CN104020179A - 基于光纤光栅传感技术波纹管注浆密实度检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光纤光栅传感技术的波纹管注浆质量检测装置及方法，其是通过宽带光源发出的光经传感头入射到光纤光栅传感器，不同位置的传感光栅处的应变不同，光信号受到外场信息的调制，其反射光(或透射光)的光谱发生相应变化，通过检测反射(或透射)光谱的分布及相关变化，从而确定相应位置的应变情况，以此判定是否存在缺陷及缺陷的位置，为工作人员判断波纹管注浆质量提供很好的依据，检测完后将光纤光栅传感器抽除，光纤光栅传感器带来的微小空隙对整个波纹管的结构特征以及工作特性的影响可忽略不计。本发明能有效地实现对桥梁或建筑等混凝土结构的质量监测和维护工作，可靠性高，有利于实际的推广及使用。

Description

基于光纤光栅传感技术波纹管注浆密实度检测装置及方法

技术领域

本发明公开了一种基于光纤光栅传感技术波纹管注浆质量检测的装置及方法，属于无损检测技术领域。

背景技术

近几年，中国的桥梁坍塌事故频频发生，提高桥梁等混凝土结构质量检测技术，对可能存在安全隐患的建筑项目进行安全评估是一项势在必行的工作，其中关于桥梁梁板中预应力孔道波纹管压浆质量的检测是重点之一，压浆是否密实将直接影响预应力构件的整体强度和耐久性。

传统的压浆质量的检测，主要靠监理现场观察注浆过程中浆液的出浆情况，以此来判别该孔压浆质量是否符合要求，具有很大的主观随意性，况且浆液在孔内的流动情况受施工操作、压浆压力等因素控制，监理人员难以判别浆液在孔内的饱满和固结情况。作为抽样检测，可采用钻心检测法，通过钻孔取样，查看内部的缺陷，该方法简单实用，但具有破坏性，对于已浇筑好的构建不太适合；采用弹性波方法加以解决，通过弹性波的传播途径，对弹性波的振幅，频率，波幅等参数的认识来识别有无缺陷，但弹性波形的多解性让人难以判断，效果并不明显。加之灌浆混凝土材料是一种由水泥浆、孔隙、预应力钢筋和波纹管等组成多相复合体系的异质结构材料，各相随机地交织在一起，形成极为复杂的内部结构，又是多相的凝聚体和具有弹、粘、塑性的非均质材料，对其进行快速无破损检测也就比较复杂。如今，无损检测技术愈发成熟，常见的无损检测技术有：

(1)射线照相检验法：射线能穿透肉眼无法穿透的物质使胶片感光，当X射线或γ射线照射胶片时，与普通光线一样，能使胶片乳剂层中的卤化银产生潜影，由于不同密度的物质对射线的吸收系数不同，照射到胶片各处的射线能量也就会产生差异，便可根据暗室处理后的底片各处黑度差来判别缺陷。但是总体成本相对较高，而且射线对人体有害，检验速度会较慢；

(2)磁粉检测：铁磁性材料和工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小。但是，工件的形状和尺寸有时对检测有影响，因其难以磁化而无法检测；

(3)液体渗透法：零件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透剂后，在毛细管作用下，经过一段时间，渗透液可以渗透进表面开口缺陷中；经去除零件表面多余的渗透液后，再在零件表面施涂显像剂，同样，在毛细管的作用下，显像剂将吸引缺陷中保留的渗透液，渗透液回渗到显像剂中，在一定的光源下，缺陷处的渗透液痕迹被现实，从而探测出缺陷的形貌及分布状态。但是，渗透检测只能检出表面开口缺陷，但对埋藏缺陷或闭合型表面缺陷无法检出，而且检测工序多，速度慢、材料较贵成本较高，并且有些材料易燃有毒；

(4)超声法：利用换能器将高频电脉冲转换为高频超声波，超声波通过耦合剂传入工件，超声波在传播过程中遇到异质界面时会发生反射、折射和波形转换，反射回来的声波再通过耦合剂被探头接收、放大后在荧光屏上显示，根据反射回波位置判断是否根据回波高度判断缺陷反射面的当量大小。但是，无法得到缺陷直观图像，定性困难，定量精度不高，而且，在检测与声束平行的裂纹类面状缺陷检测出率很低，容易漏检。

众所周知，混凝土结构是一种非均质、多孔、组成结构复杂、分散性极大的各向异性复合材料，并且混凝土结构(如大坝、桥梁)体积庞大、结构复杂，因此，传统机械行业的无损检测手段就显得无能为力了，声波在混凝土中传播时，如遇有结块空腔等内部缺陷，就会被这些结构散射，产生带有物体内部结构的声学特性信息的回波信号，采集并处理这些回波信号，可以得到混凝土的内部结构信息。但是，混凝土本身的特性，使得高频波段在其中的衰减较大，而且，波在混凝土中传播的指向性也较差，同时，在日常检测中会伴有随机噪声的影响，故而目前的检测装置及方法检测的准确度及精度，还都无法达到工程要求，实测中经常出现漏判、误判。

发明内容

本发明的技术目的是克服现有各类检测方法中的弊端，而提供一种基于光纤光栅传感技术的波纹管注浆质量检测装置及方法，可以直接从波纹管内部检测注浆情况，做到方便快捷、直观准确、无二次损害地对桥墩、桥梁波纹管内的混凝土密实度进行检测，从而达到检测桥梁或者桥墩内部混凝土注浆质量及施工质量，对桥梁运行状况进行维护和监测的目的。

为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种基于光纤光栅传感技术的波纹管注浆质量检测装置，其包括：

光源，用于产生大功率宽带光波；

传感头，与所述光源相连，用于将光源产生的光波传输到光纤光栅传感器，并阻止反射光传入光源，避免影响光源产生的光波质量，使得反射光顺利传入信号处理模块；

光纤光栅传感器，与钢绞线一同埋入波纹管且与钢绞线平行，用于将在不同位置受外场信息调制的光波反射(透射)，并传输到信号处理模块；

信号处理模块，用于解调反射光波，并将得到的解调光信号传输到显示与判定模块；

显示与判定模块，接收到的信号进入光谱仪，由光谱仪读出反射波长，将图像与数据存储到计算机中，通过观察图像与分析数据，判断波纹管结构中的缺陷位置及尺寸。

一种上述装置的波纹管注浆质量检测的检测方法，其特征是，包含以下步骤：

(1)将所述光纤光栅传感器与钢绞线一同埋入波纹管中，且光纤光栅传感器与钢绞线平行；

(2)所述光源产生大功率宽带光波经所述传感头传输给所述光纤光栅传感器；

(3)光波传入所述光纤光栅传感器，在不同位置受到不同的外场信息的调制；

(4)所述调制光波被反射(透射)，反射光波被所述传感头阻止进入光源而传输到所述信号处理模块；

(5)所述信号处理模块对所述反射光波进行解调，并将所述经解调后的光信号传输到所述显示与判定模块；

(6)所述显示与判定模块将接收到的信号以图像形式显示出来读取相关数据并将数据压缩存储到计算机中，通过观察图像分析数据，判断波纹管结构中的缺陷位置及尺寸。

(7)判定结束后，可将光纤光栅传感器抽除，光纤光栅传感器带来的微小空隙对整个波纹管的结构特征以及工作特性的影响可忽略不计。即便留在其中，也不会影响结构质量。

作为优选，所述光纤光栅传感器采用的是分布式光纤光栅传感器，所述分布式光纤光栅传感器是将众多的光纤光栅分布在一根光纤上，实现对空间点几乎连续的检测。

进一步的，所述信息处理模块包括光电探测器、解调系统，所述光电探测器的输出端连接解调系统的输入端，所述解调系统的输出端连接显示与判定模块，对受外场信息调制的反射光进行解调及处理。该解调系统采用的是调制解调器。

进一步的，所述分布式光纤光栅传感器是将众多的光纤光栅分布在一根光纤上，实现对空间点几乎连续的检测。

本发明所达到的有益效果：

本发明宽带光源发出的光经传感头入射到光纤光栅传感器，不同位置的传感光栅处的应变不同，光信号受到外场信息的调制，其反射光(或透射光)的光谱发生相应变化，通过检测反射(或透射)光谱的分布及相关变化，从而确定相应位置的应变情况，以此判定是否存在缺陷及缺陷的位置，为工作人员判断波纹管注浆质量提供很好的依据，检测完后将光纤光栅传感器抽除，光纤光栅传感器带来的微小空隙对整个波纹管的结构特征以及工作特性的影响可忽略不计。本发明能有效地实现对桥梁或建筑等混凝土结构的质量监测和维护工作，可靠性高，有利于实际的推广及使用。

附图说明

图1是本发明的基于光纤光栅传感技术的波纹管注浆质量检测装置的结构示意图。

图2是本发明的光纤光栅传感器的工作流程图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，本实施例提供的是一种基于光纤光栅传感技术的波纹管注浆质量检测装置及方法，该波纹管注浆质量检测装置包括能产生大功率宽带光波的光源1；与所述光源1相连并阻止反射光波进入光源的传感头2；与钢绞线6一同埋入波纹管7中，且与钢绞线6平行的光纤光栅传感器5；与所述光源1在同一端且与所述光纤光栅传感器5相连，并对反射光信号进行处理的信号处理模块3；与所述信号处理模块3相连的显示经处理后的反射信号的显示与判定模块4。

本实施例中，传感头2和光纤光栅传感器5构成整个装置的信号采集模块8，传感头2是用于将光源1产生的光波传输到光纤光栅传感器5，而阻止反射光传入光源1，避免影响光源1产生的光波质量，使得反射光顺利传入信号处理模块3.；光纤光栅传感器5采用的是分布式光纤光栅传感器，该分布式光纤光栅传感器将在不同位置受外场信息调制的光波反射(透射)，并传输到信号处理模块3。信号处理模块3解调反射光波，并将光信号转换成电信号经放大滤波传输到显示与判定模块4；显示与判定模块4接收到的信号以图像形式显示出来并将数据压缩存储到计算机中，通过观察图像，判断波纹管7结构中的缺陷位置及尺寸，从而可以直接从波纹管7内部检测注浆情况，做到方便快捷、直观准确、无二次损害地对桥墩、桥梁波纹管内的混凝土密实度进行检测，从而达到检测桥梁或者桥墩内部混凝土注浆质量及施工质量，对桥梁运行状况进行维护和监测的目的。

本实施例运行在上述的基于光纤光栅传感技术的波纹管注浆质量检测装置的检测方法，包括以下步骤，

(1)将所述光纤光栅传感器5与钢绞线6一同埋入波纹管7中，且光纤光栅传感器5与钢绞线6平行；

(2)所述光源1产生大功率的宽带光波经所述传感头2传输给所述光纤光栅传感器5；

(3)宽带光波传入所述光纤光栅传感器5，在不同位置受到不同的外场信息的调制；

(4)经步骤(3)调制后的光波被反射(透射)，反射光波被所述传感头2传输到所述信号处理模块3，阻止了反射光波进入光源1而影响光源1产生的光波质量；

(5)所述信号处理模块3对所述反射光波进行解调，并将解调信号传输到所述显示与判定模块4；

(6)所述显示与判定模块4将接收到的信号以图像形式显示出来读取相关数据并将数据压缩存储到计算机中，通过观察图像分析数据，判断波纹管7结构中的缺陷9位置及尺寸。

(7)判定结束后，将光纤光栅传感器5抽除，光纤光栅传感器5带来的微小空隙对整个波纹管7的结构特征以及工作特性的影响可忽略不计。

如图2所示，光源1发出的光传输到光纤光栅传感器5，光纤光栅传感器5在被测物的作用下改变其原有的传输的光波性质，探测器探测出光波的性质变化，最后经解调输出，从输出结果观察判断出被测物的多种性质。

本发明光纤光栅传感器5的传感原理是：光纤光栅的中心波长随温度和应变而变化，当光纤光栅受到外部场的作用时，如果外部场使得光栅栅距、光栅周期或者折射率发生变化，就导致了布拉格波长发生了偏移。利用检测技术将波长的偏移量测出来，就能根据偏移量推得外部场的有关性质。

本发明中，一根光纤价格比较便宜，不至于太大地增加成本，而光纤尺寸一般在毫米级，检测完后将光纤光栅传感器5抽除，光纤光栅传感器5带来的微小空隙对整个波纹管7的结构特征以及工作特性的影响可忽略不计。

基于上述，本发明宽带光源发出的光经传感头2入射到光纤光栅传感器5，不同位置的传感光栅处的应变不同，光信号受到外场信息的调制，其反射光(或透射光)的光谱发生相应变化，通过检测反射(或透射)光谱的分布及相关变化，从而确定相应位置的应变情况，以此判定是否存在缺陷及缺陷的位置，为工作人员判断波纹管7注浆质量提供很好的依据，检测完后将光纤光栅传感器5抽除，光纤光栅传感器5带来的微小空隙对整个波纹管7的结构特征以及工作特性的影响可忽略不计。本发明能有效地实现对桥梁或建筑等混凝土结构的质量监测和维护工作，可靠性高，有利于实际的推广及使用。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种基于光纤光栅传感技术的波纹管注浆质量检测装置，其特征在于，其包括：

光源，用于产生大功率宽带光波；

传感头，与所述光源相连，用于将光源产生的光波传输到光纤光栅传感器，并阻止反射光传入光源；

显示与判定模块，接收到的信号以图像形式显示出来并将数据压缩存储到计算机中，通过观察图像，判断波纹管结构中的缺陷位置及尺寸；

信号处理模块，用于解调反射光波，对反射光信号进行处理，并传输到显示与判定模块；

光纤光栅传感器，用于将在不同位置受外场信息调制的光波反射，并传输到信号处理模块。

2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感技术波纹管注浆质量检测装置，其特征是，所述光纤光栅传感器与钢绞线一同埋入波纹管中，且所述光纤光栅传感器与钢绞线平行。

3.根据权利要求1或2所述的基于光纤光栅传感技术波纹管注浆质量检测装置，其特征是，所述光纤光栅传感器采用的是分布式光纤光栅传感器，所述分布式光纤光栅传感器是将多个光纤光栅分布在一根光纤上，实现对空间点几乎连续的检测。

4.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感技术波纹管注浆质量检测的装置，其特征是，所述信息处理模块包括光电探测器、解调系统，所述解调系统的输出端连接显示与判定模块。

5.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感技术波纹管注浆质量检测装置，其特征是，所述显示与判定单元接收信号处理模块的输出信号，以图像形式显示读取相关数据并压缩存储到计算机中，从而判定被测波纹管结构中的缺陷位置及尺寸。

6.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感技术波纹管注浆质量检测装置的检测方法，其特征是，包含以下步骤：

(1)将所述光纤光栅传感器与钢绞线一同埋入波纹管中，且光纤光栅传感器与钢绞线平行；

(2)所述光源产生大功率的宽带光波经所述传感头传输给所述光纤光栅传感器；

(3)宽带光波传入所述光纤光栅传感器，在不同位置受到不同的外场信息的调制；

(4)经步骤(3)调制后的光波被反射，然后将反射光波传输到所述信号处理模块；

(5)所述信号处理模块对所述反射光波进行解调，并将所述经解调后的光信号传输到所述显示与判定模块；

(6)所述显示与判定模块将接收到的信号以图像形式显示出来读取相关数据并将数据压缩存储到计算机中，通过观察图像分析数据，判断波纹管结构中的缺陷位置及尺寸。

(7)判定结束后，将光纤光栅传感器抽除，光纤光栅传感器带来的微小空隙对整个波纹管的结构特征以及工作特性的影响可忽略不计。

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征是，所述信息处理模块包括光电探测器、解调系统，所述光电探测器的输出端连接解调系统的输入端，所述解调系统的输出端连接显示与判定模块。

8.根据权利要求6所述的检测方法，其特征是，所述光纤光栅传感器采用的是分布式光纤光栅传感器，所述分布式光纤光栅传感器是将多个光纤光栅分布在一根光纤上，实现对空间点几乎连续的检测。