[实用新型]大量程基于光纤光栅传感技术的钢筋锈蚀监测传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种应力传感器，属于传感器技术领域，尤其属于应用于土木工程检测技术领域的应力传感器。

技术背景

钢筋锈蚀膨胀导致混凝土开裂结构破坏，影响结构物使用安全，钢筋锈蚀潜伏期难以发现，混凝土开裂后宜尽早采取修复措施，但混凝土开裂往往也不容易发现。钢筋混凝土耐久性极限状态的定义为：初始至钢筋锈蚀导致混凝土开裂到一定的程度，对于预应力混凝土：初始至钢筋开始锈蚀，因此钢筋混凝土建筑中（尤其是氯盐污染环境下）钢筋开始锈蚀的时间点很重要，是耐久性设计的关键点；钢筋锈后至开裂的时间（T1）也对耐久性设计来说也非常关键，是耐久性设计中重要的参数。

传统传感器采用电阻应变片或振弦频率测定应变、应变和位移，此类传感器需要导线连接，埋置在混凝土中容易出现短路，一般存活率较低，恶劣环境中使用寿命短，因此急需一种长期稳定性好，测量精度高，测量范围大，安装方便且能全过程检测钢筋锈蚀膨胀混凝土开裂全过程的传感器。

目前也有用利用光纤监测钢筋锈蚀的装置，例如：公开号为CN102095677A，公开日为2011年6月15日，发明名称为一种钢筋混凝土锈裂监测方法及传感器的中国发明专利申请公开了一种基于分布式光纤传感技术的钢筋混凝土锈裂监测方法，利用传感器内部埋设的钢筋和不锈钢段，由电化学工作站定期检测其极化电流判断钢筋初始锈蚀时间，利用传感器内部铺设的环绕钢筋布置的传感光纤，由分布式光纤传感技术实时监测光纤应变，并推断钢筋混凝土处于锈胀或锈裂阶段，同时由标定曲线判断锈胀或锈裂程度。但该发明中在钢筋膨胀应力下光纤受拉变形，由于光纤弹性模量高，只能用于监测早期钢筋锈蚀，而后期由于钢筋锈蚀膨胀，容易导致光纤被拉断，因此一般量程不大。

实用新型内容

本发明的目的在于解决上述问题，克服现有技术中传统传感器的不足，提供一种在潮湿甚至海水环境中具有长期稳定性、大量程的钢筋锈蚀应力传感器。

为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种大量程基于光纤光栅传感技术的钢筋锈蚀监测传感器，其包括：

由内层扇形垫板与外层扇形垫板组成的垂直于待测钢筋轴线的扇面，内层扇形垫板的内圈环绕于待测钢筋之外周，内层扇形垫板外圈与外层扇形垫板内圈之间留有径向间隙；及

带有至少一段敏感光栅的光纤，所述敏感光栅由金属套管包裹固定，所述金属套管径向固定于内层扇形垫板与外层扇形垫板之间，所述光纤两端延伸至外层扇形垫板之外与外部信号处理单元连接，位于两端之间的部分呈圆滑弧形弯曲固定于内层扇形垫板与外层扇形垫板内部；及

弹性塑料外壳，所述塑料外壳设置于内层扇形垫板与外层扇形垫板所形成的扇面的两外侧。

为了使传感器受压后均匀受力，所述敏感光栅有两段，分别由金属套管包裹固定并相对于内层扇形垫板与外层扇形垫板所形成的扇面的中心线对称设置。

所述内层扇形垫板由两块内层扇形半垫板重叠而成，所述外层扇形垫板由两块外层扇形半垫板重叠而成，两块内层扇形半垫板或两块外层扇形半垫板的重叠接触面分别开设有凹槽，当两块内层扇形半垫板或两块外层扇形半垫板分别拼合后所述凹槽成形为供所述金属套管及光纤穿过的通道。该结构的目的是为了方便安装金属套管和光纤，可直接把金属套管夹置于两层垫板之间。

两段敏感光栅为具有不同栅格距离的敏感光栅，可分别反射频率不同的光谱。

所述弹性塑料外壳设有与所述内层扇形垫板和外层扇形垫板固定连接的安装孔，螺钉固定于安装孔后螺钉与孔壁之间的空隙以弹性胶填充，其主要作用是隔离混凝土保护传感器，保证内层扇形半垫板受压应力后能传递给金属套管，保证传感器的敏感性。

所述传感器还包括用于捆绑固定在被测钢筋上的钢丝或尼龙扎带。

优选地，所述的内层扇形垫板或外层扇形垫板的圆心角为90度，以便可以同时使用多个监测传感器。

进一步地，所述监测传感器成对设置在垂直于待测钢筋轴线的某一截面上，并中心对称，以适用于不同的应用环境。

本实用新型按被测钢筋截面轮廓设计，被测钢筋锈蚀后发生膨胀，挤压传感器内层扇形半垫板，压缩金属套管和光纤敏感光栅部位，改变光栅的空间距离，反射光频率改变转化为光信号，通过光纤传输，可以实现远端测量，并且精度高，可靠性好。由于光纤自身具有较高的弹性模量，在受压的条件下，变形不大，故在钢筋开始锈蚀产生挤压应力，直到钢筋锈蚀到一定程度导致钢筋周围混凝土开裂而产生应力松弛等过程均能监测到，因此本实用新型具有监测量程大，长期稳定性，结构简单合理，安装使用方便等优点。