[发明专利]一种测量混凝土结构内部变形量的FBG传感器

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术，具体涉及一种测量混凝土结构内部变形量的FBG传感器。

背景技术

混凝土是一种由水泥、砂、石、水、空气、化学外加剂等物质组成的多相复合材料，其性能复杂，通常连续暴露在恶劣的环境(如冻融、干湿变化)里或在荷载作用下易发生变形甚至开裂。裂缝是混凝土老化和病变的表现，对结构的危害较大。严重的裂缝会恶化混凝土结构的应力状态，破坏其整体性和抗渗性。进而影响结构的长期耐久性。细微的裂缝不仅能影响结构的美观，甚至演化为严重裂缝。因此，对裂缝进行监测非常必要，尤其是混凝土内部的变形监测。

混凝土变形监测研究更多的偏重于结构的表面，在混凝土表面粘贴裸光栅以及安装封装后的传感器，但裸光栅较脆，且测量量测有限；封装后的传感器也只是测量混凝土的表面，对内部的测试能力有限。

苏州南智传感公司设计的混凝土内部FBG应变计采用单点测试，将光栅粘贴的柔性钢材表面，测量钢材的变形以获取混凝土的应变。但这样的设计难以满足长标距连续测量，而且由于光栅粘贴的钢材表面，获取的应变数据并非混凝土的真实应变。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量混凝土结构内部变形量的FBG传感器，解决了混凝土内部变形的准确测量及开裂监测的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种测量混凝土结构内部变形量的FBG传感器，所述FBG传感器设置在混凝土结构的内部，包括FBG光栅串、M个固定端子和N根毛细钢管，其中M≥2，N≥1，固定端子和毛细钢管间隔布置，两者端部相接触，FBG光栅串贯穿N根毛细钢管和位于毛细钢管端部的固定端子。

所述毛细钢管为外壁带螺纹的毛细钢管。

所述FBG光栅串由一根完整的光纤构成，在光纤上刻写若干个光栅，光栅悬空置于毛细钢管内。

所述固定端子为圆柱体，沿中心轴线设有通孔，任意一端车有平面，所述平面位于通孔下方，且平面与通孔相切，FBG光栅串穿过所述通孔，与平面固连。

所述固定端子任意一端车有平面，所述平面长度为固定端子长度的1/3~4/5。

所述通孔直径与FBG光栅串的直径相同。

一种测量混凝土结构内部变形量的FBG传感器，还包括保护套管，保护套管将固定端子包裹，保护套管一端固定在固定端子一侧的毛细钢管上，一根毛细钢管有且仅固定一个保护套管。

所述保护套管长度大于固定端子长度。

所述FBG光栅串中的相邻的两个光栅间距等于相邻的两个光栅之间的固定端子的长度与光栅至上述固定端子端部的距离之和。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）采用FBG光栅串，FBG光栅串抗电磁干扰、耐腐蚀、灵敏度高、可分布成网。

（2）可埋入混凝土内部，实现对混凝土内部裂缝宽度测量。

（3）通过设置若干个毛细钢管和固定端子，实现了结构内部变形的多点多间距实时监测。

（4）制作简单，实用性强。

附图说明

图1为本发明的一种测量混凝土结构内部变形量的FBG传感器的整体结构示意图。

图2为本发明的固定端子放大示意图。

图3为本发明的FBG光栅串的放大示意图。

图4为本发明的实施例1中FBG光栅串上光栅位置示意图。

图5为图4中光栅测得的混凝土结构内部变形量的数据图，其中（a）为1号位置测得的混凝土结构内部变形量的数据图，（b）为2号位置测得的混凝土结构内部变形量的数据图，（c）为3号位置测得的混凝土结构内部变形量的数据图。

图6为本发明带螺纹的毛细钢管的放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1~图3，一种测量混凝土结构内部变形量的FBG传感器，所述FBG传感器设置在混凝土结构的内部，包括FBG光栅串1、M个固定端子2和N根毛细钢管3，其中M≥2，N≥1，相邻的两根毛细钢管3之间设有固定端子2，且固定端子2位于毛细钢管3端部，FBG光栅串1贯穿N根毛细钢管3和位于毛细钢管3端部的固定端子2，将毛细钢管3和位于毛细钢管3端部连为一个整体。

所述毛细钢管3为外壁带螺纹的毛细钢管。

所述FBG光栅串1由一根完整的光纤构成，在光纤上刻写若干个光栅，光栅悬空置于毛细钢管3内。