[发明专利]一种不干扰锈蚀界面的分布式光纤锈蚀传感器

说明书

技术领域

本发明是一种使用分布式光纤传感技术来监测混凝土结构中钢筋锈蚀程度的传感器。其主要利用钢筋锈蚀后体积膨胀的特性，以及光纤对变形的敏感特性，通过可靠有效的方法将钢筋锈蚀后的体积变形传递到传感光纤上，再由分布式光纤传感技术监测光纤应力状态的变化，从而实现对钢筋锈蚀的监测。

背景技术

光纤传感技术作为一种新型的监测方法，以其精度高、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点，越来越多地受到人们的重视。20世纪70年代末，随着光时域反射(OTDR)技术的出现，分布式光纤传感技术的研究受到越来越多的重视，得到了很快速的发展。分布式光纤传感技术中光纤既是传输介质，又是传感元件，分布式光纤传感器不仅具有一般光纤传感器的优点，而且可以在沿光纤长度方向上同时得到被测量参数在时间和空间上的分布信息，可以实现几十甚至上百公里范围的连续测量，显示出十分独特的应用前景，该类光纤传感器是目前国内外研究的一个重要方向。近二十年来，有关分布式光纤传感机理和光纤传感测量系统的研究工作主要在基于背向瑞利散射的分布式光纤传感技术(OTDR)、基于拉曼散射的分布式光纤传感技(ROTDR)、基于前向传输模耦合的分布式光纤传感技术和基于布里渊散射的分布式光纤传感技(BOTDA，BOTDR等)等四个方面取得了较大进展。

目前光纤传感技术已被应用到钢筋锈蚀的监测领域，但多采用点式的FBG光纤传感技术。由于混凝土结构中钢筋的锈蚀并非均匀的，而点式或半分布式的光纤传感技术由于其布点数量有限，无法满足钢筋锈蚀而导致的混凝土结构各区段变化的监测要求，而分布式光纤传感技术可以满足这一要求，它不需要在被测物中或表面布设传感探头，光纤既是传感介质又是传输介质，只要将传感光纤按一定的方式布设在被测物的内部和表面就能监测被测物的应变分布。本文就是基分布式光纤传感技术特点，对钢筋锈蚀导致的混凝土结构变形进行了分布式监测试验研究，探索混凝土结构中钢筋锈蚀变形监测的新方法。

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受锈蚀程度的传感器，该锈蚀传感器具有良好的精度和耐久性，能满足实际工程需要。

本发明的技术方案如下：

一种不干扰锈蚀界面的分布式光纤锈蚀传感器结构包括：钢筋、垫层、应变监测光纤和保护层。该传感器基于分布式光纤传感技术，利用钢筋锈蚀膨胀原理实现监测。用水泥砂浆薄层包裹钢筋，形成垫层；将有适当预应力的应变监测光纤紧密缠绕在垫层上；固定光纤两端，同时保护好应变监测光纤两端引线；然后用水泥砂浆作为保护层，包裹钢筋、垫层和应变监测光纤。当钢筋发生锈蚀产生体积膨胀时，同时会引起外围垫层的膨胀，而紧密周向缠绕的应变监测光纤就可以有效的感知到钢筋膨胀力。最后，利用分布式传感技术测出并记录应变监测光纤的应变变化情况，并以此为依据计算钢筋的锈蚀。

应变监测光纤并不直接缠绕在钢筋表面，而是隔离在垫层表面外，从而可以有效的避免应变监测光纤与锈蚀界面之间的相互干扰。同时，钢筋、垫层及应变监测光纤之间均是紧密无缝隙，钢筋膨胀力可以较有效的传递到应变监测光纤上。垫层和保护层的材料组成与被测混凝土结构保持一致，从而使受监测钢筋的锈蚀情况尽量与实际相符。而由于混凝土结构中的钢筋锈蚀并非是均匀的，在锈蚀监测的整体准确度上分布式光纤传感技术就明显的优于点式或半分布式的传感技术。因此，可以对混凝土结构中的钢筋实现较准确全面的锈蚀监测。

本发明的有益效果是抗电磁干扰、构造简单、稳定性好、使用寿命长、不破坏钢筋混凝土界面、光纤与锈蚀界面相互之间无干扰，同时实现了全分布式测量，从而更全面有效的感知钢筋锈蚀。

附图说明

图1是一种不干扰锈蚀界面的钢筋锈蚀传感器结构组成图。

图2是一种不干扰锈蚀界面的钢筋锈蚀传感器横截面图。

图中：1钢筋；2垫层；3应变监测光纤；4保护层。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施过程。

本明的结构如图1、图2所示，其结构包括钢筋、垫层、应变监测光纤和保护层。该传感器基于分布式光纤传感技术，利用钢筋锈蚀膨胀原理实现监测。用水泥砂浆薄层包裹钢筋，形成垫层；应变监测光纤再紧密缠绕在垫层上，缠绕过程中确保应变监测光纤有适当预应力；固定应变监测光纤两端，保护好光纤两端引线；然后用水泥砂浆作为保护层，包裹整个装置。当钢筋发生锈蚀产生体积膨胀时，同时会引起外围垫层的膨胀，紧密周向缠绕的应变监测光纤可以有效的感知到钢筋膨胀力。最后利用分布式传感技术测出记录传感光纤的应力变化情况，并以此为依据计算钢筋的锈蚀。