本发明涉及一种基于多路复用本征法布里-珀罗干涉仪的用于监测钢筋腐蚀膨胀径向应变分布的装置，属于结构健康监测，用于混凝土结构中钢筋腐蚀膨胀径向应变分布的监测。
背景技术：
1、钢筋混凝土结构有着施工程序简便、施工效率高且周期短、长期使用时性价比高等众多优点，是一种非常经济的结构形式，其广泛应用于工业及民用建筑，是目前全世界建筑行业使用最为广泛的结构类型之一。然而，随着时间的推移、工程结构服役环境的复杂化，钢筋混凝土结构的耐久性问题日益突出，钢筋腐蚀导致了混凝土结构的过早破坏。除此之外，在靠近海岸的桥梁或港口等工程中，由于腐蚀的原因，钢筋混凝土结构建成后出现了更早的损坏现象，无法达到设计使用年限，降低原本应具有的经济性。因此为了确保结构安全正常运行，对结构中钢筋腐蚀膨胀径向应变分布的监测是必不可少的。
2、目前，对于钢筋腐蚀膨胀的常用检测方法分为破损检测及无损检测两大类。其中，破损检测是将结构凿开，通过肉眼观察漏出钢筋的方式做判断。该方法一般是在钢筋腐蚀较严重的情况下进行，此时已是结构损坏中后期，无法达到实时监测的效果。而无损检测则包含了电阻棒法、涡流探测法、声发射探测法、腐蚀电位法等。一方面，由于成本高、无法长期实时监测，且受安装条件、现场环境等多方面的限制，目前这些方法在实际工程中还难以大范围应用；另一方面，混凝土结构中钢筋腐蚀多为沿长度和圆周分布不均匀的局部腐蚀，而这些方法无法检测钢筋腐蚀的不均匀性。
3、近年来，由于光纤小巧轻便、抗腐蚀、抗电磁干扰、可以实时监测、进行网络化以及数据可靠等优点，在结构健康监测中受到了高度重视。其中，法布里-珀罗干涉型光纤传感器通过在光纤上构建法珀腔来实现光束间的干涉,当被测物理量发生改变的时候,其两相干光相位差也随之变化,其干涉光谱发生漂移。传统的法布里-珀罗干涉型光纤传感器与分布式光纤相比，分辨率更高，可达到纳米级别，但缺点在于只能进行单一位置的测量。而多路复用本征法布里-珀罗干涉型光纤传感器拥有多个珐珀腔，可实现多个位置的监测，弥补了传统的不足之处。该类传感器具有较高的分辨率与灵敏度，可应用于钢筋混凝土结构构件的健康检测，在钢筋腐蚀膨胀监测领域具有极大的发展空间。
4、因此，针对钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀膨胀环向应变分布的监测，从新的技术角度提供一种高度灵敏、实时、无损的监测装置是尤为重要的，从而为钢筋混凝土结构的安全服役提供重要保障。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于监测钢筋腐蚀膨胀径向应变分布的装置，其目的是实现对钢筋腐蚀膨胀径向应变分布的实时监测，准确地判定结构的健康状态，从而保障结构的安全。
2、本发明的技术方案：
3、一种用于监测钢筋腐蚀膨胀径向应变分布的装置，包括半环形不锈钢外壳1、半环形不锈钢外壳盖2、半环形不锈钢外壳底3、扇形空心外凸挤压块4、单模光纤5、法珀腔6、保护软套7、蝶形手拧胶头螺丝8、铆钉9；
4、所述的半环形不锈钢外壳1由半环形不锈钢外壳盖2和半环形不锈钢外壳底3拼接成，如图1所示，拼接时采用环氧树脂胶粘结；
5、所述的半环形不锈钢外壳1内半圆侧是敞开的，且边缘处有凸起部分；
6、所述的扇形空心外凸挤压块4材质为pa12尼龙材料，通过多射流熔融3d打印技术制造而成；
7、所述的半环形不锈钢外壳1中沿圆周放置有若干个扇形空心外凸挤压块4；
8、所述的扇形空心外凸挤压块4放于半环形不锈钢外壳1中，外侧的凹弧面被半环形不锈钢外壳1内半圆侧边缘凸起处阻挡住，不会滑出；
9、所述的扇形空心外凸挤压块4外侧的凸弧面弧顶处与半环形不锈钢外壳1内部壁相接触，且采用氰基丙烯酸酯胶水进行粘结，其余接触部分皆为普通接触，没有进行任何粘结固定；
10、所述的扇形空心外凸挤压块4高度与半环形不锈钢外壳1内部空间高度相同；
11、所述的单模光纤5上由飞秒激光技术产生了若干个法珀腔6；
12、所述的单模光纤5从扇形空心外凸挤压块4的平面与弧形面交界线中点处穿透而过，如图2所示；
13、所述的扇形空心外凸挤压块4与单模光纤5接触部分采用氰基丙烯酸酯胶水进行粘结；
14、所述的单模光纤5上的法珀腔6位于扇形空心外凸挤压块4中间空心部分的中间位置处；
15、所述的单模光纤5伸出半环形不锈钢外壳1的部分采用保护软套7进行保护；
16、所述的两个半环形不锈钢外壳1之间，在进行拼合时一端由铆钉9进行活动铆接，支持装置转动，不可拆卸。另一端由蝶形手拧胶头螺丝8进行连接，可进行装置打开；
17、所述的半环形不锈钢外壳1尺寸与扇形空心外凸挤压块4数量和尺寸根据实际待测钢筋的直径大小进行调整。
18、本发明的工作原理：
19、基于多路复用本征法布里-珀罗干涉仪的用于监测钢筋腐蚀膨胀径向应变分布的装置原理如图9所示，当钢筋发生腐蚀膨胀时，膨胀物会对扇形空心外凸挤压块4施加径向挤压力，此时扇形空心外凸挤压块4径向应变会减小，而环向应变会增大。由于扇形空心外凸挤压块4与单模光纤5接触部分采用氰基丙烯酸酯胶水进行粘结，因此单模光纤5会随着扇形空心外凸挤压块4环向应变的增大而伸长，这也导致了法珀腔6的腔长由l伸长至l’，从而引起了法珀腔6的拉伸应变增大。通过建立扇形空心外凸挤压块4环向应变量与法珀腔6拉伸应变增大量的关系，实现对钢筋腐蚀膨胀径向应变分布的实时监测。
20、如图9所示，在钢筋发生腐蚀前，扇形空心外凸挤压块4空心部分上半段可视为边长为a的等腰三角形，底角角度为θ。此时扇形空心外凸挤压块4空心部分处的光纤长度l为
21、l＝2acosθ (1)
22、当钢筋发生腐蚀后，体积膨胀引起沿圆周某一点处的半径增加量x，此时该处的扇形空心外凸挤压块4空心部分上半段等腰三角形腰长不变，高减少从而导致光纤产生环向应变被拉长，长度l′为
23、
24、该部分的光纤伸长变形量δl为
25、
26、则光纤的应变ε为
27、
28、基于瑞利散射分布式光纤应变传感原理，当应变发生改变时，光纤中光信号的背向瑞利散射光谱在频率上会发生偏移，其偏移量的大小与应变的变化大小成正比，即
29、v′＝v0+c·ε (5)
30、式中，ν0和ν′分别为钢筋腐蚀前与腐蚀后的光谱频移；c为应变系数(dv/dε)；ε为光纤应变。
31、又因为钢筋沿圆周某一点处的径向应变ε′与增加量x间的关系式为
32、
33、式中，r为钢筋原半径。
34、将关系式(4)代入关系式(5)后，再将关系式(6)代入，得到光谱频移与钢筋沿圆周某一点处的径向应变ε′的关系式，即
35、
36、所以，通过光纤测得的光谱频移，再依据关系式(7)，即可得出腐蚀后钢筋沿圆周某一点处的径向应变ε′。
37、因此，基于上述发明原理，我们通过连续光纤测得的光谱频移即可监测到钢筋是否发生腐蚀，并计算出钢筋腐蚀膨胀后沿圆周各点的径向应变分布情况。
38、本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
39、(1)本发明通过监测光纤中光谱信号的变化情况，实现对钢筋腐蚀膨胀径向应变分布的监测。
40、(2)本发明对钢筋腐蚀膨胀物产生的挤压力较敏感，灵敏度较高，且性能稳定。
41、(3)本发明能够实时、在线、无损地监测钢筋腐蚀膨胀径向应变分布情况，从而对结构安全进行预警维护。
42、(4)本发明制作简单、经济成本低，大大降低了人工作业量，且安装方便，便于大规模投入使用。