楼板钢筋检测仪检测校准设计方案

(1.上海市质量监督检验技术研究院，上海 200031；2.中国计量大学 机电工程学院，浙江 杭州 310018)

0 引言

随着国家基建项目的发展，楼房质量问题日益凸显，工程质量严重威胁人们生命财产安全，也受到国家的高度重视。钢筋保护层、楼板厚度测量仪(后面简称楼板测厚仪)是工程检测的重要仪器，用于测量建筑水泥板厚度与钢筋直径尺寸，其测量值的准确性严重影响工程质量[2]。

钢筋检测仪、楼板厚度测量仪是指钢筋保护层厚度测量仪和楼板厚度测量仪。它们是采用电磁原理进行无损检测的仪器，用于建筑结构实体保护层厚度检测和楼板厚度检测。

钢筋保护层厚度测量仪的探头(具有发射、接收功能)发射电磁信号，保护层内钢筋产生二次感应磁场，被探头接收，经仪器处理后，得到钢筋保护层厚度或钢筋直径的测量值。

1 计量特性

钢筋保护层厚度测量仪测量重复性要求[1]见表1所示；楼板厚度测量仪测量重复性要求[1]见表2所示。

表1 钢筋保护层厚度测量仪计量特性要求

表2 楼板厚度测量仪计量特性要求

其次整套设备在实现具体设计目标时，相关的环境条件如温湿度、平衡温度时间要求[1]如表3所示：

表3 校准条件

2 总体设计

2.1 总体设计目标

这个设备的研发旨在设计、制造一种高精度自动化的楼板测厚仪、钢筋检测仪的检测装置，从而改变这种目前落后的检测方式，提高整个检测过程的自动化水平与测量精度，节省实际操作的时间和成本，从而大大的提高生产效率，也能通过自动化的方式减少检测过程中引入的人为误差，从而提升测量精度。 如果设备定型投产后，能够极大的提升这一项目的自动化水平与准确度水平，对于整个行业具有重大意义。也能树立相关检定单位在该领域的权威性，使SQI品牌更具号召力。

2.2 总体设计原则

1)实用性原则：装置采用成熟可靠的相关技术与设备，达到实用、经济和有效的目的。

2)安全性原则：装置设备中的电机等相关驱动传动设备都有相应的保护套等，确保其工作情况下的安全性。

3)高效性原则：装置设备中采用后台配套的软件系统能够将待测仪器的检测数据和高精度光栅尺内的传感器的反馈数据进行实时对比，快速得出仪器的准确性。

2.3 总体设计逻辑

本装置设备整体采用软硬件结合的方案设计，具体方案设计如图1所示。

图1 设备设计流程图

2.4 装置软件功能

整体装置设备的软件系统采用C#编写，可以实时将仪器的检测数据和高精度光栅尺的传感器的反馈数据传送到软件系统中。同时为了保证设备检测更高的精度，将补偿算法加入到软件系统中，以便于后期在对仪器进行检定时，即便能够在检定环境下也能够实时模拟真实混凝土的环境下的检测。

2.5 装置硬件功能

整体装置设备硬件部分主要包括支撑装置、传动装置、测量装置和控制装置。

1)支撑装置。根据楼板测厚仪和钢筋检测仪的测量原理为电磁原理，所以整个支撑装置与标准块等全部采用非金属陶瓷材料。主要来做承载承重平板上的重量，因为承重平板上会被安放钢筋和模拟楼板的标准块。包括整个装置设备的支撑，保证其在工作时的稳定性。

2)传动装置。本装置设备中采用的均是非金属材料，应用伺服电机通过皮带式传动带动非金属螺纹丝杆的转动，非金属螺纹丝杆的转动带动承重平板的上下移动，对于可能出现的皮带受力不均的情况，通过设计一张紧轮来调节皮带的受力。

3)测量装置。本装置设备中采用高精度的光栅尺作为位移检测器件。高精度的光栅尺用于高精度测量钢筋检测仪与钢筋之间以及楼板测厚仪与楼板之间的实际值；而箔式应变片作为压力传感器用于确定承重平板的零点位置。

4)控制装置。本装置设备中的控制装置主要采用伺服电机控制，为了避免电机中的磁性对检测设备有所影响，所以将控制柜置整个检测设备的外侧放置，控制柜内包括有伺服电机、数据采集器以及电机控制器等，控制柜内的伺服电机通过传动装置的皮带轮相连接，进而带动丝杆的转动带动承重平板的上下移动。

3 工作流程设计

3.1 装置硬件工作流程

对于钢筋检测仪的检测校准，首先就是通确定自校准零点位，然后在承重平板上的凹型槽中加上一钢筋，在钢筋上加上模拟水泥板介质层的标准块，进而电机驱动承重平板上升，至标准块上表面接触压力式传感器后停止上升，通过光栅尺得出其高精度位移数据，再利用钢筋检测仪进行相关厚度值的检测，进行两组数据的对比后，得出钢筋检测仪的检定。之后，去除标准块，然后利用钢筋检测仪再次检测此时空气介质层下的厚度值，然后将两种不同介质层下的检测值进行数据总结分析对比，为后续软件补偿做数据基础。

对于楼板测厚仪的检测校准，承重平板上不需要加上凹型槽和钢筋，直接加上标准块，和钢筋检测仪的检测校准类似，利用光栅尺得出高精度位移值，并且得出仪器在两种介质层下的厚度检测值。

3.2 装置软件工作功能

本装置设备中的后台数据处理软件为自行利用C#编写，主要是对于光栅尺的位移检测数据反馈，还有就是仪器在两种介质层情况下的检测厚度值反馈，软件在得出两种数据反馈后，自动进行数据的对比分析，进而反馈分析结果，即仪器的检测结果，并且也通过两种介质层的检测值的不同利用软件进行了相关的补偿操作。

4 设备工作方案

整个装置设备工作(例如楼板测厚仪检测校准)流程如下所示：

S1：驱动空的承重平板上升，使得平板上圆柱块表面刚好接触扫描平板下表面时，圆柱块下方的压力式传感器输出突变信号，记下此时位置为零点位。

S2：利用物理机械的方法使得楼板测厚仪的接收探头表面与圆柱块的上表面平行，并且也通过物理机械的方法使得楼板测厚仪的发射探头的中心与接收探头的中心点重合。

S3：利用伺服电机驱动承重平板带动标准块上升，至标准块上表面刚好接触到扫描平板下表面，此时压力式传感器输出压力突变信号，停止上升。

S4：记录此时的厚度检测值L1。

S5：此时也记下光栅尺相对于零点位的位移值，传回后台软件中，记为L2。

S6：取下标准块，然后利用光栅尺的位移数据记录值，使得伺服电机驱动无标准块的承重平板上升至记录值的位置，然后再利用仪器通过S3、S4中相同的步骤检测空气介质层下的厚度检测值，记为L3。

S7：重复S3～S6过程步骤，得出不同组检测值。

S8：将多组标准块介质层下的仪器检测值与光栅尺的位移值进行比较，可以得出该仪器的检测精度是多少，该设备中的检测方式利用的是光栅尺检测，其检测精度能达到um级，所以其检测精度能够满足国标文件《JJF 1224-2009钢筋保护层、楼板厚度测量仪校准规范》中的重复性精度要求。

S9：将多组标准快介质层下和空气介质层下的厚度检测值进行比较，得出由于介质层的不同带来的两者的微小误差，并进行数据分析。

S10：在分析后再利用软件进行相关的数据补偿，以避免实际中的水泥板介质层和实验中空气介质层的不同对电磁信号的微小影响进而影响检定校准设备的精度。

综合上述，本设备的检测精度严格满足《JJF 1224-2009 钢筋保护层、楼板厚度测量仪校准规范》国标文件中满足的精度要求。

5 结语

楼板钢筋检测仪通过高精度的光栅尺来进行检测，使得检测精度能够达到um级别，能够更好地检定仪器的精度。传统的仪器检定设备通常检测的是空气介质层下的厚度值，利用相似介质的标准块模拟的楼板能够更加贴切实际检测环境，也能够避免因两种介质层不同而带来的电磁影响的微小误差，并且利用软件补偿的方法使得设备后期在无标准块的情况下也能模拟楼板介质层下的厚度检测，而且相较于传统的检测也大大提高了检测过程中的自动化程度。