基于感應(yīng)加熱和紅外熱像的混凝土內(nèi)鋼筋檢測(cè)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于感應(yīng)加熱和紅外熱像的混凝土內(nèi)鋼筋檢測(cè)方法，包括以下步驟：在內(nèi)含鋼筋的混凝土試樣外布置線圈，在線圈的兩端接通交流電源，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)使混凝土內(nèi)的鋼筋本體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)渦流并產(chǎn)生熱效應(yīng)；在鋼筋產(chǎn)生的熱量逐漸傳遞到混凝土表面以及停止加熱后混凝土表面逐漸降溫的過(guò)程中使用紅外熱像儀連續(xù)觀測(cè)和記錄混凝土表面的溫度場(chǎng)變化，對(duì)應(yīng)得知混凝土中鋼筋的情況；將紅外熱像儀獲取的紅外熱像圖傳輸至處理器，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和定位分析，對(duì)混凝土中埋設(shè)的鋼筋進(jìn)行定性診斷。本發(fā)明利用線圈對(duì)混凝土內(nèi)的鋼筋進(jìn)行感應(yīng)加熱，并利用紅外熱像技術(shù)，可以靈敏地探測(cè)到混凝土的紅外輻射，從而實(shí)現(xiàn)混凝土內(nèi)鋼筋的各種性能的精確檢測(cè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于感應(yīng)加熱和紅外熱像的混凝土內(nèi)鋼筋檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種混凝土內(nèi)鋼筋的檢測(cè)方法，尤其涉及一種基于感應(yīng)加熱和紅外熱像的混凝土內(nèi)鋼筋檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼筋混凝土是內(nèi)置鋼筋的混凝土，大量用于建筑，鋼筋在混凝土中主要承受拉應(yīng)力，使混凝土能夠更好地承受外力。在混凝土中鋼筋的數(shù)量是否與設(shè)計(jì)圖紙一致、鋼筋的布置位置恰當(dāng)、鋼筋采取的不同連接方式、鋼筋間焊接狀態(tài)等因素，直接影響到鋼筋在混凝土中發(fā)揮的作用。因此，如何準(zhǔn)確判斷混凝土中鋼筋的狀態(tài)已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。
[0003]現(xiàn)在一般使用的儀器，其原理一般都是由于鋼筋的存在，使檢測(cè)儀形成的電磁場(chǎng)受到影響，使線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流放大后，驅(qū)動(dòng)顯示儀表給出測(cè)試結(jié)果。
[0004]根據(jù)電磁場(chǎng)理論，線圈是嚴(yán)格磁偶極子，當(dāng)信號(hào)源供給交變電流時(shí)，它向外界輻射出電磁場(chǎng)；鋼筋是一個(gè)電偶極子，它接收外界電場(chǎng)，從而產(chǎn)生大小沿鋼筋分布的感應(yīng)電流。鋼筋的感應(yīng)電流重新向外界輻射出電磁場(chǎng)(即二次場(chǎng))，使原激勵(lì)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而使線圈的輸出電壓產(chǎn)生變化，目前的測(cè)試儀器正是根據(jù)這一變化來(lái)確定鋼筋所在的位置。根據(jù)這一特點(diǎn)，在測(cè)試中，可以自動(dòng)鎖定受影響最大的點(diǎn)，即信號(hào)值最大的點(diǎn)，從而得出鋼筋位置的信息。
但是，基于上述原理，目前的檢測(cè)儀器無(wú)法檢測(cè)含有鐵磁性物質(zhì)的混凝土內(nèi)的鋼筋，無(wú)法檢測(cè)密集布置的相鄰鋼筋和雙層(或多層)鋼筋，無(wú)法區(qū)分混凝土內(nèi)綁扎鋼筋用的金屬絲與鋼筋本身，也無(wú)法確定混凝土內(nèi)鋼筋的焊接的準(zhǔn)確部位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問(wèn)題而提供一種基于感應(yīng)加熱和紅外熱像的混凝土內(nèi)鋼筋檢測(cè)方法。
[0006]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的:
一種基于感應(yīng)加熱和紅外熱像的混凝土內(nèi)鋼筋檢測(cè)方法，包括以下步驟:
Cl)在內(nèi)含鋼筋的混凝土試樣外布置線圈，在線圈的兩端接通交流電源，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)使混凝土內(nèi)的鋼筋本體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)渦流并產(chǎn)生熱效應(yīng)；
(2)在鋼筋產(chǎn)生的熱量逐漸傳遞到混凝土表面以及停止加熱后混凝土表面逐漸降溫的過(guò)程中使用紅外熱像儀連續(xù)觀測(cè)和記錄混凝土表面的溫度場(chǎng)變化，對(duì)應(yīng)得知混凝土中鋼筋的情況；
(3)將紅外熱像儀獲取的紅外熱像圖傳輸至處理器，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和定位分析，對(duì)混凝土中埋設(shè)的鋼筋進(jìn)行定性診斷。
[0007]上述方法最重要的兩個(gè)技術(shù)是感應(yīng)加熱和紅外成像，具體介紹如下:
感應(yīng)加熱是指將金屬材料放到感應(yīng)線圈內(nèi)或旁邊，感應(yīng)線圈一般是輸入中頻或高頻交流電的高頻電纜。產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在金屬材料中產(chǎn)生出同頻率的感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流在金屬材料的分布是不均勻的，具有表面強(qiáng)而內(nèi)部弱的特點(diǎn)，中心位置接近于O，利用這個(gè)“集膚效應(yīng)”，可使金屬材料表面迅速加熱，在幾秒鐘內(nèi)表面溫度上升到800-1000°C，而芯部溫度升溫很小。當(dāng)使用感應(yīng)線圈在混凝土表面持續(xù)產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)時(shí)，混凝土中的鋼筋在“集膚效應(yīng)”的作用下被加熱，其產(chǎn)生的熱量改變鋼筋附近的溫度場(chǎng)，熱量在混凝土中傳遞，最終導(dǎo)致混凝土表面溫度出現(xiàn)差異。
[0008]紅外成像屬于非接觸測(cè)溫的一種方法，基于任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會(huì)產(chǎn)生自身的分子和原子無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，并不停地輻射出熱紅外能量。分子和原子的運(yùn)動(dòng)愈劇烈，輻射的能量愈大；反之，輻射的能量愈小。利用這一特性，通過(guò)光電紅外探測(cè)器將物體發(fā)熱部位輻射的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，成像裝置——紅外熱像儀就可以一一對(duì)應(yīng)地模擬出物體表面溫度的空間分布，最后經(jīng)系統(tǒng)處理，形成熱圖像視頻信號(hào)，傳至處理器的顯示屏幕上，就得到與物體表面熱分布相對(duì)應(yīng)的熱像圖，通過(guò)利用探測(cè)器測(cè)定目標(biāo)本身和背景之間的紅外線差，從而得到目標(biāo)表面溫度分布的圖像。運(yùn)用這一方法，便能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)距離熱狀態(tài)圖像成像和測(cè)溫，并可進(jìn)行智能分析判斷，當(dāng)混凝土內(nèi)鋼筋存在某種缺陷時(shí)，由于缺陷類(lèi)型形態(tài)及分布不同直接導(dǎo)致表面溫度發(fā)生變化，使紅外熱像儀輸出的熱像圖上出現(xiàn)溫度場(chǎng)異樣，而在紅外熱像上出現(xiàn)的“熱斑”其范圍和程度反映了該部位的缺陷程度及范圍，從而達(dá)到檢測(cè)缺陷的目的。具體分析判斷方法則根據(jù)實(shí)際需要而定，一般技術(shù)人員不需要?jiǎng)?chuàng)新即可完成。
[0009]具體地,所述步驟(I)中，所述交流電源的頻率為50赫茲或0.5?8千赫茲；所述交流電源的頻率為0.5?8千赫茲時(shí)，所述交流電源用可控硅逆變器產(chǎn)生。感應(yīng)加熱混凝土內(nèi)鋼筋的加熱深度，取決于交流電的頻率，一般是頻率越高加熱深度越淺，為了將熱量集中于鋼筋表面，所以盡量選擇高頻交流電源。
[0010]根據(jù)實(shí)際情況，所述步驟(I)中，所述線圈采用平面式或環(huán)繞式布置于混凝土試樣夕卜，使需要檢測(cè)的混凝土內(nèi)部的鋼筋被線圈感應(yīng)區(qū)域覆蓋80%以上。
[0011]作為優(yōu)選，所述步驟(2)中，用線圈對(duì)混凝土內(nèi)的鋼筋加熱的時(shí)間為10?20分鐘；用紅外熱像儀對(duì)被測(cè)試區(qū)域以2分鐘為周期逐一拍攝熱紅外圖像；通過(guò)紅外熱像儀上出現(xiàn)的“熱斑”圖像的范圍和程度對(duì)應(yīng)得知被測(cè)混凝土內(nèi)部鋼筋的數(shù)量、位置、連接方式和焊接狀態(tài)信息。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:
本發(fā)明利用線圈中的交流電產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在混凝土內(nèi)的鋼筋中產(chǎn)生“集膚效應(yīng)”，使鋼筋表面迅速加熱，利用鋼筋的熱特性充分反應(yīng)鋼筋存在缺陷的特點(diǎn)及紅外熱像技術(shù)，可以靈敏地探測(cè)到混凝土內(nèi)鋼筋的各種性能如數(shù)量、位置、連接方式、焊接狀態(tài)，解決了現(xiàn)有檢測(cè)手段無(wú)法對(duì)鐵磁性物質(zhì)的混凝土內(nèi)鋼筋、密集度高的混凝土內(nèi)鋼筋、混凝土內(nèi)鋼筋焊接部位進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)的問(wèn)題。本發(fā)明使用的檢測(cè)裝置為成熟產(chǎn)品，操作簡(jiǎn)單；獲得的數(shù)據(jù)真實(shí)準(zhǔn)確，并可進(jìn)行后續(xù)處理以便為工程應(yīng)用提供更多的可能性，對(duì)建筑行業(yè)的發(fā)展有顯著的輔助推動(dòng)作用，并具備廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明所述基于感應(yīng)加熱和紅外熱像的混凝土內(nèi)鋼筋檢測(cè)方法所采用檢測(cè)裝置的關(guān)系示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
如圖1所示，本方法中涉及的主要產(chǎn)品有內(nèi)含鋼筋的混凝土試樣2、線圈1、紅外熱像儀3和處理器4，線圈I用于為混凝土試樣2內(nèi)的鋼筋提供感應(yīng)電流，紅外熱像儀3用于檢測(cè)鋼筋發(fā)熱后傳遞到混凝土試樣2表面的熱量，處理器4用于將紅外熱像儀3的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理并完成計(jì)算、分析和判斷。圖1中還示出了紅外熱像儀3的照射區(qū)域S。
[0015]說(shuō)明:下文中的混凝土即為上述混凝土試樣2，提到混凝土試樣2，只是為了強(qiáng)調(diào)是用于檢測(cè)的一塊混凝土，不是未凝固混凝土或其它大體積混凝土結(jié)構(gòu)，所以，下文的混凝土也以混凝土 2的方式進(jìn)行描述。
[0016]結(jié)合圖1，本發(fā)明所述基于感應(yīng)加熱和紅外熱像的混凝土內(nèi)鋼筋檢測(cè)方法包括以下步驟:
(I)在內(nèi)含鋼筋的混凝土試樣2外采用平面式方式布置線圈1，使需要檢測(cè)的混凝土 2內(nèi)部的鋼筋被線圈I的感應(yīng)區(qū)域覆蓋80%以上，在線圈I的兩端接通交流電源，線圈I產(chǎn)生的磁場(chǎng)使混凝土 2內(nèi)的鋼筋本體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)渦流并產(chǎn)生熱效應(yīng)；本步驟中，所述交流電源的頻率為50赫茲或0.5~8千赫茲，選擇0.5~8千赫茲時(shí)，用可控硅逆變器產(chǎn)生，在條件允許的情況下，盡量選擇高頻交流電源；線圈I也可以采用環(huán)繞式方式布置于混凝土試樣2外，具體根據(jù)混凝土試樣2的體積和線圈I的大小確定。
[0017]從便于實(shí)現(xiàn)的角度出發(fā)，目前一般選用工頻(50HZ)為感應(yīng)加熱頻率，鋼筋的加熱深度為10-20mm，頻率f與加熱深度δ的關(guān)系，有如下經(jīng)驗(yàn)公式:
【權(quán)利要求】
1.一種基于感應(yīng)加熱和紅外熱像的混凝土內(nèi)鋼筋檢測(cè)方法，其特征在于:包括以下步驟: 在內(nèi)含鋼筋的混凝土試樣外布置線圈，在線圈的兩端接通交流電源，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)使混凝土內(nèi)的鋼筋本體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)渦流并產(chǎn)生熱效應(yīng)； 在鋼筋產(chǎn)生的熱量逐漸傳遞到混凝土表面以及停止加熱后混凝土表面逐漸降溫的過(guò)程中使用紅外熱像儀連續(xù)觀測(cè)和記錄混凝土表面的溫度場(chǎng)變化，對(duì)應(yīng)得知混凝土中鋼筋的情況； 將紅外熱像儀獲取的紅外熱像圖傳輸至處理器，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和定位分析，對(duì)混凝土中埋設(shè)的鋼筋進(jìn)行定性診斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于感應(yīng)加熱和紅外熱像的混凝土內(nèi)鋼筋檢測(cè)方法，其特征在于:所述步驟(I)中，所述交流電源的頻率為50赫茲或0.5?8千赫茲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于感應(yīng)加熱和紅外熱像的混凝土內(nèi)鋼筋檢測(cè)方法，其特征在于:所述交流電源的頻率為0.5?8千赫茲時(shí)，所述交流電源用可控硅逆變器產(chǎn)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的基于感應(yīng)加熱和紅外熱像的混凝土內(nèi)鋼筋檢測(cè)方法，其特征在于:所述步驟(I)中，所述線圈采用平面式或環(huán)繞式布置于混凝土試樣外，使需要檢測(cè)的混凝土內(nèi)部的鋼筋被線圈感應(yīng)區(qū)域覆蓋80%以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于感應(yīng)加熱和紅外熱像的混凝土內(nèi)鋼筋檢測(cè)方法，其特征在于:所述步驟(2)中，用線圈對(duì)混凝土內(nèi)的鋼筋加熱的時(shí)間為10?20分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于感應(yīng)加熱和紅外熱像的混凝土內(nèi)鋼筋檢測(cè)方法，其特征在于:所述步驟(2)中，用紅外熱像儀對(duì)被測(cè)試區(qū)域以2分鐘為周期逐一拍攝熱紅外圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、5或6所述的基于感應(yīng)加熱和紅外熱像的混凝土內(nèi)鋼筋檢測(cè)方法，其特征在于:所述步驟(2)中，通過(guò)紅外熱像儀上出現(xiàn)的“熱斑”圖像的范圍和程度對(duì)應(yīng)得知被測(cè)混凝土內(nèi)部鋼筋的數(shù)量、位置、連接方式和焊接狀態(tài)信息。
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK103743776SQ201410000381
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】張劍峰, 歐洋 申請(qǐng)人:四川省建筑科學(xué)研究院