[實用新型]一種基于表面等離子共振技術(shù)的光纖腐蝕傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202020290523.5
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN211927699U
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐福建;趙麗芝;李鋼;李宏男
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N21/59
• 分類號: G01N21/59;G01N17/04;G01N17/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本實用新型屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域，公開了一種基于表面等離子共振技術(shù)的光纖腐蝕傳感器，包括多模光纖：纖芯、包層、涂覆層；單模光纖：纖芯，包層，銀薄膜，鐵薄膜。本實用新型基于等離子體共振技術(shù)實現(xiàn)對鋼筋的腐蝕監(jiān)測。與鋼筋主要成分相似的鐵薄膜腐蝕后會改變單模光纖周圍介質(zhì)的折射率，所述單模光纖的銀薄膜與鐵薄膜界面間等離子體對其周圍介質(zhì)折射率變化高度敏感，通過對單模光纖外界折射率的監(jiān)控間接監(jiān)測鋼筋腐蝕狀況。該傳感器結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、靈敏度高、測量精度高，可以有效實現(xiàn)對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋腐蝕狀況無損、實時、準確的測量，在鋼材腐蝕監(jiān)測領(lǐng)域具有廣闊的應用前景，適合推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種基于表面等離子共振技術(shù)的光纖腐蝕傳感器，屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域，尤其用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕監(jiān)測。

背景技術(shù)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合鋼筋抗拉強度高和混凝土抗壓強度高的優(yōu)點，是目前土木工程中應用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式。然而，鋼筋的腐蝕是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)面臨的最為棘手的問題。鋼筋腐蝕不僅能削弱其自身截面面積，使鋼筋承載能力下降，還會降低混凝土的握裹力，影響兩者的協(xié)同工作性能。此外，鋼筋腐蝕后體積膨脹，造成混凝土開裂甚至脫落，最終導致混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能和耐久性能降低。

當前對鋼材腐蝕監(jiān)測的方法可大致分為電化學方法和非電化學方法兩大類。電化學方法是直接監(jiān)測鋼筋的腐蝕，常見的電化學方法有，電阻法，電位法，電化學噪聲技術(shù)等。電化學監(jiān)測鋼筋腐蝕方法普遍存在監(jiān)測時間長，操作復雜，造價昂貴以及容易受到外界信號干擾等缺點。非電化學方法通常則是通過間接監(jiān)測腐蝕引起的結(jié)構(gòu)體積變形、分層和開裂等間接監(jiān)測鋼材腐蝕情況。常見的非電化學監(jiān)測腐蝕的方法有聲發(fā)射法，超聲導播法和數(shù)字圖像相關(guān)法等。這些方法很難實現(xiàn)直接接觸到鋼筋，其測量結(jié)果存在很大的不確定性，無法準確實時地監(jiān)測鋼筋的腐蝕狀態(tài)。

光纖傳感器尺寸小，重量輕，抗電磁干擾，抗腐蝕性強，可以置于鋼筋混凝土內(nèi)部，實現(xiàn)對鋼筋腐蝕的無損、實時、長期的監(jiān)測。與傳統(tǒng)光纖傳感器相比，基于表面等離子共振技術(shù)的光纖腐蝕傳感器制作簡單，靈敏度高，測量結(jié)果可靠，其監(jiān)測結(jié)果可為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評定以及加固維修提供重要依據(jù)。

實用新型內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的問題，本實用新型提供了一種基于表面等離子共振技術(shù)的光纖腐蝕傳感器，該傳感器對周圍環(huán)境折射率的變化高度敏感，可以通過測量外界折射率的變化間接監(jiān)測鋼筋的腐蝕程度。這種基于表面等離子共振技術(shù)的光纖腐蝕傳感器可以埋入鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋附近，實時監(jiān)測鋼筋的腐蝕狀態(tài)，測量結(jié)果可靠，從而為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評定以及加固維修提供重要依據(jù)。

本實用新型的技術(shù)方案：

一種基于表面等離子共振技術(shù)的光纖腐蝕傳感器，其特征在于，該基于表面等離子共振技術(shù)光纖腐蝕傳感器包括第一多模光纖1、單模光纖2、第二多模光纖3。其中第一多模光纖1包括多模光纖纖芯4、多模光纖包層5和涂覆層6；單模光纖2包括單模光纖纖芯7、單模光纖包層8和銀薄膜9和鐵薄膜10；

所述單模光纖2的兩端分別熔接第一多模光纖1和第二多模光纖3；

所述第一多模光纖1和3的多模光纖包層5的半徑與單模光纖2的單模光纖包層8的半徑相等；

所述單模光纖2的長度根據(jù)鍍膜儀器尺寸要求、待測材料的長度以及監(jiān)測對象的靈敏度要求進行調(diào)整；

所述單模光纖2的單模光纖包層8外表面均勻鍍一層銀薄膜9，所述銀薄膜 9與單模光纖包層8之間沒有空隙；

在所述單模光纖2的銀薄膜9的外表面均勻鍍一層鐵薄膜10，所述鐵膜10 與銀薄膜9之間為真空；

所述銀薄膜9的鍍膜方法可以采用真空蒸發(fā)法、真空推桿法、銀鏡反應法或其它鍍膜方法。

所述鐵薄膜10的鍍膜方法可以采用真空蒸發(fā)法、真空推桿法、等離子濺射技術(shù)或其它鍍膜方法；