[发明专利]基于光纤传感的分布式高精度自监测FRP筋/索的规模化生产工艺

说明书

(一)技术领域

本发明是一种基于光纤传感的分布式高精度自监测FRP筋/索的规模化生产工艺，属于智能结构材料及传感监测的技术领域。

(二)背景技术

连续纤维增强聚合物复合材料(Fiber Reinforced Polymer，FRP)具有强度高、密度小、耐久性好等优点，因此，认为是可以在土木工程结构中代替钢材的优良选择。目前用于实际工程的纤维主要碳纤维、玻璃纤维、纺轮纤维和玄武岩纤维，纤维与聚合物可以复合成筋/索材、板材以及其他各种形式的型材。其中，FRP筋受到了研究者的广泛关注。国内，东南大学、福州大学等一些科研单位对FRP筋/索的基本力学性能及其增强结构的性能展开了比较系统的研究。然而，FRP材料是一种各向异性材料，而且完全线弹性，故FRP筋/索存在抗剪能力差、脆性破坏等缺陷。对FRP筋/索实现全寿命周期的准确监测，可以积极促进这种高技术材料在实际工程中的广泛应用。

分布式光纤传感技术因其测试的分布性、网络性、稳定性等优点，近年来被不断应用结构健康监测。目前国际上分布式光纤传感技术依据其测试原理的差异主要分为强度型(如微弯型光纤)、干涉性(如SOFO系统)和散射型(如基于布里渊散射的测试系统)等。其中基于布里渊散射机理的BOTDR(Brillouin Optical Time Domain Reflectry)、BOTDA(Brillouin Optical Time Domain Analysis)等传感技术由于其在温度、应变的测试精度高、信息全面以及测试距离长等方面的巨大优势，受到了各国研究者的青睐。自1989年Horiguchi等人提出首次分别提出了利用布里渊光的频移特性作为分布式应变和温度传感以来，经过近二十年的发展，测试的空间分辨率达到10cm，应变测试精度±6με，温度测试精度1℃。

将分布式传感光纤复合进FRP筋/索，形成一种智能结构材料，即自监测FRP筋/索。这样不仅使脆弱的光纤在实际使用时得到很好的保护，同时能够对FRP筋/索进行有效的实时监测，提高这种高强度、高耐久性的线弹性材料在工程应用时的安全性能。日本茨城大学吴智深等提出利用纤维封装光纤传感器，提高传感器在结构上布设时的耐久性和存活率；国内，哈尔滨工业大学欧进萍等首次将光纤光栅埋入FRP筋中，改善了光纤光栅在混凝土结构内部监测的环境。

但在实际生产、应用中主要存在这样一些问题：(1)光纤比较脆弱，在FRP筋/索的拉挤成型工艺中存活率很低，严重影响连续化大规模生产；(2)在FRP材料普通复合工艺(即热固性复合)中光纤传感器接口(即一段用于连接其他光纤传感器的自由光纤)引出比较困难；(3)传光元件(即纤芯和包层)与外围树脂涂层之间存在滑移以及在空间分解能(即最小测量距离)内的光纤应变不均匀等因素降低了分布式传感测试时的精度。

针对上述问题，哈尔滨工业大学周智等对裸光纤(普通商业光纤)埋设进热固性FRP筋的探头引出进行了探讨和研究，即对光纤进行刷油隔胶，然后剥离固化的FRP筋使得光纤传感器接口引出；日本茨城大学吴智深、张浩等通过理论和实验研究提出光纤无滑移化和长标距化(即光纤定点布设)可以提高分布式传感光纤的测试精度。

然而目前各种研究中总是涉及到非常麻烦的人工处理，这不仅降低工业化水平，提高生产成本，而且会影响产品的成品率和性能的稳定性。而且，使用光纤一般都是普通商业通讯光纤，会降低产品的实际传感测试精度。

本发明是建立在各个环节完全机械化、可自动控制化的基础上，真正意义实现基于分布式光纤传感技术的高精度自监测FRP筋/索的规模化生产。

(三)发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种在很少量改动现有FRP筋/索和光纤的生产设备及工艺的前提下，适合于基于分布式光纤传感技术的高精度自监测FRP筋/索的大规模生产的制造工艺。

技术方案：本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种基于光纤传感的分布式高精度自监测FRP筋/索的规模化生产工艺，包括以下步骤：

第一步、在高精度光纤传感器周围无粘结编织/缠绕增强纤维形成高精度光纤传感器的封装制品，也即光纤-纤维的干式复合增强光纤；