CN208420791U - 一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置，所述监测装置包括：监测探头、单片机和计算机，所述监测探头用于为钢筋监测提供稳定闭合磁场，并将锈蚀钢筋电磁场变的磁信号转变为电信号，所述单片机用于收集所述第一霍尔元件产生的电信号，完成电压信号从模拟到数字的转换，所述单片机转换成的数字信号通过数据接口传输到计算机上，通过计算机内安装的数据采集串口助手进行实时监测；该装置可以监测钢筋的整个锈蚀过程，得到钢筋从起锈到质量线性损失的锈蚀过程数据，所需试验设备安装方便，完成单个试验周期短，试件易加工制作，占用空间小，成本低，对于混凝土结构全寿命周期内钢筋锈蚀速度及锈蚀量控制具有较好可操作性。

Description

一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置

技术领域

本实用新型属于钢筋锈蚀监测设备技术领域，具体涉及一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置。

背景技术

钢筋锈蚀是一种十分常见的自然现象，锈蚀会引起一系列的结构安全及经济性问题。对于在海洋环境服役的建筑结构，腐蚀离子对钢筋的锈蚀作用是建筑物面临最大的问题。近年来，越来越多的人员开始致力于钢筋锈蚀监测的研究，同时利用钢筋锈蚀时引发的一系列物理化学变化研发各种监测设备。

传统的钢筋锈蚀监测手段就是电化学方法，包括电化学阻抗谱、半电池电位以及线性极化法；除了传统的电化学手段外，基于各种物理学理论(声学、光学、电学和磁学)的检测设备层出不穷。

尽管有许多不同种类的钢筋锈蚀监测设备，但监测精度及对钢筋损伤状态的描述却不尽相同，目前各种监测设备存在最突出的问题是只能大概估计钢筋的损伤程度，却无法描述钢筋锈蚀的整个过程。利用电磁场的技术检测钢筋锈蚀，这类技术应用电场或磁场作为探测媒介，现有技术中包括应用漏磁法探查混凝土中钢筋的断裂情况，在钢筋混凝土中构件上施加强磁场使钢筋中的磁场饱和，如果钢筋断裂，断裂位置及其附近的磁场就会发生畸变，磁场畸变可以用磁敏感元件检测出来。这种方法对检测钢筋断裂是很灵敏的，但是产生饱和磁场的费用很大，较难推广应用。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置，利用霍尔元件作为探头感应钢筋锈蚀引起的电磁场变的技术原理，实时监测钢筋从起锈到质量线性损失的整个锈蚀行为过程，可控性强、操作性强、成本低廉、容易推广使用。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置，所述监测装置包括：

监测探头，所述监测探头用于为钢筋监测提供稳定闭合磁场，并将锈蚀钢筋电磁场变的磁信号转变为电信号；所述监测探头包括硅钢片骨架、磁体和第一霍尔元件；所述硅钢片骨架为C型，所述硅钢片骨架作为导磁介质供所述磁体形成完整闭合的磁场，所述硅钢片骨架的开口处用于放置钢筋；所述磁体设置在所述硅钢片骨架上，用于为钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置提供磁场源；所述第一霍尔元件设置在所述硅钢片骨架开口处的一端，所述第一霍尔元件作为磁场传感器接收磁信号，并将磁信号转换为电信号；

单片机，所述单片机与所述监测探头电相连，所述单片机用于收集所述第一霍尔元件产生的电信号，完成电压信号从模拟到数字的转换；

计算机，所述单片机转换成的数字信号通过数据接口传输到计算机上，通过计算机内安装的数据采集串口助手进行实时监测。

在如上所述的一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置，优选，所述磁体为永磁体，可长期维持稳定的磁场。

在如上所述的一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置，优选，所述硅钢片骨架的侧壁上设有通孔，所述通孔用于判断监测磁体磁场的消退。

在如上所述的一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置，优选，所述通孔有两个，两个所述通孔与所述硅钢片骨架的开口位置平行设置。

在如上所述的一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置，优选，两个所述通孔的一侧均设有所述第二霍尔元件，所述第二霍尔元件设置在所述硅钢片骨架上，用于对所述第一霍尔元件接收信号进行修正。

在如上所述的一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置，优选，所述单片机的规格为24bits。

在如上所述的一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置，优选，所述硅钢片骨架的开口处端口长度为14mm。

在如上所述的一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置，优选，所述第一霍尔元件和所述第二霍尔元件均用焊锡膏焊接在所述硅钢片骨架上。

与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有如下优异效果：

本实用新型利用永磁体作为磁场源，硅钢片作为导磁介质，利用霍尔元件作为磁场感应装置接受磁信号并将磁信号转变为电信号，收集后的数据经单片机转换成数字信号反应到计算机上，得到钢筋从起锈到质量线性损失的整个锈蚀行为过程数据，所需试验设备安装方便，可控性强，完成单个试验周期短，试件易加工制作，占用空间小，成本低，制备简单，对于混凝土结构全寿命周期内钢筋锈蚀速度及锈蚀量控制具有较好可操作性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。其中：

图1为本实用新型实施例的监测探头的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的监测装置的监测过程流程图；

图3为本实用新型实施例的监测装置监测数据绘制的线性关系图；

图4为本实用新型实施例的霍尔电压值与腐蚀时间的关系图。

图中：1、监测探头；11、硅钢片骨架；12、磁体；13、第一霍尔元件；14、通孔；15、第二霍尔元件；2、钢筋。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

钢筋2的主要成分是铁，但发生锈蚀后生成的三氧化二铁、四氧化三铁等一系列的氧化物，锈蚀产物的磁导率相比于原钢筋2相差几千倍。钢筋2发生锈蚀时，由于磁导率降低，通过钢筋2截面的磁通量减少。这个变化会通过磁感装置以及信号收集装置以电压的形式反映在计算机上，通过实时监测电压就可以掌握钢筋2的损伤情况。

本实用新型主要是利用永磁体12作为磁场源，硅钢片骨架11作为导磁介质，利用霍尔元件作为磁场感应装置接受电磁信号，然后通过单片机收集的模拟信号数据转换成数字信号继而反映到计算机上，通过计算机软件的数据采集串口助手将数据导出后，得到钢筋2从起锈到质量线性损失的过程监测数据，对钢筋2的锈蚀过程做到实时监控，尤其是可以清晰地反应钢筋2从锈斑随机产生到布满整个监测表面的过程。

如图1和图2所示，根据本实用新型的实施例，提供了一种钢筋2锈蚀电磁场变响应监测装置，包括：

监测探头1，监测探头1用于为钢筋2监测提供稳定闭合磁场，并将锈蚀钢筋2电磁场变的磁信号转变为电信号，监测探头1包括硅钢片骨架11、磁体12和第一霍尔元件13；

硅钢片骨架11为C型，硅钢片骨架11作为导磁介质供磁体12形成完整闭合的磁场，硅钢片骨架11的开口处用于放置钢筋2。

磁体12设置在硅钢片骨架11上，用于为钢筋2锈蚀电磁场变响应监测装置提供磁场源，优选地，磁体12为永磁体，可长期维持稳定的磁场。

第一霍尔元件13设置在硅钢片骨架11开口处的一端，第一霍尔元件13作为磁场传感器接收磁信号，并将磁信号转换为电信号。

单片机，单片机与监测探头1电相连，单片机用于收集第一霍尔元件13产生的电信号，完成电压信号从模拟到数字的转换。

计算机，单片机转换成的数字信号通过数据接口传输到计算机上，通过计算机内安装的数据采集串口助手进行实时监测，数据采集串口助手是将计算机接收到的数字信号进行处理，通过统计、分析在计算机屏幕上显示出霍尔电压值，数据采集串口助手作为计算机上的数据分析软件，本领域的技术人员通过简易编程即可实现。

在本实用新型的具体实施例中，优选地，硅钢片骨架11的侧壁上设有通孔14，所述通孔14用于判断监测磁体12磁场的消退，具体地，用于进一步判断霍尔电压的变化是由于磁场消退还是由于钢筋2的锈蚀引起。

在本实用新型的具体实施例中，优选地，通孔14有两个，两个通孔14与硅钢片骨架11的开口位置平行设置。

在本实用新型的具体实施例中，优选地，两个通孔14的一侧均设有第二霍尔元件15，第二霍尔元件15设置在硅钢片骨架11上，用于对第一霍尔元件13接收信号进行修正。

在本实用新型的具体实施例中，优选地，单片机的规格是24bits，具有高分辨率、高转换率、高精度、快速转换、连续采集信号的优势，能够反映钢筋2锈蚀初期锈斑的随机产生。

在本实用新型的具体实施例中，优选地，硅钢片骨架11的开口处端口长度为14mm，适用于单根钢筋2直径宽度，一般单根钢筋2的直径在14mm以内，当钢筋2直径占据监测探头1开口位置大部分横截面积的时候，信噪比会比较高，能有效降低干扰，提高信号接收强度。

在本实用新型的具体实施例中，优选地，第一霍尔元件13和第二霍尔元件15均用焊锡膏焊接在硅钢片骨架11上。

本实用新型的钢筋2锈蚀电磁场变响应监测装置的监测探头1的外壳是采用3D打印技术制作的塑料外壳，在外壳上涂覆有三防漆，具有防腐蚀、防漏电、仿真、防潮等性能优势，3D打印监测探头1外壳制造成本低，组装方便。

如图2所示，本实用新型的监测过程如下：永磁体作为磁场源，硅钢片作为导磁介质，监测探头1内霍尔元件作为感应元件接受电磁信号，经单片机转换成数字信号反映到计算机的数据采集串口助手上，通过电脑上的数据采集串口助手得到钢筋2锈蚀过程的霍尔电压值。

在使用本实用新型的钢筋2锈蚀电磁场变响应监测装置进行钢筋2锈蚀过程的监测时，将取出的钢筋2样品水平放入监测探头1的开口处，永磁体作为磁场源，硅钢片骨架11作为导磁介质，形成稳定闭合的磁场，单片机通入直流电源，钢筋2锈蚀形成氧化物的不同阶段，通过钢筋2截面的磁通量会变化，随着锈蚀的程度加剧，磁通量不断减少，这个磁通量变化会通过霍尔元件感应到，并通过单片机将信号收集，并将模拟信号转变为电信号，通过USB数据接口传输到计算机上，通过计算机内安装的数据采集串口助手进行实时监测，以电压的形式输出，通过实时监测电压就可以掌握钢筋2的损伤情况。

使用本实用新型的监测设备监测了暴露在海水中的普通钢筋2磁通量变化值与钢筋2质量损失之间的关系，潮湿空气中的普通碳钢和耐蚀钢筋2磁通量的变化。如图3所示，表示的是普通碳钢的霍尔电压值与钢筋2质量损失线性关系图；如图4所示，表示的是潮湿空气中的普通碳钢和耐蚀钢筋2的霍尔电压值与腐蚀时间的关系，从图中可以清晰地反应出钢筋2从锈斑随机生成到布满整个监测表面的过程，说明本实用新型的钢筋2锈蚀电磁场变响应监测装置使用效果好，监测过程完整，可操作性强，具备较好的工业推广价值。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置，其特征在于，所述监测装置包括：

监测探头，所述监测探头用于为钢筋监测提供稳定闭合磁场，并将锈蚀钢筋电磁场变的磁信号转变为电信号；所述监测探头包括硅钢片骨架、磁体和第一霍尔元件；所述硅钢片骨架为C型，所述硅钢片骨架作为导磁介质供所述磁体形成完整闭合的磁场，所述硅钢片骨架的开口处用于放置钢筋；所述磁体设置在所述硅钢片骨架上，用于为钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置提供磁场源；所述第一霍尔元件设置在所述硅钢片骨架开口处的一端，所述第一霍尔元件作为磁场传感器接收磁信号，并将磁信号转换为电信号；

单片机，所述单片机与所述监测探头电相连，所述单片机用于收集所述第一霍尔元件产生的电信号，完成电压信号从模拟到数字的转换；

计算机，所述单片机转换成的数字信号通过数据接口传输到计算机上，通过计算机内安装的数据采集串口助手进行实时监测。

2.如权利要求1所述的一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置，其特征在于，所述磁体为永磁体，可长期维持稳定的磁场。

3.如权利要求1所述的一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置，其特征在于，所述硅钢片骨架的侧壁上设有通孔，所述通孔用于判断监测磁体磁场的消退。

4.如权利要求3所述的一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置，其特征在于，所述通孔有两个，两个所述通孔与所述硅钢片骨架的开口位置平行设置。

5.如权利要求4所述的一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置，其特征在于，两个所述通孔的一侧均设有第二霍尔元件，所述第二霍尔元件设置在所述硅钢片骨架上，用于对所述第一霍尔元件接收信号进行修正。

6.如权利要求1所述的一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置，其特征在于，所述单片机的规格为24bits。

7.如权利要求1所述的一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置，其特征在于，所述硅钢片骨架的开口处端口长度为14mm。

8.如权利要求5所述的一种钢筋锈蚀电磁场变响应监测装置，其特征在于，所述第一霍尔元件和所述第二霍尔元件均用焊锡膏焊接在所述硅钢片骨架上。