一种基于光纤传感的预应力锚索腐蚀损伤监测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于光纤传感的预应力锚索腐蚀损伤监测装置，涉及锚索监测技术领域。主要是在被测锚索的表面设有轴向布置的轴向分布光纤，轴向分布光纤的一端与光纤光栅的一端连接，光纤光栅的另一端与分布式解调仪连接，所述轴向分布光纤的另一端与分布式解调仪的另一接口连接。通过分布式解调技术解调出光纤中散射光光谱的变化，实现锚索局部腐蚀的监测。本实用新型专利技术能实现预应力锚索的局部腐蚀监测，灵敏度高，能准确诊断锚索的腐蚀情况及腐蚀损伤位置，掌握结构损伤程度，预测剩余使用寿命；还可配合实现复合式预应力锚索腐蚀损伤监测。本实用新型专利技术简单可靠，方便工程安装，实用性强，适合于不同类型、不同腐蚀阶段的锚索腐蚀监测。

A monitoring device for corrosion damage of prestressed anchorage cable based on optical fiber sensing

The utility model discloses a monitoring device for corrosion damage of prestressed anchor cable based on optical fiber sensing, which relates to the technical field of anchor cable monitoring. Is mainly the axial distribution of optical fiber is provided with axially arranged on the surface of the measured cable, one end of the axial distribution of one end of the optical fiber and the optical fiber grating connection, the other end is connected with the distributed fiber grating demodulator, another interface and the other end of the optical fiber distributed demodulation instrument is connected with the axial distribution. The distributed demodulation technology is used to demodulate the change of scattered light spectrum in the optical fiber, so as to monitor the local corrosion of the anchor cable. The local corrosion monitoring, the utility model can realize the prestressed anchor cable with high sensitivity, corrosion and corrosion damage location can accurately diagnose the anchor, grasp the degree of structural damage, prediction of residual service life; also with the realization of composite prestressed anchor cable corrosion damage monitoring. The utility model is simple, reliable, convenient for engineering installation and strong in practicality, and is suitable for corrosion monitoring of anchor cables in different types and different corrosion stages.

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤传感的预应力锚索腐蚀损伤监测装置
本技术涉及预应力锚索监测
，尤其适用于预应力锚索腐蚀监测。
技术介绍
自1934年预应力锚固技术在阿尔及利亚的舍尔法大坝混凝土坝加固和缺陷处理中成功应用以来，预应力锚固技术以其工艺简便、效果突出的特点，得到了全球科学家及工程师的广泛认可。我国自梅山水库连拱坝左右坝肩加固中首次采用预应力锚固技术以来，已经成为我国水利水电工程高边坡、坝基等工程的主要加固手段。但预应力锚索作为一种深埋于地下的高应力结构，工作环境存在着以水为载体的腐蚀性介质，在其自由段及内锚固段极易产生锚索腐蚀问题。因此，伴随着岩土锚固技术的广泛应用，工程实践中预应力锚索腐蚀破坏屡见不鲜。然而，由于预应力锚索具有隐蔽性，加之所处地质环境复杂，在其工程质量评价和监督方面都具有一定难度。目前还没有可行的方法来准确评价自然环境变化条件下预应力锚索随时间的腐蚀劣化程度，也无法对边坡、坝基中预应力锚固体系的长期耐久性进行评价。因此，发展一种预应力锚索长期监测方法已成为工程技术人员应对这一问题的一个重要选项。全分布式光纤传感器根据外界的环境参数(如应变、温度、振动、折射率、加速度和电压等)变化引起光纤光学特性的改变(如光波相位、频率、偏振态和功率等)获得光纤沿线的外部环境信息。目前普通钢筋的腐蚀检测采用白光干涉腐蚀传感器、布里渊分布式光纤传感器和低相干光纤应变传感器，通过测试光强及频移信号的改变推测腐蚀。其中白光干涉腐蚀传感器、布里渊分布式光纤传感器通过将光纤紧密缠绕在钢筋或砂浆垫层上形成光纤线圈测试钢筋腐蚀产生的膨胀应变，实现了钢筋的腐蚀测量，基于Michelson干涉原理的低相干光纤应变传感器，实现了结构形变在1000με以上的长期腐蚀监测。但是上述方法存在三个问题，一是该方法对于轻微的腐蚀不敏感，尤其是局部腐蚀，二是随着锈胀应变的增加(>1000με)，光纤线圈受到局部挤压导致光纤微弯加剧，致使布里渊信号信噪比明显降低，无法测到钢筋锈胀信息；三是光纤复合方法不适用于预应力锚索。除此之外，钢筋的腐蚀测试方法也有基于锈胀原理通过环向布设传感光纤测试光纤布里渊频移信号变化反映腐蚀。然而由于空间分辨率的限制，全分布式传感技术难以反映出局部应变的变化特征，上述研究均通过增加布里渊分布式传感器长度(形成光纤线圈)来解决测试精度低及腐蚀损伤定位的难题。但此举却将分布式测量转变为点式测量，导致只能测量钢筋的均匀腐蚀，不能实锚索局部腐蚀监测，准确诊断锚索的腐蚀情况，掌握结构损伤程度，预测剩余使用寿命，无法发挥全分布式传感技术的优势。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种基于光纤传感的预应力锚索腐蚀损伤监测装置，能实现预应力锚索的局部腐蚀监测，而且灵敏度高，能准确诊断锚索的腐蚀情况，掌握结构损伤程度，预测剩余使用寿命。还可配合实现复合式预应力锚索腐蚀损伤监测。不仅在预应力锚索加固结构的运行安全等方面能起到重要作用，还能对锚索结构的破坏机理与锚固结构的理论设计提供指导，具有重要的科学意义和工程实用价值。本技术的主要技术方案是：一种基于光纤传感的预应力锚索腐蚀损伤监测装置，其特征在于：包括能与被测锚索轴向固定布置的轴向分布光纤、用于定位的光纤光栅和用于解调光信号的分布式解调仪，所述轴向分布光纤为一条以上；每条轴向分布光纤为单根轴向线或为2根以上轴向线呈首尾相接串联式；所述轴向分布光纤的一端与用于定位的光纤光栅的一端连接，光纤光栅的另一端与用于解调光信号的分布式解调仪连接，所述轴向分布光纤的另一端与分布式解调仪的另一接口连接。优选的，所述能与被测锚索轴向固定布置为，轴向分布光纤能固定于锚索的表面，或固定于锚索的中心钢绞线的表面或内置于中心钢绞线中。优选的，所述轴向分布光纤为单根轴向线或为2根以上轴向线呈首尾相接串联式。优选的，所述轴向分布光纤为2条以上。上述任一项所述的一种基于光纤传感的预应力锚索腐蚀损伤监测装置，其特征在于：还包括有能固定分布于锚索的外表面处的螺旋缠绕式光纤，所述螺旋缠绕式光纤、轴向分布光纤和光纤光栅相串联，其串接方式为下列三种之一：一种是螺旋缠绕式光纤位于中间，其它两种组元分布于两侧，一种是光纤光栅位于中间，其它两种组元分布于两侧，最后一种是轴向分布光纤位于中间，其它两种组元分布于其两侧；分布于两侧的组元分别与用于解调光信号的分布式解调仪连接。优选的，所述螺旋缠绕式光纤为单个螺旋式，或为2个以上的单个螺旋串联式。优选的，所述的螺旋缠绕式光纤为普通单模光纤，所述的普通单模光纤为布里渊散射谱为单峰的光纤，所述的光纤光栅为布喇格光栅。以上装置是基于以下方法。一种基于光纤传感的预应力锚索腐蚀损伤监测方法，该方法包括：在被测锚索上轴向固定布置有轴向分布光纤，所述轴向分布光纤的一端与用于定位的光纤光栅的一端连接，所述光纤光栅位于被测锚索上或被测锚索之外，所述光纤光栅一端与被测锚索1之间的相对位置为已知量，光纤光栅的另一端与用于解调光信号的分布式解调仪连接，所述轴向分布光纤的另一端与分布式解调仪的另一接口连接；所述轴向分布光纤为一条以上；每条轴向分布光纤为单根轴向线或为2根以上轴向线呈首尾相接串联式；当锚索发生局部腐蚀时，由于腐蚀部位的锚索的截面积减小刚度下降，即可引起该部位的应变急剧增加，从而导致轴向分布在该部位的轴向分布光纤的应变急剧增加；温度与应力的变化会导致光纤中散射光光谱特征发生变化，通过分布式解调技术解调出光纤中散射光光谱的变化，即可反演出光纤的温度与应力的变化，从而实现锚索局部腐蚀的监测。优选的，所述的轴向分布光纤复合固定于锚索的表面，或固定于锚索的中心钢绞线的表面或内置于中心钢绞线中。优选的，所述的轴向分布光纤为普通单模光纤，所述的普通单模光纤为布里渊散射谱为单峰的光纤，所述的光纤光栅为布喇格光栅。优选的，所述的分布式解调技术为基于布里渊散射的时域分析技术BOTDA、时域反射技术BOTDR、光频域分析技术BOFDA或者基于瑞利散射的分布式光纤传感技术。改进的，所述的基于光纤传感的预应力锚索腐蚀损伤监测方法，还设有有螺旋缠绕式光纤，所述螺旋缠绕式光纤螺旋固定分布于锚索的外表面处，所述轴向分布光纤、轴向分布光纤和光纤光栅相串联，其串接方式为下列三种之一：一种是螺旋缠绕式光纤位于中间，其它两种组元分布于两侧，一种是光纤光栅位于中间，其它两种组元分布于两侧，最后一种是轴向分布光纤位于中间，其它两种组元分布于其两侧；分布于两侧的组元分别与用于解调光信号的分布式解调仪连接；所述螺旋缠绕式光纤为单个螺旋式，或为2个以上的单个螺旋串联式；当锚索发生整体腐蚀膨胀时，螺旋分布在锚索上的螺旋缠绕式光纤受拉，其应变会随之增加，从而通过分布式解调技术同时实现锚索整体腐蚀膨胀的监测。优选的，所述的螺旋缠绕式光纤复合固定于锚索的表面，或者复合固定于锚索周围的结构上。优选的，所述的螺旋缠绕式光纤为普通单模光纤，所述的普通单模光纤为布里渊散射谱为单峰的光纤，所述的光纤光栅为布喇格光栅。优选的，所述的分布式解调技术为基于布里渊散射的时域分析技术BOTDA、时域反射技术BOTDR、光频域分析技术BOFDA或者基于瑞利散射的分布式光纤传感技术。本技术的积极效果是：能实现预应力锚索的局本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤传感的预应力锚索腐蚀损伤监测装置，其特征在于：包括能与被测锚索(1)轴向固定布置的轴向分布光纤(2‑1)、用于定位的光纤光栅(3)和用于解调光信号的分布式解调仪(4)，所述轴向分布光纤(2‑1)为一条以上；每条轴向分布光纤(2‑1)为单根轴向线或为2根以上轴向线呈首尾相接串联式；所述轴向分布光纤(2‑1)的一端与用于定位的光纤光栅(3)的一端连接，光纤光栅(3)的另一端与用于解调光信号的分布式解调仪(4)连接，所述轴向分布光纤(2‑1)的另一端与分布式解调仪(4)的另一接口连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤传感的预应力锚索腐蚀损伤监测装置，其特征在于：包括能与被测锚索(1)轴向固定布置的轴向分布光纤(2-1)、用于定位的光纤光栅(3)和用于解调光信号的分布式解调仪(4)，所述轴向分布光纤(2-1)为一条以上；每条轴向分布光纤(2-1)为单根轴向线或为2根以上轴向线呈首尾相接串联式；所述轴向分布光纤(2-1)的一端与用于定位的光纤光栅(3)的一端连接，光纤光栅(3)的另一端与用于解调光信号的分布式解调仪(4)连接，所述轴向分布光纤(2-1)的另一端与分布式解调仪(4)的另一接口连接。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的预应力锚索腐蚀损伤监测装置，其特征在于：所述能与被测锚索(1)轴向固定布置为，轴向分布光纤(2-1)能固定于锚索(1)的表面，或固定于锚索(1)的中心钢绞线的表面或内置于中心钢绞线中。3.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的预应力锚索腐蚀损伤监测装置，其特征在于：所述轴向分布光纤(2-1)为2条以上。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：李剑芝，徐龙祥，许红彬，杜彦良，孙宝臣，郭琪，赵德胜，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：新型
国别省市：河北,13