专利名称：一种带有温度补偿的光纤光栅钢筋混凝土锈蚀传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于结构工程和光纤传感技术领域，涉及到一种带有温度补偿的光纤光栅钢筋混凝土锈蚀传感器。
背景技术：
光纤光栅是用于长期监测的理想传感元件，它具有高分辨率、高精度、体积小、耐久性好、抗电磁干扰、可进行长距离准分布式实时监测等优点，因而在结构健康监测传感技术中有广阔的应用前景，尤其在测量应力和应变的场合，具有其它一些传感器无法比拟的优点，被认为是智能结构中最有希望集成在材料内部，探测其损伤的传感器。目前，已有一些将光纤光栅用于检测钢筋腐蚀的监测的传感器设计方案。梁大开、王彦等设计了一种长周期光纤光栅的钢筋腐蚀监测方法及其传感器 (CN2007100217^)，利用贴着钢筋的位置平直地放置一根长周期光纤光栅，定期由光谱仪观察长周期光纤光栅的透射谱变化，以此判断光栅是否发生了弯曲，并推断钢筋腐蚀的程度与速率。该发明通过对埋入的长周期光纤光栅的透射谱监测，可以对钢筋混凝土构件中的钢筋腐蚀情况进行监测。但该传感器不能真实有效的反应钢筋和混凝土之间的界面，另外监测精度不高，传感器的封装也存在一定问题，较难在工程实践中应用。董飒英、王洪仁等发明了一种实时监控金属腐蚀的敏感膜光纤传感器及其制备方法(CN20041003M75)。它包括金属外壳和设置在金属外壳内并连接金属外壳的测量部分， 测量部分是由FRP等强度梁和贴在FRP等强度梁上下表面的两根光纤光栅组成，光纤光栅的引出线穿过金属外壳并引出，金属外壳的内壁设有金属挡板，上面设置有电石，金属外壳下方设置有传力杆，传力杆一端与金属外壳内壁之间设有预压小刚度弹簧，传力杆的另一端设置有FRP圆盘。但该腐蚀传感器构造复杂，价格昂贵，并且不能真实有效的反应钢筋和混凝土之间的界面，难以应用到钢筋混凝土界面上。因此，目前在应用光纤布拉格光栅监测锈蚀方面虽有相关研究，但还不能有效地定量精确监测混凝土结构内部钢筋的锈蚀。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种监测钢筋混凝土结构锈蚀程度的传感器，用来监测由于混凝土碳化或氯离子渗透到钢筋表面所导致的钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的情况，尤其是对钢筋锈蚀程度的定量实时监测。本发明的技术方案是一种带有温度补偿的光纤光栅钢筋混凝土锈蚀传感器包括传感探头、不锈钢垫块、粘有应变监测光纤光栅的金属片、应变监测光纤光栅、粘有温度补偿光纤光栅的金属片、温度补偿光纤光栅、弹簧、封装部件和铠装光缆。该传感器利用工程中实际应用的钢筋材料制作成传感探头，利用耐腐蚀、耐久性好、刚度高的材料制作封装部件；封装部件侧面有一个与传感探头相匹配的孔，使传感探头穿过该孔后一端面可与混凝土接触形成钢筋材料与混凝土的界面，而传感探头的另一端与位于传感器内部的不锈钢垫块相连接；不锈钢垫块再通过其两个支点与粘有应变监测光纤光栅的金属片相接触；再在不锈钢垫块和封装部件之间安装弹簧；同时在传感器内部放置不受应力干扰的粘有温度补偿光纤光栅的金属片，修正环境温度对应变监测影响；最后光纤经过铠装光缆保护后从传感器内部引出。在实际应用过程中，该传感器可以安装在钢筋表面附近，也可以直接布置在钢筋混凝土结构保护层中。当混凝土碳化深度或氯离子到达传感探头位置时，传感探头与混凝土接触的一端发生锈蚀，传感探头锈蚀后发生体积膨胀，推动传感探头向传感器内部运动， 进而使粘有应变监测光纤光栅的金属片产生变形。通过应变监测光纤光栅监测到的变形情况，即可实现对传感探头锈蚀程度的定量监测，由于传感探头的材质与工程实际中应用的钢筋相同，因而能够准确的反应出传感探头附近或与传感探头处于相同环境中的钢筋的锈蚀情况，再通过传感器内部的温度补偿光纤光栅来修正环境温度对钢筋锈蚀监测的影响， 使钢筋锈蚀监测更加精确的同时，实现了钢筋混凝土结构内部温度的测量。该传感器中弹簧用于抵抗混凝土浇筑过程中对传感探头的冲击力，避免混凝土浇筑过程中由于冲击力过大导致传感探头向传感器内部发生大的位移，致使应变监测光纤光栅破坏。本发明的效果和益处是测量精度高，可对钢筋锈蚀进行实时定量监测、不破坏钢筋混凝土界面并且可同步实现钢筋混凝土结构内部的温度监测。
图1是带有温度补偿的光纤光栅钢筋混凝土锈蚀传感器的横截面示意图。图2是带有温度补偿的光纤光栅钢筋混凝土锈蚀传感器的纵截面示意图。图中1传感探头；2不锈钢垫块；3粘有应变监测光纤光栅的金属片；4应变监测光纤光栅；5粘有温度补偿光纤光栅的金属片；6温度补偿光纤光栅；7弹簧；8封装部件；9 铠装光缆。
具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式
。一种带有温度补偿的光纤光栅钢筋混凝土锈蚀传感器包括传感探头、不锈钢垫块、粘有应变监测光纤光栅的金属片、应变监测光纤光栅、粘有温度补偿光纤光栅的金属片、温度补偿光纤光栅、弹簧、封装部件和铠装光缆。该传感器可以用来监测桥墩，承台，梁， 柱等重要结构物构件中钢筋的锈蚀情况。现以应用该传感器监测圆柱形桥墩中钢筋的锈蚀为例来具体说明。首先利用与桥墩中的受力钢筋相同的钢筋材料制作成传感探头，利用不锈钢材料制作封装部件；同时在封装部件侧面开一个与传感探头相匹配的孔，使传感探头穿过该孔后一端面可与混凝土接触形成钢筋材料与混凝土的界面，而传感探头的另一端与位于传感器内部的不锈钢垫块相连接；不锈钢垫块再通过其两个支点与粘有应变监测光纤光栅的金属片相接触；再在不锈钢垫块和封装部件之间安装弹簧；同时在传感器内部放置不受应力干扰的粘有温度补偿光纤光栅的金属片来修正环境温度对应变监测的影响；最后光纤用铠装光缆保护后从传感器内部引出。
传感器制作完成后，将其用细铁丝固定在钢筋表面，固定时令其传感探头朝向圆柱形桥墩的外侧。当混凝土碳化深度或氯离子到达传感探头位置时，传感探头与混凝土接触的一端发生锈蚀，传感探头锈蚀后产生体积膨胀，推动传感探头向传感器内部运动，进而使粘有应变监测光纤光栅的金属片产生变形。通过应变监测光纤光栅监测到的变形情况， 即可实现对传感探头锈蚀程度的定量监测，由于传感探头的材质与桥墩中应用的钢筋相同，因而能够准确的反应出传感探头附近以及与传感探头处于相同环境中的钢筋的锈蚀情况，再通过传感器内部的温度补偿光纤光栅来修正环境温度对钢筋锈蚀监测的影响，使钢筋锈蚀监测更加精确的同时，实现了桥墩内部温度的测量。该传感器中弹簧用于抵抗混凝土浇筑过程中对传感探头的冲击力，避免混凝土浇筑过程中由于冲击力过大导致传感探头向传感器内部发生大的位移，致使应变监测光纤光栅破坏。
权利要求
1. 一种带有温度补偿的光纤光栅钢筋混凝土锈蚀传感器，包括传感探头、不锈钢垫块、 粘有应变监测光纤光栅的金属片、应变监测光纤光栅、粘有温度补偿光纤光栅的金属片、温度补偿光纤光栅、弹簧、封装部件和铠装光缆，其特征在于，封装部件侧面有一个与传感探头直径相匹配的孔，使传感探头穿过该孔后一端面与混凝土接触形成钢筋材料与混凝土的界面，而传感探头的另一端与位于传感器内部的不锈钢垫块相连接；不锈钢垫块再通过其两个支点与粘有应变监测光纤光栅的金属片相接触；再在不锈钢垫块和封装部件之间安装弹簧；同时在传感器内部放置不受应力干扰的粘有温度补偿光纤光栅的金属片，修正环境温度对应变监测影响；最后光纤经过铠装光缆保护后从传感器内部引出。
全文摘要
一种带有温度补偿的光纤光栅钢筋混凝土锈蚀传感器，属于结构工程和光纤传感技术领域。其特征是利用工程中应用的钢筋制作传感探头，在封装部件上开一个与传感探头相匹配的孔，传感探头穿过该孔后一端与混凝土接触形成钢筋材料与混凝土的界面，另一端与传感器内部的不锈钢垫块相连，不锈钢垫块再与粘有应变监测光纤光栅的金属片相接触；在不锈钢垫块和封装部件之间安装弹簧；同时在传感器内部放置粘贴有温度补偿光纤光栅的金属片来修正环境温度对应变监测的影响；最后光纤经过铠装光缆保护后从传感器内部引出。本发明的效果和益处是测量精度高，可进行实时定量监测、不破坏钢筋混凝土界面并且可同步实现结构内部的温度监测。
文档编号G01N17/00GK102288534SQ20111012062
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月10日 优先权日2011年5月10日
发明者宫鹏, 巴勤, 欧进萍, 赵雪峰 申请人:大连理工大学