[發明專利]溫度自補償光纖光柵鋼筋計

在審

• 申請號: 201410727226.1
• 申請日: 2014-12-05
• 公開（公告）號: CN105651196A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 周峰;羅文海;邱新生
• 申請（專利權）人: 周峰
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種測量鋼筋內部應變的光纖光柵傳感器，特別是一種基于預張拉技術的光纖光柵鋼筋計，且具有溫度自補償功能，主要應用于建筑物中鋼筋應變的監測，屬于傳感器技術領域。

背景技術

傳感器技術、通信技術和計算機技術是現代信息技術的三大支柱。隨著信息化的發展，信息的傳輸、獲取及處理已稱為現代社會極其重要的組成部分。隨著工業技術的發展，應用中對傳感器的要求逐步提高，要求傳感器具有高精度、高靈敏度以及廣泛的量程，此外，還需具備數字化或線性化輸出的能力。

光纖通信的迅猛發展加快了光纖傳感器在工程領域的應用。其中，光纖光柵傳感器的表現尤為突出，是使用范圍最廣頻率最高的光纖傳感器。光纖傳感器還包括光纖電流傳感器、光纖水聽器以及光纖陀螺。與傳統的傳感器相比，光纖光柵傳感器具有自己獨特的優點：抗電磁干擾、耐腐蝕、化學性能極其穩定、絕緣性能優異；傳感器結構靈巧輕便、幾何形狀可塑，適用于一些要求傳感器體積小重量輕的應用場合，可埋入復合材料構件及大型建筑物內部，對結構的完整性、安全性、載荷疲勞、損傷程度進行連續實時監測；傳輸損耗小，可實現遠距離遙控監測；光柵制作方便，沒有零漂，出廠后無需定期檢定；光纖光柵的寫入工藝成熟，便于大規模生產和商品化。但也具備不足之處：封裝工藝復雜、對應力和溫度同時敏感且受到傳感信號的解調技術的限制，需要波長解調儀對光纖光柵的信號進行解調，可以達到解調精度的解調儀以及光譜儀價格較為昂貴，使得成本增高，而一般的光譜儀無法達到解調精度。

光纖光柵利用光纖材料的光敏性，在纖芯內形成空間相位光柵。由于特有的優點，光纖光柵被廣泛應用于傳感器的設計。光纖光柵的信號是波長編碼的信號，若要進行非光學物理量的測量，比如在傳感器的設計中，需將待測物理量轉變為波長信號。也就是將被測的位移、壓力、應變、溫度、加速度等轉變為波長進行顯示。光纖光柵是利用光敏光纖的光致折射率變化，把光纖放置于紫外光形成的空間干涉條紋中曝光而在纖芯形成的空間相位光柵。當光柵處的溫度、應力、應變變化時，發射峰值即測得的光柵波長將發生相應的變化。

目前，傳統的鋼筋應變測試手段有電阻應變片和振弦式鋼筋計，電阻應變片的壽命和溫漂問題很難解決；振弦式應變計由于鋼弦蠕變現象也不能長期使用。目前在土木工程健康監測領域，經過大量的研究和應用后證明，用光纖光柵進行鋼筋應變測試已經是首選。

光纖光柵技術起源于上世紀七十年代，九十年代進入我國，現在我國國內有多家研究機構利用此項技術進行參數測試或產品制作。它是一種以輸出光波長為信息的一種新型光子器件，由于光纖光柵傳感器具有使用方便、靈敏、精度高、抗酸堿、抗電子干擾等諸多優良特性，光纖光柵傳感器的應用將越來也廣泛。

目前，在大多施工現場，都是將光纖光柵直接粘貼于被測鋼筋，再加以簡單的保護用于監測，由于土木工程的粗放式施工，這樣簡單的傳感器往往成活率很低。由于光纖光柵對于溫度、應變比較敏感，而現在工程上所采用的光纖光柵鋼筋計均不具有溫度補償功能，從而導致測量誤差較大。

發明內容

本發明的目的旨在克服現有技術的不足之處，設計出一種基于光纖光柵預張拉技術，具有使用方便、靈敏度高、溫度補償效果好的光纖光柵鋼筋計。它能對建筑中鋼筋應變的變化進行實時準確的測量，同時，在測量的過程中能自動對溫度變化引起的干擾進行溫度補償。

本發明的光纖光柵鋼筋計（參看附圖1）由外部塑料圓管1、內部金屬圓管2、光纖光柵3、溫度補償圓柱體5、鏤空彈性金屬片6、階梯型固定端構件7、帶有凹槽的金屬圓柱體8和傳輸光纖11組成。能夠實時測量建筑物中鋼筋應變的變化情況。

本發明的光纖光柵鋼筋計主要是由兩個重要部分組成，光纖光柵鋼筋計的封裝是本發明的一個重要組成部分。封裝部分由兩層組成，最外層是外部PTFE塑料圓管1，該保護層可使傳感器具有一定的彈性變形能力，同時還可避免混凝土進入傳感器內部，內層為304不銹鋼金屬圓管2，該金屬管松散套接在兩端的階梯形構件7上，使之可發生相對滑動。

內部感應結構為本發明的另一重要部分，主要包括高分子溫度補償圓柱體5、鏤空彈性金屬片6和光纖光柵3。鏤空彈性金屬片6具有較好的拉壓彈性變形能力，并將形變傳遞給光纖光柵3；溫度補償圓柱體5是由高分子材料制成，具有較大的熱膨脹系數，用來消除溫度引起的測量誤差；光纖光柵3采用預張拉技術，并用特殊焊料固定于彈性金屬片6上。