[发明专利]一种基于TFBG的海洋环境中钢筋腐蚀传感器在审

专利信息
申请号: 201811517822.1 申请日: 2018-12-12
公开(公告)号: CN109443973A 公开(公告)日: 2019-03-08
发明(设计)人: 沈常宇;帅少杰;孙志强 申请(专利权)人: 中国计量大学
主分类号: G01N5/00 分类号: G01N5/00;G01N17/00
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 310018 浙江省杭州市*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 钢筋腐蚀传感器 高阶包层模 光谱仪 钢筋 波长漂移 海洋环境 灵敏度 腐蚀 恒定电流通电 溶液折射率 钢筋腐蚀 宽带光源 实验过程 外加电流 直流电源 包层模 实验箱 共振 包层 低阶 光谱 施加 测试 观察 记录
【说明书】:

发明公开了一种基于TFBG的海洋环境中钢筋腐蚀传感器,由宽带光源,实验箱,TFBG,NaCl溶液,第一钢筋,第二钢筋,光谱仪,直流电源组成。在实验过程中,使用3A的恒定电流通电24小时,施加外加电流技术进行腐蚀加速后,经过重力测试,从NaCl溶液中提取的钢筋质量为184.9g,相当于28.9%的腐蚀百分比,平均损耗为1.2%/h。随着时间的变化,溶液折射率发生变化,满足TFBG包层共振的条件也在不断的变化,观察到光谱仪中显示的光谱高阶包层模比低阶包层模的灵敏度要高的多,于是记录高阶包层模的波长漂移情况,得到灵敏度36.7pm/h,结合前面的每小时的损耗百分比就能得到波长漂移和钢筋腐蚀损耗的关系为36.7pm/1.2%。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域,具体涉及一种基于TFBG的海洋环境中钢筋腐蚀传感器技术领域。

背景技术

桥梁、管道,以及在高腐蚀性环境中工作的船舶或者飞机某些结构中,腐蚀是导致这些结构损坏的因素之一。随着工程结构的使用年份的增加,腐蚀损害带来的风险将会越来越大。因此,为了确保安全性,对钢铁的腐蚀检测显得非常重要。此外,优秀的腐蚀检测系统还能估算出结构的剩余使用寿命。目前已经有一些技术来测量海洋混凝土结构中的腐蚀,其中半电池电势测量是常用于评估腐蚀程度的技术之一。然而,该技术受限于估计腐蚀速率,不能解释在潮湿条件下的腐蚀水平。

发明内容

针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种基于TFBG的海洋环境中钢筋腐蚀传感器,通过观察波长偏移变化来对海洋混凝土结构中钢筋的腐蚀进行检测,该结构易于集成,便于实现。

本发明通过以下技术方案实现:一种基于TFBG的海洋环境中钢筋腐蚀传感器,由宽带光源(1),实验箱(2),TFBG(3),NaCl溶液(4),第一钢筋(5),第二钢筋(6),光谱仪(7),直流电源(8)组成;其特征在于:实验箱(2)中装有NaCl溶液(4),第一钢筋(5)和第二钢筋(6)放置在NaCl溶液(4)中,宽带光源(1)与TFBG(3)的左端通过传输光纤连接,TFBG(3)的右端与光谱仪(7)通过传输光纤连接,第一钢筋(5)的左端与直流电源(8)的负极用导线连接,第二钢筋(6)的左端与直流电源(8)的正极用导线连接,NaCl溶液(4)的质量分数为1.5%,TFBG(3)的倾斜角为2°,长度为15mm;第一钢筋(5)长440mm,第二钢筋(6)长440mm,两根钢筋之间的距离为180mm;通过直流电源(8)给第一钢筋(5)和第二钢筋(6)施加恒定3A电流通电24小时进行加速腐蚀后称重获得腐蚀比;腐蚀后溶液折射率发生变化,TFBG(3)包层共振的条件发生变化,光谱仪(7)中光谱漂移,可获得钢筋腐蚀比和光谱漂移关系,实现腐蚀传感。

本发明的工作原理是:铁在腐蚀的过程中会产生很多的腐蚀产物,例如Fe(OH)2、Fe(OH)3α-FeOOH、β-FeOOH、γ-FeOOH、δ-FeOOH、α-Fe2O3γ-Fe2O3、Fe3O4,在电化学反应中,氧化物在溶液中变成氢氧化物或羟基氧化物,其中α-FeOOH和β-FeOOH是最丰富和稳定的腐蚀产物。这些腐蚀产物导致溶液的折射率发生变化。

在实验过程中,使用3A的恒定电流通电24小时,施加外加电流技术进行腐蚀加速后,经过重力测试,从NaCl溶液中提取的钢筋质量为184.9g,相当于28.9%的腐蚀百分比,平均损耗为1.2%/h。

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