阅读说明：本技术 一种混凝土保护层厚度与钢筋间距检测的方法及其装置 (Method and device for detecting thickness of concrete protective layer and distance between reinforcing steel bars ) 是由 吴斌 李明智 刘秀成 杨硕 王鹤萤 何存富 于 2020-12-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种混凝土保护层厚度与钢筋间距检测的方法及其装置,装置包括上位机、运动控制模块、扫描机构、信号激励采集模块、孤立波传感器、信号处理模块、结果显示模块、存储模块、打印模块；检测方法为上位机通过运动控制模块控制扫描机构运动,扫描机构带动孤立波传感器移动到钢筋混凝土结构的不同位置,同时上位机通过信号激励采集模块控制孤立波传感器激励与采集孤立波检测信号,通过信号处理模块、结果显示模块、存储模块以及打印模块完成钢筋混凝土结构中保护层厚度与钢筋间距的检测。本发明结构简单,不仅可以检测钢筋混凝土结构中是否存在钢筋,还可以定量表征钢筋的保护层厚度与间距,进而防止钢筋混凝土结构出现相应的质量问题。(The invention discloses a method and a device for detecting the thickness of a concrete protective layer and the distance between reinforcing steel bars, wherein the device comprises an upper computer, a motion control module, a scanning mechanism, a signal excitation acquisition module, a solitary wave sensor, a signal processing module, a result display module, a storage module and a printing module; the detection method comprises the steps that the upper computer controls the scanning mechanism to move through the motion control module, the scanning mechanism drives the solitary wave sensor to move to different positions of the reinforced concrete structure, meanwhile, the upper computer controls the solitary wave sensor to excite and collect solitary wave detection signals through the signal excitation and collection module, and detection of the thickness of the protective layer and the distance between reinforcing steel bars in the reinforced concrete structure is completed through the signal processing module, the result display module, the storage module and the printing module. The invention has simple structure, can detect whether the reinforced concrete structure has the steel bars, and can quantitatively represent the thickness and the space of the protective layer of the steel bars, thereby preventing the reinforced concrete structure from generating corresponding quality problems.)

一种混凝土保护层厚度与钢筋间距检测的方法及其装置

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种混凝土保护层厚度与钢筋间距检测的新方法及其装置。该方法利用孤立波技术检测钢筋混凝土结构的表面刚度，提取孤立波信号的声时参数，确定检测区域是否存在钢筋以及对钢筋的保护层厚度和间距进行定量表征。

背景技术

长期以来，钢筋混凝土结构作为现代建筑中主要的受力结构，被广泛的应用于土木、水利与国防等国家重大工程中。钢筋混凝土结构中，混凝土具有较强的抗压强度，但抗拉强度较弱；而钢筋具有较强的抗拉强度，但抗压能力较弱。只有两者配合协同使用时，才可以满足结构的抗拉与抗压强度的需求。在建筑过程中，为追求较快工程进度与较高经济效益，常常会导致钢筋混凝土结构中钢筋缺失或保护层厚度与间距不符合施工要求等问题。这些问题会严重影响钢筋混凝土结构的抗拉压强度，进而对社会财产以及人身安全构成严重的威胁。因此，对钢筋混凝土结构中钢筋的有无及保护层厚度与间距进行检测具有十分重要的意义。

目前，钢筋混凝土结构中钢筋的检测主要采用超声导波法、电磁感应法、雷达法以及直接法等。超声导波法不仅可以检测钢筋的保护层厚度与间距，还可以检测钢筋是否产生了锈蚀现象，但超声导波法激励信号能量弱，信号在混凝土结构中衰减大，因此检测深度有限。电磁感应法与雷达法不适用于含有其他铁磁性物质(除钢筋外)的混凝土，不能满足不同测量情景下的需求。直接法属于有损检测方法，不能适用于在役检测。

本发明公布的一种混凝土保护层厚度与钢筋间距检测的新方法及其装置，采用非线性孤立波技术对钢筋进行检测，克服了激励信号能量弱，且在混凝土结构中衰减大等缺点，可以实现不同情景下的检测需求，属于一种钢筋混凝土结构中钢筋保护层厚度与间距的无损检测新方法。

发明内容

本发明是一种混凝土保护层厚度与钢筋间距检测的新方法及其装置，目的在于提供一种可实现高效、便捷、准确的钢筋混凝土结构中钢筋有无及其保护层厚度与间距的无损检测新方法。为实现上述的发明目的，本发明提供的技术方案如下：

一种混凝土保护层厚度与钢筋间距的检测装置，其用于检测钢筋混凝土结构中是否存在钢筋及其保护层厚度与间距，所述的装置包括：上位机、运动控制模块、扫描机构、信号激励采集模块、孤立波传感器、信号处理模块、结果显示模块、存储模块、打印模块；其中，孤立波传感器与钢筋混凝土结构检测试样接触；信号激励采集模块用于激励孤立波传感器产生孤立波检测信号，同时采集孤立波传感器接收的孤立波检测信号；扫描机构带动孤立波传感器在检测试样表面移动；运动控制模块控制扫描机构扫描的步长与扫描间隔，同时将扫描机构运动信息上传到上位机；信号处理模块用于计算孤立波检测信号的声时，结合运动控制模块上传的扫描机构运动信息，绘制钢筋混凝土结构检测结果的C扫描图像；结果显示模块可以显示检测结果的C扫描图像，并且标注出钢筋的位置与埋深；存储模块存储信号激励采集模块采集的孤立波检测信号以及信号处理模块处理后的检测结果；打印模块可以生成并且打印钢筋混凝土结果中钢筋分布的检测报告；上位机用于控制上述各个模块。

一种混凝土保护层厚度与钢筋间距的无损检测方法，其原理为孤立波检测信号的声时参量随钢筋混凝土结构的表面刚度变化而变化；当检测区域下方的结构中存在钢筋，其表面刚度将变大，且钢筋越靠近结构表面，结构的表面刚度越大；结构表面刚度越大，孤立波检测信号的声时参量越小；通过提取声时参量，对检测区域是否存在钢筋及其保护层厚度与间距进行表征。

一种混凝土保护层厚度与钢筋间距的无损检测方法的具体实现过程包括包括测量和标定两个部分。

测量过程的实现方式包括以下步骤：由信号激励采集模块用于激励孤立波传感器产生孤立波检测信号，同时采集孤立波传感器接收的孤立波检测信号的步骤；由运动控制模块控制扫描机构扫描的步长与扫描间隔，同时将扫描机构运动信息上传到上位机的步骤；由信号处理模块用于计算孤立波检测信号的声时，结合运动控制模块上传的扫描机构运动信息，绘制钢筋混凝土结构检测结果的C扫描图像的步骤；由结果显示模块可以显示检测结果的C扫描图像，并且标注出钢筋的保护层厚度与间距的步骤；由存储模块存储信号激励采集模块采集的孤立波检测信号以及信号处理模块处理后的检测结果的步骤；由打印模块可以生成并且打印钢筋混凝土结构检测报告的步骤。

标定过程的实现方式包括以下步骤：制作不同钢筋保护层厚度的钢筋混凝土试件步骤；利用上述检测装置检测不同钢筋的保护层厚度的混凝土试件步骤；将检测信号中非线性孤立波声时特征与保护层厚度进行函数拟合，得出标定曲线的步骤。

本发明采用以上技术方案，利用非线性孤立波传感器产生的孤立波信号的声时特征巧妙的反应了钢筋混凝土结构中钢筋的保护层厚度对结构表面刚度的影响，从而建立了声时特征与钢筋的保护层厚度之间的关系，实现了钢筋混凝土结构中钢筋有无及其保护层厚度与间距的无损检测。

附图说明

图1系统框图

图2检测原理图

图3典型检测信号

图4声时与钢筋的保护层厚度的标定曲线

图5检测结果示意图

图中：1-信号处理模块2-结果显示模块3-存储模块4-打印模块5-上位机6-信号激励采集模块7-孤立波传感器8-钢筋混凝土结构9-扫描机构10-运动控制模块11-冲击颗粒12-颗粒链13-观测颗粒14-混凝土15-钢筋

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，本发明的混凝土保护层厚度与钢筋间距的检测装置包括：上位机5、运动控制模块10、扫描机构9、信号激励采集模块6、孤立波传感器7、信号处理模块1、结果显示模块2、存储模块3、打印模块4，其是以孤立波传感器7为核心，集成数据采集、存储、分析、绘图、打印为一体的多功能化仪器。

本发明提供了一种混凝土保护层厚度与钢筋间距的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：

1、如图2所示，将孤立波传感器7放置于钢筋混凝土结构8表面，使孤立波传感器7中颗粒链12的末端颗粒与钢筋混凝土结构8中的混凝土14表面紧密贴合，用以检测钢筋混凝土结构8中钢筋15的有无及其保护层厚度与间距。

2、利用上位机5控制信号激励采集模块6发出信号，控制孤立波传感器7中冲击颗粒11撞击颗粒链12顶端颗粒，在颗粒链12中激励产生非线性孤立波。

3、孤立波传感器7中激励产生的非线性孤立波沿颗粒链12进行传播，传播至钢筋混凝土结构8表面后发生反射，而后继续沿颗粒链12进行反向传播。利用孤立波传感器7中的观测颗粒13进行记录。图3示出了典型检测信号，包括入射孤立波信号与反射孤立波信号。

4、利用上位机5控制信号处理模块1提取孤立波检测信号中反射孤立波与入射孤立波之间的时间差，即声时参量。图4示出了声时与钢筋的保护层厚度的标定曲线，通过与该曲线对比，确定该检测点处是否存在钢筋及其保护层厚度。

5、利用上位机5控制运动控制模块10向扫描机构9发出信号，扫描机构9按照运动控制模块10设定的步长，控制孤立波传感器7沿钢筋混凝土结构8表面移动，重复步骤1-2-3-4，即可获得不同位置的声时参量，以对钢筋混凝土结构8中钢筋15的有无及其保护层厚度与间距进行表征。

6、利用上位机5控制信号处理模块1以实际检测位置以及声时为坐标绘制C扫图。利用结果显示模块2进行检测结果显示。图5示出了检测结果示意图，图中利用竖条纹的疏密展示了钢筋混凝土结构8中钢筋15的保护层厚度与间距(竖条纹稀疏的检测结果为10mm，竖条纹密集的检测结果为50mm，竖条纹完全填满为100mm，其余位置为不存在钢筋)。

7、利用上位机5控制存储模块2存储检测数据以及结果，控制打印模块4打印检测结果图以及钢筋混凝土结构8中钢筋15的有无及保护层厚度与间距的检测结果。

8、重复上述1-7步，即可完成对钢筋混凝土结构8中钢筋15的有无及其保护层厚度与间距的无损检测。