CN108693201B - 一种混凝土脱空检测的测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于中子探测技术领域，提供了一种混凝土脱空检测的测量仪，包括：中子源、处理单元、第一热中子探测器以及第二热中子探测器；中子源用于向覆盖有钢板的混凝土发射快中子；第一热中子探测器以及第二热中子探测器，用于获取混凝土表面覆盖的钢板上与中子源距离不同的两处位置的热中子计数率N1以及热中子计数率N2；处理单元用于计算热中子计数率N1以及热中子计数率N2的计数率比值；处理单元还用于获取混凝土表面覆盖的钢板的厚度，根据钢板的厚度查找出计数率比值与混凝土脱空深度的对应关系，并根据对应关系确定出计数率比值对应的混凝土脱空深度。本发明实施例节省了大量繁琐的操作，极大地提高了实际对混凝土脱空深度测量的效率。
Description
技术领域
本发明属于中子探测技术领域，尤其涉及一种混凝土脱空检测的测量仪。
背景技术
现代大型水电工程、交通工程等建筑中，常会有混凝土建筑物需要用钢板作里衬或复合受力结构，一般为有压隧道或管洞、大型交通沉管结构，高铁轨道板等。对于有压隧洞、大型交通沉管结构等由于施工中无法避免的一些工艺问题和现场工况限制，使浇注质量受到影响导致混凝土难以充填密实，特别是在钢板与混凝土结合面容易产生脱空或空洞缺陷。这些脱空和空洞缺陷是直接造成钢板里衬在工程投入运行时变形失稳损坏的巨大隐患，将会严重威胁工程运行安全。为了保证工程的安全，就需要一种科学、高效、准确、安全的检测方法去检测脱空和空洞的位置和深度，以为后期的打孔灌浆提供科学依据。
中子源发射出来的快中子射线与被测介质的原子核发生碰撞后，会被慢化减速形成热中子并云集在中子源周围。快中子与物质作用时，其对原子量大的物质有十分强的穿透能力，但却容易被原子量小的减速和慢化而形成热中子，而由于氢原子原子量最小，因此快中子在与氢原子多次碰撞后极易变成热中子。混凝土是由碎石集料、粗砂和水泥加上一定量水拌合而成，这些水大部分与水泥发生水化作用变成化合水，少量剩余的水以游离状态存在，因此混凝土中包含大量氢原子，是一种良好的快中子慢化剂。由于快中子对原子量大的物质有较强的穿透能力，但却能被原子量小的减速和慢化而形成热中子，因此，快中子很容易贯穿原子量大的物质如钢板而与下面的混凝土相互作用，并被混凝土减速慢化形成热中子。根据这一特点将中子源与热中子探测器置于钢板表面，使快中子由中子源发出穿过一定厚度的钢板与钢板下混凝土相互作用，此时快中子会被减速、慢化形成热中子，再利用热中子探测器对热中子计数率进行检测，由于若钢板下浇注的混凝土在平面上和一定深度范围内质量分布不均匀，即若存在空洞或脱空缺陷，该部位测试的热中子计数率就会发生变化，因此基于检测到的热中子计数率进行分析处理，即可实现对检测点是否存在空洞或脱空以及相应深度的检测，这就是现有技术中用于混凝土脱空检测的中子散射法原理，其在建筑工程、水利水电等领域发挥了重要作用。其中且空洞或脱空缺陷深度越大，检测到的热中子计数率越低。
由于中子的反射能力与混凝土中氢原子的含量密切相关，也即与混凝土中水的含量密切相关，因此，根据中子散射法检测原理，检测点处热中子计数率大小不仅与该点下钢板脱空深度有关，同时还受到钢板厚度和混凝土实际含水量大小影响。因此，现有技术在利用中子散射法检测空洞或脱空是否存在以及其深度时，受不同检测点位置混凝土含水量不均匀影响较大，例如一处钢板下有较深的脱空或空洞，探头探测的热中子计数率应该较低，但如果此处混凝土的水含量较高，此时空洞引起的热中子计数率的降低会因高含水量引起热中子计数率的升高而互相抵消，对检测结果造成较大误差，降低了该方法的准确性和可重复性，在钢板厚度较大时或者脱空深度较浅时，无法准确测定脱空位置和深度，不可避免的会造成补孔增加，破坏钢板结构和原有强度，对建筑物的整体安全性造成不利影响。并且现有技术在利用中子散射法检测脱空或空洞深度时，由于不同检测现场使用的钢板和混凝土的实际情况有所差异，因此在每次检测前都需针对所需检测的现场钢板厚度、混凝土不同含水量以及不同脱空深度进行复杂的检测模型的测定实验，并需要根据实测的所有检测点的热中子计数率离线分析确定出存在脱空或空洞的位置之后，才能进行脱空深度的判断，操作情况十分繁琐不便，同时每次更换检测现场又需重新进行模型构建和测定实验，效率低下。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种混凝土脱空检测的测量仪，以解决现有技术中在利用中子散射法检测脱空和空洞深度时，操作程序十分繁琐不便，效率低下的问题。
本发明实施例的提供了一种混凝土脱空检测的测量仪，包括：中子源、处理单元、第一热中子探测器以及第二热中子探测器；
所述中子源用于向覆盖有钢板的混凝土发射快中子；
所述第一热中子探测器以及所述第二热中子探测器，用于获取所述混凝土表面覆盖的钢板上与所述中子源距离不同的两处位置的热中子计数率N1以及热中子计数率N2；
所述处理单元用于计算所述热中子计数率N1以及热中子计数率N2的计数率比值；
所述处理单元还用于获取所述混凝土表面覆盖的钢板的厚度，根据所述钢板的厚度查找出所述计数率比值与混凝土脱空深度的对应关系，并根据所述对应关系确定出所述计数率比值对应的所述混凝土脱空深度。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例与现有技术的不同之处在于，由于对于两个接收同一中子源发出的且经由相同混凝土相互作用慢化得到热中子的热中子探测器而言，其接收到的热中子的计数率虽然也会受到钢板厚度、混凝土含水量以及脱空或空洞深度的影响，但对于同一块混凝土而言，其含水量对中子的慢化以及散射能力是固定的，即对两个热中子探测器热中子计数率的影响是同步一致的，而混凝土中的脱空或空洞会使得热中子更易到达离中子源更远的热中子探测器，从而使两个热中子探测器接收到的热中子计数率产生较大差异，同时脱空深度的不同会使得这个差异进一步地产生变化，且脱空深度值越大这个差异越大。因此通过将两个热中子探测器测得的热中子计数率进行比值计算，可以消除混凝土含水量的影响，从而使得本发明实施例只需考虑钢板厚度以及脱空的深度对计数率比值的影响即可。因此，在本发明实施例中测量仪只需利用两个与中子源距离不同的热中子探测器来进行热中子计数率的采集并计算出两者的计数率比值，再基于测定的计数率比值与脱空深度的对应关系来查询出混凝土脱空深度的大小，即可实现对混凝土脱空和空洞深度值的直接检测，摆脱了现有技术中必须针对混凝土的含水量来进行建模，且还需根据测量现场的混凝土实际含水量的情况来对得到的数据进行异常值判断，以及现场数据的修正，从而节省了大量繁琐的操作，极大地提高了实际对混凝土脱空深度测量的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A是本发明实施例一提供的混凝土脱空检测的测量仪的示意图；
图1B是本发明实施例一提供的混凝土脱空检测的测量仪的检测原理示意图；
图2是本发明实施例二提供的处理单元测定实验时对应关系的获取实现流程示意图；
图3是本发明实施例三提供的混凝土脱空检测的测量仪的示意图；
图4是本发明实施例四提供的混凝土脱空检测的测量仪的示意图；
图5时本发明实施例五提供的处理单元选取第一热中子探测器以及第二热中子探测器的实现流程示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
现有利用中子对混凝土脱空检测的技术，都是使用中子源向钢板和混凝土发射出快中子后，利用单个热中子探测器来进行热中子检测，以判断混凝土中是否存在脱空或空洞以及对应的深度情况。为了实现根据单个热中子探测器来进行脱空的检测，就必须同时考虑混凝土表面覆盖的钢板厚度、不同混凝土的含水量以及不同脱空深度三种因素对热中子转换以及对热中子探测器接收热中子的影响。由于实际工程待测现场中三种因素的可能情况较多，因此在现有技术中都是预先在实验室中对测量仪进行测定实验，即就不同的钢板厚度、不同混凝土的含水量以及不同脱空深度分别进行样本模型搭建，以模拟不同的工程待测现场情况。例如，先在实验室中制备不同含水量的混凝土，再在这些混凝土表面覆盖不同厚度的钢板，并调整钢板与混凝土之间的距离，在此基础上再利用中子源在钢板上向混凝土发射快中子，并记录单个热中子探测器接收到的热中子计数率，并建立不同的钢板厚度以及不同混凝土的含水量的情况下，单个热中子探测器接收到的热中子计数率与脱空深度的对应关系数据表。
实际情况中，常用的钢板的厚度较为有限，如常见的30mm、40mm以及50mm等，因此在对钢板进行样本制备或选取时工作量较小。但是，混凝土含水量是由工程待测现场制作混凝土时的实际情况决定的，其可能情况更多更复杂，因此，在实验室中进行混凝土样本制作时，仅仅只能制作一些较为常见的混凝土含水量的样本，而不能覆盖所有的可能情况。即使如此，由于三种因素都属于实验中的自变量因素，而每个自变量在发生改变时都必须重新进行实验并记录对应的数据，这使得对不同的钢板厚度以及不同混凝土的含水量的情况下，单个热中子探测器接收到的热中子计数率与脱空深度的对应关系数据表的获取工作量变得巨大，需要耗费大量人力物力去进行重复实验记录，效率十分低下。
另一方面，在上述现有技术测定实验的基础上，工程人员在对工程待测现场进行混凝土脱空检测时，需要根据现场的钢板厚度情况以及混凝土含水量情况来确定出所需使用的热中子计数率与脱空深度的对应关系数据表，然而由于实际情况中混凝土的含水量可能情况很多，对于大部分工程待测现场而言，实际的混凝土含水量与测定实验中的混凝土样本含水量还是有一定的差异。现有技术的处理方法是先将测量到的工程待测现场混凝土含水量与测定实验中的混凝土样本含水量进行比较，分析与最接近的混凝土样本含水量差异如何，若差异较小，则直接以混凝土样本含水量最接近的对应关系数据表作为参考，来实现对混凝土脱空深度的检测，这样做虽然能实现对混凝土脱空深度的检测，但其检测出的数据必然存在较大的误差。而在差异较大时，测定实验中得到的对应关系数据表已经无法直接参考使用，此时现有技术中需要先对整个工程待测现场进行统一全面测量后，找出其中的热中子计数率相对偏低的异常点，再对异常点打钻孔测量脱空实际深度，并利用得到的深度数据对测定实验中得到的对应关系数据表进行数据修正，之后才能正常使用修正后的对应关系数据表来进行脱空深度测量。然而实际情况中，所需测量的工程待测现场一般面积都比较大，但用于检测脱空深度的测量仪体积往往较小每次能够测量的现场面积较小，且每次测量时热中子计数率统计都需要一定的时间，如假设测量仪每次能够测量的面积为30cm×30cm，工程待测现场所需测量的面积为200m2，每次测量都需要1-2分钟时间，此时实际混凝土含水量差异过大，需要实际测量至少2000次才能完成对工程待测现场的测量，耗时至少50小时以上，工程待测现场测量完成后，还需要将数据手工输入计算机程序进行统计分析才能给出具体脱空分布数据，因此需要耗费大量的人力物力以及时间才能完成对工程待测现场混凝土脱空的检测，工作量极其巨大效率低下，且准确度也不高。
正是基于现有技术中的上述缺陷，本发明提出了一种对混凝土进行脱空检测的测量仪，以提升对混凝土脱空检测的效率。
图1A示出了本发明实施例一提供的混凝土脱空检测的测量仪的示意图，详述如下：
测量仪包括：中子源11、处理单元14、第一热中子探测器12以及第二热中子探测器13。
其中，处理单元14分别与各个热中子探测器通信连接，以使得处理单元能获取到各个热中子探测器热的中子计数率数据。
为了提高对混凝土脱空检测的效率，本发明实施例的测量仪采用了双热中子探测器同步进行热中子探测并求计数率比值的方式来进行混凝土脱空检测。图1B为本发明实施例一提供的测量仪的检测原理示意图，其原理如下：
对于两个接收同一中子源发出的且经由同一混凝土相互作用慢化得到的热中子的热中子探测器而言，其接收到的热中子的计数率虽然也会受到钢板厚度、混凝土含水量以及脱空或空洞深度的影响，但在钢板固定时，对于同一块混凝土而言，其含水量对中子的慢化以及散射能力是固定的，即对两个热中子探测器热中子计数率的影响是同步固定的，而混凝土中的脱空或空洞会使得热中子更易到达离中子源更远的热中子探测器，从而使两个热中子探测器接收到的热中子计数率产生较大差异，同时脱空深度的不同会使得这个差异进一步地产生变化，且脱空深度值越大这个差异越大。因此，在钢板厚度固定时，通过将两个热中子探测器热中子计数率进行比值计算，可以很好地消除混凝土含水量的影响。因此，在本发明实施例中只需利用两个与中子源距离不同的热中子探测器来进行热中子计数率的采集并计算出两者的计数率比值，再基于设置好的固定钢板厚度下的对应关系来查询出混凝土脱空深度的大小，即可实现对混凝土脱空和空洞深度值的直接检测。
中子源11用于向覆盖有钢板的混凝土发射快中子。
基于上述原理，为了实现对混凝土脱空的检测，本发明实施例首先会利用中子源向覆盖有钢板的混凝土发射快中子。其中，可选用核技术中一些常用中子源作为本发明实施例中的中子源，包括但不限于如241Am-Be中子源、239Pu-Be中子源以及252Cf中子源等。
第一热中子探测器12以及第二热中子探测器13，用于获取混凝土表面覆盖的钢板上与中子源距离不同的两处位置的热中子计数率N1以及热中子计数率N2。
在控制中子源向覆盖有钢板的混凝土发射快中子后，本发明实施例会读取两个热中子探测器的热中子计数率数据并计算其比值以供后续使用，而计数率比值既可以是N1/N2的形式也可以是N2/N1的形式，具体可由技术人员自行进行设定。其中，两个热中子探测器与中子源的具体位置距离可由技术人员根据实际需求进行设定。
在本发明实施例中，同样可选用核技术中一些常用的热中子探测器来作为本发明实施例中的第一热中子探测器12以及第二热中子探测器13，包括但不限于如THGEM热中子探测器、锂玻璃闪烁探测器、3He正比气体计数管以及BF3正比气体计数管等。
处理单元14用于计算热中子计数率N1以及热中子计数率N2的计数率比值。
处理单元14主要用于对测量仪中数据进行处理传输等操作，以使得测量仪能正常完成对采集到的数据的处理，以及最终对混凝土脱空深度的检测。在本发明实施例中，处理单元14由处理器以及相应的周围硬件电路构建而成，其中，处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是嵌入式微处理器，也可以是任何常规的处理器等，具体可由技术人员根据实际需求进行选取。
处理单元14还用于获取混凝土表面覆盖的钢板的厚度，根据钢板的厚度查找出计数率比值与混凝土脱空深度的对应关系，并根据对应关系确定出计数率比值对应的混凝土脱空深度。
其中，钢板的厚度数据可由技术人员在对工程待测现场的钢板进行厚度测量或查阅施工图纸后，手动进行输入。由上述说明可知，本发明实施例中会预先对不同钢板厚度情况下计数率比值与混凝土脱空深度的对应关系进行测定实验，并对测定实验结果进行记录存储以为后续的查询使用，因此，本发明实施例在获取到计数率比值之后，只需根据钢板的厚度从已存储的测定实验结果中查找出此次检测所需的对应关系即可。其中具体测定实验的方法可由技术人员自行选定，此处不予限定，优选地，可参考本发明实施例二进行测定实验。
在查找出此次检测所需的对应关系之后，根据对应关系中记载的每个计数率比值对应的混凝土脱空深度进行查找，即可获知此次检测的混凝土中是否存在脱空以及脱空对应的深度(当混凝土脱空深度为0的时候，即说明混凝土中不存在脱空)。
作为本发明的一个实施例，在处理单元根据所述对应关系确定出所述计数率比值对应的所述混凝土脱空深度时，还包括：
处理单元在对应关系中未记录计数率比值时，利用插值法对对应关系中与计数率比值相近的数据进行处理，以得出计数率比值对应的混凝土脱空深度。
考虑到实际情况中在对不同钢板厚度情况下计数率比值与混凝土脱空深度的对应关系进行测定实验时，所能模拟的混凝土脱空深度情况都是有限且离散的值，其对应的计数率比值也必然是有限且离散的值，因此，在实际应用过程中，极有可能会出现实测的计数率比值不存在于对应关系之中，例如，假设测定实验得到的计数率比值与混凝土脱空深度的对应关系为表1，实测得到的计数率比值为0.71，此时利用得到的对应关系无法查找出对应的混凝土脱空深度。
表1
因此，为了保证在实测计数率比值不存在于对应关系的情况下，仍能检测混凝土脱空深度，本发明实施例会使用插值法来对对应关系中的数据进行处理，以得到所需的混凝土脱空深度。仍以上述表1为例，当实测计数率比值为0.71时，利用插值法可算得混凝土脱空深度：d＝5+(7-5)×(0.71-0.70)/(0.74-0.70)＝5.5(mm)。
作为本发明的另一实施例，为了避免上述实测的计数率比值不存在于对应关系之中的情况发生，提高对混凝土脱空检测的准确性，包括：
处理单元将计数率比值代入至钢板厚度对应的曲线函数，计算得到计数率比值对应的混凝土脱空深度。
本发明实施例中会基于测定实验得到的不同钢板厚度情况下计数率比值与混凝土脱空深度数据进行曲线拟合，以得到不同钢板厚度情况下计数率比值与混凝土脱空深度的曲线函数关系。此时，本发明实施例只需根据混凝土表面覆盖的钢板的厚度选取对应的曲线函数，再将计数率比值代入至曲线函数中进行计算，即可得到所需的混凝土脱空深度。
本发明实施例的测量仪只需利用两个与中子源距离不同的热中子探测器来进行热中子计数率的采集并计算出两者的计数率比值，再基于设置好的对应关系来查询出混凝土脱空深度大小，即可实现对混凝土脱空和空洞深度值的直接检测，摆脱了现有技术中必须针对混凝土含水量来进行建模，且还需根据测量现场混凝土实际含水量的情况来对得到的数据进行异常值判断，以及现场数据的修正，从而节省了大量繁琐的操作，极大地提高了实际对混凝土脱空深度测量的效率。
作为本发明的又一个实施例，为了进一步提高对工程待测现场混凝土脱空检测的准确性，测量仪还包括第三热中子探测器；
处理单元还用于读取第三热中子探测器的热中子计数率N3，根据钢板的厚度查找出第三热中子探测器的热中子计数率与混凝土脱空深度的对应关系，并根据第三热中子探测器的热中子计数率与混凝土脱空深度的对应关系确定出N3对应的混凝土脱空深度；
处理单元还用于基于N3对应的混凝土脱空深度，对得到的计数率比值对应的混凝土脱空深度进行修正处理，得到混凝土的脱空深度。
本发明实施例中会同时利用本发明实施例一的检测原理，以及现有技术中基于单热中子探测器的检测方法分别对工程待测现场进行检测，得到两组混凝土脱空检测结果，并基于得到的两组结果进行工程待测现场混凝土脱空情况进行修正以综合评定。其中第三中子探测器既可以是本发明实施例一中所使用的热中子探测器，也可以独立设置，修正以综合评定的方法包括但不限于如求平均值等，具体可由技术人员进行设定。
作为本发明实施例二，如图2所示，在利用本发明实施例一中的测量仪对混凝土进行脱空检测之前，还需要对的测量仪进行测定以得到不同钢板厚度情况下计数率比值与混凝土脱空深度的对应关系，包括：
处理单元还用于计算当覆盖在混凝土表面的钢板样本厚度H＝H1时，钢板样本与混凝土表面的距离d值对应的第一热中子探测器的热中子计数率与第二热中子探测器的热中子计数率的计数率比值，得到在钢板样本厚度为H1时，计数率比值与混凝土脱空深度d的对应关系，其中钢板样本与混凝土表面的距离d即为混凝土脱空深度d。
在本发明实施例中，需要技术人员利用钢板样本模拟工程待测现场中的钢板，将钢板样本覆盖在混凝土表面，利用钢板样本与混凝土表面的距离d模拟混凝土脱空和空洞的深度，以实现对工程待测现场的模拟，再在此基础上将测量仪放置在钢板样本表面，以对测量仪进行测定。由于本发明实施例中对混凝土脱空的测量消除了混凝土含水量的影响，因此在进行测定实验时，对混凝土的选取没有含水量的要求，即对混凝土的制备或获取无需考虑其含水量情况。
其中，H1是指首次进行测定实验所使用的钢板厚度，其具体值可由技术人员自行选取。在对钢板样本与混凝土表面的距离d进行调整模拟不同的混凝土脱空深度情况时，为了提高得到的对应关系的有效性，优选地，可将实际工程应用中实测得到的混凝土脱空深度值作为d基础取值范围，再在基础取值范围内尽可能地多选取不同的d值来进行测定实验。
处理单元还用于在H调整时，计算钢板样本与混凝土表面的距离d值对应的第一热中子探测器的热中子计数率与第二热中子探测器的热中子计数率的计数率比值，以得到不同H的情况下，计数率比值与混凝土脱空深度d的对应关系。
在完成首次测定实验后，更换不同厚度的钢板样本并重复上述调整d的实验步骤，即可获得不同钢板厚度下计数率比值与混凝土脱空深度d的对应关系。其中，为了尽可能满足实际工程待测现场的需求，优选地，H的取值应尽可能地覆盖到实际工程待测现场所有可能使用到的实际钢板的厚度情况。
作为本发明的另一个实施例，在进行测定实验时也可以不像本发明实施例二中的逐一对不同厚度钢板样本进行实验，而是同时搭建多个上述模拟的环境，并同步进行多个不同厚度的钢板样本的测定实验，以提升测定实验的效率，此时需要同时使用到多个本发明实施例一中的测量仪。实际使用的测定实验方法可由技术人员根据实际情况进行确定，此处不予限定。
作为本发明的一个优选实施例，中子源包括屏蔽外层。
考虑到中子散射可能会对人体造成一定的伤害，同时过度的散射会使得热中子探测器得到的热中子计数率受到一定的影响，从而使得本发明实施例测量仪最终测得的混凝土脱空结果会受到一定程度的影响，降低检测的准确度，因此本发明实施例中会在中子源外层设置一层屏蔽层，以在实现保护用户安全的同时，提高对混凝土脱空检测的准确度。其中屏蔽外层的材料包括但不限于如石蜡或聚乙烯等。
其中应当说明地，在本发明实施例中热中子探测器与中子源的距离既可以是固定的，如在测量仪中将热中子探测器与中子源的位置固化设置，同时热中子探测器与中子源的距离也可以可自由设置的，如将热中子探测器利用信号线或无线的方式与测量仪主体进行连接，具体需由技术人员进行设置，但无论是上述何种方式设置，本发明实施例二中进行测定实验时第一热中子探测器与中子源的距离，以及第二热中子探测器与中子源的距离，都应当与本发明实施例一的测量仪使用时的第一热中子探测器与中子源的距离，以及第二热中子探测器与中子源的距离相同，以保证对混凝土脱空检测的准确性，详细说明如下：
由于热中子探测器与中子源的距离也会对热中子探测器接收到的热中子数量造成影响，即会对热中子探测器的热中子计数率产生影响，但实际测量仪的设计以及工程待测现场检测中，无论热中子探测器与中子源的距离是固定的还是可自由设置的，在利用测量仪进行工程待测现场的混凝土脱空检测采集中子计数率时，为了保证采集到的中子计数率的准确有效，都必须将热中子探测器与中子源进行固定放置，因此在每次混凝土脱空检测时，热中子探测器与中子源的距离都是固定的。因此，为了保证对混凝土脱空检测的准确性，优选地，本发明实施例在对计数率比值与混凝土脱空深度的对应关系进行设定的时候，需要综合考虑到两个热中子探测器与中子源的距离。但实际情况中，只要实际工程待测现场检测时与两个距离测定实验时的两个距离相同，即可把这个误差一并消除了，所以本发明实施例中测定实验与测量仪实际检测使用时的两个距离应当相同。
其中，当热中子探测器与中子源的距离是可自由设置的时，需由技术人员在进行测定实验时对不同的距离情况分别进行测定实验，并由工程待测现场技术人员在使用测量仪测试时，选取与实际距离情况对应的测定实验结果作为对应关系的数据来源进行检测。
作为本发明实施例三如图3所示，测量仪包括与中子源位置固定的多个第一类热中子探测器，以及与中子源位置固定的多个第二类热中子探测器，第一类热中子探测器的热中子探头面积大于第二类热中子探测器。
其中，处理单元14分别与各个热中子探测器通信连接，以使得处理单元能获取到各个热中子探测器热的中子计数率数据。
处理单元还用于获取钢板的厚度，并判断钢板的厚度是否大于预设厚度。
若钢板的厚度大于预设厚度，处理单元从多个第一类热中子探测器中选取出第一热中子探测器以及第二热中子探测器。
若钢板的厚度小于或等于预设厚度，处理单元从多个第二类热中子探测器中选取出第一热中子探测器以及第二热中子探测器。
由于实际情况中钢板厚度越大，由混凝土相互作用并反射出来的热中子的照射面积也越大，从而使得单位面积上可采集到的热中子数也就越少，即热中子探测器采集到的热中子计数率数据的可靠性也就越低。考虑到上述实际情况，为了提高得到的热中子计数率的可靠性，以提升最终检测的可靠性，本发明实施例中的测量仪中包含采集面积不同的两类热中子探测器，且每一类包含多个热中子探测器来作为备选，其中热中子采集面积大的第一类热中子探测器主要用于钢板厚度较大时热中子的采集，热中子采集面积小的第二类热中子探测器主要用于钢板厚度较小时热中子的采集。因此，在本发明实施例中，首先会判断工程待测现场中钢板的实际厚度是否大于预设厚度，若大于则说明热中子的照射面积较大，此时选用第一类热中子探测器来作为此次检测所需的两个热中子探测器的选取对象。反之，则选用第二类热中子探测器来作为此次检测所需的两个热中子探测器的选取对象。其中，预设厚度的具体值可由技术人员根据实际情况进行选取，优选地，可选用40mm作为所需的预设厚度。
作为本发明实施例四，如图4所示，在本发明实施例一以及本发明实施例三的基础上，测量仪还包括：多个热中子探测器。
其中，处理单元14分别与各个热中子探测器通信连接，以使得处理单元能获取到各个热中子探测器热的中子计数率数据。
多个热中子探测器用于获取混凝土表面覆盖的钢板上，与中子源距离不同的多处位置的热中子计数率。
处理单元还用于从多个热中子探测器中筛选出第一热中子探测器以及第二热中子探测器。
由于实际工程待测现场中混凝土的脱空或空洞的情况可能较为复杂，如可能脱空可能不会非常平整，同时在放置测量仪时中子源也可能不是位于空洞的正上方，而这些情况都可能导致热中子探测器采集到的热中子计数率产生变化，对两个热中子探测器的计数率比值产生一定的影响。因此，为了提高使用的计数率比值的有效性，提升对混凝土脱空检测的准确性，本发明实施例的测量仪中，具有多个热中子探测器，并会在使用时从中选取出最优的两个组合来作为原始热中子计数率比值数据来源。例如本发明实施例三中，为每一类热中子探测器都预设至少两个，并在确定出所需使用的热中子探测器类型之后从中进行筛选，或本发明实施例一中，直接预设多个热中子探测器并进行筛选。
应当说明，根据本发明实施例对混凝土进行脱空检测的原理可知，当两个热中子探测器与中子源的距离相同时其计数率比值无法用于混凝土的脱空检测，因此，本发明实施例中的多个热中子探测器与中子源的距离应当各不相同，以保证计数率比值的有效性。
作为从预设的多个热中子探测器中筛选出所需的第一热中子探测器以及第二热中子探测器的一种具体实现方式，如图5所示，本发明实施例五包括：
S501，处理单元读取与多个热中子探测器分别对应的热中子计数率。
S502，处理单元对多个热中子探测器进行两两组合，并分别计算每个组合的计数率比值。
其中，假设热中子探测器个数为I，则对I个热中子探测器两两组合得到的组合个数为C(I，2)＝I！/[(I-2)！×2！]。
S503，处理单元将每个组合的计数率比值分别与其对应的标准比例阈值进行差值计算，并将差值绝对值最大的组合中的热中子探测器作为第一热中子探测器以及第二热中子探测器。
其中，标准比例阈值是指在测定实验中，当模拟的混凝土脱空深度d为0时两个热中子探测器的对应的计数率比值。当d＝0时两个热中子探测器接收到的热中子计数率比值仅与钢板的厚度相关，因此，本发明实施例中需要预先为每种组合分别进行测定实验，以确定出该组合对应的在不同钢板厚度下，计数率比值与混凝土脱空深度的对应关系，以供标准比例阈值的查询。如当I＝4时，存在6种可能的两两组合，因此需要针对6种组合情况分别进行测定实验，以得到6组不同的对应关系。但应当说明地，由于本发明实施例中所需的只是当前计数率比值的值与d＝0的理想情况下的差值，因此在进行对应关系选取以确定出每组热中子探测器对应的标准比例阈值时，对具体的钢板厚度没有特定要求，只需都选取相同厚度下的对应关系即可。当差值绝对值最大时，由于钢板厚度固定对热中子探测器的影响固定，说明该组热中子探测器受到的混凝土脱空的影响最大，此时将差值绝对值最大一组作为所需的第一热中子探测器以及第二热中子探测器，即可实现在实际工程待测现场中混凝土的脱空或空洞的情况较为复杂时，也能保证测量仪能对混凝土脱空检测的准确性，提高检测的效率。
作为从预设的多个热中子探测器中筛选出所需的第一热中子探测器以及第二热中子探测器的另一种具体实现方式，包括：
处理单元接收用户输入的探测器选取指令，并根据探测器选取指令从多个热中子探测器中筛选出所需的第一热中子探测器以及第二热中子探测器。
在预设多个与中子源距离不同的热中子探测器的基础上，也可以直接由技术人员手动选取所需第一热中子探测器以及第二热中子探测器。考虑到实际情况中也可能会存在热中子探测器异常，得到的热中子计数率异常的情况，此时若根据计数率比值来自动筛选，可能会导致得到错误的数据，因此在本发明实施例中为用户提供手动选取的功能，以为对混凝土脱空检测提供进一步的保障。
作为本发明的一个实施例，处理单元功能，还包括：
处理单元还用于记录每次检测到的混凝土脱空的位置，并基于记录得到的混凝土脱空的位置生成混凝土脱空区域分布数据。
由于一般工程待测现场面积都比较大，而实际的混凝土脱空检测的测量仪的体积一般都较小，因此本发明实施例一中每次仅能检测工程待测现场一小部分位置的混凝土脱空情况。为了方便技术人员的使用以及后续对工程待测现场脱空情况的分析，本发明实施例中测量仪会在每次检测完成后记录本次检测的点在此次工程待测现场中的位置以及具体的脱空情况如何，并对已经记录的前面检测的位置和脱空情况的数据进行更新，得到工程待测现场混凝土脱空区域分布数据，从而使得在对整个工程待测现场检测全部完成后，即可获得整个工程待测现场的混凝土脱空区域分布的情况数据，如哪些地方存在脱空，脱空深度如何。
本发明实施例与现有技术的不同之处在于，由于对于两个接收同一中子源发出的且经由相同混凝土相互作用慢化得到热中子的热中子探测器而言，其接收到的热中子的计数率虽然也会受到钢板厚度、混凝土含水量以及脱空或空洞深度的影响，但对于同一块混凝土而言，其含水量对中子的慢化以及散射能力是固定的，即对两个热中子探测器热中子计数率的影响是同步固定的，而混凝土中的脱空或空洞会使得热中子更易到达离中子源更远的热中子探测器，从而使两个热中子探测器接收到的热中子计数率产生较大差异，同时脱空深度的不同会使得这个差异进一步地产生变化，且脱空深度值越大这个差异越大。因此通过将两个热中子探测器热中子计数率进行比值计算，可以很好地消除混凝土含水量的影响，从而使得本发明实施例只需考虑钢板厚度以及脱空的深度对计数率比值的影响即可。因此，在本发明实施例中测量仪只需利用两个与中子源距离不同的热中子探测器来进行热中子计数率的采集并计算出两者的计数率比值，再基于预先测定实验得到的对应关系以及插值法来得到混凝土脱空深度的大小，测量仪即可实现对混凝土脱空和空洞深度值的直接检测，摆脱了现有技术中必须针对混凝土的含水量来进行建模，且还需根据测量现场的混凝土实际含水量的情况来对得到的数据进行异常值判断，以及现场数据的修正，从而节省了大量繁琐的操作，极大地提高了实际对混凝土脱空深度测量的效率。同时，考虑到钢板厚度对热中子探测器的影响，设置了热中子采集面积不同的大小热中子探测器来进行选取采集，保证采集到的热中子计数率数据的有效性，且考虑到实际工程待测现场混凝土脱空情况的可能影响，设置了多个与中子源距离不同的热中子探测器，并根据实际得到的两两组合的计数率比值来进行筛选，以提升对脱空深度检测的准确性。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种混凝土脱空检测的测量仪，其特征在于，包括：中子源、处理单元、第一热中子探测器以及第二热中子探测器；
所述中子源用于向覆盖有钢板的混凝土发射快中子；
所述第一热中子探测器以及所述第二热中子探测器，用于获取所述混凝土表面覆盖的钢板上与所述中子源距离不同的两处位置的热中子计数率N1以及热中子计数率N2；
所述处理单元用于计算所述热中子计数率N1以及热中子计数率N2的计数率比值；
所述处理单元还用于获取所述混凝土表面覆盖的钢板的厚度，根据所述钢板的厚度查找出所述计数率比值与混凝土脱空深度的对应关系，并根据所述对应关系确定出所述计数率比值对应的所述混凝土脱空深度，其中，由技术人员预先对所述测量仪进行测定，得到不同钢板厚度情况下计数率比值与混凝土脱空深度的对应关系；
测量仪上所述中子源与所述第一热中子探测器以及与所述第二热中子探测器的具体位置距离由技术人员根据实际需求进行设定；进行测定实验时所述第一热中子探测器与所述中子源的距离，以及所述第二热中子探测器与所述中子源的距离，都与测量仪使用时的所述第一热中子探测器与所述中子源的距离，以及所述第二热中子探测器与所述中子源的距离相同；
所述混凝土脱空深度为钢板与混凝土结合面处的脱空距离。
2.如权利要求1所述的测量仪，其特征在于，还包括：
所述处理单元还用于计算当覆盖在混凝土表面的钢板样本厚度H＝H1时，钢板样本与所述混凝土表面的距离d值对应的所述第一热中子探测器的热中子计数率与所述第二热中子探测器的热中子计数率的计数率比值，得到在钢板样本厚度为H1时，所述计数率比值与所述混凝土脱空深度d的对应关系，其中所述钢板样本与混凝土表面的距离d即为混凝土脱空深度d；
所述处理单元还用于在H调整时，计算钢板样本与所述混凝土表面的距离d值对应的所述第一热中子探测器的热中子计数率与所述第二热中子探测器的热中子计数率的计数率比值，以得到不同H的情况下，所述计数率比值与所述混凝土脱空深度d的对应关系。
3.如权利要求1所述的测量仪，其特征在于，所述测量仪包括与所述中子源位置固定的多个第一类热中子探测器，以及与所述中子源位置固定的多个第二类热中子探测器，所述第一类热中子探测器的热中子探头面积大于所述第二类热中子探测器；
所述处理单元还用于获取所述钢板的厚度，并判断所述钢板的厚度是否大于预设厚度；
若所述钢板的厚度大于所述预设厚度，所述处理单元从所述多个第一类热中子探测器中选取出所述第一热中子探测器以及所述第二热中子探测器；
若所述钢板的厚度小于或等于所述预设厚度，所述处理单元从所述多个第二类热中子探测器中选取出所述第一热中子探测器以及所述第二热中子探测器。
4.如权利要求1所述的测量仪，其特征在于，所述测量仪还包括：多个热中子探测器；
所述多个热中子探测器用于获取所述混凝土表面覆盖的钢板上，与所述中子源距离不同的多处位置的热中子计数率；
所述处理单元还用于从所述多个热中子探测器中筛选出所述第一热中子探测器以及所述第二热中子探测器。
5.如权利要求4所述的测量仪，其特征在于，所述处理单元从所述多个热中子探测器中筛选出所述第一热中子探测器以及所述第二热中子探测器，包括：
所述处理单元读取与所述多个热中子探测器分别对应的热中子计数率；
所述处理单元对所述多个热中子探测器进行两两组合，并分别计算每个组合的计数率比值；
所述处理单元将每个组合的计数率比值分别与其对应的标准比例阈值进行差值计算，并将差值绝对值最大的组合中的热中子探测器作为所述第一热中子探测器以及所述第二热中子探测器。
6.如权利要求4所述的测量仪，其特征在于，所述处理单元从所述多个热中子探测器中筛选出所述第一热中子探测器以及所述第二热中子探测器，包括：
所述处理单元接收用户输入的探测器选取指令，并根据所述探测器选取指令从所述多个热中子探测器中筛选出所需的所述第一热中子探测器以及所述第二热中子探测器。
7.如权利要求1所述的测量仪，其特征在于，所述处理单元根据所述对应关系确定出所述计数率比值对应的所述混凝土脱空深度，包括：
所述处理单元在所述对应关系中未记录所述计数率比值时，利用插值法对所述对应关系中与所述计数率比值相近的数据进行处理，以得出所述计数率比值对应的所述混凝土脱空深度。
8.如权利要求1所述的测量仪，其特征在于，所述处理单元根据所述对应关系确定出所述计数率比值对应的所述混凝土脱空深度，包括：
所述处理单元将所述计数率比值代入至所述钢板的厚度对应的曲线函数，计算得到所述计数率比值对应的所述混凝土脱空深度。
9.如权利要求1所述的测量仪，其特征在于，还包括：
所述处理单元还用于记录每次检测到的混凝土脱空的位置，并基于记录得到的所述混凝土脱空的位置生成混凝土脱空区域分布数据。
10.如权利要求1所述的测量仪，其特征在于，所述测量仪还包括第三热中子探测器；
所述处理单元还用于读取所述第三热中子探测器的热中子计数率N3，根据所述钢板的厚度查找出所述第三热中子探测器的热中子计数率与混凝土脱空深度的对应关系，并根据所述第三热中子探测器的热中子计数率与混凝土脱空深度的对应关系确定出N3对应的所述混凝土脱空深度；
所述处理单元还用于基于所述N3对应的所述混凝土脱空深度，对得到的所述计数率比值对应的所述混凝土脱空深度进行修正处理，得到所述混凝土的脱空深度。
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