一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器及其制作工艺和钢筋锈蚀监测方法
【专利摘要】本发明公开了一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器及其制作工艺和钢筋锈蚀监测方法，属于结构工程和光纤传感技术领域。本发明是利用单端反射长周期光纤光栅对环境折射率的敏感性，将其通过水泥砂浆封装后，固定在钢筋笼上，定期由光栅解调仪观察其反射谱的谐振峰值，以此判断光栅周围的折射率变化，并推断钢筋锈蚀的程度与速率。本发明通过对埋入的单端反射长周期光纤光栅的反射谱谐振峰幅值进行监测，可以在不损伤混凝土表面的前提下，对任何环境下钢筋混凝土构件中的任何型号钢筋腐蚀情况进行长期监测，准确确定钢筋锈蚀的程度及速率，应用于结构工程领域中钢筋混凝土结构的耐久性检测和评估。
【专利说明】
一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器及其制作工艺和 钢筋锈蚀监测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及的是结构工程和光纤传感技术领域，主要是应用于钢筋锈蚀监测方面 的一种单端反射式长周期光纤光栅传感，尤其涉及一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传 感器及其制作工艺和钢筋锈蚀监测方法。
【背景技术】
[0002] 钢筋混凝土结构凭借其具有良好的耐用性能，应用越来越广泛，但当它工作在海 水等侵蚀的环境中时，会导致钢筋混凝土结构中的钢筋很容易发生锈蚀。钢筋锈蚀的问题 不仅会给社会带来不可估量的经济损失，造成资源材料的浪费，还会在一定程度上降低钢 筋的使用年限及其承负载能力，损坏钢筋混凝土的结构，甚至会影响到人身安全。所以，关 于研究钢筋锈蚀的问题具有重要的理论意义和实际意义。
[0003] 对于我国沿海的混凝土结构而言，氯离子侵蚀是造成混凝土中钢筋锈蚀的主要原 因之一。氯离子侵入混凝土，导致混凝土内钢筋失去钝化膜保护，是混凝土中钢筋发生锈蚀 的先决条件。在氯腐蚀环境下，氯离子从混凝土外表面向内扩散，当钢筋表面氯离子浓度超 过一定含量，钢筋就会以较快速度开始腐蚀，该阈值称为临界氯离子浓度。因此，若能对钢 筋周围氯离子浓度进行监测，判断其是否达到临界氯离子浓度，则能够实现对钢筋的早期 锈蚀监测。
[0004] 目前，钢筋锈蚀监测的方法很多，有物理检测法、电化学检测法、光纤检测法等。相 对而言，光纤径细、质轻、灵敏度高、抗强电磁干扰、耐腐蚀、集信息传感和传输于一体，易于 实现光纤传感阵列、多点或分布式监测，特别适合于隐蔽部位及肉眼无法看到或接触到的 危险区域，在土木工程领域受到极大重视，并在钢筋锈蚀监测方面逐渐成为热点之一。
[0005] 李俊等人提出了采用光纤布喇格光栅测量钢筋的应变来监测钢筋锈蚀的状态，同 时另外设置一个光纤光栅传感器进行温度补偿;刘宏月等人利用长周期光纤光栅的折射率 敏感特性来监测钢筋锈蚀的程度和速度，但其采用的长周期光纤光栅传感器为透射结构， 由于透射结构必须使用宽带光源及光谱仪进行检测，设备价格昂贵，且检测方案必须进行 温度补偿;王彦等人利用长周期光纤光栅的微弯特性来监测混凝土结构中的钢筋锈蚀，但 是以上采用的长周期光纤光栅都是透射式结构，检测设备昂贵笨重，在实际监测过程非常 不方便，导致工程应用并不广泛。
【发明内容】
[0006] 1.发明要解决的技术问题
[0007] 针对现有技术中存在钢筋锈蚀监测中存在的监测灵敏度低的问题。本发明提出了 一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器及其制作工艺和钢筋锈蚀监测方法，它通过监 测传感探头反射谱波长的变化，判断钢筋的锈蚀程度，并通过采用有机玻璃材料对传感探 头固定，从理论上解决了实际运用中光纤光栅受多参量影响的温度补偿问题，并且无需使 用昂贵笨重的检测设备如宽带光源及光谱仪，进一步解决了普通长周期光纤光栅传感的应 用限制。
[0008] 2.技术方案
[0009] 为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
[0010] -种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器，包括长周期光纤光栅传感，长周期 光纤光栅传感包括光纤光栅段、光纤段和尾端段，还包括毛细管和水泥砂浆，从左到右依次 为光纤光栅段、光纤段和尾端段，光纤光栅段的表面上设有一层光纤光栅段金属膜，尾端段 的表面上设有一层尾端段金属膜，尾端段的端面上设有一层尾端段端面金属膜;长周期光 纤光栅传感附着在毛细管上，长周期光纤光栅传感和毛细管的外部为一层水泥砂浆。
[0011] 优选地，所述的光纤光栅段金属膜、尾端段金属膜和尾端段端面金属膜均为钯金 膜，尾端段由内至外依次为尾端段纤芯和尾端段金属膜，尾端段的端面有尾端段端面金属 膜。
[0012] 优选地，光纤光栅段由内至外依次为光纤光栅段纤芯和光纤光栅段金属膜。
[0013] 优选地，毛细管为有机玻璃毛细管。有机玻璃毛细管的规格为:长度为10-14cm，直 径为1.5-2mm，可以保护单端反射镀膜长周期光纤光栅的使用寿命，并且具有温度补偿的作 用，避免因温度的变化造成光纤谐振波长的变化，从而导致监测的干扰。也可以不使用有机 玻璃毛细管材料，但只能固定保护，不能起到温度补偿的作用。
[0014] 优选地，光纤陶瓷芯位于长周期光纤光栅传感靠近探头传感端面一端的外面。用 于保护单端的反射效果。
[0015] 优选地，长周期光纤光栅传感的两端水平放置，用环氧树脂胶黏贴在毛细管上。稳 定性好，附着力强，同时注意避免环氧树脂胶接触到光栅传感区域及端面反射区域，否则会 改变光栅本身的传感特性。
[0016]优选地，光纤光栅段金属膜的厚度为50-100nm，尾端段金属膜、尾端段端面金属膜 的厚度均为700-1000nm〇
[0017]优选地，在毛细管上黏贴两根长周期光纤光栅传感，其中一根长周期光纤光栅传 感用于测温，采用软件方式消除温度误差。
[0018] 优选地，所述光纤光栅段的长度为4-6cm，光纤段的长度为l-2cm，尾端段的长度为 l-6cm〇
[0019] -种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器制作工艺，其步骤为：
[0020] A、根据以上所述的一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器，将长周期光纤光 栅的一端切平，形成光纤光栅段和光纤段；
[0021] B、光纤光栅段内部是光纤光栅段纤芯，在光纤光栅段表面镀一层光纤光栅段金属 膜，长周期光纤光栅表面形成等离子体共振效应；
[0022] C、选取普通圆柱形单模光纤，在该单模光纤的端面镀一层尾端段端面金属膜，以 形成高反射率镜面，在该单模光纤的表面镀一层尾端段金属膜，该单模光纤为尾端段； [0023] D、将光纤段与尾端段熔接，形成探头传感结构，构成长周期光纤光栅传感；
[0024] E、光纤陶瓷芯位于长周期光纤光栅传感靠近探头传感端面一端的外面；
[0025] F、用环氧树脂胶将长周期光纤光栅传感黏贴在毛细管上；
[0026] G、长周期光纤光栅传感和毛细管构成的整体采用水泥砂浆浇筑。
[0027] 9、根据权利要求8所述的一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器制作工艺， 其特征在于，水泥砂浆的厚度为1.5-3cm。便于保持传感器内外环境一致，使得传感器与待 测钢筋所处环境相同，提高测量的精准度。
[0028] -种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器的钢筋锈蚀监测方法，其步骤为：
[0029] A、根据以上所述的一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器，将光纤光栅段1 引出的传输线缆与光纤光栅解调仪连接，光纤光栅解调仪的精度与光谱仪的精度对比连 接；
[0030] B、光纤光栅解调仪通道内部发出的光依次经过光纤光栅段、光纤段和尾端段；
[0031] C、光在光纤光栅段上发生SPR效应，通过光纤段到达探头传感端面；
[0032] D、光从探头传感端面被反射回来，依次经过尾端段、光纤段和光纤光栅段，发生 SPR效应，且与前向传输的光发生自干涉效应，返回到光纤光栅解调仪通道内；
[0033] E、光纤光栅解调仪将光传输过程中的光谱显示出来；
[0034] F、把钢筋锈蚀的状态和光谱的谐振峰波长的偏移联系起来，从而计算出实际中钢 筋锈蚀的状态。
[0035] 3.有益效果
[0036] 采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0037] (1)本发明的长周期光纤光栅折射率的敏感性，能够监测出钢筋周围环境的变化， 而环境中的氯离子浓度是影响钢筋锈蚀状态的主要原因，本发明的传感器能够检测出钢筋 所在环境中的氯离子浓度，光谱的谐振峰波长的偏移反映出钢筋所在环境中的氯离子浓度 值，根据氯离子浓度与钢筋锈蚀之间的关系，进而从光谱的谐振峰波长的偏移，判断出钢筋 锈蚀的状态；
[0038] (2)本发明利用水泥砂浆封装传感器，保证传感器内与外界钢筋所处的环境相同， 基座的材料为不锈钢;结构简单，易于操作，抗振动，抗冲击，解决了长周期光纤光栅在实际 使用过程中监测不方便的问题；
[0039] (3)本发明在光纤光栅段表面镀一层光纤光栅段金属膜，在尾端段的端面镀一层 尾端段端面金属膜，以形成高反射率镜面，在尾端段的表面镀一层尾端段金属膜，镀膜的方 法是:采用镀膜设备HUMMER离子镀膜仪，镀膜材料为钯金，选择钯金的原因是由于其具有高 反射率、不易氧化，从而提高了监测的灵敏度，极易与光纤附着粘合，镀膜时间为5min，镀膜 后端面反射率可达75 %，尾端段端面金属膜作为全波段的端面反射镜，并且光纤光栅段到 尾端段端面金属膜的中间存在一定的距离，这样就形成一种单端反射式长周期光纤光栅；
[0040] (4)本发明通过光纤光栅解调仪通道内部发出的光经过本发明的传感器后，被反 射回光纤光栅解调仪并显示光谱，不需要采用宽带光源及光谱仪进行测量，从而节省了成 本，便于在实践中推广使用，且不要占用较多人力；
[0041] (5)本发明的这种光纤段和尾端段分开式的结构，使得尾端段能够选择具有一些 特殊性质的光纤，且在使用过程中，端部容易受外界碰触而损坏，而分段式结构易于更换端 部结构；
[0042] (6)光从探头传感端面被反射回来，依次经过尾端段、光纤段和光纤光栅段，发生 SPR效应，且与前向传输的光发生自干涉效应，返回到光纤光栅解调仪通道内；前向传输的 光与反向传输的光发生自干涉效应，使谐振峰值更大，起到了信号放大的作用，提高了测量 的精度和检测的灵敏度；
[0043] (7)本发明通过对埋入的单端反射长周期光纤光栅的反射谱谐振峰幅值进行监 测，可以在不损伤混凝土表面的前提下，对任何环境下钢筋混凝土构件中的任何型号钢筋 腐蚀情况进行长期监测，准确确定钢筋锈蚀的程度及速率，应用于结构工程领域中钢筋混 凝土结构的耐久性检测和评估。
【附图说明】
[0044] 图1为本发明的传感器的封装图；
[0045]图2为本发明的传感器的原理图；
[0046] 图3为本发明的系统连接示意图。
[0047] 不意图中的标号说明：
[0048] 1、光纤光栅段;2、光纤段;3、尾端段;4、光纤光栅段纤芯;5、光纤段纤芯;6、尾端段 纤芯;61、探头传感端面;7、光纤光栅段金属膜;8、尾端段金属膜;9、尾端段端面金属膜;10、 光纤光栅解调仪；11、长周期光纤光栅传感；12、光纤陶瓷芯；13、毛细管；14、水泥砂浆；15、 环氧树脂胶。
【具体实施方式】
[0049] 为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
[0050] -种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器，包括长周期光纤光栅传感11，长周 期光纤光栅传感11包括光纤光栅段1、光纤段2和尾端段3,还包括毛细管13和水泥砂浆14， 从左到右依次为光纤光栅段1、光纤段2和尾端段3,光纤光栅段1的表面上设有一层光纤光 栅段金属膜7,尾端段3的表面上设有一层尾端段金属膜8,尾端段3的端面上设有一层尾端 段端面金属膜9;长周期光纤光栅传感11附着在毛细管13上，长周期光纤光栅传感11和毛细 管13的外部为一层水泥砂衆14。
[0051] 光纤光栅段金属膜7、尾端段金属膜8和尾端段端面金属膜9均为钯金膜，尾端段3 由内至外依次为尾端段纤芯6和尾端段金属膜8,尾端段3的端面有尾端段端面金属膜9。 [0052]长周期光纤光栅传感11的两端水平放置，用环氧树脂胶15黏贴在毛细管13上，光 纤光栅段1由内至外依次为光纤光栅段纤芯4和光纤光栅段金属膜7，毛细管13为有机玻璃 毛细管，有机玻璃毛细管4的规格为:长度为10-14cm，直径为1.5-2_，可以保护单端反射镀 膜长周期光纤光栅的使用寿命，并且具有温度补偿的作用，避免因温度的变化造成光纤谐 振波长的变化，从而导致监测的干扰。也可以不使用有机玻璃毛细管材料，但只能固定保 护，不能起到温度补偿的作用。
[0053] 光纤陶瓷芯12位于长周期光纤光栅传感11靠近探头传感端面61-端的外面。用于 保护单端的反射效果。
[0054]稳定性好，附着力强，同时注意避免环氧树脂胶15接触到光栅传感区域及端面反 射区域，否则会改变光栅本身的传感特性。
[0055]光纤光栅段金属膜7的厚度为50-100nm，尾端段金属膜8、尾端段端面金属膜9的厚 度均为700-1000nm。光纤光栅段1的长度为4-6cm，光纤段2的长度为l-2cm，尾端段3的长度 为l-6cm。在毛细管13上黏贴两根长周期光纤光栅传感11，其中一根长周期光纤光栅传感11 用于测温，另一根长周期光纤光栅传感11用于测温和折射率，采用软件方式消除温度误差， 在软件中算法实现，将温度的影响去除，只剩下折射率的变化。
[0056] -种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器制作工艺，其步骤为：
[0057] A、根据以上所述的一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器，将长周期光纤光 栅的一端切平，形成光纤光栅段1和光纤段2;
[0058] B、光纤光栅段1内部是光纤光栅段纤芯4,在光纤光栅段1表面镀一层光纤光栅段 金属膜7，长周期光纤光栅表面形成等离子体共振效应；
[0059] C、选取普通圆柱形单模光纤，在该单模光纤的端面镀一层尾端段端面金属膜9,以 形成高反射率镜面，在该单模光纤的表面镀一层尾端段金属膜8，该单模光纤为尾端段3;
[0060] D、将光纤段2与尾端段3熔接，形成探头传感结构，构成长周期光纤光栅传感11; [0061] E、光纤陶瓷芯12位于长周期光纤光栅传感11靠近探头传感端面61-端的外面；
[0062] F、用环氧树脂胶15将长周期光纤光栅传感11黏贴在毛细管13上；
[0063] G、长周期光纤光栅传感11和毛细管13构成的整体采用水泥砂浆14浇筑。水泥砂浆 14的厚度为1.5-3cm。便于保持传感器内外环境一致，使得传感器与待测钢筋所处环境相 同，提高测量的精准度。
[0064] -种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器的钢筋锈蚀监测方法，其步骤为：
[0065] A、根据以上所述的一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器，将光纤光栅段1 引出的传输线缆与光纤光栅解调仪10连接，光纤光栅解调仪10的精度与光谱仪的精度对比 连接；
[0066] B、光纤光栅解调仪10通道内部发出的光依次经过光纤光栅段1、光纤段2和尾端段 3；
[0067] C、光在光纤光栅段1上发生SPR效应，通过光纤段2到达探头传感端面61;
[0068] D、光从探头传感端面61被反射回来，依次经过尾端段3、光纤段2和光纤光栅段1， 发生SPR效应，且与前向传输的光发生自干涉效应，返回到光纤光栅解调仪10通道内；
[0069] E、光纤光栅解调仪10将光传输过程中的光谱显示出来；
[0070] F、把钢筋锈蚀的状态和光谱的谐振峰波长的偏移联系起来，从而计算出实际中钢 筋锈蚀的状态。
[0071] 实施例1
[0072] 结合图1-3, 一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器，包括长周期光纤光栅传 感11，其特征在于，长周期光纤光栅传感11包括光纤光栅段1、光纤段2和尾端段3，还包括毛 细管13和水泥砂浆14,从左到右依次为光纤光栅段1、光纤段2和尾端段3,光纤光栅段1的表 面上设有一层光纤光栅段金属膜7,尾端段3的表面上设有一层尾端段金属膜8,尾端段3的 端面上设有一层尾端段端面金属膜9;长周期光纤光栅传感11附着在毛细管13上，长周期光 纤光栅传感11和毛细管13的外部为一层水泥砂衆14。
[0073] 实施例2
[0074]本实施例同实施例1类似，其中不同之处在于，毛细管13为有机玻璃毛细管，有机 玻璃毛细管4的规格为:长度为10cm，直径为1.5mm，光纤光栅段金属膜7的厚度为50nm，尾端 段金属膜8、尾端段端面金属膜9的厚度均为700nm，光纤光栅段1的长度为4cm，光纤段2的长 度为lcm，尾端段3的长度为lcm，水泥砂衆14的厚度为1.5cm〇
[0075] 实施例3
[0076] 本实施例同实施例1类似，其中不同之处在于，毛细管13为有机玻璃毛细管，有机 玻璃毛细管4的规格为:长度为14cm，直径为2mm，光纤光栅段金属膜7的厚度为100nm，尾端 段金属膜8、尾端段端面金属膜9的厚度均为1000 nm，光纤光栅段1的长度为6cm，光纤段2的 长度为2cm，尾端段3的长度为6cm，水泥砂衆14的厚度为3cm〇
[0077] 实施例4
[0078] 本实施例同实施例1类似，其中不同之处在于，毛细管13为有机玻璃毛细管，有机 玻璃毛细管4的规格为:长度为13cm，直径为1.82mm，光纤光栅段金属膜7的厚度为90nm，尾 端段金属膜8、尾端段端面金属膜9的厚度均为800nm，光纤光栅段1的长度为5cm，光纤段2的 长度为1.5cm，尾端段3的长度为5cm，水泥砂衆14的厚度为2cm〇
[0079] 实施例5
[0080] 本实施例同实施例1类似，其中不同之处在于，长周期光纤光栅传感11 一端光纤露 出与外部设备连接，整个传感器体积小，易于安装，并极易检测到传感器外的钢筋周围折射 率，在实际工程应用监测时，将传感器固定在建筑物待测钢筋笼上，钢筋锈蚀的监测的仪器 可使用光纤光栅传感解调仪(如Micronoptics SM-125)实现，根据单端反射长周期光纤光 栅的波长值，判断钢筋周围环境折射率的变化，从而判断钢筋锈蚀的状态。
[0081] 在施工中只需将封装好的传感部分固定在钢筋笼上就可以按照普通的施工方法 进行施工，可以大大降低对施工过程及结构本身的影响。
[0082] 实施例6
[0083] 下面论述单端反射长周期光纤光栅探头（Single Coating Long-period-fiber grating，SCLPG)的传感原理。
[0084] 本实施例是对实施例1-5的原理论述，单端反射长周期光纤光栅探头（Single Coating Long-period-fiber grating，SCLPG)的传感原理：
[0085] LPFG的模式耦合属于纤芯基模LPOl与同向传输的一阶包层模LPOm之间的耦合。由 耦合模理论可知，长周期光纤光栅的相位匹配条件可由式表示：
[0086]
[0087] 分别为光纤纤芯和第m次包层模的有效折射率。纤芯基模的有效折射率 ?5·由纤芯折射率m和包层折射率n 2决定，而包层模的有效折射率与m，n2有关的同时，还与 环境折射率nsur有关，当环境折射率变化将引起包层模有效折射率的变化，进而引起谐振波 长Al的漂移。因此，LPFG的谐振波长对外界环境折射率的变化尤为敏感，对一周期固定的 LPFGj-
[0088]
[0089]同时，随着环境折射率nsur的变化，LPFG在谐振波长Al处的透射率T也相应发生变 化：
[0090
[0091 为纤芯基模与包层模之间的耦合系数，L为光栅长度。
[0092]
[0093] I为纤芯区域内基模与包层模的交叉积分。其中：Ect)re，Eciad分别为纤芯基模和包层 模的电场幅值，Dn。。为纤芯的调制率，a为纤芯半径。
[0094]由此可见，当LPFG受到外界折射率发生变化时，将引起包层模有效折射率<广的变 化，由此使谐振波长k发生漂移，同时，</B的变化也改变积分I值，从而引起耦合系数k的变 化，进而使得谐振波长k对应的透射率发生变化，即LPFG的整个透射谱发生变化。
[0095]长周期光纤光栅的光栅周期一般在100μπι以上，它基于光纤内满足相位匹配条件 的同向模式之间的谐振耦合，是将前向传输的导模与其他前向导模或前向辐射模之间耦 合，将光波中某频带的光耦合到包层中去而损耗掉，因此无后向反射。而当在光栅端面镀上 反射率高的金属膜之后，本来经过LPFG的透射光将在端面反射，形成单端反射长周期光纤 光栅探头。并且经实验验证，其同样具有温度、折射率传感特性。
[0096]在环境折射率小于包层模折射率1.458左右时，谐振波长随着环境折射率的增加 向短波方向偏移，在靠近包层折射率时，偏移量显著变大，此时LPFG对折射率的敏感性增 加；当环境折射率增加到等于包层折射率时，此时可认为包层半径无限大，耦合峰全部消 失;而当环境折射率继续增大到高于包层折射率时，谐振波长重新在初始位置出现，且随着 折射率的继续增加，谐振峰位置几乎不变，但此时耦合强度降低，透射率增加，谐振峰深度 变浅。通过实验可知，钢筋锈蚀较严重时，锈水折射率为1.3536,仍小于包层模的折射率 1.458，即仍然处于可监测范围。
[0097]以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所 示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技 术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案 相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器，包括长周期光纤光栅传感（11)，其特 征在于，长周期光纤光栅传感（11)包括光纤光栅段（1)、光纤段(2)和尾端段(3)，还包括毛 细管（13)和水泥砂浆（14)，从左到右依次为光纤光栅段（1)、光纤段(2)和尾端段(3)，光纤 光栅段（1)的表面上设有一层光纤光栅段金属膜(7)，尾端段(3)的表面上设有一层尾端段 金属膜(8)，尾端段(3)的端面上设有一层尾端段端面金属膜(9);长周期光纤光栅传感（11) 附着在毛细管（13)上，长周期光纤光栅传感（11)和毛细管（13)的外部为一层水泥砂浆 (14) 〇2. 根据权利要求1所述的一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器，其特征在于，所 述的光纤光栅段金属膜(7)、尾端段金属膜(8)和尾端段端面金属膜(9)均为钯金膜，尾端段 (3)由内至外依次为尾端段纤芯(6)和尾端段金属膜(8)，尾端段(3)的端面有尾端段端面金 属膜(9)。3. 根据权利要求1所述的一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器，其特征在于，毛 细管（13)为有机玻璃毛细管。4. 根据权利要求3所述的一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器，其特征在于，光 纤陶瓷芯（12)位于长周期光纤光栅传感(11)靠近探头传感端面(61)-端的外面。5. 根据权利要求3所述的一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器，其特征在于，长 周期光纤光栅传感(11)的两端水平放置，用环氧树脂胶(15)黏贴在毛细管（13)上。6. 根据权利要求5所述的一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器，其特征在于，在 毛细管（13)上黏贴两根长周期光纤光栅传感(11)，其中一根长周期光纤光栅传感(11)用于 测温，采用软件方式消除温度误差。7. 根据权利要求3所述的一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器，其特征在于，所 述光纤光栅段(1)的长度为4-6cm，光纤段(2)的长度为l-2cm，尾端段(3)的长度为l-6cm〇8. -种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器制作工艺，其特征在于： A、 根据权利要求1所述的一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器，将长周期光纤 光栅的一端切平，形成光纤光栅段(1)和光纤段(2); B、 光纤光栅段（1)内部是光纤光栅段纤芯(4)，在光纤光栅段（1)表面镀一层光纤光栅 段金属膜(7)，长周期光纤光栅表面形成等离子体共振效应； C、 选取普通圆柱形单模光纤，在该单模光纤的端面镀一层尾端段端面金属膜(9)，以形 成高反射率镜面，在该单模光纤的表面镀一层尾端段金属膜(8)，该单模光纤为尾端段(3); D、 将光纤段(2)与尾端段(3)熔接，形成探头传感结构，构成长周期光纤光栅传感(11); E、 光纤陶瓷芯（12)位于长周期光纤光栅传感（11)靠近探头传感端面(61)-端的外面； F、 用环氧树脂胶(15)将长周期光纤光栅传感(11)黏贴在毛细管（13)上； G、 长周期光纤光栅传感(11)和毛细管（13)构成的整体采用水泥砂浆(14)浇筑。9. 根据权利要求8所述的一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器制作工艺，其特 征在于，水泥砂浆(14)的厚度为1.5-3cm〇10. -种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器的钢筋锈蚀监测方法，其特征在于： A、根据权利要求1所述的一种单端镀膜反射式长周期光纤光栅传感器，将光纤光栅段1 引出的传输线缆与光纤光栅解调仪(10)连接，光纤光栅解调仪(10)的精度与光谱仪的精度 对比连接； B、 光纤光栅解调仪（10)通道内部发出的光依次经过光纤光栅段（1)、光纤段(2)和尾端 段⑶； C、 光在光纤光栅段(1)上发生SPR效应，通过光纤段(2)到达探头传感端面(61)，光纤陶 瓷芯（12)保护探头传感端面(61 )，使得单端反射效果更好； D、 光从探头传感端面(61)被反射回来，依次经过尾端段(3)、光纤段(2)和光纤光栅段 (1)，发生SPR效应，且与前向传输的光发生自干涉效应，返回到光纤光栅解调仪（10)通道 内； E、 光纤光栅解调仪(10)将光传输过程中的光谱显示出来； F、 把钢筋锈蚀的状态和光谱的谐振峰波长的偏移联系起来，从而计算出实际中钢筋锈 蚀的状态。
【文档编号】G01N21/25GK105842147SQ201610410942
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】王彦, 胡兴柳, 刘加萍, 赵凯, 孔正义
【申请人】安徽工业大学