本发明涉及及建筑钢材缺陷检测装置，具体的说是一种基于阻抗测量的PC钢筋电感应激励频率控制装置及方法。
背景技术：
热轧带肋钢筋是用热轧盘条经多道冷轧减径，一道压肋并经消除内应力后形成的一种带有二面或三面月牙形的钢筋，以增加与混凝土的握固力，是土木建筑工程中最常用的钢材之一。我国现行生产钢筋的技术标准GB1499-91中规定,钢种为20MnSi,常用出口Ⅲ级钢筋的强度为590MPa,国内大部分为Ⅱ级钢筋,强度只有460MPa,国外广泛使用予应力高强度钢筋,即PC凹螺纹钢筋,强度1420MPa,它用于60m以下高层房屋建筑立柱,桥基立柱,管桩,以及铁路轨枕等。以钢丝直接用于预应力混凝土,并在PC钢丝表面加以刻痕。
热轧带肋钢筋生产流程中，感应加热只极其重要的一个环节，感应加热便于组成生产线,实现机械化生产。PC钢筋同步传送。功率调整,温度控制,放料与卷取,均能够集中于操作台控制操作。感应加热工艺最主要的技术参数是电源频率。
目前，我国电器元件的性能还不甚稳定,电感电容匹配不易保持在最佳状态下运行,热轧带肋钢筋生产流程中感应加热的频率控制，还主要是根据功率调整电源激励频率，由于感应加热的趋肤效应，加之热轧带肋钢筋快速连续后生产，容易造成钢筋在感应加热过程中的温度场不均匀，影响后续的轧制工序，导致热轧带肋钢筋产品的力学性能降低。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供了一种基于阻抗测量的PC钢筋电感应激励频率控制装置及方法，通过实时采集加热紫铜管上游和下游PC钢筋阻抗值，实时修正加热紫铜管的激励频率，保证加热紫铜管对钢筋加热的温度，保证钢筋内外温度均匀性，提高钢筋轧制质量。
为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：
一种基于阻抗测量的PC钢筋电感应激励频率控制装置，包括设置在钢筋传送带上的拉丝机，其关键在于：在所述钢筋传送带上还设置有加热紫铜管，在所述加热紫铜管的上游和下游分别设置有一个结构一致的电涡流阻抗测量装置；
两个所述电涡流阻抗测量装置的阻抗输出端分别与控制器的两个阻抗输入端连接，两个所述电涡流阻抗测量装置分别向所述控制器传送钢筋加热前和加热后的阻抗值，所述控制器还控制所述加热紫铜管感应电源的的激励频率。
通过上述设计，在拉丝机的带动下，拉动钢筋在所述钢筋传送带上传动，所述加热紫铜管上游的电涡流阻抗测量装置检测钢筋的阻抗，确定所述加热紫铜管的初始激励频率，所述加热紫铜管下游的电涡流阻抗测量装置检测加热后的钢筋阻抗，并计算出此时钢筋所需要的激励频率，并对加热紫铜管的设定的激励频率实时修正，以保证钢筋的加热温度以及加热温度的均匀性，提高钢筋轧制质量，整个过程无需人为查看检测钢筋的温度，就能实现对钢筋轧制质量的实时检测，简单方便，节约人力物力。
进一步描述，所述钢筋传送带上还设置有编码器，所述编码器还与所述控制器连接，用于测量钢筋的传送速度；所述控制器还与所述拉丝机连接，用于控制所述拉丝机的拉丝速度；所述加热紫铜管的下游还设置有红外表面温度检测装置，所述红外表面温度检测装置还与所述控制器连接，用于传送钢筋表面温度数据。
采用上述方案，所述编码器实时监测钢筋传送速度，并且将传送速度传送至控制器，控制器又可以控制拉丝机的拉丝速度，整个速度控制实现反馈控制；同时红外表面温度检测装置能实时将温度信号实时传送至控制器，实现温度实时跟踪监控，确保加热紫铜管的加热实际温度，以防止加热紫铜管出现损坏而造成的损失；保证了钢筋轧制过程中钢筋的轧制温度和速度，提高了钢筋在轧制质量和轧制可靠性。
再进一步描述，所述电涡流阻抗测量装置包括阻抗驱动装置、阻抗探测器、阻抗测量装置，所述阻抗驱动装置生成的交变电流驱动所述阻抗探测器产生交变磁场，从而在钢筋传送带上的钢筋上产生电涡流信号，所述阻抗测量装置根据钢筋上产生电涡流信号，实时检测钢筋阻抗值，所述阻抗测量装置与所述控制器连接，用于传送钢筋阻抗值。
采用上述方案，阻抗驱动装置产生交变驱动电压驱动阻抗探测器产生激励电流从而产生交变磁场，在被测钢筋表面产生电涡流信号，电涡流产生动态磁场，实现阻抗探测器对钢筋阻抗值的检测，阻抗测量装置实现阻抗值的传送，整个过程无需人为参与，方便快捷。
再进一步描述，所述阻抗驱动装置为交变驱动装置，所述阻抗驱动装置包括依次连接的晶体振荡器、数字频率合成器、DAC转换器、运算放大器，所述晶体振荡器的输入端接交流电源，所述运算放大器的交变电流输出端与所述阻抗探测器连接。
采用上述方案，晶体振荡器、数字频率合成器和DAC转换器产生一定频率的正弦信号，经功率放大器后驱动阻抗探测器检测钢筋的阻抗，使用方便，运行可靠。
再进一步描述，所述阻抗探测器包括螺旋结构的耐高温陶瓷骨架和激励线圈，所述钢筋传送带穿过螺旋结构的耐高温陶瓷骨架，在所述耐高温陶瓷骨架的螺旋骨架上缠绕有所述激励线圈，所述激励线圈的交流电源输入端与所述阻抗驱动装置的交变电流输出端连接。
采用上述方案，耐高温陶瓷骨架可以耐高温，同时可以作为激励线圈的缠绕骨架，激励线圈在阻抗驱动装置的驱动下，测量钢筋阻抗值，方便可靠。
再进一步描述，所述阻抗测量装置包括依次连接的信号放大器、可编程增益放大器、低通滤波器、ADC转换器、数字傅里叶变换器，在所述数字傅里叶变换器的实部输出端与虚部输出端均经集成芯片接口与所述控制器连接，所述信号放大器的阻抗信号输入端与所述阻抗探测器的阻抗信号输出端连接。
采用上述方案，在测量钢筋阻抗值时，无需人为计算和操作，可以实现对阻抗的测量，并且可以实现阻抗值实部虚部的计算，实现了对钢筋轧制过程的监控，实时检测电流渗透深度，提高钢筋轧制质量。
一种基于阻抗测量的PC钢筋电感应激励频率控制方法，包括以下步骤：
S1：初始化，令n＝1；
S2：所述控制器控制所述拉丝机工作，使钢筋开始在钢筋传送带上传送，并获取所述加热紫铜管上游的电涡流阻抗测量装置检测的上游阻抗值Z1＝R1+jX1，并根据该上游阻抗值计算所述加热紫铜管的设定激励频率fn-1，进入步骤S3；
S3：所述控制器(5)获取所述加热紫铜管(3)下游的电涡流阻抗测量装置(4)检测的下游阻抗值Z2＝R2+jX2，并根据该下游阻抗值计算所述加热紫铜管(3)的此刻所需激励频率fn，其中n＝1,2,3,…，进入步骤S4；
S4：计算频率增量Δf＝fn-fn-1，并控制所述加热紫铜管(3)的设定激励频率fn-1＝fn，并令n＝n+1，延时m s，其中，m≥0，进入步骤S5；
S5：判断拉丝机(2)是否停止工作，若是，控制结束；否则返回步骤S3。
采用上述方法，根据加热紫铜管上游第一次检测的钢筋阻抗值，来确认加热紫铜管的初始激励频率，然后再根据加热紫铜管下游检测的阻抗值，来实时修正加热紫铜管的激励频率，使钢筋轧制过程更加稳定可靠，提高了钢筋轧制的质量。
再进一步描述，根据阻抗值求所述加热紫铜管激励频率的方法为：
A1：确定钢筋半径r和电阻率ρ；
A2：根据公式和获取阻抗值Z＝R+jX，求得磁导率和电导率其中L为电感量；
A3：根据公式求得激励频率f，Δ为电流渗透半径。
采用上述方法，只需要测量钢筋的半径，即可根据测量的阻抗值，计算出钢筋电阻率、电导率、磁导率，再根据电流渗透半径大于等于钢筋半径，对激励频率进行计算。
本发明的有益效果：在钢筋轧制传送带上设置电涡流阻抗测量装置，实时对钢筋阻抗值进行检测，从而对加热紫铜管的激励频率进行控制修正，保证了加热紫铜管对钢筋的加热的温度，以及加热温度的均匀性，提高了钢筋轧制质量；同时编码器、控制器、拉丝机，将钢筋传送过程形成闭环回路，实时反馈、调整钢筋传送速度；整个过程只需要测量钢筋的半径，即可通过控制器控制和计算出加热紫铜管的激励频率，加热效率高、改善被加热钢筋内外部温度场均匀性，提高了钢筋轧制质量，使钢筋轧制过程，简单、方便，运行可靠。
附图说明
图1是本发明的控制装置结构示意图；
图2是本发明的系统控制框图；
图3是本发明的电涡流阻抗测量装置控制框图；
图4是本发明的控制方法控制流程图。
图中1.钢筋传送带，2.拉丝机，3.加热紫铜管，4.电涡流阻抗测量装置，41.阻抗驱动装置，41a.晶体振荡器，41b.数字频率合成器，41c.DAC转换器，41d.运算放大器，42.阻抗探测器，42a.耐高温陶瓷骨架，42b.激励线圈，43.阻抗测量装置，43a.信号放大器，43b.可编程增益放大器，43c.低通滤波器，43d.ADC转换器，43e.数字傅里叶变换器，43f.集成芯片接口，5.控制器，6.编码器，7.红外表面温度检测装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
从图1和图2可以看出，一种基于阻抗测量的PC钢筋电感应激励频率控制装置，包括设置在钢筋传送带1上的拉丝机2，在钢筋传送带1上还设置有加热紫铜管3，在加热紫铜管3的上游和下游分别设置有一个结构一致的电涡流阻抗测量装置4；两个电涡流阻抗测量装置4的阻抗输出端分别与控制器5的两个阻抗输入端连接，两个电涡流阻抗测量装置4分别向控制器5传送钢筋加热前和加热后的阻抗值，控制器5还控制加热紫铜管3感应电源的的激励频率。
从图1和图2可以看出，钢筋传送带1上还设置有编码器6，编码器6还与控制器5连接，用于测量钢筋的传送速度；控制器5还与拉丝机2连接，用于控制拉丝机2的拉丝速度；加热紫铜管3的下游还设置有红外表面温度检测装置7，红外表面温度检测装置7还与控制器5连接，用于传送钢筋表面温度数据。
从图3可以看出，电涡流阻抗测量装置4包括阻抗驱动装置41、阻抗探测器42、阻抗测量装置43，阻抗驱动装置41生成的交变电流驱动阻抗探测器42产生交变磁场，从而在钢筋传送带1上的钢筋上产生电涡流信号，阻抗测量装置43根据钢筋上产生电涡流信号，实时检测钢筋阻抗值，阻抗测量装置43与控制器5连接，用于传送钢筋阻抗值。
从图3还可以看出，阻抗驱动装置41为交变驱动装置，阻抗驱动装置41包括依次连接的晶体振荡器41a、数字频率合成器41b、DAC转换器41c、运算放大器41d，晶体振荡器41a的输入端接交流电源，运算放大器41d的交变电流输出端与阻抗探测器42连接。
从图3还可以看出，阻抗探测器42包括螺旋结构的耐高温陶瓷骨架42a和激励线圈42b，钢筋传送带1穿过螺旋结构的耐高温陶瓷骨架42a，在耐高温陶瓷骨架42a的螺旋骨架上缠绕有激励线圈42b，激励线圈42b的交流电源输入端与阻抗驱动装置41的交变电流输出端连接。
从图3还可以看出，阻抗测量装置43包括依次连接的信号放大器43a、可编程增益放大器43b、低通滤波器43c、ADC转换器43d、数字傅里叶变换器43e，在数字傅里叶变换器43e的实部输出端与虚部输出端均经集成芯片接口43f与控制器5连接，信号放大器43a的阻抗信号输入端与阻抗探测器42的阻抗信号输出端连接。
从图4可以看出，一种如权利要求2的基于阻抗测量的PC钢筋电感应激励频率控制方法，包括以下步骤：
S1：初始化，令n＝1；
S2：控制器5控制拉丝机2工作，使钢筋开始在钢筋传送带1上传送，并获取加热紫铜管3上游的电涡流阻抗测量装置4检测的上游阻抗值Z1＝R1+jX1，并根据该上游阻抗值计算加热紫铜管3的设定激励频率fn-1，进入步骤S3；
S3：控制器5获取加热紫铜管3下游的电涡流阻抗测量装置4检测的下游阻抗值Z2＝R2+jX2，并根据该下游阻抗值计算加热紫铜管3的此刻所需激励频率fn，其中n＝1,2,3,…，进入步骤S4；
S4：计算频率增量Δf＝fn-fn-1，并控制加热紫铜管3的设定激励频率fn-1＝fn，并令n＝n+1，延时30s，进入步骤S5；
S5：判断拉丝机2是否停止工作，若是，控制结束；否则返回步骤S3。
其中根据阻抗值求加热紫铜管3激励频率的方法为：
确定钢筋半径r和钢筋电阻率ρ，其中电阻率为钢筋固有值，
根据公式和获取阻抗值Z＝R+jX，求得磁导率和电导率其中L为电感量；
根据钢筋内部阻抗值Z＝R+jX，就可根据公式计算出导体在不同频率的电导率和磁导率，当频率较低时，即ω→0时，公式可近似表示为：对应每个测量点的阻抗(Ri,Xi)，容易测量PC钢筋的电导率ρ和磁导率μ，即：
再根据公式求得激励频率f，Δ为电流渗透半径，电流渗透半径大于等于钢筋半径。
本发明的工作原理：
系统供电，开启拉丝机2，加热紫铜管3的上游电涡流阻抗测量装置4初次检测PC钢筋的阻抗值，根据该阻抗值计算出加热紫铜管3的初始激励频率，当钢筋从钢筋传送带1上，穿过加热紫铜管3时，加热紫铜管3对钢筋进行加热，当钢筋第一次穿过热紫铜管3下游的电涡流阻抗测量装置4时，电涡流阻抗测量装置4检测加热后钢筋的阻抗值，再根据该阻抗值，假设电流渗透半径大于等于钢筋半径时，计算此时加热紫铜管3的需要加载的激励频率，若该需要加载的激励频率频率与初始加载激励频率不等，则控制器实时修正加热紫铜管3的加载激励频率；此后每隔一定时间，在本实施例中，每隔30s，加热紫铜管3下游的电涡流阻抗测量装置4在此对钢筋阻抗值进行检测，实时修正和调整；
在测量阻抗值的过程中，电涡流阻抗测量装置4的阻抗驱动装置41将电源经晶体振荡器41a、数字频率合成器41b、DAC转换器41c、运算放大器41d处理后，形成交变电流驱动阻抗探测器42的激励线圈42b形成交变磁场，从而在钢筋传送带1的钢筋上产生电涡流信号，阻抗测量装置43根据钢筋上产生电涡流信号，将电信号转换成数字信号，并实现阻抗值的实部、虚部分离，实时检测钢筋阻抗值。