(1.上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術研究院，上海 200031；2.中國計量大學 機電工程學院，浙江 杭州 310018)

0 引言

隨著國家基建項目的發(fā)展，樓房質(zhì)量問題日益凸顯，工程質(zhì)量嚴重威脅人們生命財產(chǎn)安全，也受到國家的高度重視。鋼筋保護層、樓板厚度測量儀(后面簡稱樓板測厚儀)是工程檢測的重要儀器，用于測量建筑水泥板厚度與鋼筋直徑尺寸，其測量值的準確性嚴重影響工程質(zhì)量[2]。

鋼筋檢測儀、樓板厚度測量儀是指鋼筋保護層厚度測量儀和樓板厚度測量儀。它們是采用電磁原理進行無損檢測的儀器，用于建筑結(jié)構實體保護層厚度檢測和樓板厚度檢測。

鋼筋保護層厚度測量儀的探頭(具有發(fā)射、接收功能)發(fā)射電磁信號，保護層內(nèi)鋼筋產(chǎn)生二次感應磁場，被探頭接收，經(jīng)儀器處理后，得到鋼筋保護層厚度或鋼筋直徑的測量值。

1 計量特性

鋼筋保護層厚度測量儀測量重復性要求[1]見表1所示；樓板厚度測量儀測量重復性要求[1]見表2所示。

表1 鋼筋保護層厚度測量儀計量特性要求

表2 樓板厚度測量儀計量特性要求

其次整套設備在實現(xiàn)具體設計目標時，相關的環(huán)境條件如溫濕度、平衡溫度時間要求[1]如表3所示：

表3 校準條件

2 總體設計

2.1 總體設計目標

這個設備的研發(fā)旨在設計、制造一種高精度自動化的樓板測厚儀、鋼筋檢測儀的檢測裝置，從而改變這種目前落后的檢測方式，提高整個檢測過程的自動化水平與測量精度，節(jié)省實際操作的時間和成本，從而大大的提高生產(chǎn)效率，也能通過自動化的方式減少檢測過程中引入的人為誤差，從而提升測量精度。 如果設備定型投產(chǎn)后，能夠極大的提升這一項目的自動化水平與準確度水平，對于整個行業(yè)具有重大意義。也能樹立相關檢定單位在該領域的權威性，使SQI品牌更具號召力。

2.2 總體設計原則

1)實用性原則：裝置采用成熟可靠的相關技術與設備，達到實用、經(jīng)濟和有效的目的。

2)安全性原則：裝置設備中的電機等相關驅(qū)動傳動設備都有相應的保護套等，確保其工作情況下的安全性。

3)高效性原則：裝置設備中采用后臺配套的軟件系統(tǒng)能夠?qū)⒋郎y儀器的檢測數(shù)據(jù)和高精度光柵尺內(nèi)的傳感器的反饋數(shù)據(jù)進行實時對比，快速得出儀器的準確性。

2.3 總體設計邏輯

本裝置設備整體采用軟硬件結(jié)合的方案設計，具體方案設計如圖1所示。

圖1 設備設計流程圖

2.4 裝置軟件功能

整體裝置設備的軟件系統(tǒng)采用C#編寫，可以實時將儀器的檢測數(shù)據(jù)和高精度光柵尺的傳感器的反饋數(shù)據(jù)傳送到軟件系統(tǒng)中。同時為了保證設備檢測更高的精度，將補償算法加入到軟件系統(tǒng)中，以便于后期在對儀器進行檢定時，即便能夠在檢定環(huán)境下也能夠?qū)崟r模擬真實混凝土的環(huán)境下的檢測。

2.5 裝置硬件功能

整體裝置設備硬件部分主要包括支撐裝置、傳動裝置、測量裝置和控制裝置。

1)支撐裝置。根據(jù)樓板測厚儀和鋼筋檢測儀的測量原理為電磁原理，所以整個支撐裝置與標準塊等全部采用非金屬陶瓷材料。主要來做承載承重平板上的重量，因為承重平板上會被安放鋼筋和模擬樓板的標準塊。包括整個裝置設備的支撐，保證其在工作時的穩(wěn)定性。

2)傳動裝置。本裝置設備中采用的均是非金屬材料，應用伺服電機通過皮帶式傳動帶動非金屬螺紋絲桿的轉(zhuǎn)動，非金屬螺紋絲桿的轉(zhuǎn)動帶動承重平板的上下移動，對于可能出現(xiàn)的皮帶受力不均的情況，通過設計一張緊輪來調(diào)節(jié)皮帶的受力。

3)測量裝置。本裝置設備中采用高精度的光柵尺作為位移檢測器件。高精度的光柵尺用于高精度測量鋼筋檢測儀與鋼筋之間以及樓板測厚儀與樓板之間的實際值；而箔式應變片作為壓力傳感器用于確定承重平板的零點位置。

4)控制裝置。本裝置設備中的控制裝置主要采用伺服電機控制，為了避免電機中的磁性對檢測設備有所影響，所以將控制柜置整個檢測設備的外側(cè)放置，控制柜內(nèi)包括有伺服電機、數(shù)據(jù)采集器以及電機控制器等，控制柜內(nèi)的伺服電機通過傳動裝置的皮帶輪相連接，進而帶動絲桿的轉(zhuǎn)動帶動承重平板的上下移動。

3 工作流程設計

3.1 裝置硬件工作流程

對于鋼筋檢測儀的檢測校準，首先就是通確定自校準零點位，然后在承重平板上的凹型槽中加上一鋼筋，在鋼筋上加上模擬水泥板介質(zhì)層的標準塊，進而電機驅(qū)動承重平板上升，至標準塊上表面接觸壓力式傳感器后停止上升，通過光柵尺得出其高精度位移數(shù)據(jù)，再利用鋼筋檢測儀進行相關厚度值的檢測，進行兩組數(shù)據(jù)的對比后，得出鋼筋檢測儀的檢定。之后，去除標準塊，然后利用鋼筋檢測儀再次檢測此時空氣介質(zhì)層下的厚度值，然后將兩種不同介質(zhì)層下的檢測值進行數(shù)據(jù)總結(jié)分析對比，為后續(xù)軟件補償做數(shù)據(jù)基礎。

對于樓板測厚儀的檢測校準，承重平板上不需要加上凹型槽和鋼筋，直接加上標準塊，和鋼筋檢測儀的檢測校準類似，利用光柵尺得出高精度位移值，并且得出儀器在兩種介質(zhì)層下的厚度檢測值。

3.2 裝置軟件工作功能

本裝置設備中的后臺數(shù)據(jù)處理軟件為自行利用C#編寫，主要是對于光柵尺的位移檢測數(shù)據(jù)反饋，還有就是儀器在兩種介質(zhì)層情況下的檢測厚度值反饋，軟件在得出兩種數(shù)據(jù)反饋后，自動進行數(shù)據(jù)的對比分析，進而反饋分析結(jié)果，即儀器的檢測結(jié)果，并且也通過兩種介質(zhì)層的檢測值的不同利用軟件進行了相關的補償操作。

4 設備工作方案

整個裝置設備工作(例如樓板測厚儀檢測校準)流程如下所示：

S1：驅(qū)動空的承重平板上升，使得平板上圓柱塊表面剛好接觸掃描平板下表面時，圓柱塊下方的壓力式傳感器輸出突變信號，記下此時位置為零點位。

S2：利用物理機械的方法使得樓板測厚儀的接收探頭表面與圓柱塊的上表面平行，并且也通過物理機械的方法使得樓板測厚儀的發(fā)射探頭的中心與接收探頭的中心點重合。

S3：利用伺服電機驅(qū)動承重平板帶動標準塊上升，至標準塊上表面剛好接觸到掃描平板下表面，此時壓力式傳感器輸出壓力突變信號，停止上升。

S4：記錄此時的厚度檢測值L1。

S5：此時也記下光柵尺相對于零點位的位移值，傳回后臺軟件中，記為L2。

S6：取下標準塊，然后利用光柵尺的位移數(shù)據(jù)記錄值，使得伺服電機驅(qū)動無標準塊的承重平板上升至記錄值的位置，然后再利用儀器通過S3、S4中相同的步驟檢測空氣介質(zhì)層下的厚度檢測值，記為L3。

S7：重復S3～S6過程步驟，得出不同組檢測值。

S8：將多組標準塊介質(zhì)層下的儀器檢測值與光柵尺的位移值進行比較，可以得出該儀器的檢測精度是多少，該設備中的檢測方式利用的是光柵尺檢測，其檢測精度能達到um級，所以其檢測精度能夠滿足國標文件《JJF 1224-2009鋼筋保護層、樓板厚度測量儀校準規(guī)范》中的重復性精度要求。

S9：將多組標準快介質(zhì)層下和空氣介質(zhì)層下的厚度檢測值進行比較，得出由于介質(zhì)層的不同帶來的兩者的微小誤差，并進行數(shù)據(jù)分析。

S10：在分析后再利用軟件進行相關的數(shù)據(jù)補償，以避免實際中的水泥板介質(zhì)層和實驗中空氣介質(zhì)層的不同對電磁信號的微小影響進而影響檢定校準設備的精度。

綜合上述，本設備的檢測精度嚴格滿足《JJF 1224-2009 鋼筋保護層、樓板厚度測量儀校準規(guī)范》國標文件中滿足的精度要求。

5 結(jié)語

樓板鋼筋檢測儀通過高精度的光柵尺來進行檢測，使得檢測精度能夠達到um級別，能夠更好地檢定儀器的精度。傳統(tǒng)的儀器檢定設備通常檢測的是空氣介質(zhì)層下的厚度值，利用相似介質(zhì)的標準塊模擬的樓板能夠更加貼切實際檢測環(huán)境，也能夠避免因兩種介質(zhì)層不同而帶來的電磁影響的微小誤差，并且利用軟件補償?shù)姆椒ㄊ沟迷O備后期在無標準塊的情況下也能模擬樓板介質(zhì)層下的厚度檢測，而且相較于傳統(tǒng)的檢測也大大提高了檢測過程中的自動化程度。