[發明專利]分布式無滑移光纖應變傳感器及其制造方法

有效

• 申請號: 200810025330.0
• 申請日: 2008-04-25
• 公開（公告）號: CN101275916A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: 吳智深;張浩
• 申請（專利權）人: 東南大學;北京特希達技術研發有限公司
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01B11/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明是一種用于結構設施的健康檢測和監測的分布式無滑移光纖應變傳感器及其制造方法，屬于光纖應變傳感器制造的技術領域。

背景技術

結構的健康監測系統中，傳感器及其測試系統是基礎，占有舉足輕重的地位，基于應力(應變)的監測，一方面由于相應的傳感器在穩定性和耐久性上遠遠不能滿足結構長期監測的需要，另一方面，傳統的“點”應變片常因局部應力集中和裂縫出現而失效，并且在大型土木結構上分布布置也不實際，但是結構中的局部損傷如果不是出現在安置的傳感器測試范圍之內很難被準確地檢測，從而無法有效地捕捉到事先不可預知的結構破壞。基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術的出現，使長距離大范圍的結構應變測試，尤其是對于長達數十公里結構物的全結構連續監測成為可能。

發明內容

技術問題：以往的實驗結果表明，現有商品光纖存在內部滑移問題，導致測試結果不能準確反映結構實際應變分布，針對現有光纖產品的缺點，本發明提供一種分布式無滑移光纖布里淵散射應變傳感器及其制造方法，實現健康監測過程中結構長距離、大范圍應變分布的準確監測，以及對大型結構的局部破壞診斷如混凝土結構的裂縫監測和鋼筋腐蝕及結構整體性能評價，并解決傳感器的安裝便宜性，穩定性和耐久性問題。

技術方案：本發明是通過以下的技術方案實現的：

本發明的分布式無滑移光纖應變傳感器使用普通單模光纖完成傳感測試及數據傳輸功能，其特征在于：該傳感器以UV樹脂單模光纖為基材，在其上設有除去UV樹脂涂覆層的單模裸光纖部分，在所述裸光纖的外部設有玄武巖纖維封裝層，構成光纖應變傳感器。

本發明的一種分布式無滑移光纖應變傳感器經過如下步驟制作：

a.在桌面上墊一層塑料薄膜，在其上刷一層環氧樹脂，將一束玄武巖纖維束兩端保持拉直狀態平鋪在樹脂上；

b.用軟橡膠刷刷環氧樹脂對玄武巖纖維束進行含浸處理，成為玄武巖纖維封裝層；

c.取一UV樹脂單模光纖，在所需部分除去包覆層成為裸光纖；將其兩端拉緊固定，使光纖保持100-300με左右的預拉應變；

d.將裸光纖與經過玄武巖纖維封裝層粘結；

e.根據需要將未與玄武巖纖維封裝層粘結的部分剪斷與其它光纖或接頭熔接。

由于使用目的的不同，在封裝時采用不同的封裝方式可得到兩種光纖傳感器，即全粘結光纖傳感器和內部定點粘結光纖傳感器，其中在制造全粘結光纖傳感器時，步驟d中所述剝去UV樹脂涂覆層的單模光纖的裸光纖長度稍大于監測所需的測試長度；并且將浸潤后的玄武巖纖維束緊密包覆所述裸光纖，共同硬化，使裸光纖與玄武巖纖維封裝層整體粘結共同工作。而在制造內部定點粘結光纖傳感器時，步驟c中所述UV樹脂單模光纖上穿有塑料保護套管，套管間距為5-15mm，套管長度為所需的標距減去套管間距；步驟d中的裸光纖與含浸硬化后的玄武巖纖維相粘結。

關于無滑移布里淵散射應變傳感器的溫度補償

由于布里淵散亂光的頻率的偏移量不僅與光纖所承受的應變呈線性關系也溫度改變量呈線性關系，因此有必要對封裝后的光纖進行溫度補償，通常可在測試光纖旁附加一條松弛的光纖用作溫度補償，因此，封裝時可增設一條溫度補償用光纖封裝成整體。

安裝布置方式：

玄武巖封裝的分布式無滑移布里淵散射光纖傳感器小型輕質，能很好地與其它結構材料粘結，確保了傳感器能方便地埋入或表面安裝于被測結構物而不影響其原有的力學性能。安裝時內部全粘結封裝光纖可采用全面粘貼和定點粘貼，內部定點封裝光纖可采用全面粘貼。考慮到分布式無滑移布里淵散射光纖傳感器的特性，沿被測結構物可按以下方式布置：

1)全分布式布置。由于結構的損傷位置和程度無法事先預知，而應變具有局部特性，為了對整個結構進行監測，將分布式無滑移布里淵散射光纖傳感器沿被測結構物進行長距離粘貼分布式布置。

2)局部分布式布置。結合理論計算和實際工程經驗，事先對結構的應變分布進行預測，僅在應變相對較大的較易出現損傷的位置布置光纖傳感器。

特點：

1)關鍵在于同時封裝伴隨自由光纖，消除溫度影響。

2)對于內部定點封裝，使用套管使裸光纖在套管內部處于自由狀態，并固定在套管的兩端；

3)光纖在被封裝之前預拉產生一定的初始應力，有利于測量壓縮變形；

4)利用纖維-樹脂合成的玄武巖做封裝層有助于傳感器的耐久性和長期穩定性，以及與各種土木工程材料的良好粘結和共同工作；