[发明专利]一种基于长周期光纤光栅套筒结构的钢筋长期腐蚀监测传感器

说明书

本发明提供了一种基于长周期光纤光栅套筒结构的钢筋长期腐蚀监测传感器，属于结构健康监测技术领域。所述的基于长周期光纤光栅套筒结构的钢筋长期腐蚀监测传感器包括长周期光纤光栅、钢袖管、环氧树脂和保护软管。该装置基于长周期光纤光栅对外界环境折射率的高度敏感性和具有与钢筋成分相同的钢袖管，通过套筒结构里多个不同径向长度钢袖管所包裹的长周期光纤光栅的谐振波长λ₀的先后变化监测，实现被测钢筋腐蚀厚度随时间变化的无损、长期、定量监测，从而对钢筋腐蚀状态进行早期预警，保障重大工程结构的安全。本发明结构简单、容易制作，监测过程不需要复杂的测试设备，适用性强。

技术领域

本发明涉及一种用于混凝土结构的基于长周期光纤光栅套筒结构的钢筋长期腐蚀监测传感器，属于结构健康监测技术领域，特别是一种基于长周期光纤光栅套筒结构的钢筋长期腐蚀监测传感器。

背景技术

混凝土结构因其充分发挥了钢筋高抗拉和混凝土高抗压两种力学性能而在土木工程建设中得到广泛应用，是当今世界应用最多的结构形式。然而，混凝土结构中的钢筋腐蚀已成为威胁全世界混凝土结构耐久性的最主要灾害。国内、外大量事实表明，混凝土结构因钢筋腐蚀破坏而不得不停止使用、大修或拆除重建，甚至导致结构突然垮塌的灾难性事故，不仅引起巨大的经济损失，更造成资源能源的大量浪费与建筑垃圾的大量排放。因此，必须对结构的钢筋腐蚀状况进行有效地监测，实时掌握腐蚀速度及其变化规律，为结构耐久性评定、剩余寿命预测以及加固维修提供重要保障。

传统的混凝土结构钢筋腐蚀监测的方法包括半电池电位法、线性极化法、电化学噪声法、表观检查法、失重法、超声波法、声发射法等。然而，这些传统方法普遍存在着难以接触被测钢筋，监测对整体结构具有破坏性，以及无法长期实时监测等诸多缺点。目前在工程中采用的主要是电化学腐蚀监测方法，但电化学监测易受环境中的湿度、温度和外在电场等干扰。

光纤传感器由于具有体积小、重量轻、柔软、灵敏度高、抗电磁干扰等优点，在结构健康监测中受到了高度重视。与普通光纤传感技术相比，长周期光纤光栅具有波长调制、对外界环境折射率具有高度敏感性等特点，更好地适用于混凝土结构内部钢筋腐蚀监测。

因此，针对混凝土结构钢筋腐蚀状况的监测，提供一种高度灵敏、准确可靠的长周期光纤光栅传感器是十分有必要的，从而为混凝土结构的腐蚀损伤预警提供重要保障。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于长周期光纤光栅套筒结构的钢筋长期腐蚀监测传感器，其目的是实现对混凝土结构钢筋腐蚀状况的长期、无损、定量监测，从而对结构的腐蚀损伤进行早期预警，保障工程结构的安全。

本发明的技术方案：

一种基于长周期光纤光栅套筒结构的钢筋长期腐蚀监测传感器，包括长周期光纤光栅1、钢袖管2、环氧树脂3和保护软管4；

所述的多个钢袖管2遵循“大环套小环”的原则嵌套在一起，组成套筒结构；

所述的多个长周期光纤光栅1分别插入在相邻钢袖管2之间，有一个长周期光纤光栅1直接插入在最内侧钢袖管2内，上述钢袖管2的两端开口处由环氧树脂3完全密封固定；

所述的所有长周期光纤光栅1未插入钢袖管2的剩余部分被保护软管4嵌套保护；

所述的套筒结构两端与保护软管4由环氧树脂3粘结固定在一起。

所述的钢袖管2由常用钢筋制作而成，均为圆环体结构，壁厚相同，径向长度不同，轴向长度相同；

所述的钢袖管2的数量可根据待测钢筋直径进行调整；

所述的钢袖管2的壁厚可根据传感器灵敏性进行调整；

所述的长周期光纤光栅1的光栅长度略微小于上述钢袖管2的轴向长度。

本发明工作原理：