[实用新型]地下建筑用光纤光栅传感器阵列及其防护装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种地下建筑用光纤光栅传感器阵列及其防护装置，属于光纤光栅传感器领域。

背景技术

目前，光纤光栅传感技术以其优越的抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、体积小、传输损耗小、传输容量大等特点，在建筑结构健康监测领域中得到广泛的使用，然而在项目实施过程中，光纤光栅传感器及光缆的布设防护为一线施工环节，面临着恶劣的土木施工环境，所以有效的防护措施及施工工艺是系统长期稳定工作的重要保障。

光纤光栅传感器安装方式有安装式和预埋式两种，对于大型地下浇筑式建筑物，空间的局限性决定了最合适的布设方式为浇筑预埋式。理由有三：一是可提高测点布局的自由度，实现无死角布设；二是无需预留后期操作空间；三是浇筑后的建筑结构对光纤光栅传感器及光缆形成了极佳的保护。

光纤光栅传感器的核心部件为位于裸光纤上的一段光纤光栅，裸光纤本身质地脆弱，易断裂，要提高光纤光栅传感器的环境适应性及使用寿命，根本上讲就是提高光纤的环境适应性及长期工作稳定性。影响光纤使用寿命的因素主要有：一、光纤表面的微裂纹的存在和扩大；二、大气环境中的水和水蒸气分子对光纤表面的侵蚀；三、不合理敷设光缆时残留下来的应力长期作用。在土木施工现场，钢筋结构的架设，混凝土浇筑及振动捣实过程中，会直接对埋设的光纤光栅传感器及其光纤连接通道带来水汽和应力的作用，此外光纤光栅传感器的光纤通道连接通常采用熔接的方式，其操作精细，在土木工程粗放型的施工现场存在极大的施工难度。

因此，能否在粗放型土木施工现场，尤其在混凝土振动捣实及固化期间对光纤光栅传感器及光缆提供有效保护；能否实现光纤光栅传感器布设与钢架结构构建同步进行，无施工交叉影响，实现无死角光纤光栅传感器布设；能否实现监测系统的长期工作稳定，在建筑物动辄几十年甚至上百年的使用寿命中发挥应有的作用，主要取决于光纤光栅传感器，光纤及其熔接点的防护措施是否长期稳定、有效。

发明内容

本实用新型提供了一种地下建筑用光纤光栅传感器阵列及其防护装置。

本实用新型提供的光纤光栅传感器阵列，由多个测试通道组成，每个测试通道由若干光纤光栅传感器串联组成，相邻的两个光纤光栅传感器连接处通过光纤熔接方式连接。传感器两端均可传输光信号，相应地每个通道两端均可传输光信号。测试系统工作时，宽带光源经由耦合器、程控光开关、配线设施、主光缆、单模单芯铠装光缆为测试通道中的每个光纤光栅传感器提供宽带光源，光纤光栅传感器进行波长调制并将其从原路反射回去，通过耦合器耦合进入光纤光栅解调仪，解调并转换为电信号后传输到控制主机进行数据分析及存储，另外，程控光开关受控制主机的控制进行通道切换。

防护装置包括传感器、熔接点和单模单芯铠装光缆的防护。光纤光栅传感器之间、传感器与铠装光缆的连接处均采用裸光纤熔接的方式设置成熔接点。

本实用新型提供一种地下建筑用光纤光栅传感器阵列，光纤光栅传感器的中心为一根裸光纤，裸光纤中部经光刻形成布拉格光纤光栅，布拉格光纤光栅经金属化处理后焊接固定于两个固定端子上，固定端子与弹性梁通过螺纹连接；弹性梁中部设有栅栏结构，每两个栅栏结构之间交叉90度；弹性梁两端设有防水槽卡放橡胶圈，并整体穿套金属套管；固定端子与套接柱通过螺纹连接；套接柱的端部安装压接端子；光纤光栅外延的纤芯穿入铠装光缆，铠装光缆在压接端子处压接固定，结合部位放置准直套管；光纤光栅传感器两端的套接柱是由宝塔状和精密螺纹两种结构组成的柱体。

光纤光栅传感器制造方案为：裸光纤中部经光刻形成的的布拉格光栅作为核心敏感单元，对其及与之相邻的一小段裸光纤进行金属化处理后焊接于两个固定端子上，这两个固定端子提前与弹性梁螺纹连接。弹性梁两端具有防水槽，放置橡胶圈后再次整体穿套金属套管，然后在其两端安装套接柱，套接柱的另一端安装压接端子，单模单芯铠装光缆的保护结构在穿套裸光纤后在压接端子处压接固定。

上述方案中，所述防水槽内设有橡胶圈。

上述方案中，所述布拉格光纤光栅的两端与固定端子通过焊接的方式固定。

上述方案中，其内部的布拉格光栅及与之相邻的一小段裸光纤进行金属化处理，极大地提高了光纤光栅的应变灵敏度，同时也提高了防水、防潮、抗应力及长期工作稳定性。金属化处理后的布拉格光栅固定端子焊接在一起，极大地提高了光纤光栅灵敏度，同时也提高了长期工作稳定性。中部的弹性梁栅栏结构可实现多维拉伸及弯折，使其具备了同时感应拉伸、弯曲、扭曲三种形式的应变。穿套于弹性梁上的金属套管及橡胶圈，可以对其内部裸光纤及光纤光栅，提供防水、防潮、抗震、抗应力防护。