一种光纤光栅钢筋锈蚀传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种光纤光栅钢筋锈蚀传感器，属于结构健康监测和智能传感器领域。本传感器是：锈蚀体（10）和不锈钢体（30）前后连接成一个哑铃状的结合体，在哑铃状结合体的中间段缠绕有光纤光栅（20），其整体设置于保护壳（40）内，通过螺栓（50）紧固。本实用新型专利技术可直接用于粗放的混凝土浇筑施工；锈蚀体采用被测钢筋加工而成，确保了传感器和被测体材质的一致性，提高了传感器的准确度；传感器采用一根串联两段光栅的光纤，解决了锈胀感知和温度交叉敏感问题，节约了成本，简化了工艺，提高了准确度；传感器采用光纤光栅为传感元件，稳定性高，灵敏度高，可监测混凝土内部的早中期钢筋锈蚀。

A fiber grating sensor for steel corrosion

【技术实现步骤摘要】
一种光纤光栅钢筋锈蚀传感器
本技术属于结构健康监测和智能传感器领域，尤其涉及一种光纤光栅钢筋锈蚀传感器。
技术介绍
影响钢筋混凝土结构耐久性的首要因素是钢筋锈蚀，特别是沿海地区、咸水湖周边、盐碱地的建筑物，以及长期使用除冰盐的桥梁、道路，容易发生钢筋锈蚀灾害。钢筋锈蚀从根本上降低了构件的承载能力，严重影响了结构的整体性和抗震性能。早期钢筋锈蚀发生在结构内部，一旦出现可见的锈胀裂缝，就预示着钢筋混凝土结构耐久性的急剧下降，造成巨大的安全隐患，给维修加固带来巨大的难度和经济代价。传统的钢筋锈蚀检测手段包括破损检测法、半电池点位法和线性极化法等，存在灵敏度低、破坏原结构、受外界因素干扰、稳定性差、寿命短等缺点。光纤具有抗电磁干扰、耐腐蚀、体积小、灵敏度高、集传感和传输于一体等优点，光纤类传感器在土木工程领域具有广阔的应用前景。目前的光纤类腐蚀传感器无法保证传感器的成活率，难以直接用于粗放的混凝土浇筑施工，需要另设一根温度补偿光纤光栅，增加了传感器的成本和制作难度。
技术实现思路
本技术的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种光纤光栅钢筋锈蚀传感器，具有温度自补偿功能的光纤光栅钢筋锈蚀传感器，简化了传感器封装流程，提高了传感器成活率，可直接用于工程中。本技术的目的是这样实现的：一、光纤光栅钢筋锈蚀传感器（简称传感器）传感器包括锈蚀体、光纤光栅、不锈钢体、保护壳和螺栓；其位置和连接关系是：锈蚀体和不锈钢体前后连接成一个哑铃状的结合体，在哑铃状结合体的中间段缠绕有光纤光栅，其整体设置于保护壳内，通过螺栓紧固。本技术具有下列优点和积极效果：①保护壳环形壁上的过滤孔允许水、水泥、砂通过，阻隔石子，既保护光纤免受石子的破坏，又不改变锈蚀体的锈蚀环境，提高了传感器的成活率，可直接用于粗放的混凝土浇筑施工；②锈蚀体采用被测钢筋加工而成，确保了传感器和被测体材质的一致性，提高了传感器的准确度；③传感器采用一根串联两段光栅的光纤，解决了锈胀感知和温度交叉敏感问题，节约了成本，简化了工艺，提高了准确度；④传感器采用光纤光栅为传感元件，稳定性高，灵敏度高，可监测混凝土内部的早中期钢筋锈蚀。附图说明图1是传感器的结构爆炸图；图2是锈蚀体10的结构视图；图3是锈蚀体10的结构剖面图；图4是不锈钢体30的结构视图；图5是不锈钢体30的结构剖面图；图6是保护壳40的结构视图；图7是保护壳40的结构剖面图；图8为光纤光栅20的缠绕示意图。图中：10—锈蚀体，11—注胶槽，12—锈蚀体螺孔，13—锈蚀体小直径圆柱，14—锈蚀体大直径圆柱；20—光纤光栅，21—固定点，22—光纤；30—不锈钢体，31—不锈钢体螺栓，32—注胶槽，33—变直径通孔，34—不锈钢体螺孔，35—不锈钢体小直径圆柱，36—不锈钢体大直径圆柱；40—保护壳，41—过滤孔，42—杯壁，43—杯底螺孔，44—杯底，45—通孔；50—螺栓。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明：一、传感器的结构1、传感器的总体如图1，传感器包括锈蚀体10、光纤光栅20、不锈钢体30、保护壳40和螺栓50；其位置和连接关系是：锈蚀体10和不锈钢体30前后连接成一个哑铃状的结合体，在哑铃状结合体的中间段缠绕有光纤光栅20，其整体设置于保护壳40内，通过螺栓50紧固。2、传感器的功能部件1）锈蚀体10如图2、3，锈蚀体10包括注胶槽11、锈蚀体螺孔12、锈蚀体小直径圆柱13和锈蚀体大直径圆柱14；锈蚀体小直径圆柱13和锈蚀体大直径圆柱14上下连接成一个凸字形整体，在锈蚀体小直径圆柱13的轴心位置设置有锈蚀体螺孔12，在锈蚀体小直径圆柱13表面设置有注胶槽11。锈蚀体10采用被测钢筋精细加工而成，确保锈蚀体10与被测钢筋材质相同；锈蚀体小直径圆柱13用于缠绕光纤光栅20，锈蚀体螺孔12用于固定不锈钢体30；注胶槽11用于灌注环氧树脂，固化后的环氧树脂作为光纤固定点。2）光纤光栅20如图1、8，光纤光栅20串联两段不同中心波长的光纤光栅，依次缠绕在锈蚀体10的小直径圆柱13和不锈钢体30的小直径圆柱35表面，分别用于感知锈蚀体10的锈胀应变和温度补偿。3）不锈钢体30如图4、5，不锈钢体30包括不锈钢体螺栓31、注胶槽32、变直径通孔33、不锈钢体螺孔34、不锈钢体小直径圆柱35和不锈钢体大直径圆柱36；不锈钢体螺栓31、不锈钢体小直径圆柱35和不锈钢体大直径圆柱36上下连接成一个整体，在不锈钢体小直径圆柱35的外壁设置有注胶槽32，在不锈钢体大直径圆柱36的底部设置有1个变直径通孔33和3个不锈钢体螺孔34。不锈钢体30采用不锈钢精细加工而成，不锈钢体小直径圆柱35用于缠绕光纤光栅20，不锈钢体螺栓31用于固定锈蚀体10；变直径通孔33用于引出光纤尾纤和固定铠装光缆，3个不锈钢体螺孔34用于固定保护壳40。4）保护壳40如图6、7，保护壳40包括过滤孔41、杯壁42、杯底螺孔43、杯底44和通孔45；杯壁42和杯底44连接成一个整体，在杯壁42上设置有过滤孔41，在杯底44上设置有3个杯底螺孔43和通孔45。保护壳40采用不锈钢精细加工而成。过滤孔41用于隔绝混凝土中的石子，既可保护光纤光栅20，又可确保传感器腐蚀环境与被测钢筋腐蚀环境相同；3个杯底螺孔43用于固定不锈钢体30，通孔45用于固定铠装光缆。5）螺栓50如图1，螺栓50为一种通用件，将保护壳40和不锈钢体30固定连为一体。3、传感器的工作机理将本传感器固定在被测钢筋上，浇筑混凝土后，传感器的腐蚀环境与被测钢筋相同；锈蚀体10与被测钢筋共同锈蚀，锈蚀体小直径圆柱13锈胀后直径变大，其表面的光纤光栅中心波长发生漂移，该中心波长漂移量与锈蚀体小直径圆柱13锈蚀深度成正比；由于光纤光栅对应变和温度同时敏感，需要对上述中心波长漂移进行温度补偿；不锈钢体30的不锈钢体小直径圆柱35直径变化只与温度变化有关，其表面的光纤光栅的中心波长漂移用于测量温度变化，对锈蚀体小直径圆柱13表面的光纤光栅进行温度补偿，得到锈蚀体10的实际锈蚀程度。二、制作方法传感器的制作方法，包括以下步骤：①采用被测钢筋精细加工锈蚀体10，采用不锈钢精细加工不锈钢体30，采用不锈钢精细加工保护壳40；②将锈蚀体10和不锈钢体30通过螺栓31和螺孔12连接为一个整体，确保接触面没有缝隙；③采用注射器向注胶槽11内注入环氧树脂，待环氧树脂固化后，打磨表面使其与锈蚀体小直径圆柱13平齐；④将准备好的串联有两段光栅的光纤光栅20缠绕在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤光栅钢筋锈蚀传感器，其特征在于：/n传感器包括锈蚀体（10）、光纤光栅（20）、不锈钢体（30）、保护壳（40）和螺栓（50）；/n其位置和连接关系是：/n锈蚀体（10）和不锈钢体（30）前后连接成一个哑铃状的结合体，在哑铃状结合体的中间段缠绕有光纤光栅（20），其整体设置于保护壳（40）内，通过螺栓（50）紧固。/n

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅钢筋锈蚀传感器，其特征在于：
传感器包括锈蚀体（10）、光纤光栅（20）、不锈钢体（30）、保护壳（40）和螺栓（50）；
其位置和连接关系是：
锈蚀体（10）和不锈钢体（30）前后连接成一个哑铃状的结合体，在哑铃状结合体的中间段缠绕有光纤光栅（20），其整体设置于保护壳（40）内，通过螺栓（50）紧固。


2.按权利要求1所述的光纤光栅钢筋锈蚀传感器，其特征在于：
所述的锈蚀体（10）包括注胶槽（11）、锈蚀体螺孔（12）、锈蚀体小直径圆柱（13）和锈蚀体大直径圆柱（14）；
锈蚀体小直径圆柱（13）和锈蚀体大直径圆柱（14）上下连接成一个凸字形整体，在锈蚀体小直径圆柱（13）的轴心位置设置有锈蚀体螺孔（12），在锈蚀体小直径圆柱（13）表面设置有注胶槽（11）。


3.按权利要求1所述的光纤光栅钢筋锈蚀传感器，其特征在于：
所述的光纤光栅（20）串联两段不同中心波长的光纤光栅，依次缠绕在锈蚀体（10）的小直径圆柱（13）...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，张作才，蔡思佳，
申请(专利权)人：中国地震局地震研究所，武汉地震工程研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42