[發(fā)明專利]高耐久性無粘結(jié)劑封裝光纖光柵應(yīng)變傳感器及封裝方法

有效

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• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN103335605A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙雪峰;劉慶;呂興軍;單水軍;江元浩
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01D11/24
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 趙連明;梅洪玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)工程安全監(jiān)測和光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種高耐久性無粘結(jié)劑封裝光纖光柵應(yīng)變傳感器及封裝方法。

背景技術(shù)

光纖光柵是用于長期監(jiān)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(jìn)行長距離準(zhǔn)分布式實(shí)時(shí)監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)，因而在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測傳感技術(shù)中有廣闊的應(yīng)用前景，尤其在測量應(yīng)力和應(yīng)變的場合，具有其它一些傳感器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是智能結(jié)構(gòu)中最有希望集成在材料內(nèi)部，探測其損傷的傳感器。目前，已有一些將光纖光柵用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測傳感器設(shè)計(jì)方案，并且在大型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測中得到應(yīng)用。

李愛群、周廣東等設(shè)計(jì)一種光纖光柵應(yīng)變、溫度同時(shí)測量傳感器（CN101539403），它是利用第二不銹鋼管封裝裸光纖光柵形成光纖光柵應(yīng)變傳感器，利用金屬管封裝裸光纖光柵形成不受應(yīng)變影響的光纖光柵溫度傳感器，并采用環(huán)氧樹脂將光纖光柵應(yīng)變傳感器和溫度傳感器并排封裝在第一不銹鋼管中。當(dāng)傳感器安裝于工程結(jié)構(gòu)上時(shí)，在結(jié)構(gòu)發(fā)生應(yīng)變和溫度變化時(shí)，第一不銹鋼管產(chǎn)生變形并通過環(huán)氧樹脂將結(jié)構(gòu)的溫度和應(yīng)變傳遞給內(nèi)部的光纖光柵應(yīng)變傳感器和不受應(yīng)變影響的光纖光柵溫度傳感器，利用溫度傳感器對應(yīng)變傳感器的測量值進(jìn)行補(bǔ)償，達(dá)到對結(jié)構(gòu)應(yīng)變和溫度的同時(shí)測量。該發(fā)明應(yīng)用環(huán)氧樹脂類膠將裸光纖光柵粘貼在封裝鋼管結(jié)構(gòu)上。環(huán)氧樹脂膠的壽命目前文獻(xiàn)報(bào)道一般為15年左右，所以該傳感器的長期耐久性受到了環(huán)氧樹脂膠的壽命限制，很難超過15年。

歐進(jìn)萍、周智設(shè)計(jì)一種纖維增強(qiáng)塑料-光纖光柵復(fù)合傳感筋（CN1484056）。設(shè)計(jì)封裝結(jié)構(gòu)包括纖維增強(qiáng)塑料筋，在纖維增強(qiáng)塑料筋中沿長度方向布設(shè)有光纖光柵。具有輕質(zhì)高強(qiáng)、抗疲勞、耐腐蝕、傳感精度高、抗電磁干擾、準(zhǔn)分布式傳感、絕對測量、抗潮防水、穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。可以根據(jù)工程實(shí)際需要，切割成任意長度，使用方便，適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。該發(fā)明應(yīng)用纖維增強(qiáng)塑料對光纖光柵進(jìn)行了封裝。然而，事實(shí)上，纖維增強(qiáng)塑料是由碳纖維或者玻璃纖維與環(huán)氧樹脂類粘結(jié)劑高溫模具固化而成，所以該傳感器的長期耐久性同樣受到環(huán)氧樹脂膠的壽命的限制。

混凝土埋入式光纖光柵應(yīng)變傳感器近些年來被廣泛應(yīng)用于大型土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域。使用此類傳感器以代替?zhèn)鹘y(tǒng)應(yīng)變片對大型橋梁、大壩、公路、隧道、高層建筑等混凝土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位應(yīng)力狀態(tài)實(shí)施監(jiān)測。但是，現(xiàn)有的這類用于測量混凝土內(nèi)部應(yīng)變的光纖光柵傳感器主要存在以下問題，限制了光纖光柵傳感器的耐久性與精確度：

（1）使用粘結(jié)劑固結(jié)光纖光柵時(shí)，由于粘結(jié)劑本身存在耐久性小于光纖光柵的問題，使得在粘結(jié)劑耐久性失效后，傳感器中光纖光柵失去與封裝結(jié)構(gòu)的固結(jié)，從而喪失靈敏特性，使其壽命受到很大影響。

（2）在以往的封裝方式中，需對光纖光柵兩端或全部用粘結(jié)劑進(jìn)行固結(jié)。由于光纖和基體之間存在微小的粘結(jié)劑間隙，而粘結(jié)劑層與封裝結(jié)構(gòu)的彈性模量與光纖光柵材料的彈性模量一般相差較大，致使所測的應(yīng)變與實(shí)際應(yīng)變不同，測量結(jié)果不精確。

為了解決上述存在的問題，本發(fā)明提出一種高耐久性無粘結(jié)劑封裝光纖光柵應(yīng)變傳感器封裝方法用于大型土木工程結(jié)構(gòu)長期的應(yīng)變監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高耐久性無粘結(jié)劑封裝光纖光柵應(yīng)變傳感器封裝方法，該方法封裝的傳感器具有比常規(guī)含有粘結(jié)劑光纖光柵封裝應(yīng)變傳感器更好的耐久性。該傳感器封裝結(jié)構(gòu)不包含任何粘結(jié)劑，有效消除封裝粘結(jié)劑耐久性失效帶來的傳感器失效誤差。應(yīng)用該傳感器可以實(shí)現(xiàn)對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)變的超長期穩(wěn)定監(jiān)測。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

高耐久性無粘結(jié)劑封裝光纖光柵應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)包括：應(yīng)變監(jiān)測光纖光柵、通訊段單模抗彎光纖、溫度補(bǔ)償光纖光柵、混凝土材料封裝模塊、鎧裝光纜、圓柱外徑15mm-20mm的混凝土材料嵌固模塊、鋼套管-1、鋼套管-2、膠管。針對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高耐久性應(yīng)變監(jiān)測的需要，該傳感器結(jié)構(gòu)不含任何將光纖光柵傳感元件與封裝結(jié)構(gòu)粘貼在一起的粘結(jié)劑，如環(huán)氧樹脂類粘結(jié)劑等。