[发明专利]一种用于检测钢筋腐蚀的光纤传感装置及其温度补偿方法

说明书

本发明涉及一种用于检测钢筋腐蚀的光纤传感装置及其温度补偿方法，属于岩土工程技术领域。本发明包括钢筋、至少一对光纤光栅腐蚀膨胀检测模块、光纤光栅温度补偿模块、光纤信号传输模块、介质层、保护层和传感器外壳。所述的介质层环绕且包裹住钢筋；所述的一对光纤光栅腐蚀膨胀检测模块放置在所测钢筋的两侧且连接于介质层上方，成对称结构，所述的保护层包裹住一对光纤光栅腐蚀膨胀检测模块；所述的光纤光栅温度补偿模块和钢筋的一侧连接；所述的光纤信号传输模块分别与一对光纤光栅腐蚀膨胀检测模块和光纤光栅温度补偿模块的一侧相连接。本发明可用于混凝土结构中钢筋腐蚀的早期监测，具有较好的经济效益和社会效益。

技术领域

本发明涉及一种用于检测钢筋腐蚀的光纤传感装置及其温度补偿方法，属于岩土工程技术领域。

背景技术

钢筋混凝土结构的耐久性是指结构在设计要求的目标使用期内，在各种力学和非力学因素的长期作用下，不需要进行大量的加固处理而能保证其安全性和适用性的能力。即结构潜在的抵抗其自身或外界环境因素长期破坏作用的能力。钢筋混凝土中的钢筋腐蚀是影响结构耐久性的主要影响因素之一。与混凝土保护层碳化引起的钢筋腐蚀相比，氯离子入侵引起的钢筋腐蚀速度更快、造成的损失更大，已引起工程界和学术界的广泛关注。与钢筋腐蚀后采取防腐措施相比，通过一定的监测手段监测钢筋腐蚀危险性的情况并在钢筋腐蚀前采取防腐措施，经济消耗更少，防腐效果更好。

目前，常用的钢筋腐蚀检/监测方法主要有:钻芯取样法、半电池电位法、线性极化法、宏电流法、脉冲电流法等。钻芯取样法能较准确地测量钢筋腐蚀率，但这种方法会破坏结构的完整性。半电池电位法对结构破坏较小，但其只能定性判断钢筋腐蚀状况。其它三种技术与半电池电位法一样，属于电化学测试技术，理论上讲能够定量测量钢筋腐蚀率。然而实际上，由于混凝土介质中引起钢筋腐蚀的因素很多(包括CI^-浓度、O₂含量、pH值等)，而且电化学测试容易受介质条件影响，导致单种电化学测试技术往往很难真实反映钢筋腐蚀状况，必须将多种技术和参数结合综合分析才能合理地判断真实状况。此外，传统的检测方法需要逐点检测，工作量大，而且易受人为因素和自然条件(如风浪、天气等)的影响，耗费人力物力。而且，由于是人工定时采集数据，可能会导致腐蚀监测在时间上的不连续性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于检测钢筋腐蚀的光纤传感装置及其温度补偿方法，其检测原理为设置一对光纤光栅腐蚀膨胀检测模块2来监测由于钢筋腐蚀和温度变化引起的光栅应变，同时单独设置一个光纤光栅温度补偿模块3来监测由于钢筋腐蚀和温度变化引起的光栅应变，进而分离出钢筋1由于锈蚀所引起的体积变化。通过监测波长的漂移可以直接测量钢筋1锈蚀程度，并且不受锈蚀因素的影响，可用于混凝土结构中钢筋1锈蚀的早期监测。

本发明采用的技术方案是：一种用于检测钢筋腐蚀的光纤传感装置，包括钢筋1、至少一对光纤光栅腐蚀膨胀检测模块2、光纤光栅温度补偿模块3、光纤信号传输模块4、介质层5、保护层6和传感器外壳7，所述的介质层5环绕且包裹住钢筋1；所述的一对光纤光栅腐蚀膨胀检测模块2放置在所测钢筋的两侧且连接于介质层5上方，成对称结构，所述的保护层6包裹住一对光纤光栅腐蚀膨胀检测模块2；所述的光纤光栅温度补偿模块3和钢筋1的一侧连接；所述的光纤信号传输模块4分别与一对光纤光栅腐蚀膨胀检测模块2和光纤光栅温度补偿模块3的一侧相连接。

每一对光纤光栅腐蚀膨胀检测模块2成差动式对称结构，所述的光纤光栅腐蚀膨胀检测模块2和光纤光栅温度补偿模块3的感应元件采用光纤布拉格Bragg光栅。

所述的光纤布拉格Bragg光栅的测量精度优于±0.1μm，测量范围约12μm。

所述的介质层5的形状为多孔型介质垫层，材料选用聚四氟乙烯。

所述的保护层6为实心结构，采用的材料为水泥砂浆，其厚度保持在3--5mm之间。

所述的传感器外壳7采用金属制外壳。