蚀损伤成像系统中电磁检测装置一种具体实施方式的结构剖视示意图。

图3为利用本发明基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统的电磁检测装置扫描钢筋混凝土内部钢结构表面不同位置处的扫描路径以及由等磁成像处理装置对钢筋混凝土内部钢结构表面进行图像成像的效果示意图。

具体实施方式

针对于钢筋混凝土内部钢结构的锈蚀损伤无创检测问题，本发明提出了一种基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统和成像方法，目的是在探索一种新的、更简单高效的钢结构表面锈蚀损伤的无创检测方案；其基本原理是电磁铁（带铁芯的电磁线圈）在通电后，电流激励磁场，磁场进而作用于钢结构，造成钢结构局部磁化产生磁极，从而在电磁铁和钢结构之间产生磁相互作用力，此作用力根据能量最低原理一定是一种引力，称为电磁引力。在电磁铁远离钢结构的过程中可以自然实现材料退磁，可以防止对钢结构产生剩余磁化，避免污染后期进行电磁引力探测的检测数据。线圈与钢结构之间的磁吸引力F可以表达为：

； （1）

公式（1）是对钢结构表面附近磁感应强度进行积分，其中，B为线圈与钢结构间隙的磁感应强度，μ ₀为空气磁导率。当电磁铁和钢结构表面之间的距离增加后，由于电磁铁线圈磁场激励减弱，钢结构的磁化相应也会减弱，从而使得钢结构表面各处的磁感应强度B也发生减弱。那么根据（1）式可以判断，电磁铁和钢结构表面之间的检测距离越大则磁吸引力越弱。

基于上述的技术原理，本发明相应提供了一种基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统，能够用于实现对钢筋混凝土内部钢结构表面的成像。如图1所示，该基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统包括电磁检测装置10，能够带动电磁检测装置10调整磁吸检测平面位置和磁吸检测距离位置的检测位置控制器20，以及用于执行钢结构锈蚀损伤成像的等磁成像处理装置30。电磁检测装置10具有可滑动安装在滑轨上的电磁铁11，且电磁铁11在滑轨上的滑动方向平行于磁吸检测距离位置的调整方向，电磁铁11的两个磁极端沿磁吸检测距离位置的调整方向布置，并以电磁铁的一个磁极端作为磁吸检测端，在正对电磁铁的磁吸检测端一侧的位置处设置有一个支撑部12，且在电磁铁11的磁吸检测端面与支撑部之间设置有压力传感器13，由支撑部12作为电磁铁11受到电磁引力挤压压力传感器13时提供反力支撑的结构，使得压力传感器13能够感测电磁铁11的磁吸检测端面与支撑部12之间的挤压力。这样在实际检测时，调整钢结构锈蚀损伤成像系统磁吸检测平面位置的调整方向与被测钢结构的表平面方向相平行（相应地，磁吸检测距离位置的调整方向则垂直于钢结构的表平面方向），可以通过电磁检测装置中电磁铁的磁吸检测端去磁吸钢结构表面，二者之间的电磁引力使得电磁铁具有沿滑轨（垂直于钢结构表平面的方向）向钢结构方向滑动的趋势，且该趋势被支撑部和压力传感器所提供的支撑力所阻挡，使得压力传感器受到电磁铁的磁吸检测端面和支撑部的挤压；若调整电磁检测装置的磁吸检测距离位置，使得电磁铁的磁吸检测端与钢结构表面之间的距离越远，则压力传感器感测到的压力越小，反之，压力传感器感测到的压力则越大；由此，便可以利用力传感器感测到的压力大小来表征电磁检测装置中电磁铁与钢结构之间的电磁引力大小。等磁成像处理装置30的电磁引力数据采集端与电磁检测装置10中压力传感器的感测压力输出端进行电连接，等磁成像处理装置30的成像平面位置控制信号输出端和成像距离位置控制信号输出端分别与检测位置控制器20的磁吸检测平面位置控制信号输入端和磁吸检测距离位置控制信号输入端进行电连接，使得等磁成像处理装置能够采集电磁检测装置中压力传感器的感测压力值，并能够控制检测位置控制器带动电磁检测装置调整磁吸检测平面位置和磁吸检测距离位置。

在电磁检测装置的具体结构设计上，可以有很多种具体设计实现方式，只要能够具备上述的滑轨、电磁铁、支撑部和压力传感器的关联结构即可。而作为一种优选的结构设计方案，如图2所示，可以设计电磁检测装置10包括一个整体呈筒状的检测装置壳体14，电磁铁11设置在检测装置壳体14的中空空间内且通过滚珠15与检测装置壳体的筒状侧壁滑动连接，使得电磁铁11能够在检测装置壳体14内以其筒状侧壁作为滑轨沿其筒状轴线方向滑动，检测装置壳体14的顶部具有能够限制电磁铁滑出的限位结构，该限位结构可以是沿检测装置壳体的筒状侧壁顶部边缘向筒状轴线方向延伸凸起的限位凸沿，也可以是全封闭检测装置壳体顶部的顶面板，在起到限位作用的同时以起到更好的结构保护作用；电磁铁朝11向检测装置壳体14底面的一个磁极端作为磁吸检测端，且检测装置壳体11的底面封闭形成正对电磁铁11的磁吸检测端一侧的支撑部12，压力传感器13安装在检测装置壳体14的底面上，使得压力传感器14能够感测电磁铁11的磁吸检测端面与检测装置壳体14底面之间的挤压力。具体实施时，检测装置壳体和滚珠最好采用非导磁材料，避免电磁铁通电时对电磁引力造成干扰，也避免检测装置壳体和滚珠受到电磁引力干扰而对电磁铁在电磁检测装置内的滑动产生阻力，影响对钢结构表面的磁吸检测和成像；而作为优选，检测装置壳体和滚珠的材质最好采用铝或铝合金，在防止电磁引力干扰的同时还使得检测装置壳体具备足够的强度，从而能够对内部结构形成良好保护。压力传感器也可以采用现有压力检测设备中常用的压力传感器器件，利用压力传感器感测的压力来表征进行磁吸检测时电磁铁与钢结构之间的电磁引力；而作为成本角度考虑，压力传感器可以优选采用压电陶瓷片，其成本较低且压力感测精度较高。在电磁检测装置中，电磁铁和压力传感器的供电可以设计采用独立电源，也可以设计通过检测位置控制器或者等磁成像处理装置进行供电；其中，电磁铁的供电最好采用交流电，目的是为了防止在检测过程中钢结构发生磁化而引发检测成像失真。

在检测位置控制器的具体结构设计上，也可以有很多种具体设计实现方式。具体而言，如图1所示，检测位置控制器20可以设计包括能够带动电磁检测装置10在平面移动以调整磁吸检测平面位置的检测平面移动机构21，能够带动电磁检测装置10垂直于磁吸检测平面移动以调整磁吸检测距离位置的检测距离移动机构22，能够驱动所述检测平面移动机构和检测距离移动机构运行的检测移动驱动器23，以及控制检测移动驱动器23驱动检测平面移动机构21和检测距离移动机构22调整磁吸检测平面位置和磁吸检测距离位置的检测位置控制模块24，检测位置控制模块24的检测位置信号输出端与检测移动驱动器23的检测位置驱动控制端电连接，检测位置控制模块24的磁吸检测平面位置控制信号输入端和磁吸检测距离位置控制信号输入端分别与等磁成像处理装置30的成像平面位置控制信号输出端和成像距离位置控制信号输出端进行电连接，用以作为检测位置控制器20的磁吸检测平面位置控制信号输入端和磁吸检测距离位置控制信号输入端。其中，检测平面移动机构可以采用现有的平面二维移动机构的结构设计方案来得以实现，而检测距离移动机构可以采用现有的对平面二维移动机构进行升降（或平移）操作的升降（或平移）机构的结构设计方案来得以实现；检测移动驱动器则用于根据检测平面移动机构、检测距离移动机构中各自所采用的电机种类和型号而提供相应的电机驱动控制；而检测位置控制模块用以根据等磁成像处理装置发送的成像平面位置控制信号和成像距离位置控制信号，对检测移动驱动器驱动检测平面移动机构和检测距离移动机构的移动位置加以控制，调整电磁检测装置的磁吸检测平面位置和磁吸检测距离位置。电磁检测装置可以通过连接件安装在检测平面移动机构上，使得检测平面移动机构能够带动电磁检测装置在平面移动。

由于钢结构表面发生锈蚀损伤的位置处会产生不具备导磁性的锈蚀氧化物，从而使得钢结构表面形成凹陷。等磁成像处理装置的用途主要是基于电磁引力随检测距离的增加而减弱的原理，利用等磁力检测的方式确定电磁检测装置与钢结构表面之间的位置，从而完成对钢结构表面的图像绘制成像。因此，可以在等磁成像处理装置中记录一个预设电磁引力值，由此，等磁成像处理装置便能够在磁检测装置对被测钢结构表面进行磁吸检测的过程中，同步采集来自电磁检测装置中压力传感器的感测压力值并转换处理为相应的电磁引力检测数据值，且通过向检测位置控制器输出成像平面位置控制信号和成像距离位置控制信号，控制检测位置控制器带动电磁检测装置对被测钢结构表面进行磁吸检测的调整磁吸检测平面位置和磁吸检测距离位置，使得对被测钢结构表面的各不同磁吸检测平面位置点进行磁吸检测时的电磁引力检测数据值与预设电磁引力值相等，并记录对被测钢结构表面的各不同磁吸检测平面位置点进行磁吸检测时对应的成像平面位置以及电磁引力检测数据值与预设电磁引力值相等时的磁吸检测距离位置对应的成像距离位置，绘制出被测钢结构表面对应于不同磁吸检测平面位置点处的等磁距离像，进而实现对钢结构表面的图像成像，用以表征钢结构表面的锈蚀损伤情况。由此可见，等磁成像处理装置利用电磁引力和等磁力检测原理实现钢结构表面锈蚀损伤的成像，是具有很好的技术可实现性的。具体实现时，对于来自电磁检测装置中压力传感器的感测压力值的数据转换处理，等磁成像处理装置可以将其进行放大、模数转换后得到的数字压力值直接作为电磁引力检测数据值，也可以在此基础上将得到的数字压力值进一步进行压力-磁引力的分析换算而得到电磁引力检测数据值；具体的数据转换处理方式，可以根据实际应用情况的需要而确定。

由此，本发明基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统则可以用于对钢筋混凝土内部钢结构表面进行成像操作，实现对钢结构表面锈蚀损伤的无创检测，其成像方法如下：

A）在所述钢结构锈蚀损伤成像系统的等磁成像处理装置中设定和记录预设电磁引力值。

B）针对被测钢结构表平面的所在位置，调整钢结构锈蚀损伤成像系统与被测钢结构表平面的相对位置，使得电磁检测装置进行磁吸检测平面位置调整的方向与被测钢结构的表平面方向相平行。

C）启动所述钢结构锈蚀损伤成像系统，由电磁检测装置对被测钢结构表面进行磁吸检测，等磁成像处理装置同步采集来自电磁检测装置中压力传感器的感测压力值并转换处理为相应的电磁引力检测数据值，且由等磁成像处理装置向检测位置控制器输出成像平面位置控制信号和成像距离位置控制信号，控制检测位置控制器带动电磁检测装置对被测钢结构表面进行磁吸检测的调整磁吸检测平面位置和磁吸检测距离位置，使得对被测钢结构表面的各不同磁吸检测平面位置点进行磁吸检测时的电磁引力检测数据值与预设电磁引力值相等，由等磁成像处理装置记录对被测钢结构表面的各不同磁吸检测平面位置点进行磁吸检测时对应的成像平面位置以及电磁引力检测数据值与预设电磁引力值相等时的磁吸检测距离位置对应的成像距离位置，绘制出被测钢结构表面对应于不同磁吸检测平面位置点处的等磁距离像，进而实现对钢结构表面的图像成像，用以表征钢结构表面的锈蚀损伤情况。该步骤具体为：

c1）启动所述钢结构锈蚀损伤成像系统，由电磁检测装置对被测钢结构表面进行磁吸检测，等磁成像处理装置同步采集来自电磁检测装置中压力传感器的感测压力值并转换处理为相应的电磁引力检测数据值；

c2）在电磁检测装置针对一个磁吸检测平面位置点对被测钢结构表面进行磁吸检测时，等磁成像处理装置记录该磁吸检测平面位置对应的成像平面位置，且若电磁引力检测数据值与预设电磁引力值相等则直接记录当前的磁吸检测距离位置对应的成像距离位置用于进行成像，若电磁引力检测数据值与预设电磁引力值不相等，则控制检测位置控制器调整电磁检测装置的磁吸检测距离位置使得电磁引力检测数据值与预设电磁引力值相等后，再记录当前的磁吸检测距离位置对应的成像距离位置用于进行成像；

c3）重复执行步骤c2），由等磁成像处理装置控制检测位置控制器带动电磁检测装置在各不同磁吸检测平面位置点对被测钢结构表面进行磁吸检测，得到对被测钢结构表面的各不同磁吸检测平面位置点进行磁吸检测所记录的成像平面位置和成像距离位置，绘制出被测钢结构表面对应于不同磁吸检测平面位置点处的等磁距离像，进而实现对钢结构表面的图像成像，用以表征钢结构表面的锈蚀损伤情况。

图3示出了电磁检测装置对钢筋混凝土内部钢结构表面不同位置处进行磁吸检测之后，由等磁成像处理装置对钢筋混凝土内部钢结构表面进行图像成像的效果示意图，其根据电磁检测装置在各不同磁吸检测平面位置点对被测钢结构表面进行磁吸检测所记录的成像平面位置和电磁引力检测数据值与预设电磁引力值相等时的成像距离位置，绘制出被测钢结构表面对应于不同磁吸检测平面位置点处的等磁距离像，实现对钢筋混凝土内部钢结构表面的图像成像，并通过图像成像能够有效的呈现出钢结构中的锈蚀损伤部。当然，图3示出的是通过一条移动线路的检测对钢筋混凝土内部钢结构表面的二维成像效果，利用本发明基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统，还能够通过沿钢筋混凝土的表平面进行二维移动扫描而实现对钢筋混凝土内部钢结构表面进行三维成像。此外，本发明基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统还可以用于对桥梁拉吊索等其它钢结构的锈蚀损伤情况进行图像成像处理。

由此可以看到，本发明基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统的整体结构设计较为简单，利用电磁铁与钢结构之间的电磁引力作为评判钢结构表面锈蚀损伤状态的指标因素，通过控制等磁引力而绘制等词引力线/面而实现对钢结构表面的图像成像，用以表征钢结构表面的锈蚀损伤情况，其成像方法不需要对电磁铁输入特定种类的信号激励源（即不需要对信号激励源的频率、相位等参量进行严格调控），对信号源要求不高，且对压力传感器的感测压力信号不需要进行复杂的后期数据处理便能够完成对钢结构表面的成像，数据处理和图像呈现简单直观、复杂度低、易于实现，且其检测原理不存在对测试人员的辐射伤害。因此，本发明基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统的结构简单、成本低廉，其成像方法的数据处理复杂度低、操作简单，能够有效的绘制出钢结构锈蚀区域表面的形貌，能够很好的用于对保护材料层下钢结构表面的锈蚀损伤进行定量化的检测和判定，有利于其在钢结构锈蚀损伤无创探测技术领域中广泛应用。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统，其特征在于，包括电磁检测装置，能够带动电磁检测装置调整磁吸检测平面位置和磁吸检测距离位置的检测位置控制器，以及用于执行钢结构表面锈蚀损伤成像的等磁成像处理装置；

所述电磁检测装置具有可滑动安装在滑轨上的电磁铁，且电磁铁在滑轨上的滑动方向平行于磁吸检测距离位置的调整方向，电磁铁的两个磁极端沿磁吸检测距离位置的调整方向布置，并以电磁铁的一个磁极端作为磁吸检测端，在正对电磁铁的磁吸检测端一侧的位置处设置有一个支撑部，且在电磁铁的磁吸检测端面与支撑部之间设置有压力传感器，使得压力传感器能够感测电磁铁的磁吸检测端面与支撑部之间的挤压力；

所述等磁成像处理装置的电磁引力数据采集端与电磁检测装置中压力传感器的感测压力输出端进行电连接，等磁成像处理装置的成像平面位置控制信号输出端和成像距离位置控制信号输出端分别与检测位置控制器的磁吸检测平面位置控制信号输入端和磁吸检测距离位置控制信号输入端进行电连接。

2.根据权利要求1所述基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统，其特征在于，所述电磁检测装置包括整体呈筒状的检测装置壳体，电磁铁设置在检测装置壳体的中空空间内且通过滚珠与检测装置壳体的筒状侧壁滑动连接，使得电磁铁能够在检测装置壳体内以其筒状侧壁作为滑轨沿其筒状轴线方向滑动，检测装置壳体的顶部具有能够限制电磁铁滑出的限位结构，电磁铁朝向检测装置壳体底面的一个磁极端作为磁吸检测端，且检测装置壳体的底面封闭形成正对电磁铁的磁吸检测端一侧的支撑部，压力传感器安装在检测装置壳体的底面上，使得压力传感器能够感测电磁铁的磁吸检测端面与检测装置壳体底面之间的挤压力。

3.根据权利要求2所述基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统，其特征在于，所述电磁检测装置中检测装置壳体和滚珠的材质为铝或铝合金。

4.根据权利要求2所述基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统，其特征在于，所述压力传感器采用压电陶瓷片。

5.根据权利要求1所述基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统，其特征在于，所述检测位置控制器包括能够带动电磁检测装置在平面移动以调整磁吸检测平面位置的检测平面移动机构，能够带动电磁检测装置垂直于磁吸检测平面移动以调整磁吸检测距离位置的检测距离移动机构，能够驱动所述检测平面移动机构和检测距离移动机构运行的检测移动驱动器，以及控制检测移动驱动器驱动检测平面移动机构和检测距离移动机构调整磁吸检测平面位置和磁吸检测距离位置的检测位置控制模块，检测位置控制模块的检测位置信号输出端与检测移动驱动器的检测位置驱动控制端电连接，检测位置控制模块的磁吸检测平面位置控制信号输入端和磁吸检测距离位置控制信号输入端分别与等磁成像处理装置的成像平面位置控制信号输出端和成像距离位置控制信号输出端进行电连接。

6.根据权利要求1所述基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统，其特征在于，所述等磁成像处理装置执行钢结构锈蚀损伤成像的方式为：

等磁成像处理装置中记录有预设电磁引力值，用于在磁检测装置对被测钢结构表面进行磁吸检测的过程中，同步采集来自电磁检测装置中压力传感器的感测压力值并转换处理为相应的电磁引力检测数据值，且通过向检测位置控制器输出成像平面位置控制信号和成像距离位置控制信号，控制检测位置控制器带动电磁检测装置对被测钢结构表面进行磁吸检测的调整磁吸检测平面位置和磁吸检测距离位置，使得对被测钢结构表面的各不同磁吸检测平面位置点进行磁吸检测时的电磁引力检测数据值与预设电磁引力值相等，并记录对被测钢结构表面的各不同磁吸检测平面位置点进行磁吸检测时对应的成像平面位置以及电磁引力检测数据值与预设电磁引力值相等时的磁吸检测距离位置对应的成像距离位置，绘制出被测钢结构表面对应于不同磁吸检测平面位置点处的等磁距离像，进而实现对钢结构表面的图像成像，用以表征钢结构表面的锈蚀损伤情况。

7.如权利要求1所述基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统的成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

A）在所述钢结构锈蚀损伤成像系统的等磁成像处理装置中设定和记录预设电磁引力值；

B）针对被测钢结构表平面的所在位置，调整钢结构锈蚀损伤成像系统与被测钢结构表平面的相对位置，使得电磁检测装置进行磁吸检测平面位置调整的方向与被测钢结构的表平面方向相平行；

C）启动所述钢结构锈蚀损伤成像系统，由电磁检测装置对被测钢结构表面进行磁吸检测，等磁成像处理装置同步采集来自电磁检测装置中压力传感器的感测压力值并转换处理为相应的电磁引力检测数据值，且由等磁成像处理装置向检测位置控制器输出成像平面位置控制信号和成像距离位置控制信号，控制检测位置控制器带动电磁检测装置对被测钢结构表面进行磁吸检测的调整磁吸检测平面位置和磁吸检测距离位置，使得对被测钢结构表面的各不同磁吸检测平面位置点进行磁吸检测时的电磁引力检测数据值与预设电磁引力值相等，由等磁成像处理装置记录对被测钢结构表面的各不同磁吸检测平面位置点进行磁吸检测时对应的成像平面位置以及电磁引力检测数据值与预设电磁引力值相等时的磁吸检测距离位置对应的成像距离位置，绘制出被测钢结构表面对应于不同磁吸检测平面位置点处的等磁距离像，进而实现对钢结构表面的图像成像，用以表征钢结构表面的锈蚀损伤情况。

8.根据权利要求7所述基于电磁引力探测的钢结构锈蚀损伤成像系统的成像方法，其特征在于，所述步骤C）具体为：

c1）启动所述钢结构锈蚀损伤成像系统，由电磁检测装置对被测钢结构表面进行磁吸检测，等磁成像处理装置同步采集来自电磁检测装置中压力传感器的感测压力值并转换处理为相应的电磁引力检测数据值；

c2）在电磁检测装置针对一个磁吸检测平面位置点对被测钢结构表面进行磁吸检测时，等磁成像处理装置记录该磁吸检测平面位置对应的成像平面位置，且若电磁引力检测数据值与预设电磁引力值相等则直接记录当前的磁吸检测距离位置对应的成像距离位置用于进行成像，若电磁引力检测数据值与预设电磁引力值不相等，则控制检测位置控制器调整电磁检测装置的磁吸检测距离位置使得电磁引力检测数据值与预设电磁引力值相等后，再记录当前的磁吸检测距离位置对应的成像距离位置用于进行成像；

c3）重复执行步骤c2），由等磁成像处理装置控制检测位置控制器带动电磁检测装置在各不同磁吸检测平面位置点对被测钢结构表面进行磁吸检测，得到对被测钢结构表面的各不同磁吸检测平面位置点进行磁吸检测所记录的成像平面位置和成像距离位置，绘制出被测钢结构表面对应于不同磁吸检测平面位置点处的等磁距离像，进而实现对钢结构表面的图像成像，用以表征钢结构表面的锈蚀损伤情况。