[實用新型]一種帶有溫度補償的光纖光柵鋼筋混凝土銹蝕傳感器

有效

• 申請號: 201120147628.6
• 申請日: 2011-05-10
• 公開（公告）號: CN202166600U
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發明（設計）人: 趙拓;趙雪峰;巴勤;歐進萍
• 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;G01D3/036
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉;李寶元

技術領域

本實用新型屬于結構工程和光纖傳感技術領域，涉及到一種帶有溫度補償的光纖光柵鋼筋混凝土銹蝕傳感器。

背景技術

光纖光柵是用于長期監測的理想傳感元件，它具有高分辨率、高精度、體積小、耐久性好、抗電磁干擾、可進行長距離準分布式實時監測等優點，因而在結構健康監測傳感技術中有廣闊的應用前景，尤其在測量應力和應變的場合，具有其它一些傳感器無法比擬的優點，被認為是智能結構中最有希望集成在材料內部，探測其損傷的傳感器。目前，已有一些將光纖光柵用于檢測鋼筋腐蝕的監測的傳感器設計方案。

梁大開、王彥等設計了一種長周期光纖光柵的鋼筋腐蝕監測方法及其傳感器(CN200710021728)，利用貼著鋼筋的位置平直地放置一根長周期光纖光柵，定期由光譜儀觀察長周期光纖光柵的透射譜變化，以此判斷光柵是否發生了彎曲，并推斷鋼筋腐蝕的程度與速率。該實用新型通過對埋入的長周期光纖光柵的透射譜監測，可以對鋼筋混凝土構件中的鋼筋腐蝕情況進行監測。但該傳感器不能真實有效的反應鋼筋和混凝土之間的界面，另外監測精度不高，傳感器的封裝也存在一定問題，較難在工程實踐中應用。

董颯英、王洪仁等實用新型了一種實時監控金屬腐蝕的敏感膜光纖傳感器及其制備方法(CN200410035475)。它包括金屬外殼和設置在金屬外殼內并連接金屬外殼的測量部分，測量部分是由FRP等強度梁和貼在FRP等強度梁上下表面的兩根光纖光柵組成，光纖光柵的引出線穿過金屬外殼并引出，金屬外殼的內壁設有金屬擋板，上面設置有電石，金屬外殼下方設置有傳力桿，傳力桿一端與金屬外殼內壁之間設有預壓小剛度彈簧，傳力桿的另一端設置有FRP圓盤。但該腐蝕傳感器構造復雜，價格昂貴，并且不能真實有效的反應鋼筋和混凝土之間的界面，難以應用到鋼筋混凝土界面上。

因此，目前在應用光纖布拉格光柵監測銹蝕方面雖有相關研究，但還不能有效地定量精確監測混凝土結構內部鋼筋的銹蝕。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種監測鋼筋混凝土結構銹蝕程度的傳感器，用來監測由于混凝土碳化或氯離子滲透到鋼筋表面所導致的鋼筋混凝土結構中鋼筋銹蝕的情況，尤其是對鋼筋銹蝕程度的定量實時監測。

本實用新型的技術方案是：

一種帶有溫度補償的光纖光柵鋼筋混凝土銹蝕傳感器包括傳感探頭、不銹鋼墊塊、粘有應變監測光纖光柵的金屬片、應變監測光纖光柵、粘有溫度補償光纖光柵的金屬片、溫度補償光纖光柵、彈簧、封裝部件和鎧裝光纜。

該傳感器利用工程中實際應用的鋼筋材料制作成傳感探頭，利用耐腐蝕、耐久性好、剛度高的材料制作封裝部件；封裝部件側面有一個與傳感探頭相匹配的孔，使傳感探頭穿過該孔后一端面可與混凝土接觸形成鋼筋材料與混凝土的界面，而傳感探頭的另一端與位于傳感器內部的不銹鋼墊塊相連接；不銹鋼墊塊再通過其兩個支點與粘有應變監測光纖光柵的金屬片相接觸；再在不銹鋼墊塊和封裝部件之間安裝彈簧；同時在傳感器內部放置不受應力干擾的粘有溫度補償光纖光柵的金屬片，修正環境溫度對應變監測影響；最后光纖經過鎧裝光纜保護后從傳感器內部引出。

在實際應用過程中，該傳感器可以安裝在鋼筋表面附近，也可以直接布置在鋼筋混凝土結構保護層中。當混凝土碳化深度或氯離子到達傳感探頭位置時，傳感探頭與混凝土接觸的一端發生銹蝕，傳感探頭銹蝕后發生體積膨脹，推動傳感探頭向傳感器內部運動，進而使粘有應變監測光纖光柵的金屬片產生變形。通過應變監測光纖光柵監測到的變形情況，即可實現對傳感探頭銹蝕程度的定量監測，由于傳感探頭的材質與工程實際中應用的鋼筋相同，因而能夠準確的反應出傳感探頭附近或與傳感探頭處于相同環境中的鋼筋的銹蝕情況，再通過傳感器內部的溫度補償光纖光柵來修正環境溫度對鋼筋銹蝕監測的影響，使鋼筋銹蝕監測更加精確的同時，實現了鋼筋混凝土結構內部溫度的測量。該傳感器中彈簧用于抵抗混凝土澆筑過程中對傳感探頭的沖擊力，避免混凝土澆筑過程中由于沖擊力過大導致傳感探頭向傳感器內部發生大的位移，致使應變監測光纖光柵破壞。

本實用新型的效果和益處是測量精度高，可對鋼筋銹蝕進行實時定量監測、不破壞鋼筋混凝土界面并且可同步實現鋼筋混凝土結構內部的溫度監測。

附圖說明

圖1是帶有溫度補償的光纖光柵鋼筋混凝土銹蝕傳感器的橫截面示意圖。

圖2是帶有溫度補償的光纖光柵鋼筋混凝土銹蝕傳感器的縱截面示意圖。