耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请属于监测技术领域，具体地说，涉及一种耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋。
【背景技术】
[0002]各种结构如建筑结构、桥梁结构、地下结构、海洋结构等在其服役期因受到环境及荷载等各种效应的耦合作用，不可避免地产生损伤并积累，在必要的情况需对其进行维修和加固。预应力碳纤维筋因具有强度高、重量轻、耐久性好、易于施工等优点而广泛应用于各类结构、构件的维修加固中，对其加固使用过程中的应力变形状态监测具有十分重大的意义。光纤光栅技术通过栅格反射波长的变化和移动来感知外界物理量如应力、应变、温度、浓度的微小变化，测量线性拟合度高，稳定性好。光纤光栅具有抗电磁干扰能力强、传感器体积小、接线简单、远距离数据传输方便等的优点，对结构构件的应变能进行高精度的、绝对的、准分布式数字测量，适合用于高强碳纤维筋的受力变形的监测。
[0003]光纤光栅的材料脆，使用时受到的拉伸应变有限，一般不能超过5000微应变，因此光纤光栅的量程较小。为提高强度利用率，维修加固用碳纤维筋在受力时应变往往较高，不加预应力的碳纤维筋受力应变值接近6000微应变，加预应力的碳纤维筋长期受力时应变值则达到甚至超过9000微应变。此外，由于光纤光栅为极细小的、易脆的丝线，直径仅为0.05_左右，布设工艺难度大，布设不当时可能会导致其与构件粘合不充分，所检测到的应变量与实际应变可能不吻合；另在复杂的施工过程可能会对光纤光栅保护不当，无法保证其使用寿命以满足构件整个使用期的监测。
【实用新型内容】
[0004]有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是解决现有光纤光栅对碳纤维筋在使用过程中应力应变监测时量程受到限制问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本申请提供一种耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋，其上设置有至少一个螺旋式凹槽，所述螺旋式凹槽内放置有光纤线以及用于覆盖所述光纤线的光纤保护层，所述光纤线上刻有多个应变光栅和温度光栅。
[0006]进一步的，所述螺旋式凹槽的横截面为圆弧形，其半径大于或等于0.1毫米，且小于或等于0.5毫米。
[0007]进一步的，所述光纤线和所述光纤保护层填充满所述螺旋式凹槽。
[0008]进一步的，所述螺旋式凹槽个数为I至4个。
[0009]进一步的，所述螺旋式凹槽的螺旋角大于0°，且小于或等于90°。
[0010]进一步的，所述耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋为加固型碳纤维筋。
[0011]与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果:
[0012]I)通过将多个应变光栅直接耦合在碳纤维筋内部，提高了结构粘合程度，并与构件的变形保持一致，使应变光栅所测应变与构件的实际应变相吻合；
[0013]2)通过在碳纤维筋上设置螺旋式凹槽，根据构件的应变范围，改变凹槽螺旋角的大小，即改变凹槽的螺距，扩大应变光栅测量的量程，避免了由于光栅材料本身玻璃脆性而限制其测量量程的不利因素；
[0014]3)通过将温度光栅和应变光栅设置于碳纤维筋内部，在复杂的施工环境下基本不受影响，避免了由于施工因素对温度光栅和应变光栅的不利影响，保证了温度光栅和应变光栅的使用寿命满足长期监测的目的；
[0015]4)通过碳纤维筋开多个螺旋式凹槽，使多组光纤同时工作，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；
[0016]当然，实施本申请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】
[0017]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
[0018]图1是本申请实施例的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋的示意图；
[0019]图2是本申请实施例的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋的部分放大示意图；
[0020]图3是本申请实施例的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋的横截面示意图；
[0021]图4是本申请实施例的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋的横截面的另一示意图；
[0022]图5是本申请实施例的温度光栅与碳纤维筋轴向变形数学关系示意图。
【具体实施方式】
[0023]以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请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。
[0024]如图1至图5所示，本实施例提供了一种耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋(以下简称“碳纤维筋”)10，设置有至少一个螺旋式凹槽101，所述螺旋式凹槽101内放置有光纤线102以及用于覆盖所述光纤线102的光纤保护层103，所述光纤线102上刻有多个应变光栅和温度光栅。
[0025]具体而言，碳纤维筋10为加固型碳纤维筋，其尺寸及规格可根据实际需要进行切割或者加工。所述螺旋式凹槽101的横截面为圆弧形，其半径大于或等于0.1毫米，且小于或等于0.5毫米。所述光纤线102和所述光纤保护层103填充满所述螺旋式凹槽101。所述螺旋式凹槽个数为I至4个。所述螺旋式凹槽的螺旋角大于0°，且小于或等于90°。
[0026]如图5所示，所述螺旋式凹槽101的螺旋角Θ可以大于0°且小于等于90°，本实施例中，具体为所述凹槽2的螺旋角Θ为45°。
[0027]本实施例中，所述螺旋式凹槽101的螺旋角Θ对光纤线102的量程的增大作用如下:
[0028]当碳纤维筋10产生微应变时由于应变与碳纤维筋10尺寸差距较大，角度变化可忽略不计，图5中螺旋角Θ为45°，L1为光纤线102长度，L2为螺距，Ql为碳纤维筋10轴向应变，Q2为光纤线102的应变，耦合在碳纤维筋10上的光纤线102的应变Q2与碳纤维筋10轴向应变Ql之比为sin45°，即螺旋式凹槽101的螺旋角Θ为45度时，光纤线102应变只是碳纤维筋10轴向应变的0.707倍，所以此时光纤线102的量程变为直接沿碳纤维筋10轴向布置时的1.414倍。当温度光栅和应变光栅以不同角度进行螺旋式布置时，其对量程的增大效果不同。由此可以通过改变螺旋角实现根据不同建筑物的需要而使用不同量程的目的。
[0029]本实施例提供了耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋的制作方法，包括如下步骤:
[0030]步骤1:在碳纤维筋10上开设螺旋式凹槽101;
[0031]步骤2:对所述碳纤维筋10进行拉伸，拉伸应力大于或等于lOMPa，且小于或等于2400MPa；
[0032]步骤3:在所述螺旋式凹槽101内涂抹光纤线胶黏剂，并将刻有多个温度光栅和应变光栅的光纤线102粘贴在所述螺旋式凹槽101内；
[0033]步骤4:在所述螺旋式凹槽101内放置用于覆盖所述光纤线102的光纤保护层。
[0034]本实施例中，碳纤维筋10为加固型碳纤维筋，其尺寸及规格可根据实际需要进行切割或者加工。所述螺旋式凹槽101的横截面为圆弧形，其半径大于或等于0.1毫米，且小于或等于0.5毫米。所述光纤线102和所述光纤保护层103填充满所述螺旋式凹槽101。所述螺旋式凹槽个数为I至4个。所述螺旋式凹槽的螺旋角大于0°，且小于或等于90°。
[0035]本申请通过将光纤线102直接耦合在碳纤维筋10内部，提高了结构粘合程度，并与构件的变形保持一致，使应变光栅所测应变与构件的实际应变相吻合;本申请通过改变螺旋式凹槽101螺旋角Θ的大小，扩大温度光栅和应变光栅测量的量程，避免了由于光纤线102本身玻璃脆性而限制其测量量程的不利因素;本申请可以通过将光纤线102位于碳纤维筋10内部，在复杂的施工环境下基本不受影响，避免了由于施工因素对温度光栅和应变光栅的不利影响，保证了光纤线102的使用寿命满足长期监测的目的;本申请还可以在碳纤维筋10开多个螺旋槽口 101，使多组光纤线102同时工作，可进行多项数据对比，很大程度上提供了监测结果的准确性和说服力。
[0036]上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请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申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋，其特征在于，其上设置有至少一个螺旋式凹槽，所述螺旋式凹槽内放置有光纤线以及用于覆盖所述光纤线的光纤保护层，所述光纤线上刻有多个应变光栅和温度光栅。2.根据权利要求1所述的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋，其特征在于，所述螺旋式凹槽的横截面为圆弧形，其半径大于或等于0.1毫米，且小于或等于0.5毫米。3.根据权利要求1所述的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋，其特征在于，所述光纤线和所述光纤保护层填充满所述螺旋式凹槽。4.根据权利要求1所述的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋，其特征在于，所述螺旋式凹槽个数为I至4个。5.根据权利要求1所述的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋，其特征在于，所述螺旋式凹槽的螺旋角大于0°，且小于或等于90°。6.根据权利要求1-5任一项中所述的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋，其特征在于，为加固型碳纤维筋。
【专利摘要】本申请提供一种耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋，其上设置有至少一个螺旋式凹槽，所述螺旋式凹槽内放置有光纤线以及用于覆盖所述光纤线的光纤保护层，所述光纤线上刻有多个应变光栅和温度光栅。本申请可以解决现有光纤光栅对碳纤维筋在使用过程中应力应变监测时量程受到限制问题。
【IPC分类】G01B11/16, G01K11/32
【公开号】CN205228390
【申请号】CN201521086553
【发明人】覃荷瑛, 朱万旭, 韦昌富, 吕海波, 李丽
【申请人】桂林理工大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月23日