[發明專利]一種建筑構件彎曲變形檢測傳感器及制備方法

有效

• 申請號: 202010575999.8
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111879251B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 蔣維樂;張福政;林啟敬;趙娜;趙立波;韓楓;李磊
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種建筑構件彎曲變形檢測傳感器及制備方法，采用硅基底作為梁膜結構與待測建筑構件貼合，在硅基底兩端面分別設有二氧化硅層，提高硅基底耐用性，在硅基底另一側形成背部凹槽，用于固定探針光纖，在端部形成錐形結構的光纖，背部凹槽內形成穩定的光反射空間，利用硅基底與待測建筑構件貼合表面的變形，形成不同的波形的變化，即可快速監測到待測建筑構件的彎曲變形值，采用光纖傳感器，其靈敏度高、抗電磁干擾能力強、耐腐蝕、體積小、重量輕，光纖因為透明的材料特點，并不會對影響古建筑的外觀，采用梁膜結構，體積小、精度高，具有巨大的應用價值，將光纖技術和梁膜結構相結合，可以有效實現對古建筑木結構變形的高精度檢測。

技術領域

本發明涉及建筑預防性保護和光纖技術領域，具體涉及一種建筑構件彎曲變形檢測傳感器及制備方法。

背景技術

傳統古建木結構具有重要的歷史文化價值，但這些文化遺產在千百年的運營過程中不可避免會受到長期環境腐蝕和人為破壞，引起結構的損傷。而木梁如檁條、龍骨格柵等是其重要的抗彎承重構件，長期承受屋蓋、樓板傳來的人群、積雪等豎向荷載，會產生變形從而破壞古建筑。而目前針對古建筑的變形監測，主要通過采集古建筑外部形變或者沉降程度，無法有效監測到古建筑構件的微小彎曲變形，從而容易導致建筑構件彎曲變形過大而無法早期發現，無法進行有效的保護。

發明內容

本發明的目的在于提供一種建筑構件彎曲變形檢測傳感器及制備方法，以克服現有技術的不足。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種建筑構件彎曲變形檢測傳感器，包括梁膜結構和探針光纖，梁膜結構包括硅基底，硅基底兩端面分別設有二氧化硅層，硅基底的一側刻蝕有用于與待測建筑構件端部表面貼合凹槽膜結構，硅基底的另一側刻蝕有背部凹槽；凹槽膜結構槽底與背部凹槽槽底間距小于1mm，探針光纖一端通過環形器連接于寬帶光源和光譜儀，探針光纖的另一端為錐形探針結構，探針光纖的錐形探針結構置于梁膜結構的背部凹槽內。

進一步的，探針光纖的另一端通過光纖耦合緊固套與硅基底的背部凹槽連接固定。

進一步的，硅基底的一側刻蝕有兩階階梯凹槽，形成第一膜結構和第二膜結構，第二膜結構的端面能夠與待測建筑構件端部表面貼合。

進一步的，硅基底第二膜結構端面與待測建筑構件端部表面貼合，待測建筑構件與第一膜結構之間采用膠粘連接。

進一步的，光纖耦合緊固套中間設有通孔，光纖耦合緊固套套設于探針光纖外側，光纖耦合緊固套與探針光纖外側過盈配合。

進一步的，光纖耦合緊固套采用彈性元件。

一種建筑構件彎曲變形檢測傳感器用梁膜結構的制備方法，包括以下步驟：

步驟1)、首先將硅基底兩側面均拋光，通過熱氧化工藝在硅基底上下側表面各氧化形成一層二氧化硅層；

步驟2)、通過等離子刻蝕工藝在硅基底一側表面刻蝕形成背部凹槽結構；

步驟3)、通過等離子刻蝕工藝在硅基底另一側表面第一次刻蝕形成第一膜結構，然后在第一膜結構底部通過等離子刻蝕進行第二次刻蝕形成第二膜結構，完成梁膜結構制備。

一種建筑構件彎曲變形檢測傳感器用探針光纖的制備方法，包括以下步驟：

步驟1)、將光纖去除涂覆層，并使用切割機切割光纖使光纖一端端面平齊，然后用酒精清洗光纖端面除去灰塵；

步驟2)、然后將光纖一端通過腐蝕溶液腐蝕使光纖一端形成錐形結構，錐形結構的纖芯不外漏；

步驟3)、將腐蝕后的光纖端部浸潤在材料生成溶液中，通過光聚合反應在微納光纖端部生成探針結構。

進一步的，腐蝕溶液采用濃度為20％-40％的氫氟酸，腐蝕時間為20min-10min。