ES2555542B1 - Sensor embebido para la medida continua de resistencias mecánicas en estructuras de material cementicio, método de fabricación del mismo, y sistema y método de medida continua de resistencias mecánicas en estructuras de material cementicio - Google Patents
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Abstract
Sensor para la medida continua de resistencias mecánicas en una estructura de material cementicio. Otro objeto de la invención se refiere a dos sistemas de medida que emplean dicho sensor: un sistema de medida continua basado en un efecto de inducción electromagnética, y otro sistema de medida continua basado en un efecto de magnetoinductancia, así como el método de medida de cada sistema y un método de fabricación de dicho sensor El sensor se embebe directamente, como un simple agregado más, en una estructura de material cementicio, preferentemente hormigón, de modo que permite medir el estado de tensión mecánica/deformación interno de dicha estructura de material cementicio de forma continua y sin afectar a su estructura ni su estado de tensión. El sensor comprende un bloque de material cementicio en el que está embebido un microhilo magnético donde dicho microhilo magnético comprende un núcleo ferromagnético y un revestimiento aislante de vidrio.
Description
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DESCRIPCION
Sensor embebido para la medida continua de resistencias mecanicas en estructuras de material cementicio, metodo de fabrication del mismo, y sistema y metodo de medida continua de resistencias mecanicas en estructuras de material cementicio.
OBJETO DE LA INVENCION
El objeto de la presente invention se refiere a un sensor para la medida continua de resistencias mecanicas en una estructura de material cementicio. Otro objeto de la presente invencion se refiere a dos sistemas de medida que emplean dicho sensor, que son un sistema de medida continua basado en un efecto de induction electromagnetica, y otro sistema de medida continua basado en un efecto de magnetoinductancia, asl como el metodo de medida de cada sistema y un metodo de fabricacion de dicho sensor.
El sensor se embebe directamente, como un simple agregado mas, en una estructura de material cementicio, preferentemente hormigon, de modo que permite medir el estado de tension mecanica/deformacion interno de dicha estructura de material cementicio de forma continua y sin afectar a su estructura ni su estado de tension.
El sensor comprende un bloque de material cementicio en el que esta embebido un microhilo magnetico donde dicho microhilo magnetico comprende un nucleo ferromagnetico y un revestimiento aislante de vidrio.
El sensor una vez embebido en la estructura de material cementicio permite determinar las fuerzas y deformaciones a los que se ve sometida dicha estructura de material cementicio a lo largo de su vida util.
Encuentra especial aplicacion en el ambito de la industria de la construction.
PROBLEMA TECNICO A RESOLVER Y ANTECEDENTES DE LA INVENCION
El metodo mas utilizado para la medida de resistencia del hormigon, son los ensayos de laboratorio que miden las resistencias mecanicas sobre testigos o probetas. Posee la desventaja de ser un ensayo destructivo. Entre los metodos mas utilizados para medir esfuerzos mecanicos o deformation estan las galgas extensiometricas. Dichas galgas extensiometricas son capaces de medir deformacion longitudinal media, y se utilizan fundamentalmente adheridas a la superficie exterior, aunque empiezan a aparecer algunos disenos que permiten embeberlas dentro de estructuras de hormigon. Pero por su particular diseno poseen un precio muy elevado en comparacion con un sensor simplemente fabricado del mismo material a embeber.
Los sensores de fibra optica y los sensores piezoelectricos tienen un buen rendimiento y permiten medir los esfuerzos internos y la deformacion. Estos sensores tienen la desventaja de su alto coste, tienen una durabilidad determinada, y necesitan de un equipo de medida caro, como electronica y laseres para su funcionamiento. Ademas tienen un rango de temperatura util muy estrecho.
El desarrollo de microsensores permite obtener materiales magneticos funcionales a bajo costo con propiedades magneticas mejoradas para adaptarse a los requerimientos de las aplicaciones en una variedad de sectores industriales.
Sin embargo, los microhilos magneticos amorfos han atraldo mucha atencion debido a sus reducidas dimensiones, posibilidad de adaptar sus propiedades magneticas para detectar
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diferentes magnitudes, y a sus procesos de medicion y fabrication sencillos.
Una de las aplicaciones tecnologicas de estos microhilos magneticos esta basado en el efecto de Biestabilidad magnetica y se pueden utilizar en numerosas aplicaciones haciendo uso fundamentalmente de los picos de voltaje muy agudos inducidos en pequenos bobinados como consecuencia del proceso de la propagation de la inversion de imanacion, como posteriormente se explicara en detalle. Estos pulsos magneticos han sido utilizados en muy diversas aplicaciones, tales como generadores de pulsos, sensores de position y desplazamiento, sensores de campo magnetico, sensores magnetoelasticos, contadores de revoluciones y goniometros, etc.
Por lo tanto, la presente invention proporciona un sensor que presenta las siguientes ventajas:
- permite medir la resistencia mecanica de forma continua de cualquier estructura fabricada en material cementicio,
- permite medir sin contacto los esfuerzos mecanicos internos de la estructura de material cementicio,
- se embebe directamente en la estructura de material cementicio a estudiar sin afectar a su estructura ni al estado de tension,
- se aplica unos tratamiento termicos que por una parte permiten mejorar la estabilidad del sensor con el tiempo, y por otra adaptar la sensibilidad del sensor a los esfuerzos mecanicos aplicados al rango de tensiones mecanicas aplicadas en el que va a trabajar el sensor.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
La presente invencion se refiere a un sensor embebido para la medida continua de resistencias mecanicas en estructuras de material cementicio (preferentemente la estructura de material cementicio es hormigon), tal que comprende: al menos un microhilo magnetico seleccionado entre amorfo y nanocristalino embebido en un bloque de material cementicio, donde el microhilo magnetico posee una composition adecuada para no verse afectado por el entorno alcalino del bloque de material cementicio y comprende un nucleo metalico. Preferentemente el nucleo metalico es un nucleo ferromagnetico.
Segun una realization, el microhilo magnetico comprende un nucleo ferromagnetico y un revestimiento aislante de vidrio resistente al entorno alcalino del bloque de material cementicio, que dependiendo del material cementicio del que este formado dicho bloque esta seleccionado entre:
- un revestimiento de vidrio de borosilicato para una resistencia alta a los alcalis con al menos entre un 20-25% de Zr, y
- un revestimiento de vidrio de borosilicato para una resistencia moderada a los alcalis con un contenido bajo en alcalis como por ejemplo del tipo “Pyrex” 74.5% SiO2, 15% B2O3, 3% Na2O, 2% Al2O3, 1.5% K2O, o “Nonex”, 73% SiO2, 16.5% B2O3, 6% PbO, 3% Na2O, 1.5% K2O.
Segun otra realizacion, el microhilo magnetico comprende un nucleo ferromagnetico sin el revestimiento aislante de vidrio. En este caso, el nucleo ferromagnetico comprende un material seleccionado entre Cromo, Zirconio y combination de ellos para ser resistente a agentes corrosivos y oxidantes del bloque de material cementicio donde va a ser embebido.
La presente invencion tambien se refiere a un sistema de medida continua de resistencias mecanicas en estructuras de material cementicio basado en un efecto de induction electromagnetica, tal que comprende al menos:
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- un sensor de los descritos anteriormente que en el caso de que el microhilo magnetico comprenda revestimiento aislante de vidrio el nucleo ferromagnetico comprende una composition quimica seleccionada entre CoFeSiB, FeSiB, FeNiSiB, y FeCoSiB con una proportion de Si+B superior al 14% e inferior al 35%, y de Co, Ni y de Fe de mas del 40%; donde el microhilo magnetico comprende una magnetostriction alta y positiva en un rango desde 3e-5 hasta 4e-5, una biestabilidad magnetica y donde el sensor esta embebido en la estructura de material cementicio;
- una bobina excitadora;
- una bobina sensora concentrica e interior a la bobina excitadora que genera un campo inversor en su interior;
- una fuente de alimentation alterna conectada a la bobina excitadora; y,
- un sistema de lectura y representation del campo inversor generado en la bobina sensora.
Este sistema de medida continua basado en el efecto de induction electromagnetica a su vez se divide en otros dos sistemas de medida dependiendo de la profundidad a la que se encuentre el sensor, por un lado un sistema de medida sin cables de conexion donde la bobina excitadora y la bobina sensora estan colocadas externamente a la estructura de material cementicio y por otro lado un sistema de medida con cables de conexion donde la bobina excitadora y la bobina sensora estan previamente arrolladas alrededor del sensor y embebidas junto con el sensor en la estructura de material cementicio.
El metodo de medida continua de resistencias mecanicas en estructuras de material cementicio basado en el efecto de induccion electromagnetica comprende:
- generar un voltaje o corriente alterna mediante la fuente de alimentacion alterna que genera un campo magnetico en la bobina excitadora donde dicho campo magnetico genera la propagacion de una pared magnetica a lo largo del microhilo magnetico del sensor donde dicha pared magnetica genera un pulso estrecho de voltaje en un campo inversor de la bobina sensora,
- medir el campo magnetico inversor generado en la bobina sensora mediante un sistema de lectura y representacion del campo magnetico inversor,
- establecer la resistencia mecanica de la estructura de material cementicio en base a la medida del campo magnetico inversor.
La presente invention tambien se refiere a otro sistema de medida continua de resistencias mecanicas en estructuras de material cementicio basado en un efecto de magnetoinductancia, tal que comprende al menos:
- un sensor de los descritos anteriormente que en el caso de que el microhilo magnetico comprenda revestimiento aislante de vidrio el nucleo ferromagnetico comprende una composicion composicion quimica seleccionada entre CoSiB y CoFeSiB con una proporcion de Si+B superior al 15% e inferior al 35%, de Co de mas de 40% y de Fe inferior al 6%; donde el microhilo magnetico comprende una magnetostriccion baja y negativa en un rango desde -1e-7 hasta 0,
- una fuente de alimentacion alterna conectada al microhilo magnetico,
- una bobina excitadora arrollada alrededor del sensor,
- una fuente de alimentacion continua conectada a la bobina excitadora,
- una bobina de compensation de campos locales arrollada alrededor del sensor y conectada a la fuente de alimentacion continua;
- un sistema de lectura y representacion del voltaje como funcion del campo magnetico creado por la bobina excitadora,
donde la bobina excitadora y la bobina de compensacion estan embebidas junto con el sensor en la estructura de material cementicio.
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El metodo de medida continua de resistencias mecanicas en estructuras de material cementicio basado en el efecto de magnetoinductancia comprende:
- generar un voltaje o corriente alterna que pasa a traves del microhilo magnetico mediante la fuente de alimentation alterna,
- generar un voltaje o corriente continuo que pasa a traves de la bobina excitadora generando un campo magnetico,
- generar un voltaje o corriente continuo que pasa a traves de la bobina de compensation para compensar campos locales,
- medir mediante unas variaciones del voltaje en los extremos del microhilo magnetico como funcion del campo magnetico creado por la bobina excitadora, y
- establecer la resistencia mecanica de la estructura de material cementicio en base a la medida de las variaciones de voltaje.
Finalmente, la presente invention tambien se refiere a un metodo de fabrication del sensor descrito que comprende:
• fabricar el microhilo magnetico amorfo mediante tecnicas de enfriamiento ultrarrapido convencionales y estiramiento,
• proteger el microhilo magnetico mediante una composition adecuada para que sea resistente al entorno alcalino del bloque de material cementicio,
• cortar el microhilo magnetico en tramos y someterlo a un tratamiento termico seleccionado entre con corriente electrica y con horno convencional para estabilizar la estructura interna de dicho microhilo magnetico, y mejorar la sensibilidad del microhilo magnetico a esfuerzos mecanicos aplicados,
• aplicar un tratamiento qulmico mediante acidos a los extremos cortados del microhilo magnetico para obtener unos extremos pulidos y uniformes,
• embeber al menos el microhilo magnetico en un bloque de material cementicio; y
• curar el bloque de material cementicio controlando la evolution de sus propiedades mecanicas mediante tecnicas de evaluation no destructiva.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
Para completar la description y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracterlsticas de la invencion, se acompana a esta memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un conjunto de dibujos en donde con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra una micrografla de un microhilo magnetico mediante microscopla electronica donde puede apreciarse el nucleo ferromagnetico y el revestimiento aislante de vidrio.
Figura 2.- Muestra la estructura de dominios magneticos de un microhilo con magnetostriction positiva. Posee un solo monodominio magnetico en la direction del eje del microhilo magnetico (axial) y dominios magneticos radiales cerca de la superficie.
Figura 2a. Muestra los diferentes estados magneticos del ciclo de histeresis biestable de un microhilo magnetico con magnetostriccion positiva. La figura de la izquierda muestra las flechas que indican la direccion de la imanacion dentro de cada dominio magnetico durante los diferentes estados del proceso de imanacion correspondientes a las etapas del ciclo de histeresis.H* representa el campo magnetico de inversion mlnimo, necesario para poder invertir la imanacion.
Figura 3.- Muestra la senal inducida en el sensor (V2) junto con el voltaje de excitation (V1) en funcion del tiempo en unidades arbitrarias (u.a.). La senal inducida se debe a la propagation de una pared de dominios magneticos a lo largo del microhilo magnetico. El campo magnetico
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de inversion H* se puede estimar facilmente de la posicion de un pico agudo de voltaje (maximo).
Figura 4a.- Muestra una distribution de valores de campo H* de una composition de Fe72 5Si125B15 antes de someter el microhilo magnetico al tratamiento termico y qulmico. N es el numero de eventos y H (Oe) los valores de campo magnetico de inversion. El valor medio de las fluctuaciones es H* =0.83 A/m, el ancho de la curva es 0.25 Oe.
Figura 4b.- Muestra la figura anterior despues de someter el microhilo magnetico al tratamiento termico y qulmico. Se observa como el pulso inducido de voltaje se encuentra ahora mas definido y estable, ya que se ha disminuido lo maximo posible el error en la medida de un valor determinado del campo H*.
Figura 5a.- Muestra una imagen de las imperfecciones superficiales de un extremo de un microhilo magnetico (en este caso el microhilo magnetico no lleva el recubrimiento aislante de vidrio) debidas a un corte impreciso, tomada dicha imagen mediante un microscopio optico. Figura 5b.- Muestra una imagen de un extremo de un microhilo magnetico (en este caso el microhilo magnetico si lleva el recubrimiento aislante de vidrio) tomada mediante microscopla electronica (SEM).
Figura 6a.- Muestra una forma de realization de un sistema de medida basado en el efecto de induction electromagnetica sin cables de conexion. En este caso la bobina excitadora y la bobina sensora se encuentran fuera de la estructura de material cementicio y a una cierta distancia del sensor embebido en la estructura de material cementicio.
Figura 6b.- Muestra una imagen del microhilo magnetico embebido en el bloque de material cementicio segun el sistema de medida basado en el efecto de induccion electromagnetica sin cables de conexion.
Figura 6c.- Muestra al sensor (bloque de material cementicio junto con el microhilo magnetico) embebido en una estructura de material cementicio segun el sistema de medida basado en el efecto de induccion electromagnetica sin cables de conexion.
Figura 7a.- Muestra una forma de realizacion de un sistema de medida basado en el efecto de induccion electromagnetica con cables de conexion.
Figura 7b.- Muestra al sensor (bloque de material cementicio junto con el microhilo magnetico) embebido en una estructura de material cementicio segun el sistema de medida basado en el efecto de induccion electromagnetica con cables de conexion. Los cables de conexion que se ven pertenecen a la bobina excitadora y sensora.
Figura 8a.- Muestra un pulso electromotriz inducido en la bobina sensora conforme se va sometiendo al bloque de material cementicio a fuerza de compresion. Se observa la
dependencia de la posicion del maximo para dos medidas concretas.
Figura 8b.- Muestra un pulso electromotriz inducido en la bobina sensora conforme se va sometiendo al bloque de material cementicio a fuerza de compresion. Se observa la
dependencia de su amplitud en funcion de la fuerza de compresion para dos medidas concretas.
Figura 8c.- Muestra un dibujo esquematico del cambio de posicion y amplitud del pulso inducido frente a la fuerza de compresion.
Figura 9.- Muestra la estructura de dominios magneticos de un microhilo magnetico con magnetostriction negativa. Posee fundamentamente dominios circulares.
Figura 9a.- Muestra esquematicamente el ciclo de histeresis caracterlstico de un microhilo magnetico con magnetostriccion negativa, tumbado y sin histeresis.
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Figura 10a.- Muestra una forma de realization de un sistema de medida basado en el efecto de Magnetoinductancia (MI) donde se observa un campo continuo Hdc y otro campo de una pequena bobina de compensation que crea un campo compensador, Hc.
Figuras 10b1 y 10b2.- Variation de la section efectiva (y por tanto de su impedancia), llamada profundidad de penetration (5), por la que pasa la corriente en el microhilo magnetico dependiendo de la aplicacion de campos o fuerzas externas. Como consecuencia del cambio de impedancia, varla el voltaje que es lo que realmente se mide.
Figura 11.- Muestra las curvas de magnetoinductancia a una frecuencia de 100 KHz conforme se va sometiendo al bloque de material cementicio a fuerzas de compresion (KN). Se representa la position del maximo como funcion de la fuerza aplicada.
A continuation se proporciona una lista de los distintos elementos representados en las figuras que integran la invention:
1. Sensor.
2. Microhilo magnetico.
3. Nucleo ferromagnetico.
4. Revestimiento aislante de vidrio.
5. Bloque de material cementicio.
6. Estructura de material cementicio.
7. Bobina excitadora.
8. Bobina sensora.
9. Bobina de compensation.
10. Campo magnetico de inversion.
11. Cables de conexion.
12. Generador de funciones.
13. Osciloscopio digital.
14. Resistencia.
15. Histograma de frecuencias.
16. Campo de excitation.
17. Senal obtenida en el campo magnetico de inversion.
18. Curvas de magnetoinductancia.
19. Pulso electromotriz inducido en la bobina sensora.
20. Estructura de dominios magneticos de un microhilo magnetico con magnetostriccion positiva.
21. Ciclo de histeresis biestable de un microhilo magnetico con magnetostriccion positiva.
22. Estructura de dominios magneticos de un microhilo magnetico con magnetostriction negativa.
23. Ciclo de histeresis de un microhilo magnetico con magnetostriction negativa.
DESCRIPCION DETALLADA
El sensor (1) objeto de la presente invention permite medir la resistencia mecanica de forma continua de cualquier estructura fabricada en material cementicio.
Dicho sensor (1) se embebe directamente, como un agregado mas, en la estructura de material cementicio (6) a estudiar (que preferentemente sera de hormigon), sin afectar a su estructura ni al estado de tension, de forma que se puede obtener una monitorizacion continua de su estado de tension mecanica o deformation interna.
Dicho sensor (1) de fuerzas de compresion comprende un bloque de material cementicio (5), en el que esta embebido el microhilo magnetico (2), que no necesariamente debe ser del mismo
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material cementicio que conforma la estructura de material cementicio (6) a estudiar, pudiendo ser de pasta de cemento, mortero u hormigon.
Dicho sensor (1) es capaz de monitorizar de forma continua el nivel de fuerza de compresion a la que va a estar sometida la estructura de material cementicio (6) a estudiar.
El microhilo magnetico (2) esta seleccionado entre amorfo y nanocristalino y posee una composition adecuada para no verse afectado por el entorno alcalino del bloque de material cementicio (5). Segun una realization preferente, el microhilo magnetico (2) comprende un nucleo metalico y un revestimiento aislante de vidrio (4). Preferentemente el nucleo metalico es un nucleo ferromagnetico (3) por lo que de ahora en adelante se hablara de nucleo ferromagnetico (3).
El revestimiento aislante de vidrio (4) se escoge para ser resistente al entorno alcalino del bloque de material cementicio (5), que dependiendo del material cementicio del que este formado dicho bloque (5) esta seleccionado entre:
- un revestimiento de vidrio de borosilicato para una resistencia alta a los alcalis con al menos entre un 20-25% de Zr, y
- un revestimiento de vidrio de borosilicato para una resistencia moderada a los alcalis con un contenido bajo en alcalis como por ejemplo del tipo “Pyrex” 74.5% SiO2, 15% B2O3, 3% Na2O, 2% M2O3, 1.5% K2O, o “Nonex”, 73% SiO2, 16.5% B2O3, 6% PbO, 3% Na2O, 1.5% K2O.
Tambien es posible fabricar microhilos magneticos (2) sin el revestimiento aislante de vidrio (4). En este caso, el nucleo ferromagnetico (3) comprende un material seleccionado entre Cromo, Zirconio y combination de ellos para ser resistente a agentes corrosivos y oxidantes del bloque de material cementicio (5) donde va a ser embebido.
Por agentes corrosivos se entiende a los debidos a la propia hidratacion del hormigon que contiene agua y puede oxidar el microhilo magnetico (2), o a los que puedan penetrar desde fuera como cloruros o sulfatos.
El bloque de material cementicio (5) donde se embebe el microhilo magnetico (2) posee preferentemente forma cillndrica, ya que facilita una calibration del sensor (1). No obstante puede tener cualquier otra forma geometrica.
Una vez fabricado el bloque de material cementicio (5) y embebido el microhilo magnetico (2), el sensor (1) es curado en condiciones de inmersion en agua con hidroxido calcico durante 28 dlas. Durante el proceso de curado del bloque de material cementicio (5) donde esta embebido el microhilo magnetico (2) se ha controlado la evolution de sus propiedades mecanicas mediante la medida de la velocidad ultrasonica.
Debido al diametro microscopico del microhilo magnetico (2), de 1 a 100 micras, el microhilo magnetico (2) no influye en las propiedades elasticas y mecanicas del bloque de material cementicio (5) donde es embebido.
Es importante mencionar que el rango de fuerzas de trabajo del sensor (1) para una monitorizacion continua de una curva de compresion-deformacion se determina controlando las siguientes variables del microhilo magnetico (2):
i) Se puede modificar su sensibilidad a un determinado rango de fuerzas mecanicas, para una composicion qulmica dada, modificando por una parte su estructura y magnetostriction mediante unos tratamientos termicos especlficos, que permiten modificar su respuesta magneto-elastica. Se pueden resumir en los siguientes:
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Tratamiento termico con corriente continua o en horno termico convencional simultaneamente con campo magnetico o tension mecanica aplicada. por otra parte, cambiando el diametro del nucleo ferromagnetico (3) y el espesor del revestimiento aislante de vidrio (4) del microhilo magnetico (2).
ii) Se puede modificar su resistencia mecanica a compresion del bloque de material cementicio (5), variando las condiciones de fabrication del bloque de material cementicio (5), mediante la relation agua/material cementicio, tipo de material cementicio, y de agregados, aditivos, asl como las condiciones de curado de dicho bloque de material cementicio (5).
iii) Se puede modificar las dimensiones del bloque de material cementicio (5) ya que al modificar la section del bloque de material cementicio (5), se modifica el esfuerzo mecanico que afecta al microhilo magnetico (2).
La fabricacion de estos microhilos magneticos (2) se lleva a cabo mediante la tecnica de enfriamiento ultrarrapido de Taylor-Ulitovski ya conocida, donde de un gramo de aleacion se pueden obtener varios kilometros de microhilo magnetico (2) con estructura amorfa. La estructura amorfa se alcanza gracias al enorme ritmo de enfriamiento a partir de la aleacion fundida (1250°C) que es del orden de 105-106 °C/s. La forma cillndrica del microhilo magnetico (2) solidificado resultante es consecuencia de la simetrla del proceso de enfriamiento sobre agua.
Para optimizar la respuesta del sensor (1) se han realizado unos tratamientos termicos posteriores al corte del microhilo magnetico (2), ya que si se trata termicamente el microhilo magnetico (2) y posteriormente se corta, la pared de dominio magnetico del microhilo magnetico (2) se desestabiliza. Dichos tratamientos termicos se aplican a todo el microhilo magnetico (2) con corriente electrica o en horno convencional simultaneamente con campo magnetico o tension mecanica aplicada.
Adicionalmente se han realizado unos tratamientos qulmicos mediante acidos como HF, HCl y H2SO4 a los extremos cortados del microhilo magnetico (2) despues de los tratamientos termicos, para pasar de un extremo con imperfecciones donde las rugosidades son producto de las huellas de la herramienta empleada para el corte del microhilo magnetico (2), a un extremo mas pulido y uniforme.
Existen principalmente dos sistemas para la medida continua de resistencias mecanicas en la estructura de material cementicio (6):
- un primer sistema de medida basado en el efecto de induction electromagnetica que a su vez se divide en otros dos sistemas de medida dependiendo de la profundidad a la que se encuentre el sensor (1), por un lado un sistema de medida sin cables de conexion y por otro lado un sistema de medida con cables de conexion (11); y
- un segundo sistema de medida basado en el efecto de magnetoinductancia (MI).
A continuation se explican dichos sistemas:
Sistema de medida basado en el efecto de induccion electromagnetica:
El sistema de medida basado en el efecto de induccion electromagnetica, comprende una fuente de alimentation que genera un voltaje o corriente alterna en una bobina excitadora (7) que genera un campo magnetico que provoca la propagation de una pared de dominio magnetico a lo largo del microhilo magnetico (2) desde su extremo, induciendo un pulso estrecho de voltaje a su paso por una bobina sensora (8), donde la position del pico del pulso
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estrecho de voltaje depende de los esfuerzos mecanicos aplicados sobre el microhilo magnetico (2).
En este caso, se puede modificar el comportamiento magneto-elastico de los microhilos magneticos (2) eligiendo una composition adecuada, con magnetostriction alta para que sea muy sensible a fuerzas mecanicas aplicadas, tanto de tension como de compresion.
Para este sistema de medida el microhilo magnetico (2) tiene unas propiedades especlficas:
- Composiciones de CoFeSiB, FeSiB, FeNiSiB, FeCoSiB con una proportion de Si+B superior al 14% e inferior al 35%, y de Co, Ni y de Fe de mas del 40%. Se pueden anadir otros elementos como: Mo, Zr, Ge, Cr, Mn, V, Ti, C, Cu, Nb u otros metales o metaloides con contenidos inferiores al 7%,
- composicion qulmica para tener magnetostriccion alta y positiva, preferentemente en el rango de 3e-5 hasta 4e-5 (30-40 ppm, partes por millon),
- biestabilidad magnetica,
- relation geometrica nucleo ferromagnetico (3)/revestimiento aislante de vidrio (4) para no ser sensible a los esfuerzos de contraccion del material cementicio pero si ser sensible al rango de fuerzas de trabajo del sensor,
- el microhilo magnetico (2), antes de ser embebido en el bloque de material cementicio (5), ha sido sometido a:
o un tratamiento qulmico aplicado a los extremos del microhilo magnetico (2), mediante acidos como HF, HCl y H2SO4 para pasar de un extremo con imperfecciones donde las rugosidades son producto de las huellas de la herramienta empleada para el corte del microhilo magnetico (2), a un extremo mas pulido y uniforme,
o un tratamiento termico para la estabilizacion de la pared magnetica en el rango de temperatura entre los 200 y 400°C durante aproximadamente una hora y el correspondiente tratamiento qulmico de los extremos. Este tratamiento proporciona las siguientes ventajas:
■ estabiliza la pared magnetica del microhilo reduciendo las fluctuaciones del campo inversor, lo que mejora la precision del sensor.
o un tratamiento termico con corriente electrica o en horno convencional, en el rango de temperatura entre los 200-600 °C con tiempos que pueden ir desde minutos hasta una hora, dependiendo de cada tipo de muestra y tratamiento, simultaneamente con fuerza de tension o campo magnetico. Este tratamiento termico proporciona las siguientes ventajas:
■ estabiliza la estructura interna del microhilo magnetico (2) a lo largo del tiempo para mejorar la estabilidad del sensor (1),
■ relaja los esfuerzos internos generados durante su fabrication, (al mismo tiempo mediante la aplicacion de campo magnetico o tension mecanica se introducen nuevos esfuerzos) que permiten mejorar su imanacion axial en la direction del eje del microhilo magnetico (2) y por tanto fijar el rango de trabajo del mismo para que tenga una sensibilidad a los esfuerzos mecanicos aplicados en la direccion axial del microhilo magnetico (2) para ese rango,
■ para unos valores determinados de corriente y temperatura incluso puede cambiarse su estructura amorfa a nanocristalina
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cambiando tambien de esta forma su comportamiento magneto- elastico, es decir mayor o menor dependencia con los campos magneticos o tensiones mecanicas aplicadas.
La ventaja del proceso de magnetizacion en microhilos magneticos (2) de un solo salto de Barkhausen, llamados tambien microhilos magneticos (2) biestables, es que se puede utilizar un metodo de induction sencillo para un campo magnetico de inversion H* (10). Cuando el campo magnetico externo excede al campo magnetico de inversion H* (10) provocado por una bobina excitadora (7) alimentada por una senal, una pared de dominios magneticos se propaga desde su extremo a lo largo del microhilo magnetico (2) obteniendose una fuerza electromotriz (f.e.m.) inducida en una bobina sensora (8). Dicha pared de dominios magneticos propagandose puede visualizarse en un osciloscopio como un pico agudo de voltaje, tal y como se puede observar en la figura 3. El campo magnetico de inversion H* (10) se puede estimar facilmente de la position de ese maximo.
El sensor (1) puede ser influenciado por campos magneticos locales, o por materiales metalicos en su alrededor, como por ejemplo en el hormigon armado, y dado que el objetivo del sensor (1) es ser embebido en cualquier estructura de material cementicio para monitorizar de forma continua los esfuerzos, es necesario eliminar tanto los campos magneticos parasitos debido al campo magnetico terrestre como los debidos a materiales metalicos en su alrededor. Por eso el campo magnetico de inversion H* (10) medido se mide en ambas direcciones del campo magnetico de excitation aplicado. De forma que se medira un campo magnetico de inversion H*+ (10) cuando aumenta el campo magnetico de excitacion y H*- cuando disminuye. De forma que finalmente el campo magnetico de inversion H* (10), que se empleara para medir las fuerzas aplicadas (independiente del campo local) es proporcional a la diferencia de ambas componentes:
„* H+ - H *
H = -
23 0
mientras que el campo magnetico local o parasito vendra dado por:
h * = H + + H -
1 local 2
Adicionalmente, el sensor (1), una vez embebido en una estructura de material cementicio, preferentemente hormigon, puede utilizarse para medir temperatura en casos extremos cuando el sensor (1) se encuentre sometido a variaciones drasticas de temperatura. Finalmente si se quiere evitar una posible dependencia con la temperatura solo es necesario modificar las condiciones de medida del sensor (1).
Se ha demostrado que a bajas frecuencias de la senal de excitacion, el sensor (1) tiene una pequena sensibilidad a la tension mecanica y se puede utilizar por ejemplo como aviso de cambios bruscos de temperatura que puedan hacer peligrar la integridad de la estructura de material cementicio (6). Si se aumenta la frecuencia del campo magnetico se produce un aumento de la sensibilidad del sensor (1) a la tension mecanica.
La aleacion del nucleo ferromagnetico (3) del microhilo magnetico (2) es escogida cuidadosamente para que posea una elevada constante de magnetostriction para la medida del campo magnetico de inversion H* (10). La magnetostriccion es la propiedad de los materiales ferromagneticos que se deforman en presencia de campos magneticos. Aqul se utiliza el efecto inverso conocido como efecto Villari, que causa variaciones en propiedades magneticas (en nuestro caso los efectos Campo inversor) dependientes de la fuerza mecanica aplicada sobre ellos.
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Para la medida del campo magnetico de inversion (10) H*, los microhilos magneticos (2) poseen una estructura magnetica particular, exhiben la caracteristica de biestabilidad magnetica. Y se produce una inversion de la imanacion que va desde un estado de energia estable hasta otro, por medio de un salto Barkhausen. En la figura 2, se muestra una representation esquematica de la estructura magnetica monodominio. En la figura 2a, las flechas indican la direction de la imanacion dentro de cada dominio durante los diferentes estados del proceso de imanacion correspondiente a las etapas de un ciclo de histeresis completamente rectangular caracteristico de un microhilo magnetico (2) biestable con magnetostriction positiva. El cambio de la imanacion cuando se aplica gradualmente un campo magnetico H mayor en sentido contrario a como esta imanado en el estado a) hasta el campo H* donde ocurre un unico solo salto Barkhausen de la pared magnetica formada en el extremo del microhilo magnetico (2) en el estado c) hasta finalmente obtener el estado d). El campo H* representa el campo magnetico de inversion mmimo, necesario para poder invertir la imanacion.
En la remanencia (a), cuando se aplica un campo magnetico en direccion contraria a como esta el nucleo imanado axialmente en (a), las estructuras de dominios de cierre existentes se alargan hacia el centro de la muestra. (b) En el campo de inversion, la pared de uno de los dos dominios de cierre se desengancha de forma irreversible y se desplaza hacia el extremo opuesto de la muestra, dando lugar a un cambio en la imanacion (c). Por consiguiente, dicho salto Barkhausen es consecuencia del desenganche y propagation de una unica pared de dominios magneticos a lo largo del microhilo magnetico (2). Esta propagacion queda definida por un pulso magnetico estrecho de una duration determinada (figura 3).
Sin embargo, el valor del campo magnetico inversor H* al que se produce el salto en la imanacion presenta una pequena fluctuation al ser medido repetidamente en las mismas condiciones experimentales. Para alcanzar una buena sensibilidad se requiere una amplitud grande, una duracion corta y que esa distribucion tienda a ser lo mas estrecha posible.
Una de las novedades de este sistema de medida basado en el efecto de induction electromagnetica es que se ha conseguido mejorar la estabilizacion de la pared de dominio magnetico del microhilo magnetico (2) logrando asi optimizar la respuesta del sensor (1) obteniendo una mayor precision en sus medidas. De esta forma se ha conseguido pasar de la distribution de medidas de campo magnetico de inversion H* (10) de la figura 4a a valores mas estables de la figura 4b. De esta forma se consigue un pico mas estable que practicamente no cambia de position en el tiempo.
En la figura 5a se observa una imagen de las imperfecciones superficiales debido al corte impreciso de un extremo del microhilo magnetico (2) sin revestimiento aislante de vidrio (4) tomada mediante un microscopio optico, mientras que en la figura 5b se puede ver una imagen del extremo de un microhilo magnetico (2) con revestimiento aislante de vidrio (4) tomada mediante microscopia electronica (SEM).
La metodologia de adquisicion y analisis de datos se realizan segun metodos convencionales donde un programa de adquisicion de datos calcula el valor maximo de un voltaje inducido (en mv) y almacena el tiempo en el que este maximo se ha producido. Esta rutina de registro de la posicion del maximo se repite tantas veces como valores del campo magnetico inversor H* (10) se quiera medir.
Se han realizado pruebas con muestras sin tratar, es decir, muestras a las que no se les ha aplicado los tratamientos anteriormente mencionados (se ha realizado una estadistica con doscientos datos de campo magnetico inversor (10)) y se han comparado con muestras a las que si se les ha aplicado los tratamientos anteriormente mencionados y se ha observado una
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clara disminucion substancial de las fluctuaciones y un valor del campo magnetico inversor practicamente estable alrededor del valor medio de la curva de aproximacion.
Tal y como se ha comentado previamente, dependiendo de la accesibilidad de la zona de la estructura de material cementicio (6) donde se coloque el sensor (1) se tendra que utilizar dos sistemas de medida diferentes.
• Si la zona es accesible y el sensor (1) embebido se encuentra en proximidad a la superficie de la estructura de material cementicio (6), se utiliza el sistema de medida basado en el efecto de induccion electromagnetica sin cables de conexion, tal y como se puede observar en la figura 6a, donde una bobina excitadora (7) y una bobina sensora (8) se colocan externas a la estructura de material cementicio (6) mientras que el sensor (1) es embebido en el interior de dicha estructura de material cementicio (6). El sensor (1) embebido se ha calibrado previamente en el laboratorio mediante experimentos de fuerza vs medida de parametros magneticos. Una vez calibrado el sensor (1), se puede anadir como un agregado mas en la fabrication de la estructura de material cementicio (6) de la cual se quiere medir el estado de fuerzas. El sensor (1) debe estar orientado en la direction que se desee medir los esfuerzos.
La bobina excitadora (7) es alimentada por una senal, preferentemente de forma sinusoidal o triangular, con el fin de aplicar un campo magnetico externo lineal o gradual que aumente con el tiempo.
• Si la zona no es facilmente accesible, se utiliza el sistema de medida basado en el efecto de induction electromagnetica con cables de conexion (11), tal y como se puede observar en la figura 7a, donde la bobina excitadora (7) y la bobina sensora (8) estan embebidas y arrolladas al bloque de material cementicio (5) que tiene embebido el microhilo magnetico (2). Unos cables de conexion (11) salen de las dos bobinas, excitadora (7) y sensora (8), tal y como se muestra en la figura 7b.
Los cables de conexion (11) son cables coaxiales finos y estan recubiertos, preferentemente, de politetrafluoroetileno (PTFE) para que no se danen al estar embebidos en el bloque de material cementicio (5).
Sistema de medida basado en el efecto de magnetoinductancia (MI):
A continuation se explica el sistema de medida basado en el efecto de magnetoinductancia (MI) (figura 10a), donde se observa una fuente de alimentation alterna para hacer pasar un voltaje o corriente alterna de baja frecuencia (100 Hz-200 KHz) a traves del microhilo magnetico (2) de una amplitud pequena comprendida entre 50 mV y 1V y se observa tambien una fuente de alimentacion continua para generar un voltaje o intensidad continua a traves de la bobina excitadora (7) arrollada de forma concentrica alrededor del bloque de material cementicio (5) que contiene el microhilo magnetico (2) mediante unos cables coaxiales finos y protegidos por PTFE. Se observa tambien una bobina de compensation (9) arrollada sobre el bloque de material cementicio (5) para compensar campos locales que puedan afectar a la sensibilidad del sensor (1).
Para este sistema de medida el microhilo magnetico (2) tiene unas propiedades especlficas:
- principalmente composiciones de CoSiB, CoFeSiB con una proportion de Si+B superior al 15% e inferior al 35%, y de Co de mas de 40% y de Fe no superior al 6%. De igual forma puede comprender otros metales o metaloides tal como, Mo, Zr, Ge, Cr, Mn, V, Ti, C no superiores al 7%,
- tambien puede comprender composiciones de FeSiB, FeNiSiB con una proporcion de Si+B superior al 14% e inferior al 35%, y de, Ni y de Fe de mas
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del 40%. Sin embargo debe comprender otros metales o metaloides, con contenidos no superiores al 7% tal como Hf, Nb, Cu que permitan su nanocristalizacion bajo tratamiento termico con corriente electrica u horno convencional para poder obtener una magnetostriccion lo suficientemente baja para que se pueda medir mediante este sistema de medida,
- composition qulmica para tener magnetostriccion baja y negativa, en el rango - 1e-7 hasta 0,
- estructura de dominios circular, para ser facilmente imanado por una corriente electrica,
- relation geometrica nucleo ferromagnetico (3)/revestimiento aislante de vidrio (4) para no ser sensible a los esfuerzos de contraction del cemento pero si ser sensible en un rango de fuerzas deseado,
- el microhilo magnetico (2), antes de ser embebido en el bloque de material cementicio (5), ha sido sometido a:
o un tratamiento termico con corriente electrica o en horno convencional, en el rango de temperatura entre los 200-600 °C con tiempos que pueden ir desde minutos hasta una hora, dependiendo de cada tipo de muestra y tratamiento, simultaneamente con fuerza de tension o campo magnetico. Este tratamiento termico proporciona las siguientes ventajas:
■ estabiliza la estructura interna del microhilo magnetico (2) a lo largo del tiempo para mejorar la estabilidad del sensor (1),
■ relaja los esfuerzos internos generados durante su fabrication, (al mismo tiempo mediante la aplicacion de campo magnetico o tension mecanica se introducen nuevos esfuerzos) que permiten mejorar la imanacion circular del microhilo magnetico (2) y por tanto fijar el rango de trabajo del mismo para que tenga una sensibilidad a los esfuerzos mecanicos aplicados en la direction axial del microhilo magnetico (2) para ese rango,
■ para unos valores determinados de corriente y temperatura incluso puede cambiarse su estructura amorfa a nanocristalina cambiando tambien de esta forma su comportamiento magneto- elastico, es decir mayor o menor dependencia con los campos magneticos o tensiones mecanicas aplicadas. En el caso de las composiciones mencionadas con un valor de Fe,Ni,Co superiores al 40% es necesario nanocristalizarlas para que puedan ser medidas mediante este sistema de medida.
La magnetoinductancia a diferencia de la magnetoresistencia, que hace referencia a la variation de la resistencia electrica de un material cuando este es sometido a un campo magnetico externo, consiste en la variacion de la impedancia compleja, Z=R+ jwL que ocurre cuando a traves del microhilo magnetico (2) se hace pasar una corriente electrica alterna en presencia de un campo magnetico externo. R es la parte resistiva o real de la impedancia y wL la parte imaginaria o reactancia inductiva, donde w es la frecuencia angular de la corriente y L la inductancia del microhilo magnetico (2).
La medida del efecto de magnetoimpedancia (MI) radica en las variaciones de la profundidad de penetration del campo electromagnetico en funcion de la permeabilidad circular del microhilo magnetico (2) conocido como efecto pelicular.
Para este sistema de medida se elige microhilos magneticos (2) con magnetostriccion baja y negativa de forma que puede inducirse una intensa variacion de la imanacion circular al hacerle pasar una corriente electrica.
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En la figura 9 se observa que el eje de facil de imanacion es circular, lo que determina una configuration circular de la estructura de dominios.
La profundidad de penetration esta dada por:
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P
donde p es la resistividad del microhilo magnetico (2), p es su permeabilidad circular y f es la frecuencia del campo magnetico alterno que hace pasar a traves de dicho material. Normalmente la corriente se concentra principalmente cerca de la superficie del microhilo magnetico (2) sin la aplicacion de ningun campo o fuerza externa (ver Fig.10b1) debido a que se generan corrientes inducidas que se oponen a la variation de la corriente alterna. La aplicacion de un campo HDC o la fuerza mecanica aplicada F disminuye la permeabilidad circular p del microhilo microhilo magnetico (2) por lo que segun la ecuacion, aumenta la profundidad de penetracion de la corriente de 8i a 8f, pasando ahora por una section mayor del microhilo magnetico (2) (ver Fig.10b2). Puesto que la impedancia Z del material es inversamente proporcional al area de la zona del material a traves del cual circula corriente, la impedancia disminuye. Cambios en el valor de la impedancia dan lugar a cambios en el voltaje Vout, que es lo que realmente se mide. El maximo de impedancia se obtiene cuando la permeabilidad circular es maxima. Dependiendo de la anisotropla magnetica del microhilo magnetico (2), axial o circular, la curva de magnetoimpedancia presentara un solo pico o dos, respectivamente. De la variacion de la posicion del pico o la amplitud del mismo, obtenemos la dependencia con la fuerza de compresion aplicada. En nuestro caso medimos a frecuencias relativamente bajas, el efecto se llama magneto-inductancia, donde la dependencia con el campo magnetico proviene principalmente del termino inductivo, jwL, siendo L, la inductancia del microhilo magnetico (2).
Este efecto se midio usando el metodo de las cuatro puntas; dos contactos para hacer pasar una corriente electrica al microhilo magnetico (2), y esos mismos contactos para detectar las variaciones en voltaje que experimenta dependiendo del campo magnetico y fuerza mecanica aplicada.
En este sistema de medida basado en el efecto de magnetoinductancia la bobina excitadora (7) esta arrollada alrededor del sensor (1) (microhilo magnetico (2) embebido en el bloque de material cementicio (5)), donde unos cables de conexion salen del microhilo magnetico (2), tal y como se muestra en la figura 10a. Los cables de conexion son cables coaxiales finos y estan recubiertos, preferentemente, de politetrafluoroetileno (PTFE) para que no se danen al estar embebidos en el bloque de material cementicio (5).
Existe tambien una pequena bobina de compensation (9) arrollada sobre el bloque de material cementicio (5) donde esta embebido el microhilo magnetico (2), que crea un campo de compensacion Hc, ver Fig. 10a, para compensar de esta forma un campo magnetico local si estuviera presente. La existencia de un campo magnetico local puede afectar a la impedancia del microhilo magnetico (2), afectando por lo tanto a la sensibilidad del sensor (1).
La mayor dificultad de este sistema de medida basado en el efecto de magnetoinductancia radica en la conexion de los cables de conexion con el microhilo magnetico (2). La conexion de dichos cables se lleva a cabo de la siguiente forma:
S En el caso de que el microhilo magnetico (2) posea el revestimiento aislante de vidrio (4) habrla que tratar qulmicamente mediante un acido en un tiempo especlfico los extremos del microhilo magnetico (2) para retirar dicho revestimiento aislante de vidrio (4) sin que ataque demasiado al nucleo ferromagnetico (3); si por el contrario no existe dicho revestimiento aislante de vidrio (4) se procederla a soldar los extremos por arco electrico directamente.
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S Soldar los extremos por arco electrico, es decir, mediante una corriente electrica continua, donde se forma un arco electrico entre el nucleo ferromagnetico (3) a soldar y un electrodo utilizado (en nuestro caso cobre), produciendo la fusion del cobre que rodea al extremo pelado del microhilo magnetico (2).
S Proteger los extremos del microhilo magnetico (2) mediante un Epoxy especial que le confiere cierta resistencia mecanica, y proteccion contra el entorno cementicio y la humedad.
Ambos sistemas de medida son de facil implementation electronica lo que permitirla utilizar sistemas basados en redes inalambricas de sensores o tecnologla RFID para monitorizar las propiedades de la estructura de material cementicio (6) bajo estudio.
La presente invention no debe verse limitada a la forma de realization aqul descrita. Otras configuraciones pueden ser realizadas por los expertos en la materia a la vista de la presente description. En consecuencia, el ambito de la invencion queda definido por las siguientes reivindicaciones.
Claims (17)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONES1. Sensor (1) embebido para la medida continua de resistencias mecanicas en estructuras de material cementicio (6) caracterizado por que comprende: al menos un microhilo magnetico (2) seleccionado entre amorfo y nanocristalino embebido en un bloque de material cementicio (5), donde el microhilo magnetico (2) es resistente al entorno alcalino del bloque de material cementicio (5) y comprende un nucleo metalico (3).
- 2. Sensor (1) embebido para la medida continua de resistencias mecanicas en estructuras de material cementicio (6) , segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la estructura de material cementicio (6) es hormigon.
- 3. Sensor (1) embebido para la medida continua de resistencias mecanicas en estructuras de material cementicio (6), segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el nucleo metalico (3) es ferromagnetico.
- 4. Sensor (1) embebido para la medida continua de resistencias mecanicas en estructuras dematerial cementicio (6), segun la reivindicacion 3, caracterizado por que el nucleoferromagnetico (3) comprende un material seleccionado entre Cromo, Zirconio y combination de ellos para ser resistente a agentes oxidantes del bloque de material cementicio (5).
- 5. Sensor (1) embebido para la medida continua de resistencias mecanicas en estructuras dematerial cementicio (6), segun la reivindicacion 3, caracterizado por que el nucleoferromagnetico (3) comprende un revestimiento aislante de vidrio (4) para ser resistente al entorno del bloque de material cementicio (5).
- 6. Sensor (1) embebido para la medida continua de resistencias mecanicas en estructuras de material cementicio (6), segun la reivindicacion 5, caracterizado por que el revestimiento aislante de vidrio (4) es un revestimiento de vidrio de borosilicato.
- 7. Sensor (1) embebido para la medida continua de resistencias mecanicas en estructuras de material cementicio (6), segun la reivindicacion 6, caracterizado por que el revestimiento de vidrio de borosilicato comprende una composition seleccionada entre 74.5% SiO2, 15% B2O3, 3% Na2O, 2% M2O3, 1.5% K2O, y 73% SiO2, 16.5% B2O3, 6% PbO, 3% Na2O, 1.5% K2O.
- 8. Sensor (1) embebido para la medida continua de resistencias mecanicas en estructuras de material cementicio (6), segun la reivindicacion 6, caracterizado por que el revestimiento de vidrio de borosilicato comprende una composicion de al menos entre un 20-25% de Zr.
- 9. Sensor (1) embebido para la medida continua de resistencias mecanicas en estructuras dematerial cementicio (6), segun la reivindicacion 5, caracterizado por que el nucleoferromagnetico (3) comprende una composicion qulmica seleccionada entre CoFeSiB, FeSiB, FeNiSiB, y FeCoSiB con una proportion de Si+B superior al 14% e inferior al 35%, y de Co, Ni y de Fe de mas del 40%.
- 10. Sensor (1) embebido para la medida continua de resistencias mecanicas en estructuras dematerial cementicio (6), segun la reivindicacion 5, caracterizado por que el nucleoferromagnetico (3) comprende una composicion qulmica seleccionada entre CoSiB y CoFeSiB con una proporcion de Si+B superior al 15% e inferior al 35%, de Co de mas de 40% y de Fe inferior al 6%.
- 11. Sistema de medida continua de resistencias mecanicas en estructuras de material cementicio (6) basado en un efecto de induction electromagnetica, caracterizado por que comprende al menos :5101520253035404550- un sensor (1) descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde el microhilo magnetico (2) comprende una magnetostriccion alta y positiva en un rango desde 3e-5 hasta 4e-5, una biestabilidad magnetica y donde el sensor (1) esta embebido en la estructura de material cementicio (6);- una bobina excitadora (7);- una bobina sensora (8) concentrica e interior a la bobina excitadora (7) que genera un campo inversor en su interior;- una fuente de alimentacion alterna conectada a la bobina excitadora (7); y,- un sistema de lectura y representation del campo inversor generado en la bobina sensora (8).
- 12. Sistema de medida continua de resistencias mecanicas en estructuras de material cementicio (6) basado en el efecto de induction electromagnetica, segun la reivindicacion 11, caracterizado por que la bobina excitadora (7) y la bobina sensora (8) estan colocadas externamente a la estructura de material cementicio (6).
- 13. Sistema de medida continua de resistencias mecanicas en estructuras de material cementicio (6) basado en el efecto de induccion electromagnetica segun la reivindicacion 11, caracterizado por que la bobina excitadora (7) y la bobina sensora (8) estan previamente arrolladas alrededor del sensor (1) y embebidas junto con el sensor (1) en la estructura de material cementicio (6).
- 14. Sistema de medida continua de resistencias mecanicas en estructuras de material cementicio (6) basado en el efecto de magnetoinductancia, caracterizado por que comprende al menos:- un sensor (1) descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 y 10, donde el microhilo magnetico (2) comprende una magnetostriccion baja y negativa en un rango desde -1e-7 hasta 0,- una fuente de alimentacion alterna conectada al microhilo magnetico (2),- una bobina excitadora (7) arrollada alrededor del sensor (1),- una fuente de alimentacion continua conectada a la bobina excitadora (7),- una bobina de compensation (9) de campos locales arrollada alrededor del sensor (1) y conectada a la fuente de alimentacion continua;- un sistema de lectura y representacion del voltaje como funcion del campo magnetico creado por la bobina excitadora (7),donde la bobina excitadora (7) y la bobina de compensacion (9) estan embebidas junto con el sensor (1) en la estructura de material cementicio (6).
- 15. Metodo de medida continua de resistencias mecanicas en estructuras de material cementicio (6) basado en el efecto de induccion electromagnetica que hace uso del sistema de medida definido en las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado por que comprende:- generar un voltaje o corriente alterna mediante la fuente de alimentacion alterna que genera un campo magnetico en la bobina excitadora (7) donde dicho campo magnetico genera la propagation de una pared magnetica a lo largo del microhilo magnetico (2) del sensor (1) donde dicha pared magnetica genera un pulso estrecho de voltaje en un campo inversor de la bobina sensora (8),- medir el campo magnetico inversor (10) generado en la bobina sensora (8) mediante un sistema de lectura y representacion del campo magnetico inversor (10),- establecer la resistencia mecanica de la estructura de material cementicio (6) en base a la medida del campo magnetico inversor (10).51015202530
- 16. Metodo de medida continua de resistencias mecanicas en estructuras de material cementicio (6) basado en el efecto de magnetoinductancia que hace uso del sistema de medida definido en la reivindicacion 14, caracterizado por que comprende:- generar un voltaje o corriente alterna que pasa a traves del microhilo magnetico (2) mediante la fuente de alimentacion alterna,- generar un voltaje o corriente continuo que pasa a traves de la bobina excitadora (7) generando un campo magnetico,- generar un voltaje o corriente continuo que pasa a traves de la bobina de compensation (9) para compensar campos locales,- medir mediante unas variaciones del voltaje en los extremos del microhilo magnetico (2) como funcion del campo magnetico creado por la bobina excitadora (7), y- establecer la resistencia mecanica de la estructura de material cementicio (6) en base a la medida de las variaciones de voltaje.
- 17. Metodo de fabrication del sensor (1) embebido definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que comprende:• fabricar el microhilo magnetico (2) amorfo mediante tecnicas de enfriamiento ultrarrapido convencionales y estiramiento,• proteger el microhilo magnetico (2) mediante una composition adecuada para que sea resistente al entorno alcalino del bloque de material cementicio (5),• cortar el microhilo magnetico (2) en tramos y someterlo a un tratamiento termico seleccionado entre con corriente electrica y con horno convencional para estabilizar la estructura interna de dicho microhilo magnetico (2), y mejorar la sensibilidad del microhilo magnetico (2) a esfuerzos mecanicos aplicados,• aplicar un tratamiento qulmico mediante acidos a los extremos cortados del microhilo magnetico (2) para obtener unos extremos pulidos y uniformes,• embeber al menos el microhilo magnetico (2) en un bloque de material cementicio (5); y• curar el bloque de material cementicio (5) controlando la evolution de sus propiedades mecanicas mediante tecnicas de evaluation no destructiva.
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