用于监测混凝土中钢筋腐蚀的光纤传感遥测系统的制作方法
【专利摘要】一种用于监测混凝土中钢筋腐蚀的光纤传感遥测系统：多个钢筋腐蚀光纤传感器；钢筋腐蚀光纤传感器依次连接前端光纤转接盒、多芯光缆、后端光纤转接盒内的光纤耦合接头组，后端光纤转接盒的光纤耦合接头组连接光纤串联器或光纤并联器，光纤串联器或光纤并联器通过光纤测试连接线连接光纤监测仪器；不破坏结构整体性，实现钢筋腐蚀的在线定时远程精确监测，抗干扰强、精确高，操作方式简便，可方便快捷地现场安装、连接、保护、并联或串联、信号采集、信号转换以及信号传输等，并联器或串联器可减少光纤监测仪的通道数，降低成本，监测不受外界因素影响，节省人力物力，钢筋腐蚀监测的效率高和在时间上的连续性。可大范围布控，便于全程、大范围地管理自动化。
【专利说明】用于监测混凝土中钢筋腐蚀的光纤传感遥测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及无线遥测系统和光纤传感系统，特别是一种用于监测混凝土中钢筋腐蚀的光纤传感遥测系统。
【背景技术】
[0002]随着我国交通运输建设事业的蓬勃发展，钢筋混凝土结构得到了广泛应用。然而，交通运输领域的钢筋混凝土结构往往处于严酷的腐蚀环境中(如海洋、盐碱地、融雪盐环境等)，难免遭受腐蚀破坏，严重影响整体结构的耐久性和安全性。钢筋混凝土结构耐久性的常见影响因素包括钢筋腐蚀、冻融循环、混凝土碳化等，其中钢筋腐蚀是影响混凝土结构耐久性的首要原因。为了延长结构的使用寿命，并及早发现和应对钢筋腐蚀从而降低维修费用，需对混凝土结构中的钢筋腐蚀进行定时监测。传统监测方法大多采用人工定时采集数据，易受外部条件(如码头结构、天气状况等)和人为因素的影响，且检测工作量大，耗费人力物力。而且，由于人工监测的限制，将导致腐蚀监测在时间上的不连续性，可能带来不能及时发现腐蚀破坏的问题，致使腐蚀破坏加剧。
[0003]与传统监测方法相比，钢筋腐蚀光纤传感器具有抗干扰强、体积小、精度高，而且可实现在线监测。然而，现有的钢筋腐蚀光纤监测技术，如中国发明专利101008620A公开的钢筋混凝土构件中钢筋腐蚀的检测方法、中国发明专利102928580A公开的混凝土结构中钢筋锈蚀监测装置及方法等，大多侧重于研究光纤传感器，对如何在实体工程中高效、系统、有效使用光纤传感器研究甚少。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是为了解决上述问题，设计了一种用于监测混凝土中钢筋腐蚀的光纤传感遥测系统。
[0005]本实用新型的具体内容:
[0006]一种用于监测混凝土中钢筋腐蚀的光纤传感遥测系统，其特征在于:多个钢筋腐蚀光纤传感器；钢筋腐蚀光纤传感器通过光纤连接前端光纤转接盒，前端光纤转接盒通过多芯光缆连接后端光纤转接盒内的光纤耦合接头组，后端光纤转接盒的光纤耦合接头组连接光纤串联器或光纤并联器，光纤串联器或光纤并联器通过光纤测试连接线连接光纤监测仪器；光纤监测仪器内有无线数据传输模块、光源模块、解调模块；光纤监测仪器通过天线及无线网络连接监控计算机。
[0007]前端光纤转接盒置于保护盒内，后端光纤转接盒、光纤串联器或光纤并联器和光纤监测仪器置于防水防盐雾仪器箱内。
[0008]本实用新型具有的有益效果如下:
[0009]本实用新型技术方案制作的用于监测混凝土中钢筋腐蚀的光纤传感遥测系统，可在不破坏结构整体性的条件下，实现钢筋腐蚀的在线定时远程精确监测，具有抗干扰强、精确高等优点，整个系统操作方式简便，可方便快捷地实现光纤传感系统的现场安装、连接、保护、并联或串联、信号采集、信号转换以及信号传输等，应用并联器或串联器可减少光纤监测仪的通道数，降低系统成本，而且监测过程不易受外界因素影响，大大节省了人力物力，提高了钢筋腐蚀监测的效率和效果以及在时间上的连续性。此外，还配有专用软件、并可大范围布控，便于全程、大范围地管理自动化。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型所述用于监测混凝土中钢筋腐蚀的光纤传感遥测系统的结构示意图。
[0011]图中:1_钢筋腐蚀光纤传感器；2_传感器连接光纤；3_前端光纤转接盒I或前端光纤转接盒2 ；4-保护盒；5_多芯光缆；6_后端光纤转接盒3 ；7-光纤耦合接头组；8_光纤串联器或光纤并联器；9_光纤监测仪器；10-光纤测试连接线；11-无线数据传输模块；12-光源模块；13-解调模块；14_防水防盐雾仪器箱；15_天线；16-无线网络；17-监控计算机。
【具体实施方式】
[0012]如图所示的一种用于监测混凝土中钢筋腐蚀的光纤传感遥测系统:多个钢筋腐蚀光纤传感器；钢筋腐蚀光纤传感器通过光纤连接前端光纤转接盒，前端光纤转接盒通过多芯光缆连接后端光纤转接盒内的光纤耦合接头组，后端光纤转接盒的光纤耦合接头组连接光纤串联器或光纤并联器，光纤串联器或光纤并联器通过光纤测试连接线连接光纤监测仪器；光纤监测仪器内有无线数据传输模块、光源模块、解调模块；光纤监测仪器通过天线及无线网络连接监控计算机。
[0013]前端光纤转接盒置于保护盒内，后端光纤转接盒、光纤串联器或光纤并联器和光纤监测仪器置于防水防盐雾仪器箱内。
[0014](I)钢筋腐蚀光纤传感器；(2)传感器连接光纤；(3)前端光纤转接盒I或前端光纤转接盒2 ； (4)保护盒；(5)多芯光缆；(6)后端光纤转接盒3 ； (7)光纤耦合接头组；(8)光纤串联器或光纤并联器；(9)光纤监测仪器；(10)光纤测试连接线；(11)无线数据传输模块；(12)光源模块；(13)解调模块；(14)防水防盐雾仪器箱；(15)天线；(16)无线网络；
(17)监控计算机。
[0015]钢筋腐蚀光纤传感器是一种基于光纤光栅传感原理的钢筋腐蚀监测传感器，从其两侧引出两条连接光纤，连接光纤根据需要可配耦合接头。整套系统可配多个钢筋腐蚀光纤传感器，所接数量与光纤监测仪器的功能有关。单个通道的光纤监测仪器可配15?20个左右的传感器，要增加传感器数量需增加光纤监测仪器的通道数。
[0016]光纤连接的方式有熔接和耦合连接两种。耦合连接又分为两种模式。第一种模式，直接通过耦合接头对相连。耦合接头对有两部分，分别为凸形接头(下称“耦合接头A”)和凹形接头(下称“耦合接头B”)，两部分对插即可耦合连接。第二种模式，将两个耦合接头A对插入法兰中，从而实现两部分的耦合连接。
[0017]前端光纤转接盒I通过熔接模式实现多个传感器连接光纤与多芯光缆的连接。
[0018]前端光纤转接盒2配有多个耦合法兰，固定于面板上。将多芯光缆和传感器连接线的耦合接头A对插入耦合法兰即可实现两者之间的耦合连接。多芯光缆和传感器连接线所配的耦合接头A，在现场施工前，已安装完毕。
[0019]保护盒由金属或高强塑料做成，套装在前端光纤转接盒I之外，用于保护埋设于混凝土中的前端光纤转接盒I或前端光纤转接盒2。
[0020]后端光纤转接盒3内含有多条单芯光纤，都配有耦合接头B，并固定在面板上，形成耦合接头组。后端光纤转接盒3通过耦合接头组，实现盒内单芯光纤与光纤测试连接线(配耦合接头A)、光纤串联器或光纤并联器的连接。后端光纤转接盒3通过熔接，实现多芯光缆与盒内单芯光纤的连接。
[0021]多芯光缆是一种在电信领域常用的光缆，主要由缆芯、加强钢丝、填充物和护套等几部分组成。
[0022]光纤串联器有多个耦合接头A和一个耦合接头B，并配有光纤串联线路。多个耦合接头A与光纤转接盒上的耦合头组对接，实现多个传感器的串联；耦合接头B与光纤测试连接线连接，实现与光纤测试仪器的对接。
[0023]光纤并联器有多个耦合接头A和一个耦合接头B，且配有光纤并联线路。多个耦合接头A与光纤转接盒上的耦合头组对接，可实现多个传感器的并联；而耦合接头B则与光纤测试连接线连接，实现与光纤测试仪器的对接。
[0024]光纤监测仪器带有光源模块、解调模块、无线数据传输模块和天线，可为传感器提供光源信号，并采集传感器反射回的响应信号，而且可通过无线网络将采集信号传输至监控计算机。
[0025]防水防盐雾仪器箱用于存放光纤测试仪器，可避免仪器受腐蚀环境或外力冲击破坏，延长仪器的使用寿命。
[0026]无线网络可用GPRS、CDMA或3G网络等覆盖范围较广的网络。
[0027]监测计算机配有光纤监测仪器专用软件，可控制数据的采集和定时发送，并对数据进行处理和评估。一套系统可由多台装有控制评估软件的监测计算机控制，方便用户在不同地点或不同计算机上使用。系统功能的实现通过以下步骤:
[0028](I)将多个钢筋腐蚀光纤传感器固定于指定位置的结构钢筋上，然后沿指定路线敷设传感器连接光纤，敷设时连接光纤采用PVC管进行保护。
[0029](2)将传感器的连接光纤通过前端光纤转接盒I或前端光纤转接盒2与多芯光缆对接。对接的方式有熔接和耦合对接两种，可根据现场工况和施工允许时间确定。一般而言，现场工况较好且施工允许时间充裕时，采用前端光纤转接盒1，通过熔接的方式实现多个钢筋腐蚀传感器与多芯光缆的连接。当现场工况较差或施工允许时间不足时，采用前端光纤转接盒2，通过耦合连接的方式实现多个钢筋腐蚀传感器与多芯光缆的连接。
[0030](3)将前端光纤转接盒安装在保护盒内，并将保护盒固定于在结构钢筋上。
[0031](4)将多芯光缆按指定路线敷设，引至防水防盐雾仪器箱安装位置处。敷设过程中采用扎带或钢丝将多芯光缆绑扎固定在结构钢筋上。
[0032](5)通过后端光纤转接盒3和光纤测试连接线将多芯光缆与光纤监测仪器连接。具体来说，首先将多芯光缆与后端光纤转接盒3内的光纤熔接，然后将后端光纤转接盒3上的耦合接头组与光纤测试连接线连接。后端光纤转接盒3耦合接头组与光纤测试连接线的连接有三种形式。第一种，直接将光纤测试连接线上的耦合接头A与光纤转接盒上的耦合接头B分别对插连接。第二种，将光纤串联器与后端光纤转接盒3的耦合接头组连接，使钢筋腐蚀光纤传感器串联，然后再将光纤测试连接线与光纤串联器耦合连接。第三种的连接形式与第二种类似，不同之处在于将光纤串联器换成了光纤并联器。
[0033](6)将防水防盐雾仪器箱安装在现场，然后将光纤监测仪器安放于箱中。光纤监测仪器的天线需安装在仪器箱外信号较强处。
[0034](7)钢筋腐蚀光纤传感器、传感器连接多芯光缆、前端光纤转接盒I或前端光纤转接盒2、保护盒等部分将随结构钢筋一起浇筑于钢筋混凝土结构中。
[0035](8)在监测计算机上安装相应的监控评估软件。
[0036]整套系统的工作原理如下:整套系统工作时，光纤监测仪器会定时向钢筋腐蚀光纤传感器发射光信号，并采集响应信号，然后利用无线网络将信号传输至监测计算机，接着通过监控评估软件便可评估钢筋的腐蚀状况。
【权利要求】
1.一种用于监测混凝土中钢筋腐蚀的光纤传感遥测系统，其特征在于:多个钢筋腐蚀光纤传感器；钢筋腐蚀光纤传感器通过光纤连接前端光纤转接盒，前端光纤转接盒通过多芯光缆连接后端光纤转接盒内的光纤耦合接头组，后端光纤转接盒的光纤耦合接头组连接光纤串联器或光纤并联器，光纤串联器或光纤并联器通过光纤测试连接线连接光纤监测仪器；光纤监测仪器内有无线数据传输模块、光源模块、解调模块；光纤监测仪器通过天线及无线网络连接监控计算机。
2.根据权利要求1所述的用于监测混凝土中钢筋腐蚀的光纤传感遥测系统，其特征在于:前端光纤转接盒置于保护盒内，后端光纤转接盒、光纤串联器或光纤并联器和光纤监测仪器置于防水防盐雾仪器箱内。
【文档编号】G01N17/00GK203630020SQ201320761975
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】张文锋, 马化雄, 秦铁男, 赵立鹏, 李云飞, 陈韬 申请人:中交天津港湾工程研究院有限公司, 中交第一航务工程局有限公司, 天津港湾工程质量检测中心有限公司