[發明專利]一種基于TFBG的海洋環境中鋼筋腐蝕傳感器

在審

• 申請號: 201811517822.1
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109443973A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 沈常宇;帥少杰;孫志強
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01N5/00
• 分類號: G01N5/00;G01N17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于TFBG的海洋環境中鋼筋腐蝕傳感器，由寬帶光源，實驗箱，TFBG，NaCl溶液，第一鋼筋，第二鋼筋，光譜儀，直流電源組成。在實驗過程中，使用3A的恒定電流通電24小時，施加外加電流技術進行腐蝕加速后，經過重力測試，從NaCl溶液中提取的鋼筋質量為184.9g，相當于28.9%的腐蝕百分比，平均損耗為1.2%/h。隨著時間的變化，溶液折射率發生變化，滿足TFBG包層共振的條件也在不斷的變化，觀察到光譜儀中顯示的光譜高階包層模比低階包層模的靈敏度要高的多，于是記錄高階包層模的波長漂移情況，得到靈敏度36.7pm/h，結合前面的每小時的損耗百分比就能得到波長漂移和鋼筋腐蝕損耗的關系為36.7pm/1.2%。

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種基于TFBG的海洋環境中鋼筋腐蝕傳感器技術領域。

背景技術

橋梁、管道，以及在高腐蝕性環境中工作的船舶或者飛機某些結構中，腐蝕是導致這些結構損壞的因素之一。隨著工程結構的使用年份的增加，腐蝕損害帶來的風險將會越來越大。因此，為了確保安全性，對鋼鐵的腐蝕檢測顯得非常重要。此外，優秀的腐蝕檢測系統還能估算出結構的剩余使用壽命。目前已經有一些技術來測量海洋混凝土結構中的腐蝕，其中半電池電勢測量是常用于評估腐蝕程度的技術之一。然而，該技術受限于估計腐蝕速率，不能解釋在潮濕條件下的腐蝕水平。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于TFBG的海洋環境中鋼筋腐蝕傳感器，通過觀察波長偏移變化來對海洋混凝土結構中鋼筋的腐蝕進行檢測，該結構易于集成，便于實現。

本發明通過以下技術方案實現：一種基于TFBG的海洋環境中鋼筋腐蝕傳感器，由寬帶光源（1），實驗箱（2），TFBG（3），NaCl溶液（4），第一鋼筋（5），第二鋼筋（6），光譜儀（7），直流電源（8）組成；其特征在于：實驗箱（2）中裝有NaCl溶液（4），第一鋼筋（5）和第二鋼筋（6）放置在NaCl溶液（4）中，寬帶光源（1）與TFBG（3）的左端通過傳輸光纖連接，TFBG（3）的右端與光譜儀（7）通過傳輸光纖連接，第一鋼筋（5）的左端與直流電源（8）的負極用導線連接，第二鋼筋（6）的左端與直流電源（8）的正極用導線連接，NaCl溶液（4）的質量分數為1.5%，TFBG（3）的傾斜角為2°，長度為15mm；第一鋼筋（5）長440mm，第二鋼筋（6）長440mm，兩根鋼筋之間的距離為180mm；通過直流電源（8）給第一鋼筋（5）和第二鋼筋（6）施加恒定3A電流通電24小時進行加速腐蝕后稱重獲得腐蝕比；腐蝕后溶液折射率發生變化，TFBG（3）包層共振的條件發生變化，光譜儀（7）中光譜漂移，可獲得鋼筋腐蝕比和光譜漂移關系，實現腐蝕傳感。

本發明的工作原理是：鐵在腐蝕的過程中會產生很多的腐蝕產物，例如Fe(OH)₂、Fe(OH)₃、α-FeOOH、β-FeOOH、γ-FeOOH、δ-FeOOH、α-Fe₂O₃、γ-Fe₂O₃、Fe₃O₄，在電化學反應中，氧化物在溶液中變成氫氧化物或羥基氧化物，其中α-FeOOH和β-FeOOH是最豐富和穩定的腐蝕產物。這些腐蝕產物導致溶液的折射率發生變化。

在實驗過程中，使用3A的恒定電流通電24小時，施加外加電流技術進行腐蝕加速后，經過重力測試，從NaCl溶液中提取的鋼筋質量為184.9g，相當于28.9%的腐蝕百分比，平均損耗為1.2%/h。