一种钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准装置及方法与流程

本发明属于交通水运工程计量校准技术领域，特别涉及一种交通工程领域中钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准装置及方法。

背景技术：

灌注桩因具有能够机械钻孔、承载力高、适应性强等优点，已在桥梁、高架桥、港口码头等工程中大量采用，成为我国工程建设中最重要的一种基础形式。基桩的钢筋笼长度是按照有关规范，根据载荷、弯矩大小、桩周土情况、抗震设防强度以及是否属于抗拔桩和端承桩等计算确定的。由于灌注桩通常位于水下，导致桩中钢筋笼已成为不法施工者偷工减料的主要对象。若配筋不足或钢筋笼长度不满足设计要求，将有可能严重影响灌注桩基础的稳定性和抗震性能，给建筑物造成安全隐患。钢筋笼长度不满足要求视为桩身完整性缺陷，因此钢筋笼长度的检测极其重要。最直接的钢筋笼长度检测方法是开挖验证，但对于桩长达数十米，桩径超过0.8m的混凝土灌注桩，开挖验证难度很大。随着科学技术的发展，桩基工程检测技术在不断提高，新理论、新方法不断推出，人们寻求各种既能准确检测且又无损于桩基的技术来进行检测。基于磁测法的钢筋笼长度磁法检测仪由于具有检测仪器轻便、工作效率高、价格低等优点而被广大检测单位应用。然而，长时间作业环境的变化，将会导致仪器自身性能的改变，致使仪器的测量结果出现较大偏差。因此，定期对钢筋笼长度磁法检测仪的计量性能进行校准尤为重要。

目前我国尚未发现针对钢筋笼长度磁法检测仪的专用校准装置，若未经准确计量的钢筋笼长度磁法检测仪应用在桩身钢筋笼长度检测中，势必会给工程造成极大安全隐患。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准装置及方法。

为了达到上述目的，本发明提供的钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准装置包括笔记本电脑、高精度磁通门计主机、直流恒流源组、机柜、圆柱形五层磁屏蔽筒、支撑平台、三维亥姆霍兹线圈、旋转角度盘和高精度磁通门计探头；其中，直流恒流源组与高精度磁通门计主机置于机柜内，并且均与笔记本电脑电连接；圆柱形五层磁屏蔽筒置于支撑平台之上；三维亥姆霍兹线圈置于圆柱形五层磁屏蔽筒内且与直流恒流源组电连接；旋转角度盘固定在三维亥姆霍兹线圈中间；高精度磁通门计探头固定在三维亥姆霍兹线圈中且与高精度磁通门主机电连接；与被检钢筋笼长度磁法检测仪主机连接的被检钢筋笼长度磁法检测仪探头固定在旋转角度盘中。

所述的圆柱形五层屏蔽筒由从外至内的第一层屏蔽体、第二层屏蔽体、第三层屏蔽体、第四层屏蔽体和第五层屏蔽体构成；其中第一层屏蔽体和第五层屏蔽体采用铝材制成，第二层屏蔽体、第三层屏蔽体和第四层屏蔽体采用高导磁坡莫合金制成，内腔均匀区直径≥350mm。

所述的三维亥姆霍兹线圈包括三维线圈绕组和支座；三维线圈绕组由环形的x方向线圈、y方向线圈和z方向线圈构成，最大直径430mm，磁场均匀区大于100mm×100mm×100mm；支座采用工业级亚克力材料制成，固定在三维亥姆霍兹线圈的磁场均匀区内；角度转盘固定在支座上；被检钢筋笼长度磁法检测仪探头固定在旋转角度盘中，并且其测量点处于三维亥姆霍兹线圈的磁场均匀区内；高精度磁通门计探头安装在支座内的开口槽中。

所述的被检钢筋笼长度磁法检测仪探头的磁场强度测量范围为±200000nt，直径范围10mm-50mm，分辨力优于10nt，转向差优于300nt，最大允许误差±150nt。

利用本发明提供的钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准装置对钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准的方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤1：将钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准装置上各部件依次连接，调节并固定高精度磁通门计探头和被检钢筋笼长度磁法检测仪探头，使其测量点处于三维亥姆霍兹线圈的磁场均匀区内，高精度磁通门计探头的xyz测量轴分别与三维线圈绕组的xyz方向一一对应，被检钢筋笼长度磁法检测仪探头与x方向线圈平行；

步骤2：将钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准装置通电预热，串口初始化，由笔记本电脑采集圆柱形五层磁屏蔽筒内三维线圈绕组的x方向磁场强度，记录圆柱形五层屏蔽筒内的本底磁场强度；

步骤3：利用笔记本电脑将x方向磁场强度调整为0nt，通过调节直流恒流源组电流大小给x方向磁场强度施加一个反方向磁场，使被检钢筋笼长度磁法检测仪探头处于零磁场强度状态；

步骤4:通过笔记本电脑调节直流恒流源组的电流使三维线圈绕组的x方向磁场强度显示为-100000nt，记录被检钢筋笼磁法长度检测仪主机显示的磁场强度示值，然后改变电流方向使x方向磁场强度显示为+100000nt，再次记录被检钢筋笼磁法长度检测仪主机显示的磁场强度示值，被检钢筋笼磁法长度检测仪主机两次示值区间即为被检钢筋笼磁法长度检测仪探头的磁场强度测量范围；

步骤5:通过笔记本电脑调节直流恒流源组的电流使三维线圈绕组的x方向磁场强度以5nt的梯度步进变化，当被检钢筋笼磁法长度检测仪主机显示的磁场强度示值发生改变时，三维线圈绕组的x方向磁场强度总变化量即为被检钢筋笼磁法长度检测仪主机的磁场强度分辨力；

步骤6:根据被检钢筋笼磁法长度检测仪探头的磁场强度测量范围，在测量范围内均匀选取包含零点和满量程点在内的不少于7个校准点；通过笔记本电脑调节直流恒流源组的电流，使三维线圈绕组的x方向产生各个校准点相应的磁场强度，磁场强度由高精度磁通门计探头采集并由高精度磁通门计主机显示，记录被检钢筋笼磁法长度检测仪主机测得的磁场强度示值；

步骤7：按公式(1)计算被检钢筋笼磁法长度检测仪探头的磁场强度示值误差，取各校准点的磁场强度示值误差绝对值最大值为被检钢筋笼磁法长度检测仪探头磁场强度示值误差的校准结果；

式中：

η——各校准点被检钢筋笼磁法长度检测仪探头测得的磁场强度示值误差；

bi——各校准点被检钢筋笼磁法长度检测仪主机测得的磁场强度示值，nt；

bi0——各校准点三维线圈绕组的x方向产生的相应磁场强度，nt；

bfs——被检钢筋笼磁法长度检测仪磁场强度测量范围，nt；

步骤8:选取某一校准点，转动旋转角度盘一周，分别记录被检钢筋笼磁法长度检测仪主机110在90°、180°、270°和360°的磁场强度示值，取最大值减最小值之差作为磁场强度转向差的校准结果。

本发明提供的钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准装置及方法具有如下有益效果：本发明解决了钢筋笼长度磁法检测仪磁参量溯源难题。校准装置集成度高，实现了钢筋笼长度磁法检测仪磁参量测量范围、分辨力、示值误差和转向差的校准功能，试验过程中无须重复拆卸、连接测试设备，易于实现，具有良好的应用效果和推广价值。

附图说明

图1是本发明提供的钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准装置结构示意图；

图2是本发明提供的钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准装置中支撑平台及其上部件结构示意图；

图3是本发明提供的钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准装置中圆柱形五层磁屏蔽筒内部剖面图；

图4是本发明提供的钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准装置中三维亥姆霍兹线圈结构图；

图5是本发明提供的钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准装置中支座及旋转角度盘结构图；

图6为本发明提供的钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准装置的电器连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准装置及方法进行详细说明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1—图6所示，本发明提供的钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准装置包括笔记本电脑10、高精度磁通门计主机20、直流恒流源组30、机柜40、圆柱形五层磁屏蔽筒50、支撑平台60、三维亥姆霍兹线圈70、旋转角度盘80和高精度磁通门计探头90；其中，直流恒流源组30与高精度磁通门计主机20置于机柜40内，并且均与笔记本电脑10电连接；圆柱形五层磁屏蔽筒50置于支撑平台60之上；三维亥姆霍兹线圈70置于圆柱形五层磁屏蔽筒50内且与直流恒流源组30电连接；旋转角度盘80固定在三维亥姆霍兹线圈70中间；高精度磁通门计探头90固定在三维亥姆霍兹线圈70中且与高精度磁通门主机20电连接；与被检钢筋笼长度磁法检测仪主机110连接的被检钢筋笼长度磁法检测仪探头100固定在旋转角度盘80中。

所述的圆柱形五层屏蔽筒50由从外至内的第一层屏蔽体501、第二层屏蔽体502、第三层屏蔽体503、第四层屏蔽体504和第五层屏蔽体505构成；其中第一层屏蔽体501和第五层屏蔽体505采用铝材制成，第二层屏蔽体502、第三层屏蔽体503和第四层屏蔽体504采用高导磁坡莫合金制成，内腔均匀区直径≥350mm，可将地磁屏蔽到10nt以下。

所述的三维亥姆霍兹线圈70包括三维线圈绕组701和支座702；三维线圈绕组701由环形的x方向线圈7011、y方向线圈7012和z方向线圈7013构成，最大直径430mm，磁场均匀区大于100mm×100mm×100mm；支座702采用工业级亚克力材料制成，固定在三维亥姆霍兹线圈70的磁场均匀区内；角度转盘80固定在支座702上；被检钢筋笼长度磁法检测仪探头100固定在旋转角度盘80中，可实现0°、90°、180°、270°旋转，并且其测量点处于三维亥姆霍兹线圈70的磁场均匀区内；高精度磁通门计探头90安装在支座702内的开口槽中。

所述的被检钢筋笼长度磁法检测仪探头100的磁场强度测量范围为±200000nt，直径范围10mm-50mm，分辨力优于10nt，转向差优于300nt，最大允许误差±150nt。

本发明提供的钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准装置的磁场强度测量范围为-500000-+500000nt，分辨力：0.1nt，最大允许误差：±50nt，磁场强度均匀度优于1％。

工作时，将直流恒流源组30通过线缆连接三维线圈绕组701，高精度磁通门计主机20与直流恒流源组30通过usb数据线连接笔记本电脑10，高精度磁通门计主机20与高精度磁通门计探头90连接，被检钢筋笼长度磁法检测仪主机110与被检钢筋笼长度磁法检测仪探头100连接。打开圆柱形五层磁屏蔽筒50，将高精度磁通门计探头90插入支座702上的开口槽内，将被检钢筋笼长度磁法检测仪探头100安装在旋转角度盘80上，合上圆柱形五层磁屏蔽筒50，以屏蔽外界磁场干扰；将直流恒流源组30与高精度磁通门计主机20通电，打开笔记本电脑10，系统预热5min。通过测量被检钢筋笼磁法长度检测仪主机110在±200000nt时的示值得到磁场强度测量范围。通过测量被检钢筋笼磁法长度检测仪主机110磁场强度示值发生改变时，三维线圈绕组701的x方向磁场强度总变化量得到磁场强度分辨力。通过多个校准点的测量数据结果，利用公式计算得到磁场强度示值误差。通过测量被检钢筋笼磁法长度检测仪主机110在90°、180°、270°和360°时的磁场强度示值得到磁场转向差。

利用上述钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准装置对钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准的方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤1：将钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准装置上各部件依次连接，调节并固定高精度磁通门计探头90和被检钢筋笼长度磁法检测仪探头100，使其测量点处于三维亥姆霍兹线圈70的磁场均匀区内，高精度磁通门计探头90的xyz测量轴分别与三维线圈绕组701的xyz方向一一对应，被检钢筋笼长度磁法检测仪探头100与x方向线圈7011平行；

步骤2：将钢筋笼长度磁法检测仪磁参量校准装置通电预热，串口初始化，由笔记本电脑10采集圆柱形五层磁屏蔽筒50内三维线圈绕组701的x方向磁场强度，记录圆柱形五层屏蔽筒50内的本底磁场强度；

步骤3：利用笔记本电脑10将x方向磁场强度调整为0nt，通过调节直流恒流源组30电流大小给x方向磁场强度施加一个反方向磁场，使被检钢筋笼长度磁法检测仪探头100处于零磁场强度状态；

步骤4:通过笔记本电脑10调节直流恒流源组30的电流使三维线圈绕组701的x方向磁场强度显示为-100000nt，记录被检钢筋笼磁法长度检测仪主机110显示的磁场强度示值，然后改变电流方向使x方向磁场强度显示为+100000nt，再次记录被检钢筋笼磁法长度检测仪主机110显示的磁场强度示值，被检钢筋笼磁法长度检测仪主机110两次示值区间即为被检钢筋笼磁法长度检测仪探头100的磁场强度测量范围；

步骤5:通过笔记本电脑10调节直流恒流源组30的电流使三维线圈绕组701的x方向磁场强度以5nt的梯度步进变化，当被检钢筋笼磁法长度检测仪主机110显示的磁场强度示值发生改变时，三维线圈绕组701的x方向磁场强度总变化量即为被检钢筋笼磁法长度检测仪主机110的磁场强度分辨力；

步骤6:根据被检钢筋笼磁法长度检测仪探头100的磁场强度测量范围，在测量范围内均匀选取包含零点和满量程点在内的不少于7个校准点；通过笔记本电脑10调节直流恒流源组30的电流，使三维线圈绕组701的x方向产生各个校准点相应的磁场强度，磁场强度由高精度磁通门计探头90采集并由高精度磁通门计主机20显示，记录被检钢筋笼磁法长度检测仪主机110测得的磁场强度示值；

步骤7：按公式(1)计算被检钢筋笼磁法长度检测仪探头100的磁场强度示值误差，取各校准点的磁场强度示值误差绝对值最大值为被检钢筋笼磁法长度检测仪探头100磁场强度示值误差的校准结果；

式中：

η——各校准点被检钢筋笼磁法长度检测仪探头100测得的磁场强度示值误差；

bi——各校准点被检钢筋笼磁法长度检测仪主机110测得的磁场强度示值，nt；

bi0——各校准点三维线圈绕组701的x方向产生的相应磁场强度，nt；

bfs——被检钢筋笼磁法长度检测仪磁场强度测量范围，nt。

步骤8:选取某一校准点，转动旋转角度盘80一周，分别记录被检钢筋笼磁法长度检测仪主机110在90°、180°、270°和360°的磁场强度示值，取最大值减最小值之差作为磁场强度转向差的校准结果。