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光纤光栅传感器
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利用光纤光栅传感器监测钢筋腐蚀
- 作者：聚华信息官
- 发表时间：2019-08-12 15:01
- 来源：聚华硅谷研究院（CII）
研究意义：钢筋腐蚀将导致钢筋体积大大增加，混凝土保护层开裂、剥落，结构承载力下降，甚至倒塌。
传感器的监测原理：设置一个光纤光栅传感器来监测由于钢筋腐蚀体积变化所引起的光栅应变，通过监测光纤光栅波长的漂移可以直接测量钢筋腐蚀程度。
传感器结构
具体制作方法是：选取与工程所用钢筋材质相同的两根钢筋棒，钢筋直径与工程所用钢筋相同，沿直径方向剖为两半，并在直径位置处刻一通槽，供光纤光栅放置。然后将两个半边钢筋棒靠紧，将光纤光栅放置在槽内，使光栅部分位于两钢筋中间，拉紧光纤光栅，然后采用AB胶将光纤粘贴在钢筋内部的槽内，等待AB胶干了以后，将另外两半钢筋合拢，使两钢筋棒靠紧，钢筋腐蚀光纤光栅传感器制作完毕后，再采用厚度约10mm的标号为C20的水泥砂浆外封装。
可见：随着钢筋腐蚀的加剧，FBG的光谱中心波长发生位移，其最大位移可达1.272nm，在109 d时，光栅位移下降，证明光栅粘结处出现了滑移，传感失效。
（1）在监测初期，波长位移都呈现上下波动，没有明显的增加，这是因为在初期钢筋还并未出现明显的腐蚀，而混凝土的收缩、钢筋腐蚀对周围混凝土孔隙的填充等因素，都会影响光栅波长的移动。
（2）随时间增加，这4组光栅波长都出现了明显的增加，证明钢筋腐蚀体积膨胀使光栅承受了明显的拉力，光栅中心波长值持续增加。
（3）这4组数据并不是在同一时间出现明显的光栅波长位移的增加，而且光栅波长位移随时间增加的速率不同，这都是因为每一组加速腐蚀的电流不同，而且电流没有保持时间的一致性，因此每个传感器中钢筋腐蚀速率不同。
推荐光纤光栅钢筋计：
JH-FGS-F2光纤光栅钢筋计（应变）
参考文献：李俊，吴瑾，高俊启， “一种监测钢筋腐蚀的光纤光栅传感器的研究”，光谱学与光谱分析
关于结构健康监测
结构健康监测是指对工程结构实施损伤检测和识别。 我们这里所说的损伤包括材料特性改变或结构体系的几何特性发生改变，以及边界条件和体系的连续性，体系的整体连续性对结构的服役能力有至关重要的作用。 结构健康监测涉及到通过分析定期采集的结构布置的传感器阵列的动力响应数据来观察体系随时间推移产生的变化，损伤敏感特征值的提取并通过数据分析来确定结构的健康状态。对于长期结构健康监测，通过数据定期更新来估计结构老化和恶劣服役环境对工程结构是否有能力继续实现设计功能。
关于光纤光栅传感器
光纤光栅传感器（Fiber Grating Sensor ）属于光纤传感器的一种，基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格（Bragg）波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。光纤光栅传感器可以实现对温度、应变等物理量的直接测量。由于光纤光栅波长对温度与应变同时敏感，即温度与应变同时引起光纤光栅耦合波长移动，使得通过测量光纤光栅耦合波长移动无法对温度与应变加以区分。因此，解决交叉敏感问题，实现温度和应力的区分测量是传感器实用化的前提。通过一定的技术来测定应力和温度变化来实现对温度和应力区分测量。这些传感器主要包括光纤光栅应变传感器、温度传感器、加速度传感器、位移传感器、压力传感器、流量传感器、液位传感器等。
关于聚华科技
杭州聚华光电科技有限公司（Cavono,Inc.）是一家基于物联网光纤传感器技术从事土木工程结构健康监测与预警管理的高新技术企业，聚华是光纤光栅传感器产品提供商和土木工程结构健康监测一站式解决方案优质合作伙伴。公司专注于桥梁、隧道、边坡、基坑、地铁、矿山、电力等土木工程领域的结构健康监测相关产品的研发、生产、推广与应用，以提供野外光纤传感器自动化监测产品、工程结构安全监测一站式解决方案见长。主要以光纤光栅传感器技术、分布式光纤测温技术、工程安全自动化云计算软件、工程化专业领域数据分析为技术核心。www.cavono.com www.juhualab.com
传感器的监测原理：设置一个光纤光栅传感器来监测由于钢筋腐蚀体积变化所引起的光栅应变，通过监测光纤光栅波长的漂移可以直接测量钢筋腐蚀程度。
传感器结构
具体制作方法是：选取与工程所用钢筋材质相同的两根钢筋棒，钢筋直径与工程所用钢筋相同，沿直径方向剖为两半，并在直径位置处刻一通槽，供光纤光栅放置。然后将两个半边钢筋棒靠紧，将光纤光栅放置在槽内，使光栅部分位于两钢筋中间，拉紧光纤光栅，然后采用AB胶将光纤粘贴在钢筋内部的槽内，等待AB胶干了以后，将另外两半钢筋合拢，使两钢筋棒靠紧，钢筋腐蚀光纤光栅传感器制作完毕后，再采用厚度约10mm的标号为C20的水泥砂浆外封装。
可见：随着钢筋腐蚀的加剧，FBG的光谱中心波长发生位移，其最大位移可达1.272nm，在109 d时，光栅位移下降，证明光栅粘结处出现了滑移，传感失效。
（1）在监测初期，波长位移都呈现上下波动，没有明显的增加，这是因为在初期钢筋还并未出现明显的腐蚀，而混凝土的收缩、钢筋腐蚀对周围混凝土孔隙的填充等因素，都会影响光栅波长的移动。
（2）随时间增加，这4组光栅波长都出现了明显的增加，证明钢筋腐蚀体积膨胀使光栅承受了明显的拉力，光栅中心波长值持续增加。
（3）这4组数据并不是在同一时间出现明显的光栅波长位移的增加，而且光栅波长位移随时间增加的速率不同，这都是因为每一组加速腐蚀的电流不同，而且电流没有保持时间的一致性，因此每个传感器中钢筋腐蚀速率不同。
推荐光纤光栅钢筋计：
JH-FGS-F2光纤光栅钢筋计（应变）
参考文献：李俊，吴瑾，高俊启， “一种监测钢筋腐蚀的光纤光栅传感器的研究”，光谱学与光谱分析
关于结构健康监测
结构健康监测是指对工程结构实施损伤检测和识别。 我们这里所说的损伤包括材料特性改变或结构体系的几何特性发生改变，以及边界条件和体系的连续性，体系的整体连续性对结构的服役能力有至关重要的作用。 结构健康监测涉及到通过分析定期采集的结构布置的传感器阵列的动力响应数据来观察体系随时间推移产生的变化，损伤敏感特征值的提取并通过数据分析来确定结构的健康状态。对于长期结构健康监测，通过数据定期更新来估计结构老化和恶劣服役环境对工程结构是否有能力继续实现设计功能。
关于光纤光栅传感器
光纤光栅传感器（Fiber Grating Sensor ）属于光纤传感器的一种，基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格（Bragg）波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。光纤光栅传感器可以实现对温度、应变等物理量的直接测量。由于光纤光栅波长对温度与应变同时敏感，即温度与应变同时引起光纤光栅耦合波长移动，使得通过测量光纤光栅耦合波长移动无法对温度与应变加以区分。因此，解决交叉敏感问题，实现温度和应力的区分测量是传感器实用化的前提。通过一定的技术来测定应力和温度变化来实现对温度和应力区分测量。这些传感器主要包括光纤光栅应变传感器、温度传感器、加速度传感器、位移传感器、压力传感器、流量传感器、液位传感器等。
关于聚华科技
杭州聚华光电科技有限公司（Cavono,Inc.）是一家基于物联网光纤传感器技术从事土木工程结构健康监测与预警管理的高新技术企业，聚华是光纤光栅传感器产品提供商和土木工程结构健康监测一站式解决方案优质合作伙伴。公司专注于桥梁、隧道、边坡、基坑、地铁、矿山、电力等土木工程领域的结构健康监测相关产品的研发、生产、推广与应用，以提供野外光纤传感器自动化监测产品、工程结构安全监测一站式解决方案见长。主要以光纤光栅传感器技术、分布式光纤测温技术、工程安全自动化云计算软件、工程化专业领域数据分析为技术核心。www.cavono.com www.juhualab.com
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