阅读说明：本技术 一种具有温度自补偿的钢筋腐蚀监测装置 (Steel bar corrosion monitoring device with temperature self-compensation function ) 是由 张燕君 王华杰 杨刘震 于 2021-06-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种具有温度自补偿的钢筋腐蚀监测装置,包括基座、第一光纤Bragg光栅和第二光纤Bragg光栅；所述基座整体呈长方体结构,所述基座的上表面设置为与钢筋表面相契合的圆弧结构,所述基座内部设置为镂空结构,所述基座内腔的上表面均匀设置有若干矩形开槽,所述基座两侧中底部设置有通向内腔的矩形通孔,所述第一光纤Bragg光栅和第二光纤Bragg光栅连接后分别黏贴在基座内腔下表面中部区域的两侧,且所述第一光纤Bragg光栅一端通过矩形通孔出纤。本发明可满足在混凝土环境下对钢筋腐蚀的长期实时监测,且便于安装、稳定性好,灵敏度和测量范围可调,同时能够进行温度自补偿,具有较好的经济效益和社会效益。(The invention relates to a steel bar corrosion monitoring device with temperature self-compensation function, which comprises a base, a first optical fiber Bragg grating and a second optical fiber Bragg grating, wherein the base is provided with a first optical fiber Bragg grating and a second optical fiber Bragg grating; the base is integrally of a cuboid structure, the upper surface of the base is of an arc structure matched with the surface of a steel bar, the base is internally provided with a hollow structure, the upper surface of an inner cavity of the base is uniformly provided with a plurality of rectangular grooves, the bottom parts of the two sides of the base are provided with rectangular through holes leading to the inner cavity, the two sides of the middle area of the lower surface of the inner cavity of the base are respectively pasted after the first optical fiber Bragg grating and the second optical fiber Bragg grating are connected, and one end of the first optical fiber Bragg grating is led out of fibers through the rectangular through holes. The invention can meet the requirement of long-term real-time monitoring of the corrosion of the steel bar under the concrete environment, is convenient to install, has good stability and adjustable sensitivity and measurement range, can carry out temperature self-compensation and has better economic benefit and social benefit.)

一种具有温度自补偿的钢筋腐蚀监测装置

技术领域

本发明涉及光纤传感

技术领域

，尤其涉及一种具有温度自补偿的钢筋腐蚀监测装置。

背景技术

钢筋混凝土结构结合了钢筋与混凝土的优点，造价较低，广泛应用于桥梁、建筑、道路、大坝等工程中。而这些结构除了要保证安全性、适用性之外，还要保证结构耐久性的要求。在各种影响因素中，钢筋腐蚀是影响混凝土结构耐久性的首要因素。国内外统计资料表明，因钢筋腐蚀导致混凝土结构的耐久性降低而引起的损失是巨大的，并且问题会越来越严重，钢筋腐蚀将给国民经济带来巨大损失。美国标准局2000年的调查表明，美国直接腐蚀损失为4400亿美元，占GDP的5％，较1995年增加48％，其中交通和公共设施占32％，间接损失达8000亿美元。目前，钢筋腐蚀检测最主要的方法仍然是电化学方法，而随着光纤及光纤光栅检测技术的广泛应用，人们又开始将其用于钢筋腐蚀检测中。钢筋腐蚀光纤布拉格光栅(FBG)传感器对环境干扰不敏感，检测简单快捷，而且具有较好的耐久性，因此，对于研究混凝土中钢筋的腐蚀，光纤布拉格光栅传感器是具有十分重要的意义的。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种具有温度自补偿的钢筋腐蚀监测装置，可满足混凝土中钢筋腐蚀的长期实时监测、耐腐蚀、便于安装、体积小、稳定性好、灵敏度和测量范围可调、能够进行温度自补偿、具有较好的经济效益和社会效益。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的一种具有温度自补偿的钢筋腐蚀监测装置，包括基座、第一光纤Bragg光栅和第二光纤Bragg光栅；所述基座整体呈长方体结构，所述基座的上表面设置为与钢筋表面相契合的圆弧结构，所述基座内部设置为镂空结构，所述基座内腔的上表面均匀设置有若干矩形开槽，所述基座两侧中底部设置有通向内腔的矩形通孔，所述第一光纤Bragg光栅和第二光纤Bragg光栅连接后分别黏贴在基座内腔下表面中部区域的两侧，且所述第一光纤Bragg光栅一端通过矩形通孔出纤。

进一步的，所述第一光纤Bragg光栅和第二光纤Bragg光栅通过串联的方式连接，所述第二光纤Bragg光栅完全处于内腔中，所述第一光纤Bragg光栅的尾纤通过矩形通孔穿出；其中，所述第二光纤Bragg光栅一端通过胶粘固定，另一端处于松弛状态，所述第一光纤Bragg光栅的两端粘贴，且粘贴时所述第一光纤Bragg光栅处于临界拉伸状态。

进一步的，所述基座两侧矩形通孔的下方设置有半圆形开槽，所述半圆形开槽用于粘接不锈钢管，对第一光纤Bragg光栅的尾纤起到保护使用。

进一步的，所述基座底部中间区域设置有一条凸起的横梁。

进一步的，所述横梁的两侧填充有与基座底部面积对应且与横梁等高的EVA泡棉。

进一步的，所述基座的材质为双相钢或镍合金或钛合金。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、可在混凝土环境下对钢筋进行全寿命周期腐蚀监测；

2、耐腐蚀，基座由耐腐蚀材料制成或经过镀膜处理，光栅本身耐腐蚀；

3、便于安装，装置可以直接捆扎于钢筋表面，由于光栅在基座的内腔，光栅不会在混凝土浇筑时损坏，施工时可以直接对捆扎有监测装置的钢筋进行浇筑；

4、灵敏度高，钢筋腐蚀时腐蚀产物的体积比腐蚀的钢筋的体积要大得多，体积的增大势必会对装置接触面产生挤压，由于接触面中间镂空，疏松的腐蚀产物会进入基座内腔，导致基座接触面两端受压力，中间不受力，又由于基座中间有凸起的横梁，横梁类似于翘板的支点，将使光栅黏贴面产生应变，光栅对应变敏感，这也决定了装置的灵敏性；

5、灵敏度和测量范围可调，装置的灵敏度可以通过调节光栅黏贴面的厚度和矩形梁两侧装置的长度进行调节，厚度越小灵敏度越高，矩形梁两侧装置越长灵敏度越高，装置的监测范围可以通过调节矩形梁的高度进行调节；

6、能够进行温度自补偿，黏贴于基座内腔的两支光栅，一支作为传感光栅，另一支光栅进行温度补偿。

附图说明

图1是本发明的整体装配结构示意图；

图2是图1的侧视结构示意图；

图3是图1中无EVA泡棉结构的主视结构示意图。

其中，附图标记：1-基座；2-矩形通孔；3-半圆形开槽；4-EVA泡棉；5-矩形开槽；6-横梁；7-第一光纤Bragg光栅；8-第二光纤Bragg光栅；9-圆弧结构；10-内腔。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

需要说明的是，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

参见附图1至3，给出了本发明所提出的一种具有温度自补偿的钢筋腐蚀监测装置的一个实施例的具体结构。该装置包括基座1、第一光纤Bragg光栅7和第二光纤Bragg光栅8。

所述基座1整体呈长方体结构，采用双相钢或镍合金或钛合金材料制成，或对其表面进行镀膜处理；所述基座1的上表面设置为与钢筋表面相契合的圆弧结构9，所述基座1内部设置为镂空结构，所述基座内腔10的上表面均匀设置有若干矩形开槽5，所述基座1两侧中底部设置有通向内腔10的矩形通孔2；所述基座1两侧矩形通孔2的下方均对应设置有半圆形开槽3；所述基座1底部中间区域设置有一条凸起的横梁6，所述横6的两侧填充有与基座1底部面积对应且与横梁6等高的EVA泡棉4；当钢筋受到腐蚀时，腐蚀产物的体积比腐蚀的钢筋的体积要大得多，体积的增大势必会对装置接触面产生挤压，由于接触面中间镂空，疏松的腐蚀产物会进入基座内腔10，导致基座1接触面两端受压力，中间不受力，又由于基座1底部中间有凸起的横梁6，该横梁6相当于翘板的支点，将使光栅黏贴面产生应变，光栅对应变敏感，决定了装置的灵敏性。

所述第一光纤Bragg光栅7和第二光纤Bragg光栅8连接后分别间隔一定距离的黏贴在基座内腔10下表面中部区域的前后两侧；本实施例中，所述第一光纤Bragg光栅7和第二光纤Bragg光栅8通过串联的方式连接，所述第二光纤Bragg光栅8完全处于内腔10中，所述第一光纤Bragg光栅7的尾纤通过一侧矩形通孔2穿出；其中，所述第二光纤Bragg光栅8一端通过胶粘固定，另一端处于松弛状态，所述第一光纤Bragg光栅7的两端均粘贴固定，且粘贴时，使所述第一光纤Bragg光栅7处于临界拉伸状态；所述第一光纤Bragg光栅7作为传感光栅，所述第二光纤Bragg光栅8作为补偿光栅，用于温度补偿；且所述半圆形开槽3可用于粘接不锈钢管，从而对第一光纤Bragg光栅7的尾纤起到保护使用。

本发明的工作原理在于：所述基座1内腔的上表面均匀设置有若干矩形开槽5，所述矩形开槽5是为了让钢筋腐蚀产生的锈蚀物更好的进入腔内，钢筋腐蚀产生锈蚀物时，会产生很大的力，所述矩形开槽5的作用是将基座1中间钢筋产生锈蚀物时的力卸去一大部分，使钢筋腐蚀产生锈蚀物的力施加于基座1两侧。所述基座1两侧中底部设置有通向内腔的矩形通孔2，所述第一光纤Bragg光栅7和第二光纤Bragg光栅8连接后分别黏贴在基座1内腔下表面中部区域的两侧，且所述第一光纤Bragg光栅7一端通过矩形通孔2出纤。所述第一光纤Bragg光栅作为应变传感光栅，第二光纤Bragg光栅作为温度补偿光栅进行温度补偿，温度补偿原理为：光纤Bragg光栅的中心波长对温度和应变比较敏感，所述第二光纤Bragg光栅8处于松弛状态时，不受应力的影响，中心波长只随温度的改变而变化，所述第一光纤Bragg光栅7的中心波长会随着应力的变化和温度的变化而改变，所述第一光纤Bragg光栅7中心波长的改变量减去第二光纤Bragg光栅8的改变量，就得到了第一光纤Bragg光栅7中心波长随应力变化的变化量，从而实现了温度补偿。所述基座1底部中间区域设置有一条凸起的横梁6，此横梁6的作用相当于翘板的支点，可以将钢筋腐蚀产生的力更好的施加于光栅黏贴面，使其产生应变，所述横梁6的两侧填充有与基座1底部面积对应且与横梁等高的EVA泡棉4，目的是使基座1两端点受力时能产生垂直于钢筋轴向的位移，进而使第一光纤Bragg光栅7产生拉伸应变。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。