[發(fā)明專利]一種不干擾銹蝕界面的分布式光纖銹蝕傳感器

無效

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• 申請日: 2011-04-29
• 公開（公告）號: CN102252956A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設計）人: 趙雪峰;孔祥龍;歐進萍;王棟
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00;G01B11/16
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發(fā)明是一種使用分布式光纖傳感技術來監(jiān)測混凝土結構中鋼筋銹蝕程度的傳感器。其主要利用鋼筋銹蝕后體積膨脹的特性，以及光纖對變形的敏感特性，通過可靠有效的方法將鋼筋銹蝕后的體積變形傳遞到傳感光纖上，再由分布式光纖傳感技術監(jiān)測光纖應力狀態(tài)的變化，從而實現(xiàn)對鋼筋銹蝕的監(jiān)測。

背景技術

光纖傳感技術作為一種新型的監(jiān)測方法，以其精度高、耐腐蝕、抗電磁干擾等優(yōu)點，越來越多地受到人們的重視。20世紀70年代末，隨著光時域反射(OTDR)技術的出現(xiàn)，分布式光纖傳感技術的研究受到越來越多的重視，得到了很快速的發(fā)展。分布式光纖傳感技術中光纖既是傳輸介質，又是傳感元件，分布式光纖傳感器不僅具有一般光纖傳感器的優(yōu)點，而且可以在沿光纖長度方向上同時得到被測量參數(shù)在時間和空間上的分布信息，可以實現(xiàn)幾十甚至上百公里范圍的連續(xù)測量，顯示出十分獨特的應用前景，該類光纖傳感器是目前國內外研究的一個重要方向。近二十年來，有關分布式光纖傳感機理和光纖傳感測量系統(tǒng)的研究工作主要在基于背向瑞利散射的分布式光纖傳感技術(OTDR)、基于拉曼散射的分布式光纖傳感技(ROTDR)、基于前向傳輸模耦合的分布式光纖傳感技術和基于布里淵散射的分布式光纖傳感技(BOTDA，BOTDR等)等四個方面取得了較大進展。

目前光纖傳感技術已被應用到鋼筋銹蝕的監(jiān)測領域，但多采用點式的FBG光纖傳感技術。由于混凝土結構中鋼筋的銹蝕并非均勻的，而點式或半分布式的光纖傳感技術由于其布點數(shù)量有限，無法滿足鋼筋銹蝕而導致的混凝土結構各區(qū)段變化的監(jiān)測要求，而分布式光纖傳感技術可以滿足這一要求，它不需要在被測物中或表面布設傳感探頭，光纖既是傳感介質又是傳輸介質，只要將傳感光纖按一定的方式布設在被測物的內部和表面就能監(jiān)測被測物的應變分布。本文就是基分布式光纖傳感技術特點，對鋼筋銹蝕導致的混凝土結構變形進行了分布式監(jiān)測試驗研究，探索混凝土結構中鋼筋銹蝕變形監(jiān)測的新方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種監(jiān)測鋼筋混凝土結構受銹蝕程度的傳感器，該銹蝕傳感器具有良好的精度和耐久性，能滿足實際工程需要。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種不干擾銹蝕界面的分布式光纖銹蝕傳感器結構包括：鋼筋、墊層、應變監(jiān)測光纖和保護層。該傳感器基于分布式光纖傳感技術，利用鋼筋銹蝕膨脹原理實現(xiàn)監(jiān)測。用水泥砂漿薄層包裹鋼筋，形成墊層；將有適當預應力的應變監(jiān)測光纖緊密纏繞在墊層上；固定光纖兩端，同時保護好應變監(jiān)測光纖兩端引線；然后用水泥砂漿作為保護層，包裹鋼筋、墊層和應變監(jiān)測光纖。當鋼筋發(fā)生銹蝕產生體積膨脹時，同時會引起外圍墊層的膨脹，而緊密周向纏繞的應變監(jiān)測光纖就可以有效的感知到鋼筋膨脹力。最后，利用分布式傳感技術測出并記錄應變監(jiān)測光纖的應變變化情況，并以此為依據(jù)計算鋼筋的銹蝕。

應變監(jiān)測光纖并不直接纏繞在鋼筋表面，而是隔離在墊層表面外，從而可以有效的避免應變監(jiān)測光纖與銹蝕界面之間的相互干擾。同時，鋼筋、墊層及應變監(jiān)測光纖之間均是緊密無縫隙，鋼筋膨脹力可以較有效的傳遞到應變監(jiān)測光纖上。墊層和保護層的材料組成與被測混凝土結構保持一致，從而使受監(jiān)測鋼筋的銹蝕情況盡量與實際相符。而由于混凝土結構中的鋼筋銹蝕并非是均勻的，在銹蝕監(jiān)測的整體準確度上分布式光纖傳感技術就明顯的優(yōu)于點式或半分布式的傳感技術。因此，可以對混凝土結構中的鋼筋實現(xiàn)較準確全面的銹蝕監(jiān)測。

本發(fā)明的有益效果是抗電磁干擾、構造簡單、穩(wěn)定性好、使用壽命長、不破壞鋼筋混凝土界面、光纖與銹蝕界面相互之間無干擾，同時實現(xiàn)了全分布式測量，從而更全面有效的感知鋼筋銹蝕。

附圖說明

圖1是一種不干擾銹蝕界面的鋼筋銹蝕傳感器結構組成圖。

圖2是一種不干擾銹蝕界面的鋼筋銹蝕傳感器橫截面圖。

圖中：1鋼筋；2墊層；3應變監(jiān)測光纖；4保護層。

具體實施方式

以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施過程。

本明的結構如圖1、圖2所示，其結構包括鋼筋、墊層、應變監(jiān)測光纖和保護層。該傳感器基于分布式光纖傳感技術，利用鋼筋銹蝕膨脹原理實現(xiàn)監(jiān)測。用水泥砂漿薄層包裹鋼筋，形成墊層；應變監(jiān)測光纖再緊密纏繞在墊層上，纏繞過程中確保應變監(jiān)測光纖有適當預應力；固定應變監(jiān)測光纖兩端，保護好光纖兩端引線；然后用水泥砂漿作為保護層，包裹整個裝置。當鋼筋發(fā)生銹蝕產生體積膨脹時，同時會引起外圍墊層的膨脹，緊密周向纏繞的應變監(jiān)測光纖可以有效的感知到鋼筋膨脹力。最后利用分布式傳感技術測出記錄傳感光纖的應力變化情況，并以此為依據(jù)計算鋼筋的銹蝕。