[實(shí)用新型]一種基于光子晶體光纖探頭陣列的氯離子擴(kuò)散監(jiān)測(cè)傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202020290458.6
• 申請(qǐng)日: 2020-03-11
• 公開（公告）號(hào): CN211927693U
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐福建;趙麗芝;李宏男;李鋼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/45
• 分類號(hào): G01N21/45;G01N17/04;G01N17/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本實(shí)用新型屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于光子晶體光纖探頭陣列的氯離子擴(kuò)散監(jiān)測(cè)傳感器，包括單模光纖，光子晶體光纖探頭，多孔袖珍蓋，環(huán)氧樹脂膠以及橡膠軟管。所述傳感器基于邁克爾遜干涉原理，通過監(jiān)測(cè)光子晶體光纖傳感探頭陣列中不同埋設(shè)深度傳感單元反射光譜信號(hào)的變化，間接監(jiān)測(cè)混凝土中氯離子擴(kuò)散深度隨時(shí)間的變化以及混凝土中氯離子濃度沿深度的分布狀況。該傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)混凝土中氯離子擴(kuò)散狀態(tài)的長期、無損、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)，測(cè)量精度較高，具有制作簡(jiǎn)單、體積小、強(qiáng)度大，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景，易于推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種基于光子晶體光纖探頭陣列的混凝土中氯離子擴(kuò)散監(jiān)測(cè)傳感器，屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中氯離子的擴(kuò)散監(jiān)測(cè)。

背景技術(shù)

鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素，嚴(yán)重影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)服役的安全性。氯離子侵入是導(dǎo)致鋼筋銹蝕的主要原因，氯離子通過破壞鋼筋鈍化膜、去極化作用以及形成“腐蝕電池”等方式加速了鋼筋腐蝕，重要的是，氯離子在整個(gè)過程中并沒有被消耗掉，也就是說入侵混凝土中的氯離子會(huì)周而復(fù)始地起破壞作用。如果能較早發(fā)現(xiàn)混凝土中的氯離子含量，并及時(shí)的診斷和修復(fù)，能大大提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全性，從而減小經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土保護(hù)層內(nèi)的氯離子擴(kuò)散以及氯離子的濃度，能夠?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估及剩余壽命預(yù)測(cè)提供數(shù)據(jù)支撐，對(duì)保證混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和服役安全性具有重大的實(shí)際意義。

傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)混凝土中氯離子擴(kuò)散及濃度分布的方法有破壞取粉法、氯離子選擇性電極法和無線傳感器檢測(cè)法。破壞取粉法是直接鉆取混凝土不同深度的粉末，對(duì)提取到的粉末溶解和滴定分析。這種分析對(duì)被測(cè)材料的破壞性較大，操作非常復(fù)雜，往往會(huì)耗費(fèi)很多人力和時(shí)間，且無法實(shí)現(xiàn)混凝土中氯離子擴(kuò)展及濃度分布的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。氯離子選擇性電極法雖然能在短時(shí)間內(nèi)檢測(cè)出混凝土中氯離子的濃度，但是目前公開的電極法監(jiān)測(cè)混凝土中氯離子擴(kuò)散的傳感器的長期可靠性不足，監(jiān)測(cè)結(jié)果精度較低，體積較大，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有一定程度的破壞。現(xiàn)有的用于監(jiān)測(cè)混凝土中氯離子濃度的無線傳感器普遍存在射頻功率和射頻利用率低、設(shè)備體積大、靈敏度低的問題，此外，這種無線傳感器不能實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土中氯離子沿深度擴(kuò)散的監(jiān)測(cè)。

光纖傳感器具有尺寸小，重量輕，抗電磁干擾，抗腐蝕性強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，用光纖傳感器監(jiān)測(cè)混凝土中氯離子的擴(kuò)散具有顯著地優(yōu)勢(shì)，有希望解決當(dāng)前混凝土中氯離子擴(kuò)散監(jiān)測(cè)技術(shù)中存在的諸多問題。

實(shí)用新型內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種基于光子晶體光纖探頭的混凝土中氯離子擴(kuò)散監(jiān)測(cè)傳感器，該傳感器的最大特點(diǎn)是對(duì)周圍環(huán)境折射率的改變非常敏感，可以通過測(cè)量外界折射率的變化間接監(jiān)測(cè)周圍氯離子的濃度。這種基于光子晶體光纖探頭的混凝土中氯離子擴(kuò)散監(jiān)測(cè)傳感器制作簡(jiǎn)單，可以無損、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)混凝土中氯離子沿深度的擴(kuò)散分布，從而合理評(píng)估結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命，保證結(jié)構(gòu)的安全性。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案：

一種基于光子晶體光纖探頭陣列的氯離子擴(kuò)散監(jiān)測(cè)傳感器，所述的光子晶體光纖探頭陣列包括單模光纖1、光子晶體光纖PCF探頭2、多孔袖珍蓋3、環(huán)氧樹脂膠4和橡膠軟管5；

所述的單模光纖1與光子晶體光纖探頭2一端相熔接，所述的光子晶體光纖探頭2插入多孔袖珍蓋3中并靠近多孔袖珍蓋3的頂端面，但不接觸；所述的多孔袖珍蓋3開口處由環(huán)氧樹脂膠4完全密封；

所述的單模光纖1的外部由一層橡膠軟管5封裝保護(hù)；

所述的單模光纖1、光子晶體光纖探頭2、多孔袖珍蓋3、環(huán)氧樹脂膠4和橡膠軟管5構(gòu)成一個(gè)光子晶體光纖探頭傳感單元；多個(gè)光子晶體光纖探頭傳感單元由環(huán)氧樹脂膠4固定組裝成光子晶體光纖探頭陣列。

所述的多孔袖珍蓋3的頂面和側(cè)面分布有小孔洞6，多孔袖珍蓋3的內(nèi)部為空芯，其內(nèi)徑須大于單模光纖1和光子晶體光纖探頭2的直徑；多孔袖珍蓋3 由塑料或木材制作而成。