光纤光栅智能钢绞线及其制作方法与流程

本发明属于监测技术领域，具体地说，涉及一种光纤光栅智能钢绞线及其制作方法。

背景技术：

钢绞线如系杆拱桥中拉杆、悬索桥、斜拉桥中拉索、体内外预应力筋、岩土中锚杆是结构中关键受力构件，其使用期间的工作状态，直接关系到结构的安全。由于其在使用过程中受到环境侵蚀，材料老化和荷载长期效应等因素的耦合作用，不可避免产生损伤积累，从而导致其各种功能都降低，威胁到结构服役期的安全，在极端情况下甚至引发灾难性后果。因此很有必要对上述构件进行监测。

传统的监测手段主要为加速度测试、腐蚀检测、磁通量监测等技术，存在精度低、可操作性差、受干扰影响大、对结构构件受力影响较大、难以实现实时监测等缺陷，关键构件的应力应变监测亟待可靠的测试手段和技术。光纤光栅技术通过栅格反射波长和移动来感知外界物理量的微小变化，具有测量线性度高，重复性好，可应力应变进行高精度的、绝对的、准分布式数字测量得优点；同时还具有抗电磁干扰能力强、耐高温、传感器体积小、接线简单、可实现数据远距离传输的特点，适合用于关键受力构件的钢绞线的应力应变监测。

然而由于光纤材料固有的玻璃脆性，其抗剪与抗弯折能力较差，应用时需特殊保护；同时光纤的极限拉应变约为5000微应变，而钢绞线极限拉应变值可达甚至超过10000微应变，从而使得光纤光栅传感器监测量程不够。因此应用光纤光栅监测钢绞线受力状况，需解决其布设工工艺保证成活率以及监测量程等关键技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是应用光纤光栅监测钢绞线受力状况时，其布设工艺成活率以及监测量程较低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种光纤光栅智能钢绞线，包括：中心丝，以及与所述中心丝扭绞的边丝；所述中心丝上设置有至少一个凹槽，所述凹槽内放置有光纤，所述光纤上刻有至少一个光栅。

进一步的，所述光纤通过胶粘剂粘贴于所述凹槽内。

进一步的，所述凹槽深为0.1～0.8mm，宽为0.1～1.5mm。

进一步的，所述凹槽为纵向凹槽。

进一步的，所述凹槽个数为1至6个。

本发明实施例还提供一种光纤光栅智能钢绞线的制作方法，包括如下步骤：

在所述中心丝上开所述凹槽；

对所述中心丝进行张拉，张拉应力在0～1860MPa之间，维持所述张拉应力不变，将刻有所述光栅的所述光纤用所述胶粘剂粘贴于所述凹槽内；

待所述胶粘剂强度稳定时放张所述中心丝；

将制作好的所述中心丝与所述边丝扭绞成所述光纤光栅智能钢绞线。

本发明实施例的技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

(1)通过将光栅直接粘贴在中心丝设置的凹槽内，保证光栅与光纤光栅智能钢绞线的粘合程度，使得变形保持协调一致，避免光栅所测应变不能真实反映光纤光栅智能钢绞线实际应变的情况；

(2)通过在中心丝上设置的纵向凹槽以及粘贴保护光纤的胶粘剂，避免光纤直接与其它硬性表面接触挤压引起的断裂，提高在粗放式施工条件及恶劣使用环境下光纤在光纤光栅智能钢绞线中的布设成活率及使用寿命；

(3)通过张拉中心丝，持荷粘贴光纤，待胶粘剂强度稳定后，放张中心丝的制作方法，根据光纤光栅智能钢绞线的应变范围，改变对中心丝的张拉力，在光纤光栅智能钢绞线服役前预先给光纤施加压应变，扩大光栅的监测量程，避免了由于光纤材料本身的玻璃脆性而限制其监测量程的不利因素；

(4)通过在中心丝设置的多个纵向凹槽，使多组光栅同时工作，可进行多项数据对比，很大程度上提高了监测结果的准确性和说服力；

(5)通过光纤上刻有的多个光栅，可监测光纤光栅智能钢绞线不同部位的应变状况。

当然，实施本发明的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的光纤光栅智能钢绞线的立体图；

图2是本发明实施例的光纤光栅智能钢绞线的横断面结构示意图；

图3是本发明实施例的光纤光栅智能钢绞线的中心丝的纵截面示意图；

图4是本发明实施例的光纤光栅智能钢绞线的中心丝的横截面示意图。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

如图1至图4所示，本发明实施例的光纤光栅智能钢绞线1包括中心丝2，以及与中心丝2扭绞的边丝3；中心丝2上设置有至少一个凹槽21，凹槽21内放置有光纤22，光纤22上刻有至少一个光栅23。

凹槽21为纵向凹槽，凹槽21的个数为1至6个。凹槽21深为0.1～0.8mm，宽为0.1～1.5mm，光纤22通过胶粘剂24粘贴于凹槽21内。

本发明实施例还提供了光纤光栅智能钢绞线的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：将钢绞线机械打散取出中心丝2或取还没有扭绞成钢绞线的中心丝2；

步骤2：在中心丝2纵向开深为0.1～0.8mm，宽为0.1～1.5mm的凹槽21；

步骤3：对中心丝2进行张拉，张拉应力在0～1860MPa之间；

步骤4：维持张拉力不变，将刻有光栅23的光纤22用胶粘剂24粘贴于凹槽21内；

步骤5：待胶粘剂强度稳定时放张中心丝2；

步骤6：将制作好的中心丝2与缠绕在中心丝2周围的边丝3扭绞成光纤光栅智能钢绞线。

本发明实施例中的凹槽21个数为1～6个，当然也可以为其它个数，本发明对此不作限定。

本发明实施例中的光纤22刻有的光栅23个数可以为一个也可以为多个，具体视所需测量部位而定。

本发明实施例中，对中心丝2张拉时应力在0～1860MPa之间，当张拉应力为0时，即不张拉中心丝2，具体是否需要张拉以及张拉应力的大小的确定可根据被测钢绞线应变变化范围而定。

本发明实施例的技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

(1)通过将光栅23直接粘贴在中心丝2设置的凹槽21内，保证光栅23与光纤光栅智能钢绞线1的粘合程度，使得变形保持协调一致，避免光栅23所测应变不能真实反映光纤光栅智能钢绞线1实际应变的情况；

(2)通过在中心丝2上设置的纵向凹槽21以及粘贴保护光纤的胶粘剂24，避免光纤22直接与其它硬性表面接触挤压引起的断裂，提高在粗放式施工条件及恶劣使用环境下光纤22在光纤光栅智能钢绞线1中的布设成活率及使用寿命；

(3)通过张拉中心丝2，持荷用胶粘剂24粘贴光纤22，待胶粘剂24强度稳定后，放张中心丝2的制作方法，根据光纤光栅智能钢绞线1的应变范围，改变对中心丝2的张拉力，在光纤光栅智能钢绞线1服役前预先给光纤22施加压应变，扩大光栅23的监测量程，避免了由于光纤22材料本身的玻璃脆性而限制其监测量程的不利因素；

(4)通过在中心丝2设置的多个纵向凹槽21，使多组光栅23同时工作，可进行多项数据对比，很大程度上提高了监测结果的准确性和说服力；

(5)通过光纤22上刻有的多个光栅23，可监测光纤光栅智能钢绞线1不同部位的应变状况。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。