[发明专利]一种双磁路四测点的内置式磁传感器及其测试方法

权利要求书

1.一种双磁路四测点的内置式磁传感器，其特征在于：所述传感器包括磁感应强度监测单元和数据处理单元；

所述的磁感应强度检测单元包括内置式传感器左磁芯、内置式传感器右磁芯、内置式传感器永磁体、第一霍尔传感器、第二霍尔传感器、第三霍尔传感器、第四霍尔传感器和内置式传感器封装外壳；所述的内置式传感器封装外壳的上端中部设有用于待测钢筋卡入的钢筋卡口，所述的内置式传感器封装外壳包括内置式传感器内壳和内置式传感器外壳封装盖，所述内置式传感器内壳上设有第一霍尔传感器放置槽、第二霍尔传感器放置槽、第三霍尔传感器放置槽、第四霍尔传感器放置槽、内置式传感器永磁体槽、内置式传感器左磁芯槽、内置式传感器右磁芯槽、第一线缆折弯空间和第一线孔，所述的第一霍尔传感器放置槽、第二霍尔传感器放置槽、第三霍尔传感器放置槽、第四霍尔传感器放置槽均设置在钢筋卡口内，所述内置式传感器永磁体槽位于内置式传感器左磁芯槽与内置式传感器右磁芯槽之间，所述的第一线缆折弯空间位于内置式传感器永磁体槽的下方，所述的第一线孔设置在内置式传感器封装外壳的底部并且与第一线缆折弯空间连通；所述的内置式传感器永磁体同时与所述的内置式传感器左磁芯、内置式传感器右磁芯相连，并且安装在内置式传感器永磁体槽内，所述的第一霍尔传感器与第二霍尔传感器之间、第三霍尔传感器与第四霍尔传感器之间均以钢筋卡口中心线为轴线对称布置，并且分别安装在相应的霍尔传感器放置槽内；所述的内置式传感器内壳和内置式传感器外壳封装盖均设有第一固定孔和第二固定孔；

所述的数据处理单元包括信号采集器、信号处理器和中央控制器，所述的信号采集器的信号输入端与霍尔传感器的信号输出端电连接，信号采集器的输出端与信号处理器的信号输入端电连接，所述的信号处理器的信号输出端与所述的中央控制器的端口电连接。

2.如权利要求1所述的一种双磁路四测点的内置式磁传感器，其特征在于：所述的第一霍尔传感器和第二霍尔传感器与信号采集器之间设有第一电路指示灯，所述的第三霍尔传感器和第四霍尔传感器与信号采集器之间设有第二电路指示灯。

3.如权利要求1或2所述的一种双磁路四测点的内置式磁传感器，其特征在于：所述的内置式传感器左磁芯和内置式传感器右磁芯为两个开口朝内对称放置的E字异型磁芯，第一对磁芯开口上端连线与待测钢筋顶端切线重合，第二对磁芯开口设置成圆弧且底端连线与待测钢筋底端切线重合，第三对磁芯开口与内置式传感器永磁体相连。

4.如权利要求1或2所述的一种双磁路四测点的内置式磁传感器，其特征在于：在所述的双磁路四测点内置式传感器的左右两端设置两个固定端，两个固定端分别设置有线孔，用塑料扎丝穿过线孔并用其将固定端与待测钢筋绑定。

5.如权利要求1或2所述的一种双磁路四测点的内置式磁传感器，其特征在于：所述的内置式传感器永磁体为钕镍硼材质，所述的内置式传感器左磁芯和内置式传感器右磁芯均为硅钢材质；所述的内置式传感器封装外壳为塑料材质。

6.一种基于如权利要求1所述的双磁路四测点的内置式磁传感器测试方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：通过第一霍尔传感器和第二霍尔传感器的磁感应强度值从而计算得出待测钢筋面向保护层一侧的锈蚀率，通过第三霍尔传感器和第四霍尔传感器的磁感应强度值从而计算得出待测钢筋背向保护层一侧的锈蚀率，比较两侧的锈蚀率从而分析待测钢筋的非均匀锈蚀程度；磁感应强度监测单元和信号采集器通过信号处理器和中央控制器完成数据存储、后处理和实时显示。

7.如权利要求6所述的测试方法，其特征在于：所述方法还包括以下步骤：

第一步，钢筋混凝土试件待测前的准备，过程如下：

1.1取设定长度和直径的光圆钢筋作为标定钢筋和待测钢筋，称量待测钢筋质量m_1Ⅰ，m_2Ⅰ，m_3Ⅰ，m_4Ⅰ，m_5Ⅰ，m_6Ⅰ，m_7Ⅰ和标定钢筋质量m₀，并记录；

1.2将标定钢筋和待测钢筋两端5cm处凃环氧树脂并置于模具中并浇筑成型，浇筑成型标定钢筋混凝土试件和待测钢筋混凝土试件在标准盐浓度溶液中浸泡至饱盐，所述标准氯化钠溶液的浓度0.1～2mol/L；

第二步，测定前的准备，过程如下：

2.1在封装外壳的第一霍尔传感器放置槽、第二霍尔传感器放置槽、第三霍尔传感器放置槽和第四霍尔传感器放置槽分别安装第一霍尔传感器、第二霍尔传感器、第三霍尔传感器、第四霍尔传感器，在永磁体槽安装永磁体，形成匀强静磁场，盖上内置式传感器外壳封装盖进行封装，在所有缝隙中涂上环氧树脂密封；

2.2通过中央控制器控制信号采集器的采集频率，测试磁场，保证第一霍尔传感器、第二霍尔传感器、第三霍尔传感器、第四霍尔传感器的磁感应强度高斯值相同；

2.3将内置式传感器安装到待测钢筋上，前后两端用塑料扎丝固定；

第三步，标定试验，过程如下：

3.1记录质量为m_1Ⅰ，m_2Ⅰ，m_3Ⅰ，m_4Ⅰ，m_5Ⅰ，m_6Ⅰ，m_7Ⅰ对应的钢筋混凝土试件锈蚀前标定钢筋面向保护层一侧的磁感应强度数据B_1Ⅰa，B_2Ⅰa，B_3Ⅰa，B_4Ⅰa，B_5Ⅰa，B_6Ⅰa，B_7Ⅰa；锈蚀前标定钢筋背向保护层一侧的磁感应强度数据B_1Ⅰb，B_2Ⅰb，B_3Ⅰb，B_4Ⅰb，B_5Ⅰb，B_6Ⅰb，B_7Ⅰb；

3.2以电流加速锈蚀的方式实现钢筋锈蚀的模拟实验，控制电流密度相同，质量为m_1Ⅰ，m_2Ⅰ，m_3Ⅰ，m_4Ⅰ，m_5Ⅰ，m_6Ⅰ，m_7Ⅰ对应的钢筋混凝土试件等间隔时间通电t₁，t₂，t₃，t₄，t₅，t₆，t₇；

3.3记录钢筋混凝土试件锈蚀后标定钢筋面向保护层一侧的磁感应强度数据B_1Ⅱa，B_2Ⅱa，B_3Ⅱa，B_4Ⅱa，B_5Ⅱa，B_6Ⅱa，B_7Ⅱa；锈蚀后标定钢筋背向保护层一侧的磁感应强度数据B_1Ⅱb，B_2Ⅱb，B_3Ⅱb，B_4Ⅱb，B_5Ⅱb，B_6Ⅱb，B_7Ⅱb。将以锈蚀完成的钢筋取出后，切除两端涂了环氧树脂的部分，用除锈剂去除钢筋表面铁锈，再进行称重，并记录钢筋质量数据为m_1Ⅱ，m_2Ⅱ，m_3Ⅱ，m_4Ⅱ，m_5Ⅱ，m_6Ⅱ，m_7Ⅱ；

3.4分别计算标定钢筋质量变化率△m₁，△m₂，△m₃，△m₄，△m₅，△m₆，△m₇，计算公式分别为式(1)～(7)；

3.5分别计算标定钢筋面向保护层一侧△B_1a、△B_2a、△B_3a、△B_4a、△B_5a、△B_6a、△B_7a，和背向保护层一侧的磁感应强度变化率△B_1b、△B_2b、△B_3b、△B_4b、△B_5b、△B_6b、△B_7b，计算公式分别为式(8)～(14)；

3.6分别对钢筋质量变化率与两侧霍尔传感器磁感应强度变化率之间的关系进行线性拟合，得到线性关系系数α_a、α_b；

第四步，测定试验，过程如下：

4.1记录待测试件锈蚀前两侧的磁感应强度B_0Ⅰa、B_0Ⅰb；

4.2将待测的钢筋混凝土置于容易导致钢筋发生锈蚀的环境中，促使钢筋发生锈蚀；

4.3将锈蚀后的待测试件放回原位，记录钢筋锈蚀后的磁感应强度B_0Ⅱa、B_0Ⅱb；

4.4钢筋的锈蚀率P，计算公式为式(15)；

P_a＝α_a(B_0Ia-B_0IIa),P_b＝α_b(B_0Ib-B_0IIb) (15)

其中，P_a为钢筋面向保护层一侧的锈蚀率，P_b为背向保护层一侧的锈蚀率；

4.4定义钢筋的不均匀锈蚀为R，R越大说明钢筋不均匀锈蚀情况越严重，计算公式为式(16)；