CN206057199U - 新型钢筋锈蚀光纤传感检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及钢筋锈蚀检测装置领域，具体涉及一种新型钢筋锈蚀光纤传感检测装置，包括光纤传感器、台阶、梯形框架和传输光纤；所述光纤传感器由双光纤光栅和基底两部分构成；双光纤光栅设置两个栅区，分别为FBG1和FBG2，两者间隔距离为5mm；FBG1作为应变测量光栅，预拉伸2‑3nm，采用光纤低温焊接玻璃将FBG1的两端固定在所述基底上，FBG2作为温度补偿光栅；所述基底的上表面沿长度方向刻有直径为0.5mm的半圆形槽；所述双光纤光栅固定在基底表面的半圆形槽内；在该栅区以外的基底侧面及表面涂上抗海水腐蚀的耐腐蚀橡胶。本实用新型采用梯形结构，台阶数量可根据需要进行增减，且定位杆的长度可调节，可对距混凝土表面不同深度处锈蚀状况进行在线检测。

Description

新型钢筋锈蚀光纤传感检测装置

技术领域

本实用新型涉及钢筋锈蚀检测装置领域，具体涉及一种新型钢筋锈蚀光纤传感检测装置。

背景技术

钢筋混凝土结构是土木工程中应用最广泛的结构形式，而钢筋腐蚀被认为是破坏该结构耐久性的最主要原因之一，因此对钢筋腐蚀情况进行监测，不仅对提高结构的安全性和可靠性具有重大意义，而且可以降低结构的维护费用，具有客观的经济效益。

传统的钢筋锈蚀检测方法如目测法是根据混凝土产生裂缝的大小来估计钢筋锈蚀的程度，是在裂缝产生之后才能观测到，此时钢筋锈蚀已经非常严重，很难采取有效措施进行修复和根除；钻孔取样法是钻取混凝土表层中的粉末进行成分分析，是一种间接的有损检测，钻孔深度很难确定，不能准确判断钢筋锈蚀状态；电化学方法如M.Raupach等(Raupach M,Schiebl P.Macrocell sensor systems for monitoring of the corrosionrisk of the reinforcement in concrete structures.NDT&E International,2001,34:435～442)其抗干扰能力差，不能直接描述钢筋的锈蚀程度。光纤光栅具有质量轻、体积小、耐腐蚀、抗电磁干扰、高灵敏度、高分辨率等优点，已经成为钢筋锈蚀监测领域的研究热点之一。

目前已提出一些钢筋锈蚀光纤光栅检测方案，如中国专利CN201110298555.5，孙丽等人发明了“一种实时监测钢筋腐蚀的光纤光栅传感器”，将钢管封装的光纤光栅应变传感器用胶粘贴在钢筋的打磨处，用光纤光栅解调仪实时监测波长漂移量，波长漂移量越大说明腐蚀程度越大，以此判断钢筋的腐蚀情况。这种设计方法当钢筋在混凝土中腐蚀膨胀时，光纤固定点黏结力下降，严重时会导致光纤滑移或脱落，影响测量的精度。2011年JunqiGao等(Junqi Gao,JinWu,JunLi,XinmingZhao.Monitoring of corrosion in reinforcedconcrete structure using Bragg grating sensing,NDT&E International Vol.44,202-205,2011)设计了一种双筋腐蚀光纤光栅传感器，这种传感器将光纤光栅粘贴在两根紧密排列的钢筋上表面，当钢筋锈蚀后体积膨胀，光纤光栅产生拉伸应变，其反射波长发生变化，通过测量波长就可以测得钢筋锈蚀程度。这种方法由于测试的是预埋的混凝土试件的钢筋锈蚀程度，这就造成其测量结果与实际钢筋锈蚀值之间存在很大差异，对判断混凝土开裂时的临界值造成影响。2013年，如中国专利申请CN103411713A，熊建波等人公开了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，该传感器结构复杂，在混凝土的复杂环境下，极易造成光纤弯曲半径过小，造成传感器失效，且没有考虑到温度对光纤光栅测量结果的影响。以上各种方案都只能测试一个位置处的钢筋锈蚀程度，本实用新型克服这一问题，我们提出了新型钢筋锈蚀光纤传感检测装置。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本实用新型旨在提供一种新型钢筋锈蚀光纤传感检测装置，以实现对混凝土试件的钢筋锈蚀程度的准确检测。

为实现该技术目的，本实用新型的方案是：一种新型钢筋锈蚀光纤传感检测装置，具体包括以下几部分：

(1)光纤传感器：由双光纤光栅1和基底2两部分构成；双光纤光栅1设置两个栅区，分别为FBG1和FBG2，间隔距离为5mm；

FBG1作为应变测量光栅，预拉伸2-3nm，采用光纤低温焊接玻璃5将FBG1的两端固定在所述基底2上，FBG2作为温度补偿光栅。

基底2采用与被测钢筋12相同的材质，所述基底2加工成薄片；所述基底2的上表面沿长度方向刻有直径为0.5mm的半圆形槽8；将双光纤光栅1固定在基底2表面的半圆形槽8内；在所述双光纤光栅的第一栅区FBG1以外的基底侧面及表面涂上抗海水腐蚀的耐腐蚀橡胶3，将封装好的钢筋锈蚀光纤传感器放入台阶4中。

(2)台阶：

台阶4用不锈钢或其他耐海水腐蚀的金属制成长方体槽，底面在所述双光纤光栅的第一个栅区FBG1的下方处镂空，目的是确保此处的基底暴露在被测钢筋12所在的环境中；台阶4两端侧面上各开一直径为2mm的圆形通孔6，传输光纤7经2mm的铠装光缆保护后由圆形通孔6引出。

(3)梯形框架：

由不锈钢或其他耐海水腐蚀的金属材料制成，包括两根平行的竖直钢管10、一根定位杆11和一根固定杆9组成；

(4)传输光纤7：用来传输入射和反射光，经过铠装保护，从两根竖直钢管10引出，连接至信号解调单元。

所述竖直钢管10的直径8mm-10mm，长度100mm±10mm(可扩展)；

所述台阶4的数量为五个(数量可增减)，形状为长方体槽；

所述台阶4的两端侧面上各开一个直径为2mm的圆形通孔6，垂直固定在两根竖直钢管10上，用作光纤传感器的支撑和保护结构；

所述固定杆9用作将钢筋锈蚀光纤传感检测装置固定在被测钢筋12上；

所述定位杆11的一端与所述竖直钢管10活动连接，另一端与所述固定杆9固定连接；

所述定位杆11长度可调节，调节定位杆11的长度是为了调整钢筋锈蚀光纤传感检测装置与被测钢筋12之间倾角在10°～20°。

本实用新型的工作原理：当混凝土受到氯离子侵蚀时，双光纤光栅1的第一个栅处FBG1的基底由于暴露在混凝土环境中会发生锈蚀，表面质量减少，光纤光栅的预拉应力逐渐松弛，导致波长发生漂移，通过信号解调单元观察每个光纤传感器的中心波长是否发生变化，可以判断产生锈蚀界面距离被测钢筋的深度，当第五个传感器波长漂移时说明锈蚀界面已到达被测钢筋处，依据不同的锈蚀深度采取相应的补偿措施，通过读取中心波长变化的数值推断出该位置钢筋的锈蚀程度。

本实用新型有如下优点：

(1)本实用新型中钢筋锈蚀光纤传感检测装置采用梯形结构，台阶数量可根据需要进行增减，且定位杆的长度可调节，可对距混凝土表面不同深度处锈蚀状况进行在线检测。

(2)本实用新型中基底采用与被测钢筋相同的材质，双光纤光栅与基底之间采用光纤低温焊接玻璃固定，避免胶的蠕变对检测的影响，测量结果准确性高，为钢筋混凝土结构的耐久性评定、剩余使用寿命预测和加固维修提供可靠依据。

附图说明

图1是本实用新型中台阶结构示意图；

图2是本实用新型中的梯形框架结构示意图；

图3是本实用新型的钢筋锈蚀光纤传感检测装置的安装示意图。

图中：1-双光纤光栅，2-基底，3-耐腐蚀橡胶，4-台阶，5-光纤低温焊接玻璃，6-圆形通孔，7-传输光纤，8-半圆形槽，9-固定杆，10-竖直钢管，11-定位杆，12-被测钢筋，13-混凝土保护层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

实施例：

新型钢筋锈蚀光纤传感检测装置，具体包括以下几部分：光纤传感器：由双光纤光栅1和基底2两部分构成；双光纤光栅1设置两个栅区，分别为FBG1和FBG2，间隔距离为5mm；FBG1作为应变测量光栅，预拉伸2-3nm，采用光纤低温焊接玻璃5将FBG1的两端固定在所述基底2上，FBG2作为温度补偿光栅；

基底2采用与被测钢筋12相同的材质，所述基底2加工成薄片；所述基底2的上表面沿长度方向刻有直径为0.5mm的半圆形槽8；将双光纤光栅1固定在基底2表面的半圆形槽8内；在FBG1以外的基底侧面及表面涂上抗海水腐蚀的耐腐蚀橡胶3，将封装好的钢筋锈蚀光纤传感器放入台阶4中

台阶4用不锈钢或其他耐海水腐蚀的金属制成长方体槽，底面在双光纤光栅1的第一个栅区FBG1处镂空，目的是确保此处的基底暴露在被测钢筋12所在的环境中；台阶4两端侧面上各开一直径为2mm的圆形通孔6，传输光纤7经2mm的铠装光缆保护后由圆形通孔6引出。

梯形框架：由不锈钢或其他耐海水腐蚀的金属材料制成，包括两根平行的竖直钢管10、一根定位杆11和一根固定杆9组成；

传输光纤7：用来传输入射和反射光，经过铠装保护，从两根竖直钢管10引出，连接至信号解调单元。

所述竖直钢管10的直径8mm-10mm，长度100mm(可扩展)；

所述台阶4的数量为五个(数量可增减)，形状为长方形；

所述台阶4的两端侧面上各开一个直径为2mm的圆形通孔6，所述台阶垂直固定在两根竖直钢管10之间，用作光纤传感器的支撑和保护结构；

所述固定杆9用作将钢筋锈蚀光纤传感检测装置固定在被测钢筋12上；

所述定位杆11的一端与所述竖直钢管10活动连接，另一端与所述固定杆9固定连接；

所述定位杆11长度可调节，调节定位杆11的长度是为了调整钢筋锈蚀光纤传感检测装置与被测钢筋12之间倾角在10°-20°。

钢筋锈蚀光纤传感器如图1所示，基底2选用与被测钢筋12相同的材料，基底2加工成长40mm，宽2mm，厚度为0.5mm-1mm的薄片；在基底2的上表面的沿长度方向上刻有直径为0.5mm的半圆形槽8；将基底2用丙酮浸泡去油，用砂纸打磨，酒精清洗后，将双光纤光栅1固定在基底2表面的半圆形槽8内，并将双光纤光栅1的波长预拉伸2-3nm，在双光纤光栅1的第一个栅区FBG1的两端用光纤低温焊接玻璃5固定在基底2上。在第一个栅区FBG1以外的基底侧面及表面涂上抗海水腐蚀的耐腐蚀橡胶3；台阶4用不锈钢或其他耐海水腐蚀的金属做成长方体槽，内径长40.5mm，宽4mm，深度为2mm，台阶4的底面在双光纤光栅1的第一个栅区FBG1处镂空，保证此处的基底暴露在被测钢筋12所在的环境中；将封装好的钢筋锈蚀光纤传感器放入台阶4中，台阶4两端侧面上各开一直径为2mm的圆形通孔6，传输光纤7经2mm的铠装光缆保护后由圆形通孔6引出。

钢筋锈蚀光纤传感检测装置的安装方式见图2和图3所示，将实施例中制作好的光纤传感器经由传输光纤7串联在一起，五个台阶4平行等间隔放置，两端分别焊接到两根竖直钢管10上，传输光纤7从竖直钢管10内穿过，管内用环氧树脂填充，起到保护传输光纤的作用。传输光纤的尾端从竖直钢管10中穿出，接至信号解调单元。定位杆11的一端与竖直钢管10活动连接在一起，另一端与固定杆9固定连接，固定杆9与被测钢筋12紧靠在一起，并用塑料绑扎带捆绑，通过调节定位杆11的长度使钢筋锈蚀光纤传感装置与被测钢筋成一个角度，该角度的可调范围为10°-20°，距离混凝土表面最近的光纤锈蚀传感器离混凝土表面5mm-15mm，五只光纤锈蚀传感器位于距离混凝土表面的不同深度处。

Claims (10)

1.新型钢筋锈蚀光纤传感检测装置，其特征在于，包括光纤传感器、台阶、梯形框架和传输光纤；

所述光纤传感器由双光纤光栅和基底两部分构成；双光纤光栅设置有两个栅区，分别为FBG1和FBG2，两者间隔距离为5mm；FBG1作为应变测量光栅，预拉伸2-3nm，采用光纤低温焊接玻璃将FBG1的两端固定在所述基底上，FBG2作为温度补偿光栅；

所述基底采用与被测钢筋相同的材质，所述基底加工成薄片；所述基底的上表面沿长度方向刻有半圆形槽；所述双光纤光栅固定在基底表面的半圆形槽内；在所述双光纤光栅的第一栅区FBG1以外的基底侧面及表面涂上抗海水腐蚀的耐腐蚀橡胶，将封装好的所述光纤传感器放入台阶中；

所述梯形框架，由不锈钢或其他耐海水腐蚀的金属材料制成，由两根平行的竖直钢管、一根定位杆和一根固定杆组成；

所述台阶制成长方体槽，所述台阶的底面在所述双光纤光栅的第一个栅区FBG1的下方处镂空；所述台阶的两端侧面上各开一圆形通孔，所述传输光纤经铠装光缆保护后由圆形通孔引出，连接至信号解调单元；所述台阶的两端垂直固定在所述两根竖直钢管之间。

2.根据权利要求1所述的新型钢筋锈蚀光纤传感检测装置，其特征在于，所述竖直钢管的直径8mm-10mm，长度100mm±10mm。

3.根据权利要求1所述的新型钢筋锈蚀光纤传感检测装置，其特征在于，所述台阶采用不锈钢或其他耐海水腐蚀的金属材料。

4.根据权利要求1所述的新型钢筋锈蚀光纤传感检测装置，其特征在于，所述，台阶形状为长方体槽，内径长40.5mm，宽4mm，深度为2mm；所述台阶的数量为五个或五个以上。

5.根据权利要求1所述的新型钢筋锈蚀光纤传感检测装置，其特征在于，所述定位杆的一端与所述竖直钢管活动连接，另一端与所述固定杆固定连接。

6.根据权利要求1或5所述的新型钢筋锈蚀光纤传感检测装置，其特征在于，所述定位杆的长度可调节，通过调节定位杆的长度来调整钢筋锈蚀光纤传感检测装置与被测钢筋之间倾角在10-20^°。

7.根据权利要求1所述的新型钢筋锈蚀光纤传感检测装置，其特征在于，所述圆形通孔直径为2mm。

8.根据权利要求1所述的新型钢筋锈蚀光纤传感检测装置，其特征在于，所述铠装光缆的直径为2mm。

9.根据权利要求1所述的新型钢筋锈蚀光纤传感检测装置，其特征在于，所述基底的上表面沿长度方向刻有的半圆形槽直径为0.5mm。

10.根据权利要求1所述的新型钢筋锈蚀光纤传感检测装置，其特征在于，所述基底为长40mm，宽2mm，厚度为0.5mm-1mm的薄片。