[實用新型]金屬材料腐蝕光纖光柵傳感頭

無效

• 申請號: 200820152006.0
• 申請日: 2008-08-15
• 公開（公告）號: CN201269849Y
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 甘久林;蔡海文;耿健新;方祖捷;瞿榮輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00;G01N21/88;G01B11/16
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術領域

本實用新型涉及光纖光柵傳感器，特別是一種用于金屬結構材料腐蝕監測的光纖光柵傳感頭，主要應用于橋梁、船舶、建筑工程等建筑物使用的結構鋼，在海洋、河流和環境大氣中發生銹蝕情況的監測。

背景技術

金屬材料的腐蝕，特別是鋼結構材料的銹蝕，將造成由金屬材料構建的橋梁、船舶、建筑工程等建筑物的損壞，帶來巨大的經濟損失和嚴重的社會影響。對金屬結構材料銹蝕的監控，是目前建筑界和工業界的迫切需要。

船舶、橋梁等長期處于海洋、河流環境中，腐蝕極為嚴重，而腐蝕速度與水的流動速度、氣泡、溫度、沖擊性以及水中所含微生物等因素都有著極為密切的關系。金屬材料在水中的腐蝕主要有電化學腐蝕、機械作用腐蝕、生物腐蝕和化學腐蝕等。單純用一種電化學或者生物腐蝕檢測的方法，難以得到完整的腐蝕程度和腐蝕速度。

為了解決結構材料的銹蝕老化的問題，人們采取油漆、電鍍、電化學等技術以減輕銹蝕的速度和程度。但是這些措施不可能完全防止銹蝕的發生。因此人們必須在防銹的同時，隨時了解、監測這些材料被腐蝕的情況，以便及時采取防范措施。在線監測鋼材等金屬材料的銹蝕狀態，掌握腐蝕速度及其變化規律，對于確保建筑結構的安全運行，具有十分重要的意義和經濟價值。

為了監測金屬結構材料的銹蝕狀況，人們已經提出了若干技術方案。在先技術之一：Rutherford?P，Ikegami?R.Shrader?J?et?a1..Novel?NDE?fiber?opticcorrosion?sensor[C].SPIE，1996，2718：229～237，針對飛機上鋁材腐蝕監測的問題，將鋁膜沉積到光纖上形成金屬包層，利用不同角度的光入射下探測到的輸出光束的能量曲線的變化來了解鋁膜腐蝕的情況。這種技術存在難于定量監測的缺點，而且制作工藝復雜、成本高。

在先技術之二：方祖捷，金屬銹蝕監測光纖光柵傳感裝置，中國專利200510024173.8(2005.8.24公開)，和ZL200520039917.9(2006.6.21授權)，利用光纖光柵感知鋼材制作的彈簧被腐蝕后彈性系數的變化，來監測結構鋼銹蝕的情況。文獻[陽莎：中國激光]報道了采用這一方法的實驗測試結果。但是這一方法對于結構鋼材需要采用彈簧的形式，限制了應用的普遍性。而且該傳感器的結構不適合在海洋和河流中使用。

在先技術之三：方祖捷，監測金屬銹蝕的光纖傳感裝置，中國專利200510024176.1(2005.8.24公開)，和ZL200520039916.4(2006.6.21授權)，利用光纖環的雙折射效應來感知圓柱形鋼材被銹蝕的狀態。該方法監測的范圍比較小。鋼材被腐蝕到一定程度后雙折射的變化將會不敏感。

發明內容

本實用新型為了克服上述在先技術的缺點，更好地滿足金屬銹蝕狀況監測的實際需求，提出一種金屬材料腐蝕光纖光柵傳感頭，該傳感頭應具有結構簡單、制作容易、成本低廉和適用范圍廣等特點。

本實用新型的基本原理如下：

將厚度為h的待測的金屬材料薄板固定在一個內徑為R的圓筒端面上，構成一個固支圓板結構，如圖1所示。當薄板中部受到頂力F時，圓板形變，中點的撓度w與薄板材料的力學特性和厚度有關，滿足如下的表示式：

w+0.58w3h2=FR216D---(1)]]>