[發(fā)明專利]一種光纖傳感監(jiān)測鋼筋銹蝕方法

有效

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• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN106918550B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發(fā)明（設計）人: 范宏;江照;趙鐵軍;谷遠春;金祖權
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00;G01B11/16
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 白瑩;于正河

1.一種光纖傳感監(jiān)測鋼筋銹蝕方法，其特征在于工藝過程包括制備光纖傳感監(jiān)測裝置和監(jiān)測鋼筋銹蝕狀況兩個步驟：

(1)、制備光纖傳感監(jiān)測裝置包括制備套筒、制備傳感器、制備階段元和制備監(jiān)測裝置四個步驟：

①、制備套筒：采用常規(guī)的沖壓工藝、壓力機和模具制備圓柱形結構的套筒，套筒的主體結構包括外圓周、內圓臺、筒底、圓周孔和筒底孔，套筒的外圍為外圓周，套筒的內部中心處為內圓臺，外圓周的高度大于內圓臺的高度，外圓周的厚度小于內圓臺的厚度，外圓周與內圓臺之間的圓環(huán)為筒底，外圓周上開設有圓形結構的圓周孔，筒底上開設有圓形結構的筒底孔，圓周孔與筒底孔之間的水平夾角為180°，圓周孔的直徑與筒底孔的直徑相同；

②、制備傳感器：首先選取內空式結構的大鋼管和小鋼管，大鋼管和小鋼管均為薄壁鋼管，對大鋼管和小鋼管的外壁分別進行打磨，確保大鋼管和小鋼管的外壁沒有任何銹蝕，并用脫脂棉球蘸無水酒精將大鋼管和小鋼管的外壁打磨處擦洗干凈,防止打磨的碎屑污染大鋼管和小鋼管的外壁，再在大鋼管的外壁上粘貼應變測量光柵，在小鋼管的外壁上粘貼溫度補償光柵，應變測量光柵和溫度補償光柵分別與傳輸電纜連接，然后將小鋼管套入大鋼管中卡接在2個套筒之間，應變測量光柵的傳輸電纜穿過圓周孔伸出其中1個套筒，溫度補償光柵的傳輸電纜穿過筒底孔伸出另外1個套筒，最后用環(huán)氧樹脂膠將2個圓周孔和2個筒底孔密封，完成傳感器的制備，大鋼管的外壁直徑比外圓周的內壁直徑小1mm，小鋼管的內壁直徑比內圓臺的外壁直徑大1mm，外圓周的內壁和內圓臺的外壁均涂覆有膠水，以使大鋼管的外壁緊貼外圓周的內壁，小鋼管的內壁緊貼內圓臺的外壁，達到固定和密封的效果；

③、制備階段元：將步驟②制作的傳感器套設在圓形結構的鋼模板中，鋼模板的直徑大于套筒的直徑，在套筒與鋼模板之間的空隙中澆筑砂漿后在標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護28天，拆除鋼模板，砂漿形成防護層，完成階段元的制備；同時制備5根結構和尺寸均相同的階段元；

④、制備監(jiān)測裝置：首先制作2根矩形結構的連接件，在連接件的右側面等間距開設5個連接孔，在連接件的左側面開設U形槽，連接件的一端設置有電纜管，連通孔和電纜管分別與U形槽連通，連接件的另一端設置有開設螺栓孔的連接臺，再在管狀結構的固定棒上開設2個通孔，然后將5根階段元按照相同的方向卡接入連接孔中，階段元伸入連接孔的水平距離為3-5mm，傳輸電纜在U形槽中集合并穿過電纜管，用環(huán)氧樹脂膠密封U形槽，使用螺栓通過螺栓孔和通孔將連接件與固定棒連接，完成監(jiān)測裝置的制備，得到光纖傳感監(jiān)測裝置，連接孔的直徑比防護層的外壁直徑大1mm，以使階段元與連接件緊密接觸并固定連接；

(2)、監(jiān)測鋼筋銹蝕狀況：首先將步驟(1)制備的光纖傳感監(jiān)測裝置的固定棒與待測鋼筋綁扎連接，將傳輸電纜與外部信號解調單元，然后澆筑混凝土；根據(jù)混凝土結構的厚度選取連接件與階段元構成的框架的傾斜度，其傾斜度能夠通過螺栓的長度調節(jié)；監(jiān)測過程中，當大鋼管與應變測量光柵之間或小鋼管與溫度補償光柵之間產(chǎn)生擠壓應力時,應變測量光柵或溫度補償光柵的波長在擠壓應力的作用下產(chǎn)生漂移，傳輸電纜將波長的漂移數(shù)據(jù)傳輸至外部信號解調單元，外部信號解調單元根據(jù)波長的漂移數(shù)據(jù)判斷銹蝕界面與被測鋼筋的距離和不同垂直高度的階段元的銹蝕狀況，光纖傳感監(jiān)測裝置中垂直高度最低的階段元與待測鋼筋處于同一水平位置，保護層厚度相同，此階段元的銹蝕狀況代表待測鋼筋的銹蝕狀況，工作人員根據(jù)待測鋼筋的銹蝕狀況作出對應的補救措施。

2.根據(jù)權利要求1所述的光纖傳感監(jiān)測鋼筋銹蝕方法，其特征在于所述套筒的材質為塑料；大鋼管和小鋼管的長度相同，均為100-200mm，大鋼管的直徑大于小鋼管的直徑，大鋼管和小鋼管均為薄壁鋼管，薄壁鋼管厚度較薄，對銹蝕敏感，在混凝土結構中發(fā)生銹蝕時,薄壁鋼管體積膨脹，薄壁鋼管與其接觸的應變測量光柵或溫度補償光柵之間產(chǎn)生擠壓應力；應變測量光柵用于測量由于應力變化和環(huán)境溫度變化引起的應變，溫度補償光柵用于測量由于環(huán)境溫度引起的應變，應變測量光柵的波長漂移量減去溫度補償光柵的波長漂移量就是待測鋼筋由于應力變化引發(fā)的波長漂移量，根據(jù)待測鋼筋的波長漂移量能夠分析和判斷待測鋼筋的銹蝕狀況；應變測量光柵的波長λ_B與應變測量光柵的有效折射率n_eff和光纖周期Λ正相關：λ_B＝2n_eff×Λ；溫度補償光柵的波長Δλ_B與應變靈敏度系數(shù)a_ε、應變ε、溫度靈敏度系數(shù)a_T和溫度變化量ΔT正相關：Δλ_B＝a_ε×ε+a_T×ΔT；連接件的材質為AISI316型不銹鋼；U形槽封閉后能夠防止其中的傳輸電纜在澆筑混凝土時受到損壞；固定棒的材質為不銹鋼。