一种长期实时监测钢筋腐蚀的光纤光栅传感器制造技术

本发明专利技术公开一种长期实时监测钢筋腐蚀的光纤光栅传感器，包括：保护壳体固定管扣、光纤光栅、传导悬臂，监测悬臂；所述保护壳体为无底矩形盒式结构，一侧壁上设有圆孔，保护壳体通过固定管扣固接到钢筋上；保护壳体与固定管扣表面处理后胶结连接；保护壳体通过部分嵌入的方式与监测悬臂连接；固定管扣通过部分嵌入的方式与传导悬臂连接；监测悬臂压接与传导悬臂上部；监测悬臂下面设置有光纤光栅；光纤光栅的尾纤经过传导悬臂上部贯穿圆孔后套上光纤松套管。本发明专利技术可满足建筑构件长期实时监测，便于安置，结构简单，体积小，测量精度高，稳定性好，且易于加工制造，灵敏度高、抗电磁干扰、测量精度可调节，具有较好的经济效益和社会效益。

A fiber Bragg grating sensor for long-term real-time monitoring of corrosion of steel bars

Optical fiber grating sensor, the invention discloses a long-term and real-time monitoring of reinforcement corrosion protection shell includes: fixed tube buckle, fiber grating, conduction cantilever, cantilever monitoring; the protective shell is a bottomless rectangular box structure, one side wall is provided with a hole, a protective shell by a fixing buckle pipe connected to the steel shell and protection; the fixed pipe buckle after surface treatment of cemented joints; the protective casing is connected with the monitor cantilever through partial intercalation method; fixed buckle pipe connected with a conduction through part of the embedded cantilever; monitor cantilever crimping and conduction upper cantilever; fiber grating has set up monitoring of fiber grating under the cantilever; through conduction through circular hole set on the upper arm optical fiber loose tube. The invention can meet the building long-term and real-time monitoring, convenient installation, simple structure, small volume, high accuracy, good stability, easy fabrication, high sensitivity, precision measurement of anti electromagnetic interference, can be adjusted, with good economic and social benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种长期实时监测钢筋腐蚀的光纤光栅传感器
本专利技术涉及光纤光栅技术，属于光纤传感
，具体说是一种用于一般大气环境下长期实时监测混凝土内部钢筋腐蚀状态的传感器。
技术介绍
海水、除冰盐等侵蚀性环境极易引起钢筋混凝土结构发生锈蚀，钢筋锈蚀成为钢筋混凝土结构耐久性不足的首要因素，得到世界范围的普遍关注。通过腐蚀量的监测实现建筑构件耐久性评价，对危险部位提前预警，避免事故发生。钢筋锈蚀的检测/监测方法很多，可以分为物理检测法、电化学检测法。物理检测法和电化学检测法通常是定期检测，且电类监测技术具有易受电磁辐射干扰、稳定性差、不易于工程结构位移长期监测的特点。光纤光栅传感器因具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀等特点，适用于工程结构长期健康监测领域。见诸报道的光纤光栅监测钢筋腐蚀方法，微弯效应的光纤腐蚀传感器能够实现钢筋腐蚀临界状态监测；Fe-C合金膜腐蚀传感器能够进行腐蚀初期监测；采用钢筋替代品进行同环境下监测而非针对指定钢筋进行监测，钢筋的个体差异致使误差较大。因此研发一种预埋式，长期实时监测混凝土内部钢筋的腐蚀状态的光纤光栅传感器很有必要。
技术实现思路
本专利技术涉及一种满足建筑构件长期实时监测，便于安置，结构简单，易于加工制造，性能稳定、可靠、灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀，造价低廉可用于一般大气环境下的扣式钢筋腐蚀传感器。为了实现上述目的，本专利技术解决技术问题的技术方案是：一种长期实时监测钢筋腐蚀的光纤光栅传感器，包括：保护壳体固定管扣、光纤光栅、传导悬臂，监测悬臂；所述保护壳体为无底矩形盒式结构，一侧壁上设有圆孔，保护壳体通过固定管扣固接到钢筋上；保护壳体与固定管扣表面处理后胶结连接；保护壳体通过部分嵌入的方式与监测悬臂连接；固定管扣通过部分嵌入的方式与传导悬臂连接；监测悬臂压接与传导悬臂上部；监测悬臂下面设置有光纤光栅；光纤光栅的尾纤经过传导悬臂上部贯穿圆孔后套上光纤松套管。由于采用上述结构，使得本专利技术具有下列优点和效果：1.理论上可对构件进行全寿命周期腐蚀监测。本专利技术将直接监测钢筋的直径变化，从而推导出钢筋腐蚀率，因此只要悬臂构件的上部空间足够，满足悬臂构件的向上位移即可实现构件的全寿命周期监测。2.测量精度可以调节。由于本专利技术采用传导悬臂将直径变化量传递到监测悬臂上。因此传到悬臂的截面形状，纵向长度，与监测悬臂的支点位置都将改变传递到监测悬臂上的位移量，进而改变了测量精度。3.安装快捷方便。本专利技术采用管扣进行定位和固定，安装时仅需找好监测位置，合上管扣，拧紧螺丝，即安装完成。4.稳定性好，制作成本低。本专利技术采用聚四氟乙烯，304不锈钢作为材料，造价低廉，且制作简单。5.适用范围广；通过对保护壳体的改进，管扣大小的变化，传导悬臂的截面形状与长度的改变，可适用于不同直径的钢筋。本专利技术腐蚀传感器结构简单，体积小，测量精度高且可调，稳定性好，具有温度自补偿功能，且易于加工制造，灵敏度高，抗电磁干扰，具有较好的经济效益和社会效益。附图说明图1是本专利技术光纤光栅钢筋腐蚀传感器内部主视结构的示意图。图2是本专利技术光纤光栅钢筋腐蚀传感器内部三维示意图。图3是本专利技术光纤光栅钢筋腐蚀传感器完整三维示意图。图4是钢筋腐蚀率示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步详细说明，但本专利技术的保护范围不受具体的实施例所限制，以权利要求书为准。另外，以不违背本专利技术技术方案的前提下，对本专利技术所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本专利技术的权利要求范围之内。图1，2，3所示；一种长期实时监测钢筋腐蚀的光纤光栅传感器，包括：保护壳体1、固定管扣2、光纤光栅3、传导悬臂4，监测悬臂5所述保护壳体1为无底矩形盒式结构，一侧壁上设有圆孔，保护壳体1通过固定管扣2固接到钢筋6上；保护壳体1与固定管扣2表面处理后胶结连接；保护壳体1通过部分嵌入的方式与监测悬臂5连接；固定管扣2通过部分嵌入的方式与传导悬臂4连接；监测悬臂5压接与传导悬臂4上部；监测悬臂5下面设置有光纤光栅3；光纤光栅3的尾纤经过传导悬臂4上部贯穿圆孔9后套上光纤松套管。保护壳体1采用聚四氟乙烯制成。传导悬臂4和监测悬臂5采用覆膜不锈钢薄片制成。固定管扣2上开四个孔洞，两个孔一对穿入螺栓7紧固到钢筋6上。光纤光栅3感应元件采用Bragg光栅。本专利技术的固定装置是管扣，材料选用聚四氟乙烯，并在上面开若干小洞。测量部分由矩形聚四氟乙烯保护壳体覆盖进行保护，主要测量部件有传导悬臂与监测悬臂。传导悬臂固定于保护壳体靠近管扣的一侧，用来直接感知钢筋直径变化并将变化以竖向位移的形式传递给监测悬臂。监测悬臂固定于保护壳体的另一侧，其下表面靠近固定端贴有光纤光栅，可对检测悬臂的应变进行监测。传导悬臂与监测悬臂采用304不锈钢薄片，并在外覆上一层塑料薄膜，其中监测悬臂为矩形梁。为便于多测点同时监测，本传感器不配有温度自补偿光栅，实际监测时，需在混凝土中预埋光纤光栅温度补偿片。本专利技术光纤光栅具体封装时：把监测悬臂钢片正反面用酒精清洗并擦拭干净，平放在封装台上，然后将光纤光栅两端固定，并施加一定的预应力，平行放置于钢片的表面。用光纤光栅精密调整架调整光纤光栅的位置，使光纤光栅的栅区紧贴在钢片的一端，滴取少量氰基丙烯酸乙酯于栅区处，当栅区固定后再在栅区表面涂抹少量环氧树脂，待环氧树脂固化后即完成了监测悬臂钢片一侧光纤光栅的封装。尾纤表面涂抹少量704胶后，用光纤松套管进行保护。聚四氟乙烯之间的粘合需要进行特殊处理，即先采用聚四氟乙烯表面处理剂进行浸泡5分钟左右，然后用酒精清理，清水漂净后晾干，最后采用环氧树脂胶进行粘接。采用此办法制作保护壳体，并将保护壳体与管扣相连接。在保护壳体一侧开洞，引出光纤光栅的尾纤。监测悬臂钢片与保护壳体之间，传导悬臂钢片与管扣之间，采用嵌入式的连接方式。封装完成后，用光纤松套管保护尾纤。在一般大气条件下本专利技术的工作原理如下：如图4所示，钢筋初始直径为d0，腐蚀后名义直径d1，钢筋腐蚀净直径为dρ，三者具有如下近似关系：2d0＝d1+dρ(1)钢筋腐蚀率为ρ，则有：ρ＝100％×(d02-dρ2)/d02(2)由光纤光栅原理可知，本传感器所测量应变与钢梁应变满足关系：式中，ΔλB为中心波长改变量，kε为光纤光栅应变灵敏度系数，WZ为抗弯模量，l为锰钢梁的有效工作长度，b为钢梁的截面宽度，h为钢梁的厚度。钢梁视为悬臂梁，满足基本方程：M＝RB·x(5)其中M为光纤光栅截面弯矩，RB为悬臂端接触外力，E为钢梁的弹性模量，I为钢梁的截面惯性矩。将(5)(6)带入(3)可得：将(1)代入(7)式可得：进而有把(9)代入(2)令则有：式中，k为光纤光栅腐蚀传感器的灵敏度系数。最后得出钢筋腐蚀率ρ和光栅中心波长改变量ΔλB的对应关系，通过监测光栅中心波长改变量ΔλB，从而获得钢筋腐蚀率ρ的结果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长期实时监测钢筋腐蚀的光纤光栅传感器，其特征在于：包括：保护壳体(1)、固定管扣(2)、光纤光栅(3)、传导悬臂(4)，监测悬臂(5)；所述保护壳体(1)为无底矩形盒式结构，一侧壁上设有圆孔，保护壳体(1)通过固定管扣(2)固接到钢筋(6)上；保护壳体(1)与固定管扣(2)表面处理后胶结连接；保护壳体(1)通过部分嵌入的方式与监测悬臂(5)连接；固定管扣(2)通过部分嵌入的方式与传导悬臂(4)连接；监测悬臂(5)压接与传导悬臂(4)上部；监测悬臂(5)下面设置有光纤光栅(3)；光纤光栅(3)的尾纤经过传导悬臂(4)上部贯穿圆孔(9)后套上光纤松套管。

【技术特征摘要】
1.一种长期实时监测钢筋腐蚀的光纤光栅传感器，其特征在于：包括：保护壳体(1)、固定管扣(2)、光纤光栅(3)、传导悬臂(4)，监测悬臂(5)；所述保护壳体(1)为无底矩形盒式结构，一侧壁上设有圆孔，保护壳体(1)通过固定管扣(2)固接到钢筋(6)上；保护壳体(1)与固定管扣(2)表面处理后胶结连接；保护壳体(1)通过部分嵌入的方式与监测悬臂(5)连接；固定管扣(2)通过部分嵌入的方式与传导悬臂(4)连接；监测悬臂(5)压接与传导悬臂(4)上部；监测悬臂(5)下面设置有光纤光栅(3)；光纤光栅(3)的尾纤经过传导悬臂(4)上部贯穿圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丽，徐自强，朱春阳，金峤，
申请(专利权)人：沈阳建筑大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21