[實用新型]基于光纖傳感器的鋼筋混凝土銹蝕程度定量監測系統

有效

• 申請號: 201420646671.0
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN204188502U
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 徐德剛;石嘉;嚴德賢;蘇耿華;湯雁冰;熊建波;姚建銓
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本實用新型屬于工程、建筑耐久性監測和評估檢測技術，具體講，涉及基于光纖傳感器的鋼筋混凝土銹蝕程度定量監測系統。

技術背景

鋼筋混凝土結構的耐久性是公共交通、土木工程等領域最為關注的問題之一。在實際應用中，鋼筋耐久性的退化將引起建筑物結構性能的劣化，從而縮短其使用壽命，造成巨大的安全隱患。特別是海洋環境中，海水中氯離子的侵蝕作用將直接影響混凝土中鋼筋的腐蝕，導致其承載能力下降，最后不可避免的導致結構塌陷，所以滲入混凝土的液態氯離子成為鋼筋混凝土銹蝕的主要原因。高性能全尺度監測手段一直是海港工程鋼筋混凝土結構的耐久性監測與評估的客觀需求。

近幾年，光纖光柵傳感器在鋼筋混凝土銹蝕檢測方面得到了快速發展。光纖傳感器將傳感器和信號傳輸集于一體，體積小，測量精度高，可靠性高，耐腐蝕，抗電磁干擾，壽命長，并且可實現多點分布式傳感探測，便于實際工程應用，很適合用于建筑物的長期健康監測。

目前主流技術是利用鋼筋銹蝕后體積發生膨脹，采用光纖光柵測量應力應變的方法通過測量這種膨脹來監測銹蝕。中國發明專利200710019822.4公開了一種鋼筋混凝土構件中鋼筋腐蝕的檢測方法。該系統的將一根布拉格光纖光柵粘貼在兩根鋼筋棒頂面，當鋼筋銹蝕并發生體積膨脹時，粘貼的光纖光柵將受到橫向拉力作用，通過光纖光柵測量這個拉力可以監測鋼筋的銹蝕。這個系統的缺點是，當監測到銹蝕時，鋼筋銹蝕程度已經比較嚴重，無法監測早期鋼筋剛與液態氯離子接觸而未銹蝕時的狀態并提前預警，可能造成無法及時進行維修和維護工作，并且這種方法也無法定量監測鋼筋銹蝕程度，無法反應出混凝土內部液態氯離子的濃度梯度分布和對銹蝕的影響。中國發明專利200710021728.2公開了一種長周期光纖光柵的鋼筋腐蝕監測方法及其傳感器，該發明的傳感器為長周期光纖光柵，將單根鋼筋置于不銹鋼基座之上，利用鋼筋腐蝕后導致的長周期光纖光柵的微彎效應來表征腐蝕程度和腐蝕速率。這種傳感器缺點是，一方面，該方法也無法監測早期鋼筋剛與液態氯離子接觸而未銹蝕時的狀態，另一方面，這種方法無法確定內部不同深度的銹蝕程度。

綜上所述，海港工程鋼筋混凝土銹蝕最主要因素是海水中液態氯離子滲入混凝土結構中，而現有的海港工程鋼筋混凝土銹蝕程度定量監測系統大多是在鋼筋銹蝕后發生體積膨脹才能檢測，目前沒有人提出在線、定量、能夠測量鋼筋混凝土中液態氯離子濃度梯度分布的鋼筋混凝土銹蝕程度監測的方法，實現一種可以測量鋼筋混凝土中液態氯離子濃度梯度分布、定量監測銹蝕程度并且檢測早期鋼筋剛與液態氯離子接觸而未銹蝕的狀態的傳感系統是該領域急需解決的問題。

發明內容

為克服現有技術的不足，針對目前海港工程鋼筋混凝土銹蝕監測主流技術存在的無法測量鋼筋混凝土中液態氯離子濃度梯度分布、無法利用混凝土內部液態氯離子濃度定量監測銹蝕程度、無法檢測早期鋼筋剛與液態氯離子接觸而未銹蝕時的狀態這三個缺點，設計一種多長周期光纖光柵傳感器，通過定量測量液態氯離子濃度的方法，測量海港工程中海浪經常拍打處的建筑物混凝土由表及里，定量監測銹蝕程度，并且通過得到的海水氯離子滲入深度，檢測早期鋼筋剛與液態氯離子接觸而未銹蝕狀態，通知相關建造和維修單位采取相應修復措施。為此，本實用新型采取的技術方案是，一種基于光纖傳感器的鋼筋混凝土銹蝕程度定量監測系統，結構為：包括寬帶光源，所述寬帶光源輸出端連接耦合器的輸入端，所述耦合器的輸出分別連接傳感器，所述傳感器輸出端連接光開關的輸入端，所述光開關還包括一組控制IO總線，所述光開關輸出端連接波長解調模塊，所述波長解調模塊用于輸出結果。

傳感器包括n根長周期光纖光柵和金屬板封裝，每根長周期光纖光柵都相互平行放置在金屬板封裝的槽內，每兩個槽間相距1.5厘米，每根長周期光纖光柵兩端分別用粘性膠固定于金屬板封裝的細槽中，其中只有一個光纖光柵傳感區的細槽用粘性硅脂填充，其他光纖光柵傳感區裸露在外面，金屬板封裝與混凝土表面垂直并埋入混凝土內，每根長周期光纖光柵與混凝土表面平行，最靠近混凝土表面的長周期光纖光柵距表面不超過5毫米。

所述寬帶光源波長范圍為1540～1590nm，輸出功率為20mw；耦合器波長范圍為1540～1590nm；所述長周期光纖光柵周期為580um，諧振峰范圍為1540～1590nm，其中具有粘性硅脂填充傳感區的那根作為溫度參考光纖作溫度補償，另外五根用于測量液態氯離子濃度；所述波長解調模塊波長范圍為1530～1600nm，分辨率不低于30pm。

所述一組控制IO總線與單片機相連接，單片機還與液晶顯示裝置、復位電路、告警燈相連接。