本發明專利技術公開了一種單端鍍膜反射式長周期光纖光柵傳感器及其制作工藝和鋼筋銹蝕監測方法，屬于結構工程和光纖傳感技術領域。本發明專利技術是利用單端反射長周期光纖光柵對環境折射率的敏感性，將其通過水泥砂漿封裝后，固定在鋼筋籠上，定期由光柵解調儀觀察其反射譜的諧振峰值，以此判斷光柵周圍的折射率變化，并推斷鋼筋銹蝕的程度與速率。本發明專利技術通過對埋入的單端反射長周期光纖光柵的反射譜諧振峰幅值進行監測，可以在不損傷混凝土表面的前提下，對任何環境下鋼筋混凝土構件中的任何型號鋼筋腐蝕情況進行長期監測，準確確定鋼筋銹蝕的程度及速率，應用于結構工程領域中鋼筋混凝土結構的耐久性檢測和評估。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及的是結構工程和光纖傳感
，主要是應用于鋼筋銹蝕監測方面的一種單端反射式長周期光纖光柵傳感，尤其涉及一種單端鍍膜反射式長周期光纖光柵傳感器及其制作工藝和鋼筋銹蝕監測方法。
技術介紹
鋼筋混凝土結構憑借其具有良好的耐用性能，應用越來越廣泛，但當它工作在海水等侵蝕的環境中時，會導致鋼筋混凝土結構中的鋼筋很容易發生銹蝕。鋼筋銹蝕的問題不僅會給社會帶來不可估量的經濟損失，造成資源材料的浪費，還會在一定程度上降低鋼筋的使用年限及其承負載能力，損壞鋼筋混凝土的結構，甚至會影響到人身安全。所以，關于研究鋼筋銹蝕的問題具有重要的理論意義和實際意義。對于我國沿海的混凝土結構而言，氯離子侵蝕是造成混凝土中鋼筋銹蝕的主要原因之一。氯離子侵入混凝土，導致混凝土內鋼筋失去鈍化膜保護，是混凝土中鋼筋發生銹蝕的先決條件。在氯腐蝕環境下，氯離子從混凝土外表面向內擴散，當鋼筋表面氯離子濃度超過一定含量，鋼筋就會以較快速度開始腐蝕，該閾值稱為臨界氯離子濃度。因此，若能對鋼筋周圍氯離子濃度進行監測，判斷其是否達到臨界氯離子濃度，則能夠實現對鋼筋的早期銹蝕監測。目前，鋼筋銹蝕監測的方法很多，有物理檢測法、電化學檢測法、光纖檢測法等。相對而言，光纖徑細、質輕、靈敏度高、抗強電磁干擾、耐腐蝕、集信息傳感和傳輸于一體，易于實現光纖傳感陣列、多點或分布式監測，特別適合于隱蔽部位及肉眼無法看到或接觸到的危險區域，在土木工程領域受到極大重視，并在鋼筋銹蝕監測方面逐漸成為熱點之一。李俊等人提出了采用光纖布喇格光柵測量鋼筋的應變來監測鋼筋銹蝕的狀態，同時另外設置一個光纖光柵傳感器進行溫度補償；劉宏月等人利用長周期光纖光柵的折射率敏感特性來監測鋼筋銹蝕的程度和速度，但其采用的長周期光纖光柵傳感器為透射結構，由于透射結構必須使用寬帶光源及光譜儀進行檢測，設備價格昂貴，且檢測方案必須進行溫度補償；王彥等人利用長周期光纖光柵的微彎特性來監測混凝土結構中的鋼筋銹蝕，但是以上采用的長周期光纖光柵都是透射式結構，檢測設備昂貴笨重，在實際監測過程非常不方便，導致工程應用并不廣泛。
技術實現思路
1.專利技術要解決的技術問題針對現有技術中存在鋼筋銹蝕監測中存在的監測靈敏度低的問題。本專利技術提出了一種單端鍍膜反射式長周期光纖光柵傳感器及其制作工藝和鋼筋銹蝕監測方法，它通過監測傳感探頭反射譜波長的變化，判斷鋼筋的銹蝕程度，并通過采用有機玻璃材料對傳感探頭固定，從理論上解決了實際運用中光纖光柵受多參量影響的溫度補償問題，并且無需使用昂貴笨重的檢測設備如寬帶光源及光譜儀，進一步解決了普通長周期光纖光柵傳感的應用限制。2.技術方案為解決上述問題，本專利技術提供的技術方案為：一種單端鍍膜反射式長周期光纖光柵傳感器，包括長周期光纖光柵傳感，長周期光纖光柵傳感包括光纖光柵段、光纖段和尾端段，還包括毛細管和水泥砂漿，從左到右依次為光纖光柵段、光纖段和尾端段，光纖光柵段的表面上設有一層光纖光柵段金屬膜，尾端段的表面上設有一層尾端段金屬膜，尾端段的端面上設有一層尾端段端面金屬膜；長周期光纖光柵傳感附著在毛細管上，長周期光纖光柵傳感和毛細管的外部為一層水泥砂漿。優選地，所述的光纖光柵段金屬膜、尾端段金屬膜和尾端段端面金屬膜均為鈀金膜，尾端段由內至外依次為尾端段纖芯和尾端段金屬膜，尾端段的端面有尾端段端面金屬膜。優選地，光纖光柵段由內至外依次為光纖光柵段纖芯和光纖光柵段金屬膜。優選地，毛細管為有機玻璃毛細管。有機玻璃毛細管的規格為：長度為10-14cm，直徑為1.5-2mm，可以保護單端反射鍍膜長周期光纖光柵的使用壽命，并且具有溫度補償的作用，避免因溫度的變化造成光纖諧振波長的變化，從而導致監測的干擾。也可以不使用有機玻璃毛細管材料，但只能固定保護，不能起到溫度補償的作用。優選地，光纖陶瓷芯位于長周期光纖光柵傳感靠近探頭傳感端面一端的外面。用于保護單端的反射效果。優選地，長周期光纖光柵傳感的兩端水平放置，用環氧樹脂膠黏貼在毛細管上。穩定性好，附著力強，同時注意避免環氧樹脂膠接觸到光柵傳感區域及端面反射區域，否則會改變光柵本身的傳感特性。優選地，光纖光柵段金屬膜的厚度為50-100nm，尾端段金屬膜、尾端段端面金屬膜的厚度均為700-1000nm。優選地，在毛細管上黏貼兩根長周期光纖光柵傳感，其中一根長周期光纖光柵傳感用于測溫，采用軟件方式消除溫度誤差。優選地，所述光纖光柵段的長度為4-6cm，光纖段的長度為1-2cm，尾端段的長度為1-6cm。一種單端鍍膜反射式長周期光纖光柵傳感器制作工藝，其步驟為：A、根據以上所述的一種單端鍍膜反射式長周期光纖光柵傳感器，將長周期光纖光柵的一端切平，形成光纖光柵段和光纖段；B、光纖光柵段內部是光纖光柵段纖芯，在光纖光柵段表面鍍一層光纖光柵段金屬膜，長周期光纖光柵表面形成等離子體共振效應；C、選取普通圓柱形單模光纖，在該單模光纖的端面鍍一層尾端段端面金屬膜，以形成高反射率鏡面，在該單模光纖的表面鍍一層尾端段金屬膜，該單模光纖為尾端段；D、將光纖段與尾端段熔接，形成探頭傳感結構，構成長周期光纖光柵傳感；E、光纖陶瓷芯位于長周期光纖光柵傳感靠近探頭傳感端面一端的外面；F、用環氧樹脂膠將長周期光纖光柵傳感黏貼在毛細管上；G、長周期光纖光柵傳感和毛細管構成的整體采用水泥砂漿澆筑。9、根據權利要求8所述的一種單端鍍膜反射式長周期光纖光柵傳感器制作工藝，其特征在于，水泥砂漿的厚度為1.5-3cm。便于保持傳感器內外環境一致，使得傳感器與待測鋼筋所處環境相同，提高測量的精準度。一種單端鍍膜反射式長周期光纖光柵傳感器的鋼筋銹蝕監測方法，其步驟為：A、根據以上所述的一種單端鍍膜反射式長周期光纖光柵傳感器，將光纖光柵段1引出的傳輸線纜與光纖光柵解調儀連接，光纖光柵解調儀的精度與光譜儀的精度對比連接；B、光纖光柵解調儀通道內部發出的光依次經過光纖光柵段、光纖段和尾端段；C、光在光纖光柵段上發生SPR效應，通過光纖段到達探頭傳感端面；D、光從探頭傳感端面被反射回來，依次經過尾端段、光纖段和光纖光柵段，發生SPR效應，且與前向傳輸的光發生自干涉效應，返回到光纖光柵解調儀通道內；E、光纖光柵解調儀將光傳輸過程中的光譜顯示出來；F、把鋼筋銹蝕的狀態和光譜的諧振峰波長的偏移聯系起來，從而計算出實際中鋼筋銹蝕的狀態。3.有益效果采用本專利技術提供的技術方案，與現有技術相比，具有如下有益效果：(1)本專利技術的長周期光纖光柵折射率的敏感性，能夠監測出鋼筋周圍環境的變化，而環境中的氯離子濃度是影響鋼筋銹蝕狀態的主要原因，本專利技術的傳感器能夠檢測出鋼筋所在環境中的氯離子濃度，光譜的諧振峰波長的偏移反映出鋼筋所在環境中的氯離子濃度值，根據氯離子濃度與鋼筋銹蝕之間的關系，進而從光譜的諧振峰波長的偏移，判斷出鋼筋銹蝕的狀態；(2)本專利技術利用水泥砂漿封裝傳感器，保證傳感器內與外界鋼筋所處的環境相同，基座的材料為不銹鋼；結構簡單，易于操作，抗振動，抗沖擊，解決了長周期光纖光柵在實際使用過程中監測不方便的問題；(3)本專利技術在光纖光柵段表面鍍一層光纖光柵段金屬膜，在尾端段的端面鍍一層尾端段端面金屬膜，以形成高反射率鏡面，在尾端段的表面鍍一層尾端段金屬膜，鍍膜的方法是：采用鍍膜設備HUMMER離子鍍膜儀，鍍膜材料為本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種單端鍍膜反射式長周期光纖光柵傳感器，包括長周期光纖光柵傳感(11)，其特征在于，長周期光纖光柵傳感(11)包括光纖光柵段(1)、光纖段(2)和尾端段(3)，還包括毛細管(13)和水泥砂漿(14)，從左到右依次為光纖光柵段(1)、光纖段(2)和尾端段(3)，光纖光柵段(1)的表面上設有一層光纖光柵段金屬膜(7)，尾端段(3)的表面上設有一層尾端段金屬膜(8)，尾端段(3)的端面上設有一層尾端段端面金屬膜(9)；長周期光纖光柵傳感(11)附著在毛細管(13)上，長周期光纖光柵傳感(11)和毛細管(13)的外部為一層水泥砂漿(14)。
【技術特征摘要】
1.一種單端鍍膜反射式長周期光纖光柵傳感器，包括長周期光纖光柵傳感(11)，其特征在于，長周期光纖光柵傳感(11)包括光纖光柵段(1)、光纖段(2)和尾端段(3)，還包括毛細管(13)和水泥砂漿(14)，從左到右依次為光纖光柵段(1)、光纖段(2)和尾端段(3)，光纖光柵段(1)的表面上設有一層光纖光柵段金屬膜(7)，尾端段(3)的表面上設有一層尾端段金屬膜(8)，尾端段(3)的端面上設有一層尾端段端面金屬膜(9)；長周期光纖光柵傳感(11)附著在毛細管(13)上，長周期光纖光柵傳感(11)和毛細管(13)的外部為一層水泥砂漿(14)。2.根據權利要求1所述的一種單端鍍膜反射式長周期光纖光柵傳感器，其特征在于，所述的光纖光柵段金屬膜(7)、尾端段金屬膜(8)和尾端段端面金屬膜(9)均為鈀金膜，尾端段(3)由內至外依次為尾端段纖芯(6)和尾端段金屬膜(8)，尾端段(3)的端面有尾端段端面金屬膜(9)。3.根據權利要求1所述的一種單端鍍膜反射式長周期光纖光柵傳感器，其特征在于，毛細管(13)為有機玻璃毛細管。4.根據權利要求3所述的一種單端鍍膜反射式長周期光纖光柵傳感器，其特征在于，光纖陶瓷芯(12)位于長周期光纖光柵傳感(11)靠近探頭傳感端面(61)一端的外面。5.根據權利要求3所述的一種單端鍍膜反射式長周期光纖光柵傳感器，其特征在于，長周期光纖光柵傳感(11)的兩端水平放置，用環氧樹脂膠(15)黏貼在毛細管(13)上。6.根據權利要求5所述的一種單端鍍膜反射式長周期光纖光柵傳感器，其特征在于，在毛細管(13)上黏貼兩根長周期光纖光柵傳感(11)，其中一根長周期光纖光柵傳感(11)用于測溫，采用軟件方式消除溫度誤差。7.根據權利要求3所述的一種單端鍍膜反射式長周期光纖光柵傳感器，其特征在于，所述光纖光柵段(1)的長度為4-6cm，光纖段(2)的長度為1-2cm，尾端段(3)的長度為1-6cm。8.一種單端鍍膜反射式長周期光纖光柵傳感器制作工藝，其特征在于：A、根據權利...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王彥，胡興柳，劉加萍，趙凱，孔正義，
申請(專利權)人：安徽工業大學，
類型：發明
國別省市：安徽;34
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