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钢筋混凝土结构的好坏直接决定基础工程的耐久性和安全性,而保证该结构质量的重要指标就是钢筋位置和保护层厚度。因此,快速、准确的检测这两项指标,对建筑工程项目验收以及现代化建设有着重大的意义。
涡流阵列检测技术是近年来出现的一项新型无损检测技术,借助于高性能处理器对激励时序和响应信号进行快速控制与处理,实现对待测导体快速、有效检测。基于这种检测技术具有广阔的应用前景,本文将其用于检测混凝土结构中的钢筋位置和保护层的厚度,并搭建了实验平台进行测试。
根据项目开发需求,完成了涡流阵列传感器结构设计、硬件电路设计和软件编写。涡流阵列传感器的设计包括激励线圈和检测线圈的设计,整体结构建模与仿真分析;硬件部分主要以基于ARMCortex-M3内核的STM32处理器为核心,由激励线圈驱动模块、信号采集与调理放大模块、LCD显示与电源模块等部分组成。当系统上电工作时,STM32处理器产生频率和占空比可调的方波信号,送入传感器的激励线圈,产生脉冲磁场作用于钢筋,钢筋由于涡流效应产生的二次场反作用于检测线圈,引起检测线圈上产生瞬变的感应电压信号,通过调理后由STM32自带的ADC模块进行采集并由系统实时分析处理,最终在LCD界面实时显示钢筋位置与保护层厚度信息;软件部分利用Keilu Vision4开发工具,完成主程序设计、脉冲激励时序模拟程序设计、数据采集与处理程序设计。利用MATLAB软件工具对待测信号进行预处理,通过数字低通滤波器和小波变换实现对采样信号滤波与去噪,提高采样信号的信噪比。利用C++Builder6.0工具完成上位机软件的设计,实现对实时采样信号进行分析,为系统实现对混凝土中的钢筋进行定位与保护层测量的算法推导提供理论依据。
搭建了实验平台进行测试,将实时采样数据上传到上位机进行分析。通过对钢筋在不同位置和不同深度处时对应的检测线圈上瞬态电压曲线进行量化,找出了检测线圈上的感应电压特征量变化与钢筋位置和保护层厚度改变的对应关系,并推导出了对于钢筋在不同深度进行判定的检测算法,实现了对钢筋进行定位和保护层厚度检测。