本发明涉及无损检测，尤其涉及一种基于磁场检测的水下钢筋无损检测装置、系统及方法。
背景技术：
1、水下混凝土结构，如桥墩与水坝，因其常年沉浸在海水之中，不可避免地会受到海水的物理侵蚀和化学腐蚀，这些侵蚀和腐蚀作用会潜移默化地改变混凝土材质的内在特性，进而削弱其承载强度和整体耐久性能。因此，对水下结构中钢筋保护层厚度实施定期检测是一项至关重要的任务。
2、现行的检测技术主要有两类：一类是破坏性检测法，另一类则是无损检测技术。考虑到水下环境的独特性和操作上的复杂性，传统的破拆检测方法在此环境下实施起来颇具难度。无损检测技术凭借其显著的优势脱颖而出，尤其是基于电磁感应原理的检测方法，能够在不损害原有结构的前提下，探查混凝土内部钢筋的确切位置和保护层厚度，为确保水下混凝土结构的健康状态和安全运维提供技术支持。然而目前多数主流技术和商业化产品主要服务于陆上检测需求，市场上针对水下环境中的钢筋直径与保护层厚度检测的专业解决方案尚显不足。
技术实现思路
1、为解决现有技术所存在的技术问题，本发明提供一种基于磁场检测的水下钢筋无损检测装置、系统及方法，通过采用单一类型的传感器即可同时实现对混凝土保护层厚度和钢筋直径的检测，减小了装置的体积复杂的和生产成本；通过使用永磁体作为磁场源，装置整体能耗大大减少，从而延长其在水下复杂环境下的持久续航能力和连续作业时间，显著提升了工作效率和使用耐久性。
2、本发明装置采用以下技术方案来实现：一种基于磁场检测的水下钢筋无损检测装置，包括水下传感装置和远程上位机；其中，水下传感装置包括底板、侧面板、分隔板、固定笼、永磁体、霍尔传感器、传感探头仓、隔磁片、上盖板、车轮以及支撑架；
3、底板水平放置，与侧面板连接，其下端设置两条滑槽，上端外围一周设置用于安装侧面板的卯眼，上端中间设置放置分隔板的卡槽；
4、侧面板设置长短板，短板放置在前后，长板放置在左右，靠近永磁体一侧设置凹槽，用于放置隔磁片，后侧面板在底部设置套筒；
5、分隔板安装在底板中间的卡槽上，其底部开有一孔洞，与内部一中空通道形成“t”形结构，在分隔板两侧贴有隔磁片；
6、在分隔板分开后的两个小室的中间区域分别放置固定笼，其中安装有永磁体和霍尔传感器；固定笼的底部是留有开孔的圆形基座，基座的中间留有安装霍尔传感器的卡槽，周围安装7个呈圆形分布的支撑柱并在上面放置托板，基座四周设置用于固定的连接杆，固定笼顶部的笼盖被连接杆用螺母固定；
7、传感探头仓放置在支撑架上，其中间开有导流槽，导流槽上方分别设置三个用于安装传感器探头的槽位，传感探头仓中设置tds传感器、温度传感器、水压传感器，三个传感器的探头安装在槽位，上方的内仓放置传感器电路，在内仓顶部压板放置液体进入；作业人员移动装置时，水流从导流槽进入从而接触到各探头；
8、霍尔传感器通讯线路从基座引出，经分隔板的中空通道进入上盖板；传感探头仓中的传感器经套筒进入分隔板；
9、在水下传感装置外围分别安装四个无动力车轮辅助操作人员在水下移动装置；
10、远程上位机用于接收水下传感装置的工作参数、磁场强度信号并进行二维、三维显示。
11、本发明系统采用以下技术方案来实现：一种基于磁场检测的水下钢筋无损检测系统，包括水下传感模块和远程上位机；其中，水下传感模块包括主控芯片、数据传感模块、人机交互模块和供电模块；数据传感模块、人机交互模块和供电模块分别与主控芯片连接，主控芯片用于对原始数据进行处理后向远程上位机发送数据包，数据传感模块用于获取水下传感模块对应的工作状态及必要的信号，人机交互模块用于引导操作人员当前检测的钢筋走向及工作环节，并可视化处理结果；远程上位机用于接收水下传感模块的工作参数、磁场强度信号并进行二维、三维显示。
12、本发明方法采用以下技术方案来实现：一种基于磁场检测的水下钢筋无损检测方法，包括以下步骤：
13、s1、为水下传感装置设置两种工作模式，包括定位模式和扫描模式；若为定位模式，则进入步骤s2，若为扫描模式，则进入步骤s3；
14、s2、在定位模式下，操作人员将水下传感装置放置在需要检测的混凝土平面上，利用主控芯片剔除背景磁场强度后，通过检测磁场的变化情况判断当前位置下方是否存在钢筋；若存在钢筋，则“永磁体-霍尔传感器-钢筋”通路上的磁场衰减变小，实际反映为磁场信号变大；主控芯片通过水下传感装置在运动方向上的速度与信号时间间隔比较，分析钢筋相对偏转角度，随后在液晶上辅以相应图像以提示操作人员改变运动方向；
15、s3、在扫描模式下，操作人员将水下传感装置沿钢筋轴线方向上移动，霍尔传感器时刻处在磁场强度最大值附近，则钢筋走向和埋藏深度未发生变化；若信号突然下降到零附近，则说明钢筋出现拐角，需要工作人员重新按照定位模式重新寻找钢筋的位置；若是信号上升或是下降一小段，则说明钢筋的埋藏深度发送变化，也需要重新定位；
16、s4、通过液晶实时显示定位模式或扫描模式下当前磁场变化曲线，操作人员通过观察波形变化判断操作流程；液晶切换显示水下传感装置在当前作业平面上的二维位置，在扫描模式下更新钢筋分布走向；
17、s5、利用主控芯片时刻往远程上位机发送水下传感装置工作情况；通过远程上位机解析数据包后，对水下传感装置的三轴加速度、速度、角速度、角度、水体温度和导电率进行二维波形显示，对工作时的路径进行三维显示，通过分析运动路径、装置姿态、保护层厚度，对钢筋位置进行三维重建，得到三维立体空间分布情况。
18、本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
19、1、本发明只需采用单一类型的传感器即可同时实现对混凝土保护层厚度和钢筋直径的检测，减小了装置的体积复杂的和生产成本。
20、2、本发明通过使用永磁体作为磁场源，装置整体能耗大大减少，从而延长其在水下复杂环境下的持久续航能力和连续作业时间，显著提升了工作效率和使用耐久性。
21、3、本发明配合远程上位机的使用，操作人员能够直观地获取钢筋在三维空间内的精确分布情况，极大地提升了检测效率和可视性。
1.一种基于磁场检测的水下钢筋无损检测装置，其特征在于，包括水下传感装置和远程上位机；其中，水下传感装置包括底板、侧面板、分隔板、固定笼、永磁体、霍尔传感器、传感探头仓、隔磁片、上盖板、车轮以及支撑架；
2.根据权利要求1所述的一种基于磁场检测的水下钢筋无损检测装置，其特征在于，永磁体为钕铁硼材料，侧面板和底板均为亚克力材质，侧面板在面向永磁体的一面装有隔磁片；在侧面板和底板的边缘贴有防水胶带，且在连接缝隙处密封胶水填充。
3.一种基于磁场检测的水下钢筋无损检测系统，其特征在于，包括水下传感模块和远程上位机；其中，水下传感模块包括主控芯片、数据传感模块、人机交互模块和供电模块；数据传感模块、人机交互模块和供电模块分别与主控芯片连接，主控芯片用于对原始数据进行处理后向远程上位机发送数据包，数据传感模块用于获取水下传感模块对应的工作状态及必要的信号，人机交互模块用于引导操作人员当前检测的钢筋走向及工作环节，并可视化处理结果；远程上位机用于接收水下传感模块的工作参数、磁场强度信号并进行二维、三维显示。
4.根据权利要求3所述的一种基于磁场检测的水下钢筋无损检测系统，其特征在于，水下传感器模块的各组成模块具体如下：
5.根据权利要求4所述的一种基于磁场检测的水下钢筋无损检测系统，其特征在于，水下传感模块各组成模块的处理过程如下：
6.根据权利要求3所述的一种基于磁场检测的水下钢筋无损检测系统，其特征在于，远程上位机包括接收与解析单元、存储介质、信息可视化模块；其中，信息可视化模块和存储介质分别与接收与解析单元连接；接收与解析单元用于接收并解析水下传感模块三维位置、三维姿态、水体环境参数和磁场强度信号；信息可视化模块用于二维动态绘制各数据曲线、三维视图中展示水下传感模块运动轨迹及其所处空间中钢筋的布局走向。
7.根据权利要求1所述的一种基于磁场检测的水下钢筋无损检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种基于磁场检测的水下钢筋无损检测装置的检测方法，其特征在于，步骤s2中的定位模式下，运动方向与钢筋轴线垂直时，由霍尔传感器得到的信号仅与相对位置有关，设bs＝b0+b(x)，其中bs为传感器检测到的实时磁场强度，b0是步骤s2中所述的背景磁场强度，b(x)是钢筋感生磁场强度；
9.根据权利要求7所述的一种基于磁场检测的水下钢筋无损检测装置的检测方法，其特征在于，步骤s5中的三维立体空间分布，将上传至云端进行深度剖析，展开趋势分析、实时识别异常状况，并进行前瞻性的维护预测，为保护层厚度逐渐变薄、钢筋断裂潜在的风险隐患提前警示；云端存储的三维重建模型为建筑结构在其全生命周期内的维护保养提供历史数据参照。
