一种混凝土含水率的检测装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及工程检测技术领域，尤其设及一种测量混凝±含水率的装置及方法。
【背景技术】
[0002] 混凝±含水率对其材料性能有很大影响，混凝±含水率影响混凝±的吸水性及抗 冻性，同时对混凝±材料的强度影响较大。研究表明，在常温条件下同一种混凝±，随着含 水量的提高其强度有降低的趋势。混凝±含水率对混凝±强度发展、收缩、徐变W及碳化、 冻融等耐久性问题有重要的影响。如果能够准确、快速检测出混凝±中的水份含量，对于更 为准确地确定混凝±性能具有实用价值。
[0003] 目前检测混凝±含水率主要有电容式传感器、红外式传感器、核子式传感器、微波 式传感器和探地雷达（Ground化netratingRadar,简称GPR)等。其中电容式传感器属于 半无损检测，杂物对测量结果影响较大，抗干扰能力差；红外线传感器穿透力差，穿透深度 不足，仅仅能对物料表面进行测定；核子式传感器检测结果虽然准确，但操作复杂，而且设 及到放射性元素，有危险性。微波式传感器利用在微波频段水的介电常数远远大于一般材 料的特性进行含水率测定，通过测量功率衰减、相位变化和谐振频率等相关介电常数的物 理量来确定混凝上的含水率。
[0004]GH?是一种广泛应用于探测地下目标体的地球物理探测方法，是一种高频电磁检 测法，具有分辨率高、无损和高效等特点，广泛应用于地质勘查、基础工程质量检测、灾害地 质调查与考古调查、结构工程无损检测等。由于水具有较高的介容率，又是有极分子，不仅 会改变物质的电导率，更会改变物质整体介电常数，雷达波在混凝±中的传播速度对混凝 ±含水率的变化十分敏感。因此，应用探地雷达检测介质含水率成为近年来探地雷达技术 新的研究方向。下面具体介绍GH?测定混凝±含水率的方法。
[0005] 如图1所示探地雷达探测Gra的原理框图。其中T表示雷达发射天线，R表示雷 达接收天线。根据雷达波发射至反射波返回的时间差At、反射界面距表面的深度h及发射 天线和接收天线之间距离X，便可计算出雷达波在混凝±中的传播速度V为：
[0006]
(1)
[0007] 所炒混凝上的相对介电常数et为；
[000引
（2)
[0009] 公式2中；C= 30厘米/纳秒，C为真空中电磁波的传播速度，由此雷达波在混凝 ±中的传播速度V表示如下：
[0010]
饼
[0011] 利用干燥箱和电子砰可W得到不同时刻混凝±试块的含水率，并拟合出混凝±中 混凝±相对介电常数与混凝±含水率之间的关系，从而建立雷达波在混凝±中的相对介电 常数与混凝±含水率的函数关系，实现GH?测定混凝±含水率。
[0012] 最主要的技术缺陷；利用探地雷达技术测量混凝±中的含水率主要难点在于如何 准确的获得雷达波在混凝±中的传播速度V。在实际检测应用中，目标实际深度h未知，为 获得传播速度V，需要在雷达图像上对混凝±中目标（钢筋）进行频率-波数（F-K)偏移处 理。在处理时，根据经验尝试代入不同的速度值，作偏移处理后，再根据偏移后图像的效果 对速度参数进行修正，人为逼近真实的速度参数。该种方法计算复杂，同时获得的速度精度 差，所W获得的含水率误差大。
【发明内容】
[0013](一）本发明要解决的技术问题
[0014] 针对探地雷达技术测量含水率误差大的不足，本发明的目的是提供一种混凝±含 水率的检测装置及方法，采用探地雷达技术和电磁感应技术，通过测量混凝上中钢筋保护 层厚度，获得准确的电磁波在混凝上中的传播速度，从而得到准确的混凝上含水率。
[0015](二）本发明的技术方案
[0016]为了达成本发明的目的，本发明第一方面，提供一种混凝±含水率的检测装置，该 装置由钢筋仪和探地雷达组成，钢筋仪和探地雷达为无线连接，利用探地雷达和钢筋仪对 混凝±进行检测，用于获得混凝±含水率和混凝±相对介电常数，并依据混凝±含水率和 混凝±相对介电常数的关系，得到混凝±含水率。
[0017]为了达成本发明的目的，本发明第二方面，提供使用混凝±含水率的检测装置的 一种混凝±含水率的检测方法，该方法的步骤包括：将探地雷达与钢筋仪集成为混凝±含 水探测装置；利用探地雷达发射和接收电磁波信号，从而获得准确的钢筋反射时间；钢筋 仪中的电磁感应探测模块完成对判定钢筋的位置、保护层厚度W及钢筋的直径进行探测； 通过保护层厚度和反射时间，得到电磁波在混凝±中的传播速度，根据电磁波在混凝±中 的传播速度和混凝±相对介电常数，得到混凝±的含水率。
[0018]为了达成本发明的目的，本发明第=方面，提供使用混凝±含水率检测装置的混 凝±含水率的检测方法，该方法的步骤包括：
[001引步骤S1 ;在检测装置中设定混凝±中钢筋的直径；
[0020] 步骤S2 ;启动混凝±含水探测仪设备，其中探地雷达和钢筋仪同时对实际工程中 的混凝±结构的每条检测路径进行实际测量，探地雷达获得的钢筋反射的雷达回波数据， 钢筋仪获得的钢筋信号数据；
[0021] 步骤S3;将钢筋信号数据转换成钢筋信号值，根据钢筋反射的雷达回波数据，探 地雷达得到二维雷达图像；
[0022] 步骤S4 ;依据钢筋数据库和钢筋信号值，得到当前钢筋保护层厚度；对二维雷达 图像进行处理，得到当前钢筋的反射时间；
[002引步骤S5 ;根据保护层厚度、反射时间、雷达回波在混凝±中的传播速度、W及探地 雷达发射天线和接收天线之间距离，得到电磁雷达波在混凝±中的传播速度；
[0024]步骤S6;根据电磁雷达波在混凝±中的传播速度、真空中电磁波的传播速度，得 到混凝±的相对介电常数；
[00巧]步骤S7 ;依据混凝±含水率n与混凝±相对介电常数Ef的关系，得到当前 实际的混凝±含水率n，所述混凝±含水率与混凝±相对介电常数Ef的关系为n= ae>ber2+cer+d，其中a、b、C、d为拟合得到的常数。
[0026] (S)本发明的积极效果或优点：
[0027] 本发明中提出了一种精确测量混凝±含水率的方法，本发明综合探地雷达技术和 电磁感应技术于一体，利用其优势，在建立好钢筋仪数据库和混凝±相对介电常数与含水 率关系的基础上，在实际工程应用中，通过钢筋仪获得准确的钢筋保护层厚度值，利用探地 雷达获得准确的钢筋反射时间，从而得到精确的混凝±相对介电常数。在此基础上，利用混 凝±相对介电常数与含水率关系，即可得到精确的混凝±含水率。传统测量方法的精度误 差在10%W上，本发明测量方法的精度误差低于2%，则由此可知本发明测量方法相对于 传统测量方法精度更高，更高效便捷，可W广泛应用于混凝上含水率工程检测中。
[0028] 本发明在检测过程中，探地雷达与钢筋仪同时工作，两者测量得到的结果同步精 确局。
【附图说明】
[0029] 图1是现有技术应用于探测地下目标体的地球物理探测方法的原理示意图；
[0030] 图2示出本发明混凝±含水探测仪图；
[0031] 图3示出本发明雷达天线与钢筋仪线圈物理位置图；
[0032] 图4为本发明混凝±含水率工程检测流程图。
【具体实施方式】
[0033] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，W下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。
[0034] 本发明基于探地雷达技术与电磁感应技术，请参阅图2为本发明混凝±含水探测 仪图，钢筋仪1和探地雷达2组成，将一套探地雷达2与一套钢筋仪1集成为一套混凝±含 水探测仪，钢筋仪1和探地雷达2为无线连接；探地雷达和钢筋仪，用于获得混凝±含水率 和混凝±相对介电常数，并依据混凝±含水率与混凝±相对介电常数的关系，得到混凝± 含水率。
[00巧]所述探地雷达2的天线与钢筋仪的线圈处于同一水平面，并且钢筋仪的线圈处于 雷达收、发天线中屯、，使探地雷达2与钢筋仪1对同一点测试，利用探地雷达2对混凝±进 行检测，得到混凝±含水率与混凝±中传播的雷达波波速之间的关系。探地雷达2的天线 中屯、工作频率为1.6GHz。
[0036] 本发明并不W此为限，该探地雷达的天线中屯、工作频率可W介于0. 8GHz~4GHz 之间。此外，钢筋仪线圈与雷达天线的位置可W不在同一平面，钢筋仪线圈也可不处于雷达 收、发天线中屯、，对钢筋仪的线圈与雷达收、发天线中屯、之间的距离进行位置误差补偿，而 其他放置方式通过位置补偿，同样可W实现本发明。
[0037] 请参阅图3为本实施例中雷达天线与钢筋仪线圈物理位置图，钢筋仪1含有钢筋 探测接收线圈11和钢筋探测发射线圈12 ;探地雷达2含有雷达发射天线21和雷达接收天 线22,钢筋探测接收线圈11和钢筋探测发射线圈12位于雷达发射天线21和雷达接收天线 22之间，雷达发射天线21和雷达接收天线22得到钢筋目标的反射时间，钢筋探测接收线圈 11和钢筋探测发射线圈12得到钢筋保护层厚度；通过反射时间和保护层厚度得到混凝± 的相对介电常数，结合相对介电常数与含水率数据库，可W得到相应的混凝±含水率。所述 钢筋探测接收线圈11，用于接收来自钢筋的二次场信号，用于测量钢筋保护层厚度；所述 钢筋探测发射线圈12,产生激励信号用于测量钢筋保护层厚度；所述雷达发射天线21，用 于发射雷达信号并测量钢筋目标的反射时间；所述雷达接收天线22,用于接收来自钢筋目 标的反射信号并测量钢筋目标的反射时间；然后再进行含水率的测量。钢筋仪1的钢筋探 测线圈11和线圈12其线径0. 25mm的自粘漆包线，采用平行密绕法，线圈的内直径为25mm。
[0038] 本发明使用所述混凝±含水率的检测装置的混凝±含水率的检测方法，该方法的 步骤包括；将探地雷达2与钢筋仪1集成为混凝±含水探测装置；利用探地雷达2发射和接 收电磁波信号，从而获得准确的钢筋反射时间；钢筋仪1中的电磁感应探测模块完成对判 定钢筋的