基于电磁场原理的外置式钢筋锈蚀原位无损监测试验装置及
测试方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及建筑工程中的
钢筋锈蚀监测技术，特别涉及一种基于
电磁场原理的外式钢筋锈蚀原位无损监测试验装置及测试方法。
背景技术
[0002] 钢筋
混凝土结构结合了钢筋抗拉和混凝土抗压的特点，自19世纪中期应用于
土木工程领域以来，由于其成本低廉、取材广泛、方便施工等特点，
钢筋混凝土结构已成为世界上应用最为广泛的结构形式。长久以来，混凝土耐久性失效造成的损害十分巨大，已经远远超出了人们的预期，成为一个世界难题。而在混凝土耐久性破坏原因中以钢筋锈蚀最为严重，引起了国内外的广泛关注。针对建筑工程中钢筋锈蚀检测的研究，前人也做了大量的研究。
[0003] 目前，钢筋锈蚀的监测方法分为破损检测和
无损检测。破损检测测量结果较为精确，但需对钢筋混凝土进行破型取出钢筋，对混凝土结构造成的损害不可逆转，对正处于服役期间的钢筋混凝土结构并不适用。无损检测方法是当今研究的热点，主要有半
电池电位法、声发射技术和内置式监测技术。半电池电位法利用钢筋锈蚀的电化学反应引起电位变化，测定钢筋锈蚀状态，但其精确度较低，只能定性判断钢筋锈蚀概率，且无统一判定标准；声发射技术依据累计撞击数等参数，只能定性判断锈蚀发生概率，无法定量测量钢筋锈蚀率；基于磁场原理的钢筋锈蚀监测方法，中国
专利授权公告号CN109374726A，授权公告日为
2019年2月22日，名称为“基于磁场的混凝土中钢筋锈蚀无损动态监测
传感器及系统”；中国专利授权公告号CN208420791U，授权公告日为2019年1月22日，名称为“一种钢筋锈蚀电磁场变响应装置”，两件专利提供了一种应用于内置于混凝土的钢筋锈蚀监测传感器，用于监测内置于混凝土的钢筋锈蚀情况，但内置式监测传感器会严重影响钢筋混凝土的
力学性能和钢筋的自然锈蚀规律；且此类传感器内置于混凝土内只能一次性使用，成本较高。中国专利授权公告号CN108469514A，授权公告日为2018年8月31日，名称为“一种混凝土内钢筋锈蚀行为的监测设备及其方法”，此专利涉及的传感器尚有不足：一是传感器虽然能测定钢筋的锈蚀情况，但只能定性判断混凝土内钢筋整体的锈蚀情况，无法判断单根钢筋的锈蚀情况，而实际工程中混凝土内钢筋锈蚀情况有所不同，因此需对单根钢筋锈蚀情况进行测定；
二是经本
发明人试验测试结果证明，钢筋
位置不同对霍尔传感器响应情况影响远大于钢筋锈蚀的影响，可见钢筋无法保证原位监测的情况下误差较大；三是此专利霍尔传感器只单一直线方向布置，此方法不能有效监测钢筋位置变化规律；四是实际的混凝土柱尺寸较大，而此专利测试需有效卡住整个钢筋混凝土柱，所需的磁芯卡口较大，经本发明人试验测试结果证明，卡口的增大会导致霍尔传感器检测灵敏度降低；同时，以上三件专利涉及的钢筋锈蚀监测系统缺乏有效的三维
定位和移动装置，无法实现钢筋原位锈蚀监测，经本发明人试验证明，钢筋与传感器卡口的相对位置移动会导致磁感应强度变化，而钢筋锈蚀的监测也是以磁感应强度变化值为依据，因此钢筋无法保证原位监测的情况下误差较大；综上所述，以上三件专利所涉及的传感器测定结果不能反映钢筋真实锈蚀情况，无法得到准确、可靠的数据用以预测不同情况下的钢筋的锈蚀程度。
[0004] 在实际建筑工程中，仍然没有外置式精确测定钢筋锈蚀率的原位监测试验装置及测试方法。
[0005] 可见，找到一种原理清楚、方法简便、测定速度快、重复使用、工程应用性强和
稳定性好等优点的外置式无损动态钢筋锈蚀监测试验装置及测试方法，提高对钢筋锈蚀程度评估和预测不断深入具有重要意义。
发明内容
[0006] 为了克服现有建筑工程钢筋锈蚀无损监测技术的不足，本发明提供一种稳定性高、操作简便、能够实现外置式钢筋锈蚀原位监测，尤其涉及应用基于电磁场原理的钢筋锈蚀原位监测技术：外置于钢筋混凝土结构之外；磁芯卡口设为梯形卡口，可有效卡住钢筋混凝土方柱，可有效检测钢筋混凝土方柱边
角处单根检测钢筋锈蚀情况；通过控制线圈
电流大小和线圈
匝数来改变电磁场强度从而降低磁芯卡口距离改变所带来的空气域漏磁影响，提高霍尔传感器磁感应强度检测
精度，以适应不同尺寸的钢筋混凝土方柱；通过霍尔传感器对称布置从而精确检测钢筋位置；能够实现钢筋三维精准定位和移动。
[0007] 为了解决上述技术问题本发明提供如下的技术方案：
[0008] 一种基于电磁场原理的外置式钢筋锈蚀原位无损监测试验装置，包括
传感器系统和三维精准定位及移动系统。
[0009] 所述的传感器系统包括磁感应强度检测单元和
数据处理单元；所述的磁感应强度检测单元包括
信号发生器、线圈、磁芯、封装
外壳、第一霍尔传感器和第二霍尔传感器，所述的线圈均匀缠绕在所述的磁芯上，并且所述的线圈两端与所述的信号发生器的信号输入端电连；所述的固定单元夹紧的钢筋混凝土试件中间位置和磁芯卡口中间位置相对应；所述的封装外壳包括第一霍尔传感器放置槽、第二霍尔传感器放置槽和封盖；所述的第一霍尔传感器和第二霍尔传感器应以卡口中心线为轴线对称布置，分别安装在封装外壳的第一霍尔传感器放置槽和第二霍尔传感器放置槽；所述的数据处理单元包括信号采集器、
信号处理器和中央
控制器，所述的信号采集器的输入端与所述的第一霍尔传感器和第二霍尔传感器的信号输出端电连，所述的信号发生器的信号输出端、所述的信号采集器的输出端分别与所述的信号处理器的信号输入端电连，所述的信号处理器的信号输出端与所述的中央控制器的端口电连。
[0010] 所述的三维精准定位及移动系统包括左右移动与固定单元、上下移动与固定单元、前后移动与固定单元和夹紧爪单元；所述的左右移动与固定单元包括左右旋进
手柄、左右旋进
轴承、工字型滑
块、底部
基座和上下光杆；所述的旋进手柄设有
螺纹孔，所述的
螺纹孔与左右旋进轴承
螺纹连接；所述的底部基座设有刻度盘，以供试验人员观察钢筋混凝土试件左右移动长度，所述的底部基座设有倒T字型孔洞，以供工字型滑块在底部基座内部左右滑动，所述的工字型滑块与左右旋进轴承和上下光杆固接；所述的上下移动与固定单元包括第一弧形固定夹、上下光杆、第一螺杆和第一
锁紧
螺母；所述的第一弧形固定夹左侧和右侧分别设有固定面和螺纹孔，所述的第一螺杆通过所述螺纹孔和第一锁紧螺母
螺栓连接，所述的第一弧形固定夹固定面和第一螺杆与上下光杆左右面紧密
接触；所述的前后移动与固定单元包括第二弧形固定夹、第二螺杆、第二锁紧螺母和前后光杆；所述的第二弧形固定夹右侧和左侧分别设有固定面和螺纹孔，所述的第二螺杆和第二锁紧螺母通过所述的螺纹孔螺栓连接，所述的第二弧形夹固定面和第二螺杆与所述的前后光杆的左右面紧密接触；所述的夹紧爪单元包括第三螺杆、第三锁紧螺母、第一圆顶螺杆、第二圆顶螺杆、第四锁紧螺母、第五锁紧螺母、方形旋转块、爪壳和爪具配件；所述的爪具配件包括左爪、右爪、旋转键和连接块，所述的左爪和右爪与爪壳固接。
[0011] 进一步，所述的第一霍尔传感器和第二霍尔传感器对称布置。
[0012] 再进一步，所述的磁芯为梯形卡口。
[0013] 更进一步，所述的信号发生器可稳定控制线圈电流大小。
[0015] 所述的封装外壳为塑料材质。
[0016] 所述的信号采集器和信号发生器分别安装有
电路第一指示灯和第二指示灯，所述的第一指示灯和第二指示灯分别提示信号采集器和信号发生器是否正常工作。
[0017] 所述的霍尔传感器可根据精度要求和实际工程需求对称布置一对或多对传感器。
[0018] 所述的底部基座设有刻度盘，以供试验人员直观、准确测得钢筋混凝土试件左右方向坐标值。
[0019] 所述的上下光杆设有刻度，以供试验人员直观、准确测得钢筋混凝土试件上下方向坐标值。
[0020] 所述的前后光杆设有刻度，以供试验人员直观、准确测得钢筋混凝土试件前后方向坐标值。
[0021] 所述的爪壳设有左右通孔，其中所述的爪壳左部和右部通过第二圆顶螺杆和第五锁紧螺母螺栓连接，通过控制第五锁紧螺母的旋进深度来控制夹紧爪的伸缩长度。
[0022] 所述的连接块左侧预留圆弧形空间，以供所述的爪壳左部和旋转键伸缩
时移动。
[0023] 所述的工字型滑块左右设有螺纹通孔。
[0024] 所述的底部基座采用生
铁或其他高
密度材料，以防止大型钢筋混凝土试件过重引起装置整体前倾。
[0025] 所述的连接块和爪壳固接。
[0026] 所述的连接块后部设有螺纹孔，通过第三螺杆和第三锁紧螺母与方形旋转块、前后移动和固定单元螺栓连接。
[0027] 所述的爪壳和旋转键设有上下螺纹通孔，所述的旋转键和爪壳通过第一圆顶螺杆和第四锁紧螺母螺栓连接。
[0028] 所述的爪壳左部和旋转键固接。
[0029] 作为一种改进，本发明中所述磁感应强度检测单元的磁芯卡口为梯形形状，可牢固卡在钢筋混凝土方柱的边角处，完成对单根检测钢筋锈蚀监测，且可根据嵌入深度或改变磁芯卡口距离，卡住不同尺寸的钢筋混凝土柱。
[0030] 作为一种改进，本发明中所述的磁感应强度检测单元的磁芯和均匀绕线的线圈生成的匀强电磁场取决于线圈电流和线圈匝数，不会因时间变化而消磁，检测结果精确。
[0031] 作为一种改进，本发明中所述的磁感应强度检测单元的磁芯、均匀绕线的线圈和信号发生器组成的电
磁铁可通过控制线圈电流和线圈匝数来改变电磁场强度，经发明人试验测试结果证明改变磁场强度可有效降低磁芯卡口距离改变所带来的空气域漏磁影响，提高传感器磁感应强度检测精度。
[0032] 作为一种改进，本发明中所述的磁感应强度检测单元外置于钢筋混凝土柱，从而实现重复利用和动态监测。
[0033] 作为一种改进，本发明中所述的磁感应强度检测单元的第一霍尔传感器和第二霍尔传感器以卡口中心线为轴线对称布置，经发明人试验测试结果证明可精确检测钢筋的位置。
[0034] 作为一种改进，本发明所述数据处理单元，其相关控制电路可利用现有成熟技术实现，主要包括控制线圈的工作电流、测定第一霍尔传感器和第二霍尔传感器的磁感应强度值从而计算得出锈蚀率。磁感应强度测定系统与
数据处理系统通过信号处理器和中央控制器完成数据存储、后处理和实时显示。
[0035] 作为一种改进，本发明所述的夹紧爪单元有效夹紧区域直径为6mm～25mm的圆形截面，可牢固夹紧不同直径的钢筋。
[0036] 作为一种改进，本发明所述的底部基座、上下光杆和前后光杆分别设有刻度，以供试验人员直观、准确测得钢筋混凝土试件左右、上下和前后移动长度值，从而建立三维坐标值，以便钢筋混凝土试件原位监测定位。
[0037] 作为一种改进，本发明所述的连接块左侧预留空间，以供爪壳左部和旋转键伸缩时旋转，爪壳左部和旋转键在受力时会同时旋转，使爪壳左部伸缩，起到夹紧爪伸缩的效果。
[0038] 作为一种改进，本发明所述的旋转块表面光滑，在第三锁紧螺母锁紧前可旋转螺纹杆连接的旋转块以带动夹紧爪单元和钢筋混凝土试件旋转，以保证钢筋混凝土试件边缘处嵌入传感器卡口内。
[0039] 作为一种改进，本发明所述的左右旋进轴承可通过所述左右旋进手柄进行旋进深度控制，方便试验人员操作。
[0040] 作为一种改进，本发明所述的弧形固定夹两侧分别设有固定面和螺纹孔，固定面和第一螺杆、第二螺杆通过螺纹孔与上下光杆和前后光杆紧密接触，使弧形固定夹与上下光杆和前后光杆固定。
[0041] 作为一种改进，本发明所述的第一螺杆和第二螺杆旋出后，弧形固定夹可以沿着上下光杆上下移动，前后光杆可以沿着第一弧形固定夹前后移动。
[0042] 作为一种改进，本发明所述的弧形固定夹由第一弧形固定夹和第二弧形固定夹相互垂直固接，预留空间以供第一弧形固定夹、第二弧形固定夹和前后光杆移动。
[0043] 一种基于电磁场原理的外置式钢筋锈蚀原位无损监测试验装置测试方法，包括以下步骤：
[0044] 第一步，钢筋混凝土试件待测前的准备，过程如下：
[0045] 1.1取设定长度和直径的光圆钢筋作为标定钢筋和待测钢筋，称量待测钢筋
质量m1I，m2I，m3I，m4I，m5I，m6I，m7I和标定钢筋质量m0，并记录；
[0046] 1.2将标定钢筋和待测钢筋两端5cm处凃环
氧树脂并置于模具中并浇筑成型，浇筑成型后的标定钢筋混凝土试件和待测钢筋混凝土试件在标准盐浓度溶液中浸泡至饱盐，所述标准
氯化钠溶液的浓度0.1～2mol/L；
[0047] 第二步，测定前的准备，过程如下：
[0048] 2.1漆包
铜线均匀同向绕上磁芯形成线圈，在封装外壳的第一霍尔传感器放置槽和第二霍尔传感器放置槽安装第一霍尔传感器和第二霍尔传感器，然后通电形成匀强电磁场，盖上封盖进行封装；
[0049] 2.2安装左右移动和固定单元、上下移动和固定单元、前后移动和固定单元以及夹紧爪单元后，旋进第五锁紧螺母，连接块左侧预留空间，以供爪壳左部和旋转键伸缩时旋转，爪壳左部和旋转键在第五锁紧螺母旋进时会同时旋转，使爪壳左部伸缩，起到夹紧爪伸缩的效果从而夹紧钢筋混凝土试件；
[0050] 2.3旋出第一螺杆，弧形固定夹可以沿着上下光杆上下移动，从而使钢筋混凝土试件上下移动；旋出第二螺杆，前后光杆可以沿着第一弧形固定夹前后移动，从而使钢筋混凝土试件前后移动；底部基座设有倒T字型孔洞，以供工字型滑块在底部基座内部左右滑动，工字型滑块与左右旋进轴承螺纹连接，通过操作左右旋进手柄控制左右旋进轴承来带动工字型滑块左右移动，从而使钢筋混凝土试件左右移动；通过左右移动、上下移动、前后移动将钢筋混凝土试件移至传感器磁芯卡口中心。以前后方向建立x轴，以左右方向建立y轴，以上下方向建立z轴。底部基座、上下光杆和前后光杆分别设有刻度，以供试验人员直观、准确测得钢筋混凝土试件的三维坐标值(x,y,z)，在之后的试验取中取下替换试件时保持x、y、z坐标保持不变，实现钢筋混凝土试件的原位锈蚀监测；
[0051] 2.4通过中央控制器
控制信号采集器的采集
频率和信号发生器的电流，通电测试磁场，保证第一霍尔传感器和第二霍尔传感器的磁感应强度高斯值相同；
[0052] 第三步，标定试验，过程如下：
[0053] 3.1记录质量为m1I，m2I，m3I，m4I，m5I，m6I，m7I对应的钢筋混凝土试件锈蚀前标定钢筋的磁感应强度数据B1I，B2I，B3I，B4I，B5I，B6I，B7I；
[0054] 3.2以电流
加速锈蚀的方式实现钢筋锈蚀的模拟实验，控制电流密度相同，质量为m1I，m2I，m3I，m4I，m5I，m6I，m7I对应的钢筋混凝土试件分别等间隔时间通电t1，t2，t3，t4，t5，t6，t7；
[0055] 3.3记录钢筋混凝土试件锈蚀后标定钢筋的磁感应强度数据B1II，B2II，B3II，B4II，B5II，B6II，B7II和钢筋质量数据m1II，m2II，m3II，m4II，m5II，m6II，m7II；
[0056] 3.4分别计算标定钢筋质量变化率△m1，△m2，△m3，△m4，△m5，△m6，△m7，计算公式分别为式(1)～(7)；
[0057]
[0058]
[0059]
[0060]
[0061]
[0062]
[0063]
[0064] 3.5分别计算标定钢筋磁感应强度变化率△B1，△B2，△B3，△B4，△B5，△B6，△B7，计算公式分别为式(8)～(14)
[0065]
[0066]
[0067]
[0068]
[0069]
[0070]
[0071]
[0072] 3.6对钢筋质量变化率与霍尔传感器磁感应强度变化率之间的关系进行线性拟合，得到线性关系系数α；
[0073] 第四步，测定试验，过程如下：
[0074] 4.1记录待测试件锈蚀前的磁感应强度B0I；
[0075] 4.2将待测的钢筋混凝土置于容易导致钢筋发生锈蚀的环境中，促使钢筋发生锈蚀；
[0076] 4.3将锈蚀后的待测试件放回原位，记录钢筋锈蚀后的磁感应强度B0II；
[0077] 4.4钢筋的锈蚀率pII，计算公式为式(15)
[0078] PII＝α(B0II-B0I) (15)。
[0079] 本发明的工作原理：霍尔传感器检测磁感应强度检测单元的磁感应强度并送至信号处理器，磁感应强度检测单元的电流由信号发生器控制；信号处理器按设置频率对信号发生器和信号采集器的数据进行采集并计算分析，所采集数据和计算结果实时存储在中央控制器中，并由显示屏实时显示分析计算结果。具体使用时，安装左右移动和固定单元、上下移动和固定单元、前后移动和固定单元以及夹紧爪单元后，旋进第五锁紧螺母，连接块左侧预留空间，以供爪壳左部和旋转键伸缩时旋转，爪壳左部和旋转键在第五锁紧螺母旋进时会同时旋转，使爪壳左部伸缩，起到夹紧爪伸缩的效果从而夹紧钢筋混凝土试件；旋出第一螺杆，弧形固定夹可以沿着上下光杆上下移动，从而使钢筋混凝土试件上下移动；旋出第二螺杆，前后光杆可以沿着第一弧形固定夹前后移动，从而使钢筋混凝土试件前后移动；底部基座设有倒T字型孔洞，以供工字型滑块在底部基座内部左右滑动，工字型滑块与左右旋进轴承螺纹连接，通过操作左右旋进手柄控制左右旋进轴承来带动工字型滑块左右移动，从而使钢筋混凝土试件左右移动；底部基座、上下光杆和前后光杆分别设有刻度，以供试验人员直观、准确测得钢筋混凝土试件左右、上下和前后移动后的三维坐标值，实现钢筋混凝土试件的原位锈蚀监测。
[0080] 本发明的有益效果是：本发明基于无损检测方法，运用
电磁感应技术实现钢筋锈蚀无损监测，从而根据理论公式计算得到钢筋的锈蚀率。突破了传统测试方法的测试稳定性、精确性和使用次数的限制，实现对钢筋混凝土试件钢筋锈蚀率的测试；测得的钢筋锈蚀率可应用于钢筋混凝土结构当前服役性能评估和耐久性预测。装置可以三维精准定位钢筋混凝土试件，实现原位锈蚀监测；测试对象可适用于不同尺寸的钢筋和钢筋混凝土方柱，具有原理清楚、方法简便、测定速度快、定位精准、重复使用和稳定性好等优点，可弥补现有方法与设备钢筋锈蚀率测定的不足。
附图说明
[0081] 图1为本发明装置结构示意图。
[0082] 图2为本发明夹紧爪单元前视图。
[0083] 图3为本发明夹紧爪单元俯视图。
[0084] 图4为本发明弧形固定夹前视图。
[0085] 图5为本发明弧形固定夹右视图。
[0086] 图6为本发明弧形固定夹俯视图。
[0087] 图7为本发明左右移动和固定单元俯视图。
[0088] 图8为本发明左右移动和固定单元右视图。
[0089] 图9为本发明左右移动和固定单元前视图。
[0090] 图10为本发明夹紧爪单元连接块三维示意图。
[0091] 图11为本发明夹紧爪单元连接块俯视图。
[0092] 图12为本发明夹紧爪单元旋转键前视图。
[0093] 图13为本发明夹紧爪单元旋转键右视图。
[0094] 图14为本发明夹紧爪单元旋转键俯视图。
[0095] 图15为本发明封装外壳封盖前结构示意图。
[0096] 图16为本发明封盖俯视图。
[0097] 图17为本发明磁芯卡口增大传感器检测结果。
[0098] 图18为本发明磁场放大后传感器检测结果。
[0099] 图19为本发明霍尔传感器x、y方向位置检测试验结果。
[0100] 图20为本发明霍尔传感器z方向位置检测试验结果。
[0101] 图21为本发明霍尔传感器钢筋锈蚀检测试验结果。
[0102] 图中附图标记：1、左右旋进手柄；2、左右旋进轴承；3、底部基座；4、工字型滑块；5、上下光杆；6-1、第一锁紧螺母；6-2、第二锁紧螺母；6-3、第三锁紧螺母；6-4、第四锁紧螺母；6-5、第五锁紧螺母；7、弧形固定夹；7-1、第一弧形固定夹；7-2、第二弧形固定夹；8、前后光杆；9-1、第一螺杆；9-2、第二螺杆；9-3第三螺杆；10、旋转块；11-1、第一圆顶螺杆；11-2、第二圆顶螺杆、12、爪壳；13、爪具配件；13-1、左爪；13-2、右爪；13-3、旋转键；13-4、连接块；
14、线圈；15、磁芯；16-1、第一霍尔传感器；16-2、第二霍尔传感器；17、信号发生器；18、信号采集器；19、数据处理器；20、中央控制器；21-1、第一指示灯；21-2、第二指示灯；22、封装外壳；22-1、第一霍尔传感器放置槽；22-2、第二霍尔传感器放置槽；22-3、封盖。
具体实施方式
[0103] 下面结合附图进一步说明本发明，需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0104] 参照图1～图21，一种基于电磁场原理的外置式钢筋锈蚀原位无损监测试验装置试验方法，
实施例1，以直径为16mm的HPB300光圆钢筋为例，包括以下步骤：
[0105] 第一步，钢筋混凝土试件待测前的准备，过程如下：
[0106] 1.1取长度20cm和直径为16mm的HPB300光圆钢筋作为标定钢筋和待测钢筋，称量待测钢筋质量m1I，m2I，m3I，m4I，m5I，m6I，m7I和标定钢筋质量m0，并记录；
[0107] 1.2将标定钢筋和待测钢筋两端5cm处凃
环氧树脂并置于模具中并浇筑成型，混凝土的原材料为：
水泥为P.I 525级波特兰
水泥，砂采用细度模数2.6的河砂，粗
骨料采用连续级配的碎石(最大粒径为25mm)，水采用
自来水，在标准模具中浇筑试件有效截面尺寸为100mm×100mm，钢筋长度为200mm，两侧钢筋突出长度为50mm，试件长度为100mm，浇筑成型后在养护室标准养护28d，浇筑成型后的标定钢筋混凝土试件和待测钢筋混凝土试件在标准盐浓度溶液中浸泡至饱盐，所述标准氯化钠溶液的浓度0.1～2mol/L；
[0108] 第二步，测定前的准备，过程如下：
[0109] 2.1漆包铜线均匀同向绕上磁芯15形成线圈14，在封装外壳22的第一霍尔传感器放置槽22-1和第二霍尔传感器放置槽22-2安装第一霍尔传感器16-1和第二霍尔传感器16-2，然后通电形成匀强电磁场，盖上封盖22-3进行封装。
[0110] 2.2安装左右移动和固定单元、上下移动和固定单元、前后移动和固定单元以及夹紧爪单元后，旋进第五锁紧螺母6-5，连接块13-4左侧预留空间，以供爪壳12左部和旋转键13-3伸缩时旋转，爪壳12左部和旋转键13-3在第五锁紧螺母6-5旋进时会同时旋转，使爪壳
12左部伸缩，起到夹紧爪伸缩的效果从而夹紧钢筋混凝土试件。
[0111] 2.3旋出第一螺杆9-1，弧形固定夹7可以沿着上下光杆5上下移动，从而使钢筋混凝土试件上下移动；旋出第二螺杆9-2，前后光杆8可以沿着第一弧形固定夹7-1前后移动，从而使钢筋混凝土试件前后移动；底部基座3设有倒T字型孔洞，以供工字型滑块4在底部基座3内部左右滑动，工字型滑块4与左右旋进轴承2螺纹连接，通过操作左右旋进手柄1控制左右旋进轴承2来带动工字型滑块4左右移动，从而使钢筋混凝土试件左右移动；通过左右移动、上下移动、前后移动将钢筋混凝土试件移至传感器磁芯15卡口中心。以前后方向建立x轴，以左右方向建立y轴，以上下方向建立z轴。底部基座3、上下光杆5和前后光杆8分别设有刻度，以供试验人员直观、准确测得钢筋混凝土试件的三维坐标值(x,y,z)为(30,41,20)，在之后的试验取中取下替换试件时保持x、y、z坐标保持不变，实现钢筋混凝土试件的原位锈蚀监测。
[0112] 2.4通过中央控制器9控制信号采集器6的采集频率和信号发生器7的电流，通电测试磁场，保证第一霍尔传感器1-1和第二霍尔传感器1-2的磁感应强度高斯值相同。
[0113] 第三步，标定试验，过程如下：
[0114] 3.1记录质量为m1I，m2I，m3I，m4I，m5I，m6I，m7I对应的钢筋混凝土试件锈蚀前标定钢筋的磁感应强度数据B1I，B2I，B3I，B4I，B5I，B6I，B7I；
[0115] 3.2以电流加速锈蚀的方式实现钢筋锈蚀的模拟实验，控制电流密度和通电时间相同，质量为m1I，m2I，m3I，m4I，m5I，m6I，m7I对应的钢筋混凝土试件分别通电1天，2天，3天，4天，5天，6天，7天；
[0116] 3.3记录钢筋混凝土试件锈蚀后标定钢筋的磁感应强度数据B1II，B2II，B3II，B4II，B5II，B6II，B7II和钢筋质量数据m1II，m2II，m3II，m4II，m5II，m6II，m7II；
[0117] 3.4分别计算标定钢筋质量变化率△m1，△m2，△m3，△m4，△m5，△m6，△m7，计算公式分别为式(1)～(7)；
[0118]
[0119]
[0120]
[0121]
[0122]
[0123]
[0124]
[0125] 3.5)分别计算标定钢筋磁感应强度变化率△B1，△B2，△B3，△B4，△B5，△B6，△B7，计算公式分别为式(8)～(14)
[0126]
[0127]
[0128]
[0129]
[0130]
[0131]
[0132]
[0133] 3.6对钢筋质量变化率与霍尔传感器磁感应强度变化率之间的关系进行线性拟合，得到线性关系系数α；
[0134] 第四步，测定试验，过程如下：
[0135] 4.1记录待测试件锈蚀前的磁感应强度B0I；
[0136] 4.2将待测的钢筋混凝土置于容易导致钢筋发生锈蚀的环境中，促使钢筋发生锈蚀；
[0137] 4.3将锈蚀后的待测试件放回原位，记录钢筋锈蚀后的磁感应强度B0II；
[0138] 4.4钢筋的锈蚀率pII，计算公式为式(15)
[0139] PII＝α(B0II-B0I) (15)。
[0140] 一种基于电磁场原理的外置式钢筋锈蚀原位无损监测试验装置，包括传感器系统和三维精准定位及移动系统；
[0141] 所述的传感器系统包括磁感应强度检测单元和数据处理单元；所述的磁感应强度检测单元包括信号发生器17、线圈14、磁芯15、封装外壳22、第一霍尔传感器16-1和第二霍尔传感器16-2，所述的线圈14均匀缠绕在所述的磁芯15上，并且所述的线圈14两端与所述的信号发生器17的信号输入端电连；所述钢筋混凝土试件中间位置和磁芯15卡口中间位置相对应；所述的封装外壳22包括第一霍尔传感器放置槽22-1、第二霍尔传感器放置槽22-2和封盖22-3；所述的第一霍尔传感器16-1和第二霍尔传感器16-2应以卡口中心线为轴线对称布置，分别安装在封装外壳22的第一霍尔传感器放置槽22-1和第二霍尔传感器放置22-2；所述的数据处理单元包括信号采集器18、信号处理器19和中央控制器20，所述的信号采集器18的输入端与所述的第一霍尔传感器16-1和第二霍尔传感器16-2的信号输出端电连，所述的信号发生器17的信号输出端、所述的信号采集器18的输出端分别与所述的信号处理器19的信号输入端电连，所述的信号处理器19的信号输出端与所述的中央控制器20的端口电连；
[0142] 所述的三维精准定位及移动系统包括左右移动与固定单元、上下移动与固定单元、前后移动与固定单元和夹紧爪单元；所述的左右移动与固定单元包括左右旋进手柄1、左右旋进轴承2、工字型滑块4、底部基座3和上下光杆5；所述的旋进手柄设有螺纹孔，所述的螺纹孔与左右旋进轴承2螺纹连接；所述的底部基座3设有刻度盘，以供试验人员观察钢筋混凝土试件左右移动长度，所述的底部基座设有倒T字型孔洞，以供工字型滑块4在底部基座内部左右滑动，所述的工字型滑块4与左右旋进轴承2和上下光杆5固接；所述的上下移动与固定单元包括第一弧形固定夹7-1、上下光杆5、第一螺杆9-1和第一锁紧螺母6-1；所述的第一弧形固定夹7-1左侧和右侧分别设有固定面和螺纹孔，所述的第一螺杆9-1通过所述螺纹孔和第一锁紧螺母6-1螺栓连接，所述的第一弧形固定夹7-1固定面和第一螺杆9-1与上下光杆5左右面紧密接触；所述的前后移动与固定单元包括第二弧形固定夹7-2、第二螺杆9-2、第二锁紧螺母6-2和前后光杆8；所述的第二弧形固定夹7-2右侧和左侧分别设有固定面和螺纹孔，所述的第二螺杆9-2和第二锁紧螺母6-2通过所述的螺纹孔螺栓连接，所述的第二弧形夹7-2固定面和第二螺杆9-2与所述的前后光杆8的左右面紧密接触；所述的夹紧爪单元包括第三螺杆9-3、第三锁紧螺母6-3、第一圆顶螺杆11-1、第二圆顶螺杆11-2、第四锁紧螺母6-4、第五锁紧螺母6-5、方形旋转块10、爪壳12和爪具配件13；所述的爪具配件包括左爪13-1、右爪13-2、旋转键13-3和连接块13-4，所述的左爪13-1和右爪13-2与爪壳12固接。
[0143] 进一步，所述的第一霍尔传感器16-1和第二霍尔传感器16-2对称布置。
[0144] 再进一步，所述的磁芯15为梯形卡口。
[0145] 更进一步，所述的信号发生器17可稳定控制线圈14电流大小。
[0146] 所述的磁芯15为硅钢材质。
[0147] 所述的封装外壳22为塑料材质。
[0148] 所述的信号采集器和信号发生器分别安装有电路第一指示灯21-1和第二指示灯21-2，所述的第一指示灯21-1和第二指示灯21-2分别提示信号采集器18和信号发生器17是否正常工作。
[0149] 所述的霍尔传感器可根据精度要求和实际工程需求对称布置一对或多对传感器。
[0150] 所述的底部基座3设有刻度盘，以供试验人员直观、准确测得钢筋混凝土试件左右方向坐标值。
[0151] 所述的上下光杆5设有刻度，以供试验人员直观、准确测得钢筋混凝土试件上下方向坐标值。
[0152] 所述的前后光杆8设有刻度，以供试验人员直观、准确测得钢筋混凝土试件前后方向坐标值。
[0153] 所述的爪壳12设有左右通孔，其中所述的爪壳12左部和右部通过第二圆顶螺杆11-2和第五锁紧螺母6-5螺栓连接，通过控制第五锁紧螺母6-5的旋进深度来控制夹紧爪的伸缩长度。
[0154] 作为一种改进，本发明所述的夹紧爪单元有效夹紧区域直径为6mm～25mm的圆形截面，可牢固夹紧不同直径的钢筋。
[0155] 所述的连接块13-4左侧预留圆弧形空间，以供所述的爪壳12左部和旋转键13-3伸缩时移动。
[0156] 所述的工字型滑块4左右设有螺纹通孔。
[0157] 所述的底部基座3采用
生铁或其他高密度材料，以防止大型钢筋混凝土试件过重引起装置整体前倾。
[0158] 所述的连接块13-4和爪壳12固接。
[0159] 所述的连接块13-4后部设有螺纹孔，通过第三螺杆9-3和第三锁紧螺母6-3与方形旋转块10、前后移动和固定单元螺栓连接。
[0160] 所述的爪壳12和旋转键13-3设有上下螺纹通孔，所述的旋转键13-3和爪壳12通过第一圆顶螺杆11-1和第四锁紧螺母6-4螺栓连接。
[0161] 所述的爪壳12左部和旋转键13-3固接。
[0162] 作为一种改进，本发明中所述磁感应强度检测单元的磁芯15卡口为梯形形状，可牢固卡在钢筋混凝土方柱的边角处，完成对单根检测钢筋锈蚀监测，且可根据嵌入深度或改变磁芯卡口距离，卡住不同尺寸的钢筋混凝土柱。
[0163] 作为一种改进，本发明中所述的磁感应强度检测单元的磁芯15和均匀绕线的线圈14生成的匀强电磁场取决于线圈14电流和线圈匝数，不会因时间变化而消磁，检测结果精确。
[0164] 作为一种改进，本发明中所述的磁感应强度检测单元的磁芯15、均匀绕线的线圈14和信号发生器17组成的电磁铁可通过控制线圈14电流和线圈14匝数来改变电磁场强度，经发明人试验测试结果证明改变磁场强度可有效降低磁芯15卡口距离改变所带来的空气域漏磁影响，提高传感器磁感应强度检测精度。
[0165] 作为一种改进，本发明所述的夹紧爪单元有效夹紧区域直径为6mm～25mm的圆形截面，可牢固夹紧不同直径的钢筋。
[0166] 作为一种改进，本发明所述的底部基座3、上下光杆5和前后光杆8分别设有刻度，以供试验人员直观、准确测得钢筋混凝土试件左右、上下和前后移动长度值，从而建立三维坐标值，以便钢筋混凝土试件原位监测定位。
[0167] 作为一种改进，本发明所述的连接块13-4左侧预留空间，以供爪壳12左部和旋转键13-3伸缩时旋转，爪壳12左部和旋转键13-3在受力时会同时旋转，使爪壳12左部伸缩，起到夹紧爪伸缩的效果。
[0168] 作为一种改进，本发明所述的旋转块10表面光滑，在第三锁紧螺母6-3锁紧前可旋转螺纹杆连接的旋转块10以带动夹紧爪单元和钢筋混凝土试件旋转，确保钢筋混凝土试件边缘处嵌入传感器卡口内。
[0169] 作为一种改进，本发明所述的左右旋进轴承2可通过所述左右旋进手柄1进行旋进深度控制，方便试验人员操作。
[0170] 作为一种改进，本发明所述的弧形固定夹7两侧分别设有固定面和螺纹孔，固定面和第一螺杆9-1、第二螺杆9-2通过螺纹孔与上下光杆5和前后光杆8紧密接触，使弧形固定夹7与上下光杆5和前后光杆8固定。
[0171] 作为一种改进，本发明所述的第一螺杆9-1和第二螺杆9-2旋出后，弧形固定夹7可以沿着上下光杆5上下移动，前后光杆8可以沿着第一弧形固定夹7-1前后移动。
[0172] 作为一种改进，本发明所述的弧形固定夹由第一弧形固定夹7-1和第二弧形固定夹7-2相互垂直固接，预留空间以供第一弧形固定夹7-1、第二弧形固定夹7-2和前后光杆移动8。
[0173] 实施例2，钢筋直径为16mm长度为20cm的HPB300光圆钢筋，混凝土的原材料为：水泥为P.I 525级波特兰水泥，砂采用细度模数2.6的河砂，粗骨料采用连续级配的碎石(最大粒径为25mm)，水采用自来水，在标准模具中浇筑试件有效截面尺寸为100mm×100mm，钢筋长度为200mm，两侧钢筋突出长度为50mm，试件长度为100mm，浇筑成型后在养护室标准养护28d，以此浇筑的钢筋混凝土试件为例对钢筋混凝土试件原位监测做具体说明：
[0174] 安装左右移动和固定单元、上下移动和固定单元、前后移动和固定单元以及夹紧爪单元后，旋进第五锁紧螺母6-5，连接块13-4左侧预留空间，以供爪壳12左部和旋转键13-3伸缩时旋转，爪壳12左部和旋转键13-3在第五锁紧螺母6-5旋进时会同时旋转，使爪壳12左部伸缩，起到夹紧爪伸缩的效果从而夹紧钢筋混凝土试件。
[0175] 旋出第一螺杆9-1，弧形固定夹7可以沿着上下光杆5上下移动，从而使钢筋混凝土试件上下移动；旋出第二螺杆9-2，前后光杆8可以沿着第一弧形固定夹7-1前后移动，从而使钢筋混凝土试件前后移动；底部基座3设有倒T字型孔洞，以供工字型滑块4在底部基座3内部左右滑动，工字型滑块4与左右旋进轴承2螺纹连接，通过操作左右旋进手柄1控制左右旋进轴承2来带动工字型滑块4左右移动，从而使钢筋混凝土试件左右移动；通过左右移动、上下移动、前后移动将钢筋混凝土试件移至传感器磁芯卡口中心。以前后方向建立x轴，以左右方向建立y轴，以上下方向建立z轴。底部基座3、上下光杆5和前后光杆8分别设有刻度，以供试验人员直观、准确测得钢筋混凝土试件的三维坐标值(x,y,z)为(30,41,20)，在之后的试验取中取下替换试件时保持x、y、z坐标保持不变，实现钢筋混凝土试件的原位锈蚀监测。
[0176] 实施例3，钢筋直径为16mm长度为20cm的HPB300光圆钢筋，混凝土的原材料为：水泥为P.I 525级波特兰水泥，砂采用细度模数2.6的河砂，粗骨料采用连续级配的碎石(最大粒径为25mm)，水采用自来水，在标准模具中浇筑试件有效截面尺寸为100mm×100mm，钢筋长度为200mm，两侧钢筋突出长度为50mm，试件长度为100mm，浇筑成型后在养护室标准养护28d，以此浇筑的钢筋混凝土试件为例对钢筋位置变化对磁感应强度的影响做具体说明：
[0177] 安装左右移动和固定单元、上下移动和固定单元、前后移动和固定单元以及夹紧爪单元后，旋进第五锁紧螺母6-5，连接块13-4左侧预留空间，以供爪壳12左部和旋转键13-3伸缩时旋转，爪壳12左部和旋转键13-3在第五锁紧螺母6-5旋进时会同时旋转，使爪壳12左部伸缩，起到夹紧爪伸缩的效果从而夹紧钢筋混凝土试件。
[0178] 旋出第一螺杆9-1，弧形固定夹7可以沿着上下光杆5上下移动，从而使钢筋混凝土试件上下移动；旋出第二螺杆9-2，前后光杆8可以沿着第一弧形固定夹7-1前后移动，从而使钢筋混凝土试件前后移动；底部基座3设有倒T字型孔洞，以供工字型滑块4在底部基座3内部左右滑动，工字型滑块4与左右旋进轴承2螺纹连接，通过操作左右旋进手柄1控制左右旋进轴承2来带动工字型滑块4左右移动，从而使钢筋混凝土试件左右移动；通过左右移动、上下移动、前后移动将钢筋混凝土试件移至传感器磁芯卡口中心。以前后方向建立x轴，以左右方向建立y轴，以上下方向建立z轴。底部基座3、上下光杆5和前后光杆8分别设有刻度，以供试验人员直观、准确测得钢筋混凝土试件的三维绝对坐标值(x,y,z)为(30,41,20)，为了便于阐述，将此时的磁芯卡口中心的三维相对坐标值(x,y,z)定义为(0,0,0)。
[0179] 旋出第一螺杆9-1，弧形固定夹7可以沿着上下光杆5上下移动，从而使钢筋混凝土试件沿着z方向移动，记录霍尔传感器磁感应强度值和z坐标值，其测试数据如图20所示，由测试数据可知当钢筋在卡口区域内的钢筋有效长度不发生改变时，磁感应强度监测值不会发生改变，当钢筋沿着z方向移动距离增加至卡口区域内的钢筋有效长度减小时，磁感应强度监测值会显著降低。
[0180] 旋出第二螺杆9-2，前后光杆8可以沿着第一弧形固定夹7-1前后移动，从而使钢筋混凝土试件沿着y方向移动；底部基座3设有倒T字型孔洞，以供工字型滑块4在底部基座3内部左右滑动，工字型滑块4与左右旋进轴承2螺纹连接，通过操作左右旋进手柄1控制左右旋进轴承2来带动工字型滑块4左右移动，从而使钢筋混凝土试件沿着x方向移动，记录霍尔传感器磁感应强度值、x坐标值和y坐标值，其测试数据如图19所示，由测试数据可知当钢筋沿着x、y方向移动时，对磁感应强度监测值影响很大。
[0181] 具体实现时，本发明对具体的器件型号不做限制，只要能完成上述功能的元器件均可。
[0182] 最后，需要注意的是，以上列举的仅针对测定实验室新配置混凝土的具体实施例，并不限制本发明。对于从既有工程中取样的钢筋混凝土结构，其过程和方法完全一致，此处不再赘述。
[0183] 本发明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。
