CN113640375A - 利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测系统及方法，属于土木工程材料检测领域。本发明包括涡流检测电信号读取电路、波形发生器、信号采集器、及计算机；移动点检探头式涡流传感器采集钢纤维道路表面信号；信号采集器读取并上点检探头式涡流传感器中的电流和电压信号；计算机通过电流电压信号计算得到阻抗信息，通过阻抗信息判断钢纤维道路内部钢纤维分布均匀度。本发明为实际工程质量控制及路用性能预测提出合理的评价意见，实现对钢纤维混凝土路面中纤维分布的快速、无损、全面检测。在提高检测效率的同时，确保了检测结果的可靠性与全面性。本发明无损检测可以减少交通管制时间，实现快速大面积检测。
Description
技术领域
本发明属于土木工程材料检测领域，具体涉及利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测系统及方法。
背景技术
随着道路工程材料的不断发展，钢纤维增强混凝土由于其较好的力学特性被运用于特种道路工程的建设之中。钢纤维的加入补强了水泥石较弱的抗裂及抗弯性能，在车辆荷载作用下展现较好的疲劳及抗裂性能。然而钢纤维的分布对路用钢纤维增强混凝土的力学性能起到了决定性作用，钢纤维均匀的分散是保证硬化钢纤维增强混凝土具有较好的路用性能的必需条件。钢纤维在整个结构体系中起到桥接的作用，在路面出现微裂纹后，钢纤维可以阻止并抑制其进一步发展，钢纤维连续而均匀的分布所形成的三维纤维网络结构是其性能最大发挥的前提条件。因此，对路用钢纤维混凝土中钢纤维分布均匀度的有效检测，可以用于评估钢纤维混凝土施工质量及预测其后期路用性能。钢纤维混凝土在硬化后，其内部结构较难凭借肉眼观察。
目前对于钢纤维的检测通常通过现场钻芯取样的方式实现，现场钻芯取样方式对所修建路面产生结构损伤，影响结构整体性，检测效率低下，并且钻芯取样限制了检测的整体性，只能针对选定区域内的小面积评估，检测结果不具有代表性，可靠度低。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测系统及方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测系统，包括：
涡流传感阵列，其串联有模拟电流采集器、高精度定值电阻、交流信号发生器和控制开关，所述涡流传感阵列并联有模拟电压采集器；
波形发生器，发出正弦波信号，激活所述涡流传感阵列；当所述涡流传感阵列贴近待检测路面后，所述涡流传感阵列内部电压电流发生变化；
信号采集器，读取涡流传感阵列中的电压电流信号；
计算机，根据所述电压电流信号计算得到阻抗信息，并通过阻抗信息确定待检测路面的钢纤维均匀度。
优选的，所述涡流传感器阵列包括传感阵列，所述传感阵列通过固封材料固封，所述传感阵列包括4个以上并联的点检探头式涡流传感器，任两个所述点检探头式涡流传感器探头之间的直线距离为3-5cm。
优选的，所述波形发生器为变频交流发生器，所述波形发生器发出的正弦波为1-5kHz低频正弦波。
优选的，所述PCI信号采集卡为模拟量输入卡，其最低性能指标为4通道，16比特，250兆赫兹采样频率。
优选的，所述涡流传感阵列设置在点检探头式涡流传感器上。
利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测方法，包括如下步骤：
将所述点检探头式涡流传感器贴近待检测道路表面，所述涡流传感阵列内部电压和电流发生变化；
信号采集器读取并向所述计算机上传所述电压和电流信息；
计算机通过所述电压和电流信息计算得到阻抗信息，通过阻抗信息判断待检测道路内部钢纤维分布的均匀度。
优选的，以0.1m/s的速度匀速移动所述点检探头式涡流传感器进行信号采集。
优选的，还包括以下步骤：
所述信号采集器读取波形发生器发生的波形信号并将所述波形信号上传至计算机；
所述计算机根据所述波形信号和移动速度控制所述信号采集器上的PCI电感信号采集卡调整频率。
优选的，还包括以下步骤，在点检探头式涡流传感器采集钢纤维道路表面信号前，进行距离误差标定。
优选的，点检探头式涡流传感器贴近钢纤维道路表面时，点检探头式涡流传感器与所述钢纤维道路表面距离为1-1.5cm。
本发明提供的利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测系统具有以下有益效果：本发明提供了一种涡流电磁效应的钢纤维混凝土路面纤维分布无损检测系统，可以高效快速的实现对路表层纤维分布的大面积检测，检测效率高，在保证检测可靠度的同时减少人力、物力消耗，避免了钻芯取样对道路结构的损伤，提高道路的使用寿命和整体性。多个点检测涡流传感器之并联于所述涡流阵列，增加了原位检测范围，提高了检测精度，实现大面积快速检测，有利于节省时间成本。本发明中的涡流电信号采集电路，由简单的高精度定值电阻为基准采集电路中的电流变化，并同时采集电压信号，作为计算阻抗信号的原始数据，该采集电路成本低廉，大大降低了涡流电信号检测仪器的成本，远远低于传统阻抗检测仪器价格。本发明极大程度提高了检测手段的智能化程度，具有显著的经济价值和社会效益，符合我国可持续发展及智能化发展的目标。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的涡流检测电信号读取电路连接示意图；
图2为本发明实施例1的利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测系统工作流程图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本发明提供了一种利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测系统，具体如图1和图2所示，包括利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测系统，其特征在于，包括涡流检测电信号读取电路、波形发生器、信号采集器、及计算机；涡流电信号读取电路包括涡流传感阵列，涡流传感阵列串联有模拟电流采集器、高精度定值电阻、交流信号发生器和控制开关，涡流传感阵列并联有模拟电压采集器。
本实施例中，涡流感应的路用钢纤维混凝土检测系统的具体工作过程如下：波形发生器发出正弦波信号，激活涡流传感阵列，涡流传感阵列贴近待检测路面后，涡流传感阵列内部电压电流发生变化，信号采集器读取涡流传感阵列中的电压电流信号并将电压电流信号传至计算机，计算机通过电压电流信号计算得到阻抗信息，通过阻抗信息确定待检测路面的钢纤维均匀度。
进一步的，涡流传感器阵列包括传感阵列，传感阵列通过固封材料固封，传感阵列包括4个以上并联的点检探头式涡流传感器，任两个点检探头式涡流传感器探头之间的直线距离为3-5cm，以确保检测范围全覆盖。波形发生器为可变频率交流发生器，波形发生器发出的正弦波为1-5kHz低频正弦波，以提高涡流检测深度。PCI信号采集卡为模拟量输入卡，其最低性能指标为4通道，16比特，250兆赫兹采样频率，以满足实时快速检测采样数量要求。
利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测方法，包括如下步骤：将点检探头式涡流传感器贴近钢纤维道路表面，点检探头式涡流传感器与钢纤维道路表面距离为1-1.5cm，以确保信号强度及检测精度；进行距离误差标定；移动点检探头式涡流传感器，涡流传感阵列内部电压和电流发生变化，移动速度为0.1m/s，以匹配信号采集频率信号采集器读取并向计算机上传电压和电流信息；计算机通过电压和电流信息计算得到阻抗信息，通过阻抗信息判断待检测道路内部钢纤维分布的均匀度。同时，信号采集器读取波形发生器发生的波形信号并将波形信号上传至计算机；计算机根据波形信号和移动时的速度信息控制信号采集器上的PCI电感信号采集卡调整频率。通过控制采集卡采样频率与传感器移动速度相互匹配，达到精确检测的目的。
以上实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测系统，其特征在于，包括：
涡流传感阵列，其串联有模拟电流采集器、高精度定值电阻、交流信号发生器和控制开关，所述涡流传感阵列并联有模拟电压采集器；
波形发生器，发出正弦波信号，激活所述涡流传感阵列；当所述涡流传感阵列贴近待检测路面后，所述涡流传感阵列内部电压电流发生变化；
信号采集器，读取涡流传感阵列中的电压电流信号；
计算机，根据所述电压电流信号计算得到阻抗信息，并通过阻抗信息确定待检测路面的钢纤维均匀度。
2.根据权利要求1所述的利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测系统，其特征在于，所述涡流传感器阵列包括传感阵列，所述传感阵列通过固封材料固封，所述传感阵列包括4个以上并联的点检探头式涡流传感器，任两个所述点检探头式涡流传感器探头之间的直线距离为3-5cm。
3.根据权利要求2所述的利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测系统，其特征在于，所述波形发生器为变频交流发生器，所述波形发生器发出的正弦波为1-5kHz低频正弦波。
4.根据权利要求3所述的利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测系统，其特征在于，所述PCI信号采集卡为模拟量输入卡，其最低性能指标为4通道，16比特，250兆赫兹采样频率。
5.根据权利要求4所述的利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测系统，其特征在于，所述涡流传感阵列设置在点检探头式涡流传感器上。
6.根据权利要求5所述的一种利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
将所述点检探头式涡流传感器贴近待检测道路表面，所述涡流传感阵列内部电压和电流发生变化；
信号采集器读取并向所述计算机上传所述电压和电流信息；
计算机通过所述电压和电流信息计算得到阻抗信息，通过阻抗信息判断待检测道路内部钢纤维分布的均匀度。
7.根据权利要求6所述的利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测方法，其特征在于，以0.1m/s的速度匀速移动所述点检探头式涡流传感器进行信号采集。
8.根据权利要求7所述的利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：
所述信号采集器读取波形发生器发生的波形信号并将所述波形信号上传至计算机；
所述计算机根据所述波形信号和移动速度控制所述信号采集器上的PCI电感信号采集卡调整频率。
9.根据权利要求8所述的利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测方法，其特征在于，还包括以下步骤，在点检探头式涡流传感器采集钢纤维道路表面信号前，进行距离误差标定。
10.根据权利要求9所述的利用涡流感应的路用钢纤维混凝土检测方法，其特征在于，点检探头式涡流传感器贴近钢纤维道路表面时，点检探头式涡流传感器与所述钢纤维道路表面距离为1-1.5cm。
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