一种监测钢筋锈蚀状态的传感器及其制作工艺和钢筋锈蚀监测方法技术

本发明专利技术公开了一种监测钢筋锈蚀状态的传感器及其制作工艺和钢筋锈蚀监测方法，属于结构工程和光纤传感技术领域。它包括长周期光纤光栅传感，长周期光纤光栅传感包括光纤光栅段、光纤段和尾端段，还包括基座、钢筋和水泥砂浆，从左到右依次为光纤光栅段、光纤段和尾端段，光纤光栅段的表面上设有一层光纤光栅段金属膜，尾端段的表面上设有一层尾端段金属膜，尾端段的端面上设有一层尾端段端面金属膜；钢筋和长周期光纤光栅传感均放置在基座内，基座的外部为一层水泥砂浆。光纤光栅段金属膜、尾端段金属膜和尾端段端面金属膜均为钯金膜。本发明专利技术的单端反射式长周期光纤光栅通过折射率来监测钢筋周围环境的变化，来判断钢筋锈蚀的状态。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，属于结构工程和光纤传感
它包括长周期光纤光栅传感，长周期光纤光栅传感包括光纤光栅段、光纤段和尾端段，还包括基座、钢筋和水泥砂浆，从左到右依次为光纤光栅段、光纤段和尾端段，光纤光栅段的表面上设有一层光纤光栅段金属膜，尾端段的表面上设有一层尾端段金属膜，尾端段的端面上设有一层尾端段端面金属膜；钢筋和长周期光纤光栅传感均放置在基座内，基座的外部为一层水泥砂浆。光纤光栅段金属膜、尾端段金属膜和尾端段端面金属膜均为钯金膜。本专利技术的单端反射式长周期光纤光栅通过折射率来监测钢筋周围环境的变化，来判断钢筋锈蚀的状态。【专利说明】一种监测钢筋锈蚀状态的传感器及其制作工艺和钢筋锈蚀监 测方法
本专利技术涉及的是结构工程和光纤传感
，尤其涉及一种监测钢筋锈蚀状态 的传感器及其制作工艺和钢筋锈蚀监测方法。
技术介绍
如今，钢筋混凝土结构凭借其具有良好的耐用性能，应用越来越广泛，但当它工作 在海水等侵蚀的环境中时，会导致钢筋混凝土结构中的钢筋很容易发生锈蚀。钢筋锈蚀的 问题不仅会给社会带来不可估量的经济损失，造成资源材料的浪费，还会在一定程度上降 低钢筋的使用年限及其承负载能力，损坏钢筋混凝土的结构，甚至会影响到人身安全。所 以，关于研究钢筋锈蚀的问题具有重要的理论意义和实际意义。目前，钢筋锈蚀监测的方法 很多，大概可以分为物理检测法、电化学检测法、光纤腐蚀传感器监测法这三种。物理检测 法和电化学检测通常是作为定期检测使用的，而光纤腐蚀传感器监测法能够实时监测钢筋 锈蚀的状态，并且又可以分为间接监测和直接监测。间接监测意思是通过对钢筋锈蚀周围 环境的监测，从而推断出钢筋的锈蚀状态;直接监测则是通过直接监测钢筋本身或者锈蚀 产物等的变化来得到钢筋的锈蚀程度的信息。 光纤光栅传感具有较高的灵敏度，几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意 形状的光纤传感器，可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转等）的器件，也可以 用于高压、电气噪声、腐蚀、或其它的恶劣环境，而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。目 前光纤光栅传感已开始应用于混凝土钢筋锈蚀监测领域，这逐渐成为一个越来越让研究人 员关注的问题。 在现今的光纤腐蚀传感器技术中，李俊等人提出了一种新的钢筋腐蚀光纤光栅传 感器及温度补偿方法，研究利用光纤布喇格光栅测量钢筋的应变来监测钢筋锈蚀的状态， 同时单独设置一个不锈钢光纤光栅传感器来测量由于温度引起的应变，但只能用于钢筋锈 蚀的早期监测;刘宏月等人利用长周期光纤光栅敏感的折射率的特性来监测钢筋锈蚀的程 度和速度，发现长周期光纤光栅比光纤布喇格光栅探测的范围大，灵敏度也较高;王彦等人 利用长周期光纤光栅的微弯特性来监测混凝土结构中的钢筋锈蚀。但是以上采用的长周期 光纤光栅都是透射式结构，所采用的仪器设备较多，且成本高，在实际监测过程非常不方 便，导致工程应用并不广泛。 中国专利技术专利，授权公告号：CN 101042328 B，授权公告日2010.10.06,涉及长周 期光纤光栅的钢筋腐蚀监测方法及其传感器，属于结构工程领域和光纤传感
该 专利技术是利用贴着钢筋的位置平直地放置一根长周期光纤光栅，定期由光谱仪观察长周期光 纤光栅的透射谱变化，以此判断光栅是否发生了弯曲，并推断钢筋腐蚀的程度与速率。该发 明通过对埋入的长周期光纤光栅的透射谱监测，可以实现在不损伤混凝土表面的前提下， 对任何环境下钢筋混凝土构件中的钢筋腐蚀情况进行长期监测，准确确定引起钢筋腐蚀的 程度及速率，应用于结构工程领域中钢筋混凝土结构的耐久性检测和评估。其不足之处在 于：1)该专利技术中是通过光栅的微弯特性来监测钢筋锈蚀的状态，钢筋锈蚀引致光栅的微弯 已是钢筋锈蚀的早中期阶段，该方法无法对钢筋锈蚀的早期阶段提前进行监测及预警;2) 该专利技术需要使用宽带光源及光谱仪这种大型昂贵设备进行定期监测，使用不便，成本较高。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题 针对现有技术中光纤光栅传感器在监测钢筋锈蚀中存在的问题，本专利技术提处了一 种监测钢筋锈蚀状态的传感器及其制作工艺和钢筋锈蚀监测方法。它克服长周期光纤光栅 在监测过程中探测不方便的困难，进一步改善长周期光纤光栅监测的性能。 2.技术方案 为解决上述问题，本专利技术提供的技术方案为： -种监测钢筋锈蚀状态的传感器，包括长周期光纤光栅传感，长周期光纤光栅传 感包括光纤光栅段、光纤段和尾端段，还包括基座、钢筋和水泥砂浆，从左到右依次为光纤 光栅段、光纤段和尾端段，光纤光栅段的表面上设有一层光纤光栅段金属膜，尾端段的表面 上设有一层尾端段金属膜，尾端段的端面上设有一层尾端段端面金属膜;钢筋和长周期光 纤光栅传感均放置在基座内，基座的外部为一层水泥砂浆。 优选地，所述的光纤光栅段金属膜、尾端段金属膜和尾端段端面金属膜均为钯金 膜。 优选地，光纤光栅段由内至外依次为光纤光栅段纤芯和光纤光栅段金属膜。 优选地，尾端段由内至外依次为尾端段纤芯和尾端段金属膜，尾端段的端面有尾 端段端面金属膜。优选地，基座内设有支架，长周期光纤光栅传感放置在支架上，两端固定在基座 内。优选地，光纤光栅段金属膜的厚度为50-100nm，尾端段金属膜、尾端段端面金属膜 的厚度均为700-1000nm〇 优选地，所述光纤光栅段的长度为4-6cm，光纤段的长度为l-2cm，尾端段的长度为 l-6cm〇 -种监测钢筋锈蚀状态的传感器制作工艺，其步骤为： A、根据以上所述的一种监测钢筋锈蚀状态的传感器，将长周期光纤光栅的一端切 平，形成光纤光栅段和光纤段； B、光纤光栅段内部是光纤光栅段纤芯，在光纤光栅段表面镀一层光纤光栅段金属 膜，长周期光纤光栅表面形成等离子体共振效应； C、选取普通圆柱形单模光纤，在该单模光纤的端面镀一层尾端段端面金属膜，以 形成高反射率镜面，在该单模光纤的表面镀一层尾端段金属膜，该单模光纤为尾端段； D、将光纤段与尾端段熔接，形成探头传感结构，构成长周期光纤光栅传感； E、选取一根钢筋，将钢筋放置在基座内，在基底内部填充酚醛树脂，同时将钢筋混 凝土孔隙液渗透到酚醛树脂内； F、基座内设有支架，长周期光纤光栅传感放置在支架上，两端固定在基座内； G、基座用水泥砂浆浇筑。 优选地，长周期光纤光栅传感的两端采用环氧树脂胶进行固定。 -种监测钢筋锈蚀状态的传感器的钢筋锈蚀监测方法，其步骤为： A、根据以上所述的一种监测钢筋锈蚀状态的传感器，将光纤光栅段1引出的传输 线缆与光纤光栅解调仪连接，光纤光栅解调仪的精度与光谱仪的精度对比连接； B、光纤光栅解调仪通道内部发出的光依次经过光纤光栅段、光纤段和尾端段； C、光在光纤光栅段上发生SPR效应，通过光纤段到达探头传感端面； D、光从探头传感端面被反射回来，依次经过尾端段、光纤段和光纤光栅段，发生 SPR效应，且与前向传输的光发生自干涉效应，返回到光纤光栅解调仪通道内； E、光纤光栅解调仪将光传输过程中的光谱显示出来； F、把钢筋锈蚀的状态和光谱的谐振峰波长的偏移联系起来，从而计算出实际中钢 筋锈蚀的状态。 3.有益效果 采用本专利技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果： (1)本专利技术的长周期光纤光栅折射率的敏感性，能够监测出钢筋周围环境的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种监测钢筋锈蚀状态的传感器，包括长周期光纤光栅传感(11)，其特征在于，长周期光纤光栅传感(11)包括光纤光栅段(1)、光纤段(2)和尾端段(3)，还包括基座(12)、钢筋(13)和水泥砂浆(14)，从左到右依次为光纤光栅段(1)、光纤段(2)和尾端段(3)，光纤光栅段(1)的表面上设有一层光纤光栅段金属膜(7)，尾端段(3)的表面上设有一层尾端段金属膜(8)，尾端段(3)的端面上设有一层尾端段端面金属膜(9)；钢筋(13)和长周期光纤光栅传感(11)均放置在基座(12)内，基座(12)的外部为一层水泥砂浆(14)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王彦，刘加萍，孔正义，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34