CN102435551A

CN102435551A - 建筑墙体湿度光纤光栅监测系统

Info

Publication number: CN102435551A
Application number: CN2011104122324A
Authority: CN
Inventors: 王川; 李家和; 谷守杰; 欧进萍
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明提供一种建筑墙体湿度光纤光栅监测系统。它是由光纤光栅、聚酰亚胺薄膜、不锈钢细网、带小孔不锈钢管和铠装光缆组成的，光纤光栅连接聚酰亚胺薄膜，聚酰亚胺薄膜连接不锈钢细网，不锈钢细网连接带小孔不锈钢管，铠装光缆连接光纤光栅。本发明将光纤光栅用聚酰亚胺薄膜进行封装，将多个传感器布置在一根光纤上组成墙体湿度梯度监测系统，聚酰亚胺薄膜具有湿膨胀线性度好、耐高温、耐腐蚀的特点，从而制成耐久性好、可以准分布布设、精度高、方便施工操作、适应建筑墙体内部环境的湿度梯度监测系统。

Description

建筑墙体湿度光纤光栅监测系统

(一)技术领域

本发明涉及建筑质量监测技术，具体说就是一种建筑墙体湿度光纤光栅监测系统。

(二)背景技术

1978年，加拿大的Hill发明掺锗光纤中光致折射率变化的现象使芯内光栅得以问世。1989年，美国的Meltz发明掺锗光纤光栅紫外侧写入技术，人们利用这一技术可以方便地制作各种常数的光纤光栅，使得成本大大降低，为其广泛应用奠定了基础。光纤光栅用于传感的主要优点体现在：能避免电磁场的干扰，电绝缘性好；不受潮湿环境影响；耐久性好，具有抵抗包括高温(小于600℃)在内的各种恶劣环境及化学侵蚀的能力，具有承受振动和冲击的能力；质量轻、体积小、对结构影响小、易于布置；既可以实现点测量，也可以实现分布式测量及绝对测量；节省线路，只用一根线就可以传送结构状态信号；信号、数据可多路传输，便于与计算机连接，单位长度上信号衰减小；灵敏度高，精度高；频带宽，信噪比高等。但是，由于裸光纤光栅特别纤细，外径约为125微米左右，其主要成分是SiO₂，因此特别脆弱，不能直接应用于工程，且光纤光栅能够很精确的测量应变但不能直接去测量湿度，严重地制约了光纤光栅在墙体湿度梯度测量中的应用。随着世界人口增多、经济快速发展，能源问题已经成为制约国家经济发展和人民生活水平提高的关键问题。而供暖能耗约占全国总能耗的10％。这样，建筑节能保温技术的发展和推广就成为了重中之重。墙体的湿度影响墙体的保温性能，因此研究建筑墙体湿度梯度显得非常重要。对于墙体湿度梯度测试，传统的传感器有很多不足的地方：(1)电容式湿度传感器线性度差，对电磁的抗干扰性能差，长期稳定性不理想，多数长期使用漂移严重，且大多数电容式湿敏元件不具备40℃以上温度下工作的性能，单点测试；(2)传统的电阻式湿度传感器的线性度、产品互换性差，长期湿度测试的结果会严重失真，单点测试、同时存在布设困难的问题。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种建筑墙体湿度光纤光栅监测系统。

本发明的目的是这样实现的：它是由光纤光栅、聚酰亚胺薄膜、不锈钢细网、带小孔不锈钢管和铠装光缆组成的，光纤光栅连接聚酰亚胺薄膜，聚酰亚胺薄膜连接不锈钢细网，不锈钢细网连接带小孔不锈钢管，铠装光缆连接光纤光栅。

本发明一种建筑墙体湿度光纤光栅监测系统，将光纤光栅用聚酰亚胺薄膜进行封装，将多个传感器布置在一根光纤上组成墙体湿度梯度监测系统，聚酰亚胺薄膜具有湿膨胀线性度好、耐高温、耐腐蚀的特点，从而制成耐久性好、可以准分布布设、精度高、方便施工操作、适应建筑墙体内部环境的湿度梯度监测系统。本发明具有耐腐蚀、传感精度高、抗电磁干扰、绝对测量、准分布、抗潮防水、稳定性与耐久性好等优点。同时由于其封装材料采用的是聚酰亚胺材料，可以大大提高传感器耐久性。利用涂覆聚酰亚胺的光纤光栅测量湿度原理、优良的应用性能和此种传感器的结构形式，可以对建筑墙体湿度梯度进行监测，从而可以准确预测保温效果衰减规律和保温材料使用寿命，为既有建筑改造年限的确定提供理论上的技术支撑。

(四)附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的左视图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：结合图1，本发明一种建筑墙体湿度光纤光栅监测系统，它是由光纤光栅(1)、聚酰亚胺薄膜(2)、不锈钢细网(3)、带小孔不锈钢管(4)和铠装光缆(5)组成的，光纤光栅(1)连接聚酰亚胺薄膜(2)，聚酰亚胺薄膜(2)连接不锈钢细网(3)，不锈钢细网(3)连接带小孔不锈钢管(4)，铠装光缆(5)连接光纤光栅(1)。

实施例2：本发明包括多个薄膜状的聚酰亚胺材料作为封装材料，封装在聚酰亚胺薄膜内部的光纤光栅。本发明还包括如下结构特征：1、光纤光栅直接被聚酰亚胺材料封装；2、用不锈钢细网包裹封装好的聚酰亚胺、光纤光栅复合杆；3、用带小孔不锈钢管将整体封装；4、光纤光栅在钢管两端通过铠装光缆引出。在本发明中，光纤光栅被居中封装在聚酰亚胺薄膜中，能够很好的保证光栅与封装材料之间的粘结。在聚酰亚胺薄膜外表面有不锈钢细网和带孔的不锈钢管，不仅能够有效地感应周围环境的湿度、温度变化且避免了在建筑施工和使用过程中墙体湿度梯度监测系统的损坏。

实施例3：本发明具有以下特点：(1)采用聚酰亚胺涂覆工艺，将光纤光栅与聚酰亚胺封入模具，经过加热、固化、冷却三个过程有机地构成一体，加工成形的聚酰亚胺、光纤光栅复合杆。(2)将聚酰亚胺、光纤光栅复合杆用不锈钢细网包裹。(3)用带孔的不锈钢管将被不锈钢细网包裹的聚酰亚胺、光纤光栅复合杆封装。(4)将传导光纤从聚酰亚胺、光纤光栅复合杆端部引出。

实施例4：本发明包括多个聚酰亚胺、光纤光栅复合杆和直接封装在其内部的光纤光栅。多个光纤光栅湿度传感器串联在一根光纤上对墙体湿度梯度进行监测。光栅是直接封装在聚酰亚胺薄膜内部，聚酰亚胺薄膜外部装有不锈钢细网，和带孔的不锈钢管，传输光纤在不锈钢管两端引出。为了使光栅测得的湿度梯度精度高，用于封装光纤光栅的聚酰亚胺薄膜厚度大于0.1mm。光纤在金属管外用铠装外套保护。要将光纤，不锈钢细网、带孔不锈钢管以及铠装光纤粘牢，防止传感器在实际布设过程中接线段产生破坏。

实施例5：本发明的性能指标如下表：

性能	指标
		量程	10％～98％RH
精度	±4％RH
		响应时间	5S
湿度灵敏度	-0.282mV/％RH
		温度灵敏度	随结构标定
切趾光栅波长范围	1510nm～1590nm(可定制)
		反射率	≥90％
布设方式	直接埋入
		尾纤	铠装光缆
跳线头	FC/APC或FC/PC
		耐久性	大于25年

本发明具有尺寸小、墙体中布设简单、布设成活率高、墙体内部湿度梯度测试精度高、抗电磁干扰、准分布式传感、绝对测量、稳定性与耐久性好等优点。同时，根据工程实际需要，可以改变外形尺寸，使用非常方便，特别适于产业化生产。其对建筑墙体湿度梯度监测均有重大实际意义。

Claims

1.一种建筑墙体湿度光纤光栅监测系统，它是由光纤光栅(1)、聚酰亚胺薄膜(2)、不锈钢细网(3)、带小孔不锈钢管(4)和铠装光缆(5)组成的，其特征在于：光纤光栅(1)连接聚酰亚胺薄膜(2)，聚酰亚胺薄膜(2)连接不锈钢细网(3)，不锈钢细网(3)连接带小孔不锈钢管(4)，铠装光缆(5)连接光纤光栅(1)。