[发明专利]一种基于光纤传感的锈蚀环境监测装置及其监测方法

权利要求书

1.一种锈蚀环境监测装置，其特征在于：包括一监测钢筋、钢筋支撑架、传感器、解调仪及监测装置处理器；所述钢筋支撑架包括两个挡板、位于两个挡板之间的支撑柱以及位于两个挡板外侧的锚具，所述监测钢筋穿过所述两个挡板并通过锚具与挡板固定；所述传感器包括FBG温度传感器及FBG应力传感器，所述FBG温度传感器及FBG应力传感器设置在所述支撑柱上；所述FBG温度传感器及FBG应力传感器串联后通过所述解调仪与所述监测装置处理器连接，所述解调仪用于获取所述FBG温度传感器及FBG应力传感器的波长变化量，所述监测装置处理器根据所述解调仪得到的波长变化量得到用于判断该被监测锈蚀环境锈蚀情况的监测钢筋横截面积。

2.根据权利要求1所述的锈蚀环境监测装置，其特征在于：所述FBG应力传感器为两个且位于不同的支撑柱上，所述FBG温度传感器为一个且位于其中一个FBG应力传感器所在的支撑住上。

3.根据权利要求2所述的锈蚀环境监测装置，其特征在于：所述FBG温度传感器和FBG应力传感器都为光纤光栅传感器，所述FBG应力传感器和FBG温度传感器的两个光栅选用不同栅距。

4.根据权利要求1-3任一所述的锈蚀环境监测装置，其特征在于：所述监测装置处理器得到的监测钢筋横截面积s_t为：

式中，λ_f为FBG应力传感器原波长；λ_ft为FBG应力传感器在第t时刻所测得的波长；λ_p为FBG温度传感器原波长；λ_pt为FBG温度传感器在t时间时所测得的波长；r为支撑柱的半径；E为支撑柱的弹性模量，n为支撑柱的数量；μ为应变参数；σ_t为预应力筋经过t时间的预应力损失后的应力。

5.根据权利要求4所述的锈蚀环境监测装置，其特征在于：在所述挡板下端设置有用于调节高度的支脚，在所述支脚上设置有紧定螺母。

6.一种采用权利要求1-5任一所述监测装置的混凝土内部钢筋锈蚀环境监测方法，其特征在于：步骤为：

步骤一、监测装置的安装固定；

步骤二、将预埋钢筋和监测钢筋通过混凝土浇筑成一体并养护，所述监测钢筋的直径、布置方向及预应力大小与预埋钢筋相同；

步骤三、锈蚀监测，具体包括：

根据不同时刻测得的FBG应力传感器的波长λ_ft和FBG温度传感器的波长λ_pt，计算各对应时间点t时应变大小Δε_t和所受力的大小F_t：

F_t＝nΔε_tEπr²

其中，μ为应变参数，n为支撑柱数量；E为支撑柱弹性模量；r为支撑柱半径；λ_f为FBG应力传感器原波长；λ_p为FBG温度传感器原波长；

然后通过预应力F_t计算出各时间点t的监测钢筋面积s_t：

其中，σ_t为预应力筋经过t时间的预应力损失后的应力。

7.根据权利要求6所述的混凝土内部钢筋锈蚀环境监测方法，其特征在于：所述监测装置的安装固定具体包括：

将监测钢筋穿过两个挡板，使监测钢筋中间段处于钢筋支撑架内，对监测钢筋进行张拉并在挡板外侧将监测钢筋锚固于挡板上；

将FBG应力传感器和FBG温度传感器用光纤串联，并安装于支撑柱表面；

将监测装置放置于待浇筑混凝土模板内受拉预埋钢筋附近，保持监测钢筋水平并调节监测钢筋高度至与预埋钢筋相同后固定；

用光纤将FBG应力传感器和FBG温度传感器连接至解调仪。