[實用新型]光纖混凝土凍融膨脹應變監測傳感器

有效

• 申請號: 201320404147.8
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN203310382U
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 趙雪峰;呂興軍;王龍;董浩;朱炎奉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 趙連明;梅洪玉

技術領域

本實用新型屬于結構工程安全監測和光纖傳感技術領域，涉及到一種新型光纖混凝土凍融膨脹應變監測傳感器。?

背景技術

光纖傳感技術是用于土木工程結構長期安全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/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。?

鋼筋混凝土的凍融破壞是引起混凝土結構耐久性下降的重要影響因素之一。混凝土凍融破壞是由于混凝土中的水受凍結冰后體積膨脹，在混凝土內部產生應力，由于反復作用或內應力超過混凝土極限強度從而導致混凝土產生局部破壞。在我國東北、華北和西北地區的水利大壩，尤其是東北嚴寒地區的混凝土結構物，幾乎100%的工程局部或者大面積地遭受不同程度的凍融破壞。對混凝土結構的凍融膨脹破壞進行實時監測，評估從而進一步的指導結構的科學維護是十分必要的。?

目前，對于混凝土結構凍融監測的報道非常少，大部分的工作都是集中在實驗室內對混凝土標準試塊進行慢速、快速凍融試驗，測量動彈模與質量損失率等相關參數，從而實現對標準試塊混凝土材料凍融特性的評定。該種方法不適合在役鋼筋混凝土結構凍融監測。?

路新瀛，周勇等人提出一種實時在線監測混凝土凍融破壞的方法（CN102507661A），先在監測混凝土表面0～50mm內埋入成對梯度電阻探針，成?對梯度電阻探針采用耐蝕金屬棒，不同電阻探針對的埋深梯度為1～20mm，接近表面的電阻探針對間埋深梯度不超過5mm，然后將成對梯度電阻探針測得的混凝土阻抗值傳輸到監測中心進行處理，最后通過混凝土阻抗值的突變來判定混凝土的凍融剝離情況，該實用新型依據電阻探針和監測中心能夠實現在線監測混凝土凍融破壞。該方法應用耐腐蝕金屬棒作為探針，金屬材料的應用必然引入傳感器耐久性的問題。另外該傳感器主要通過探針列陣實現混凝土凍融剝離的監測，而對于剝離前混凝土內部的凍融膨脹破壞卻難以測量。?

針對上述問題，為了實現對混凝土凍融破壞從初始狀態到剝離范圍內的高精度監測，本實用新型提出一種光纖混凝土凍融膨脹應變監測傳感器，該傳感器具有高耐久性，高精度等特點，可以實現對混凝土凍融膨脹破壞的表征參量，即凍融引起的圓周向變形的長期監測。?

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種光纖混凝土凍融膨脹應變監測傳感器。該傳感器采用纏繞在細骨料混凝土圓柱體表面的抗彎單模光導纖維作為傳感單元，可以應用該傳感器對鋼筋混凝土凍融凍脹引起的圓周向應變進行長期，穩定的監測。?

本實用新型的技術方案是：?

一種光纖混凝土凍融膨脹應變監測傳感器，其封裝結構包括：單模抗彎光纖纏繞線圈、溫度補償光纖光柵、直徑5cm-8cm的混凝土圓柱體、水泥砂漿保護層、鋼管、光纜。本實用新型將普通的單模抗彎光纖纏繞在直徑為5cm-8cm的混凝土圓柱體表面，纏繞15-20圈，形成光纖纏繞線圈。為了保證單模抗彎光纖纏繞線圈與圓柱體的緊密結合，需要在纏繞過程中，對光纖施加應變為200-800με的預張拉應力。同時，打磨保證混凝土圓柱體的表面光滑。本實用?新型采用與被測混凝土材料相同配比的混凝土制作混凝土圓柱體，利用光纖纏繞線圈測量圓柱體混凝土凍融循環引起的圓周向膨脹應變。可以應用光纖布里淵傳感器技術或光纖白光邁克爾遜干涉傳感技術實現對混凝土凍融引起的混凝土圓柱體的膨脹應變監測。通過傳感器內部的另一溫度補償光纖光柵來修正環境溫度對應變監測結果的影響，使應變監測更加精確的同時，同時實現鋼筋混凝土結構內部溫度的測量。?

凍融膨脹應變在實際應用過程中，將該傳感器直接固定安裝在混凝土構件內部測點處后，進行混凝土澆筑即可。傳感器靠近保護層一側表面距離保護層表面5mm。當測點處混凝土受到外界環境凍融作用時，傳感器內部的混凝土圓柱體將產生凍融引起的圓周向變形，該變形將引起光纖纏繞線圈的變形，即線圈的應變變化。基于該變形傳遞途經，應用光纖布里淵傳感器技術或光纖白光邁克爾遜干涉傳感技術可以實現測點凍融變形的監測。?