基于光纤传感的钢筋混凝土锈胀开裂的监测装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于光纤传感的钢筋混凝土锈胀开裂的监测装置及方法，其装置包括一根布里渊光纤(1)，布里渊光纤(1)包括多段应变监测光纤段(3)，每段应变监测光纤段(3)在钢筋混凝土结构的中央的钢筋(8)外盘绕一圈，全部的应变监测光纤段(3)均同心，最里面一圈应变监测光纤段(3)的长度等于一个空间分辨率dz的长度，从内向外每圈应变监测光纤段(3)的长度比里面一圈应变监测光纤段(3)的长度多一个空间分辨率dz的长度；其方法的关键为利用应变监测光纤段(3)的应变值乘以空间分辨率dz得出裂缝的宽度。该装置及方法能监测出裂缝的宽度以及裂缝从混凝土结构的断面中央向边缘的延伸程度。
【专利说明】基于光纤传感的钢筋混凝土锈胀开裂的监测装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及土木工程健康监测领域，具体讲是一种基于光纤传感的钢筋混凝土锈 胀开裂的裂缝的全尺度的监测装置及方法。
【背景技术】
[0002] 钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性失效的主要原因之一，据估计全世界混凝土结构每 年因钢筋锈蚀引起的维护加固费用达1000亿美元。因为随着钢筋锈蚀的发生与发展，钢筋 混凝土结构的使用性能和安全性能都将受到不利的影响。由钢筋混凝土锈胀开裂的力学模 型可知，钢筋锈蚀过程中锈蚀产物填充混凝土孔隙的过程中将引起混凝土应变增加，从而 导致混凝土开裂。传统的应变测试技术如电阻应变片和振弦式应变计等存在体积大、易受 电磁干扰影响、耐腐蚀性差等缺点，无法满足钢筋锈蚀监测的要求。
[0003] 现有技术中基于光纤传感的钢筋混凝土锈胀开裂的监测装置已有相关研究，如专 利号为ZL2010105715924的发明专利就公开了一种基于布里渊频移的监测方法及设备。以 下为基于布里渊频移的分布式光纤技术的基本原理。
[0004] 当入射光进入光纤介质时，光波中的一部分能量会偏离原来的方向而向其他各个 方向传播，这就是光的散射现象，其中一种散射光叫做布里渊散射。散射光相对于入射光有 一个频率的变化，称为布里渊频移。布里渊光时域分析计（B0TDA/R)也称为布里渊解调仪 利用光纤的布里渊散射光的频移量与应变和温度变化之间的线性关系，通过测量布里渊散 射频移量^获取光纤沿线温度和应变的分布信息。光纤应变量、温度变化量与布里渊频 率漂移量之间的关系如式所示：
[0005]
【权利要求】
1. 一种基于光纤传感的钢筋混凝土锈胀开裂的监测装置，它包括一根布里渊光纤（1) 和一个布里渊解调仪（2)，布里渊光纤（1)的两端与布里渊解调仪（2)连接，其特征在于： 布里渊光纤（1)由多段应变监测光纤段（3)和多段温度补偿光纤段（4)交替连接而成，每 段温度补偿光纤段（4)浇注在一个环氧树脂保护块（5)内，多段应变监测光纤段（3)均位 于钢筋混凝土结构的同一个断面上，每段应变监测光纤段（3)在钢筋混凝土结构的中央的 钢筋⑶外盘绕一圈，全部的应变监测光纤段⑶均同心且全部的应变监测光纤段⑶浇 注在混凝土内，最里面一圈应变监测光纤段（3)的长度等于一个空间分辨率dz的长度，从 内向外每圈应变监测光纤段（3)的长度比里面一圈应变监测光纤段（3)的长度多一个空间 分辨率dz的长度。
2. 根据权利要求1所述的基于光纤传感的钢筋混凝土锈胀开裂的监测装置，其特征在 于：它还包括一根布拉格光栅光纤（6)和一个布拉格解调仪（7)，布拉格光栅光纤（6)的两 端与布拉格解调仪（7)连接，布拉格光栅光纤（6)与全部应变监测光纤段（3)位于钢筋混 凝土结构的同一个断面上，布拉格光栅光纤（6)在钢筋混凝土结构的中央的钢筋（8)外盘 绕一圈，该圈布拉格光栅光纤（6)上沿周向均勻分布有多个光栅。
3. -种基于光纤传感的钢筋混凝土锈胀开裂的监测方法，其特征在于：观察布里渊解 调仪（2)上各个应变监测光纤段（3)的图像，当某圈应变监测光纤段（3)的某个空间分辨 率dz对应的布里渊频移值激增，则用该空间分辨率dz对应的布里渊频移值减去未发生激 增的空间分辨率dz对应的布里渊频移值，所得的布里渊频移值的差值除以应变比例系数， 得到应变监测光纤段（3)的应变值，最后将该应变值乘以空间分辨率dz得出的值就是该圈 应变监测光纤段（3)上裂缝的宽度，同时判定裂缝已经延伸到该圈应变监测光纤段（3)。
4. 根据权利要求3所述的基于光纤传感的钢筋混凝土锈胀开裂的监测方法，其特征在 于：布拉格解调仪（7)上会形成布拉格光栅光纤（6)上的各个光栅对应的入射光中心波长 的图像，观测该图像，一旦两个相邻光栅处的中心波长出现显著降低，则判定裂缝的位置是 在两个光栅之间的角度中。
【文档编号】G01B11/16GK104154874SQ201410398763
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】毛江鸿, 崔磊, 金伟良, 徐亦冬, 彭卫, 王麒, 陆飞, 俞凯奇, 柳盛霖 申请人:浙江大学宁波理工学院