[發明專利]基于光纖傳感的分布式高精度自監測FRP筋/索的規模化生產工藝

有效

• 申請號: 200910026540.6
• 申請日: 2009-05-11
• 公開（公告）號: CN101598676A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 吳智深;楊才千;吳剛;唐永圣
• 申請（專利權）人: 東南大學;浙江石金玄武巖纖維有限公司;北京特希達技術研發有限公司
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G02B6/02;B29D31/00;B29C70/68
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 張惠忠

(一)技術領域

本發明是一種基于光纖傳感的分布式高精度自監測FRP筋/索的規模化生產工藝，屬于智能結構材料及傳感監測的技術領域。

(二)背景技術

連續纖維增強聚合物復合材料(Fiber?Reinforced?Polymer，FRP)具有強度高、密度小、耐久性好等優點，因此，認為是可以在土木工程結構中代替鋼材的優良選擇。目前用于實際工程的纖維主要碳纖維、玻璃纖維、紡輪纖維和玄武巖纖維，纖維與聚合物可以復合成筋/索材、板材以及其他各種形式的型材。其中，FRP筋受到了研究者的廣泛關注。國內，東南大學、福州大學等一些科研單位對FRP筋/索的基本力學性能及其增強結構的性能展開了比較系統的研究。然而，FRP材料是一種各向異性材料，而且完全線彈性，故FRP筋/索存在抗剪能力差、脆性破壞等缺陷。對FRP筋/索實現全壽命周期的準確監測，可以積極促進這種高技術材料在實際工程中的廣泛應用。

分布式光纖傳感技術因其測試的分布性、網絡性、穩定性等優點，近年來被不斷應用結構健康監測。目前國際上分布式光纖傳感技術依據其測試原理的差異主要分為強度型(如微彎型光纖)、干涉性(如SOFO系統)和散射型(如基于布里淵散射的測試系統)等。其中基于布里淵散射機理的BOTDR(Brillouin?Optical?Time?Domain?Reflectry)、BOTDA(Brillouin?Optical?Time?Domain?Analysis)等傳感技術由于其在溫度、應變的測試精度高、信息全面以及測試距離長等方面的巨大優勢，受到了各國研究者的青睞。自1989年Horiguchi等人提出首次分別提出了利用布里淵光的頻移特性作為分布式應變和溫度傳感以來，經過近二十年的發展，測試的空間分辨率達到10cm，應變測試精度±6με，溫度測試精度1℃。

將分布式傳感光纖復合進FRP筋/索，形成一種智能結構材料，即自監測FRP筋/索。這樣不僅使脆弱的光纖在實際使用時得到很好的保護，同時能夠對FRP筋/索進行有效的實時監測，提高這種高強度、高耐久性的線彈性材料在工程應用時的安全性能。日本茨城大學吳智深等提出利用纖維封裝光纖傳感器，提高傳感器在結構上布設時的耐久性和存活率；國內，哈爾濱工業大學歐進萍等首次將光纖光柵埋入FRP筋中，改善了光纖光柵在混凝土結構內部監測的環境。

但在實際生產、應用中主要存在這樣一些問題：(1)光纖比較脆弱，在FRP筋/索的拉擠成型工藝中存活率很低，嚴重影響連續化大規模生產；(2)在FRP材料普通復合工藝(即熱固性復合)中光纖傳感器接口(即一段用于連接其他光纖傳感器的自由光纖)引出比較困難；(3)傳光元件(即纖芯和包層)與外圍樹脂涂層之間存在滑移以及在空間分解能(即最小測量距離)內的光纖應變不均勻等因素降低了分布式傳感測試時的精度。

針對上述問題，哈爾濱工業大學周智等對裸光纖(普通商業光纖)埋設進熱固性FRP筋的探頭引出進行了探討和研究，即對光纖進行刷油隔膠，然后剝離固化的FRP筋使得光纖傳感器接口引出；日本茨城大學吳智深、張浩等通過理論和實驗研究提出光纖無滑移化和長標距化(即光纖定點布設)可以提高分布式傳感光纖的測試精度。

然而目前各種研究中總是涉及到非常麻煩的人工處理，這不僅降低工業化水平，提高生產成本，而且會影響產品的成品率和性能的穩定性。而且，使用光纖一般都是普通商業通訊光纖，會降低產品的實際傳感測試精度。

本發明是建立在各個環節完全機械化、可自動控制化的基礎上，真正意義實現基于分布式光纖傳感技術的高精度自監測FRP筋/索的規模化生產。

(三)發明內容

技術問題：本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種在很少量改動現有FRP筋/索和光纖的生產設備及工藝的前提下，適合于基于分布式光纖傳感技術的高精度自監測FRP筋/索的大規模生產的制造工藝。

技術方案：本發明解決其技術問題所采用的技術方案為：一種基于光纖傳感的分布式高精度自監測FRP筋/索的規模化生產工藝，包括以下步驟：

第一步、在高精度光纖傳感器周圍無粘結編織/纏繞增強纖維形成高精度光纖傳感器的封裝制品，也即光纖-纖維的干式復合增強光纖；