CN108426840A - 一种实时测量混凝土内部湿度的传感器 - Google Patents

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武震林
王宝民
张婷婷
韩俊南
张扬
申人升
荆振国
刘斌
梁宇鑫
李成坤
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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated

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Abstract

本发明涉及湿度测量装置，具体涉及一种埋入式、测量精度高、抗干扰能力强的实时测量混凝土内部湿度的传感器，包括传感器外套筒，传感器外套筒的圆周设置有通孔，传感器外套筒内有不锈钢烧结滤筒，顶部设有防水密封盖，传感器外套筒的内底部设置有环氧树脂层，环氧树脂层内设有传感器光纤，传感器光纤的末端浸没在环氧树脂层中，传感器光纤的顶端穿过防水密封盖延伸到传感器外套筒的外部，穿出孔与传感器光纤的间隙处涂覆有环氧树脂，传感器外套筒内的传感器光纤上涂覆有湿敏材料涂覆层，湿敏材料涂覆层为聚乙烯醇，传感器光纤的末端涂覆有金属反射层，利用倾斜光栅对周围环境折射率极其敏感的特性实现对混凝土湿度的实时监测和高精度测量。

Description

一种实时测量混凝土内部湿度的传感器
技术领域
本发明涉及湿度测量装置，具体涉及一种埋入式、结构简单、测量精度高、抗干扰能力强的实时测量混凝土内部湿度的传感器。
背景技术
传统湿度传感器在工农业生产，食品储藏，气象监测，科研等领域，有广泛应用。在土木工程领域，研究混凝土内部水分迁移时，需要用到相对湿度这一重要参数，测量混凝土内部相对湿度通常采用湿度传感器，但由于测试相对比较困难，并且因为传感器技术等原因，湿度测量一直是国际公认的难题，不同学者对于混凝土内部相对湿度的测量结果差异也很大。
湿度传感器是通过湿敏元件或湿敏材料，来采集混凝土中水分的数据，通过数字模拟信号反馈给计算机，或其他显示设备，来检测混凝土内部的相对湿度。
现在一般的基于电容或者电阻式的湿度传感器，需要用插入式探头测湿度方法，存在以下缺点：（1）温度差异，因为相对湿度对温度有依赖性，温度偏差对相对湿度的偏差有很大影响，需要温度补偿措施，但温度补偿往往采用测试孔的空气温度而不是混凝土实际温度，导致相对湿度差别很大。（2）测湿精度，混凝土相对湿度是针对内部微小空隙而言，预留较大的测试孔会对混凝土内部微小孔隙的湿度有稀释作用，影响测湿精度。（3）抗干扰能力差，由于传统湿度传感器是基于电阻或电容并附加湿敏元件进行测量，湿敏元件需长期暴露在混凝土内部，容易受污染，影响其测量精度及长期稳定性，另外电子器件在混凝土内部高湿度环境中难免产生漂移，且由于混凝土内部环境复杂，漂移无规律可循，无法准确监测内部相对湿度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种埋入式、结构简单、测量精度高、抗干扰能力强的实时测量混凝土内部湿度的传感器。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种实时测量混凝土内部湿度的传感器，包括传感器外套筒，传感器外套筒的内部有空腔，所述的传感器外套筒的圆周设置有通孔，通孔与传感器外套筒的空腔相连通，通孔的孔径大小为1~5 毫米，传感器外套筒的内部设置有不锈钢烧结滤筒，烧结滤筒的过滤精度为10-20 微米，传感器外套筒的顶部设置有防水密封盖，传感器外套筒的内底部设置有环氧树脂层，环氧树脂层内设置有传感器光纤，传感器光纤内以相位掩模板技术写入有倾斜光栅，所述的传感器光纤的末端浸没在环氧树脂层中，传感器光纤的顶端穿过防水密封盖延伸到传感器外套筒的外部，传感器外套筒内的传感器光纤上设置有湿敏材料涂覆层。
所述的湿敏材料涂覆层为聚乙烯醇，利用浸渍提拉法将配置好的聚乙烯醇溶液均匀地涂覆在传感器光纤的表面，固化后形成涂覆层。
所述的传感器光纤的末端设置有金属反射层，金属反射层浸没在环氧树脂层中。
所述的传感器外套筒采用金属或聚氯乙烯制成。
所述的传感器光纤放置于传感器外套筒的轴线上。
所述的防水密封盖的中心设置有穿出孔，穿出孔与传感器光纤的间隙处涂覆有环氧树脂。
本发明的积极效果是：传感器外套筒采用金属或聚氯乙烯制成，防止混凝土对传感器外套筒内的干扰；传感器光纤放置在传感器外套筒内，并在传感器外套筒的顶部设置有防水密封盖，实现埋入式传感器；避免了传感结构与外部混凝土的直接接触，可具有抵抗混凝土外部环境干扰的效果；传感器外套筒的内部衬有不锈钢烧结滤筒，在保证良好过滤性，透气性的同时，也提高了结构的机械强度；防水密封盖的穿出孔与传感器光纤的间隙处涂覆有环氧树脂，使得传感器外套筒的内部与外界隔离；传感器外套筒的圆周设有通孔，通孔孔径小，可使得混凝土内的水蒸气进入传感器外套筒内与传感器光纤充分接触，同时隔离混凝土进入传感器外套筒内对测量产生影响；利用倾斜光栅对周围环境折射率极其敏感的特性可实现传感器对混凝土湿度的实时监测和高精度测量；传感器光纤的末端涂覆有金属反射层，经过传感器光纤的光信号经金属反射层的反射又回到输入端，输入输出光信号均由传感器光线的一侧导出，有利于埋入式传感器对光信号变化的监测。
附图说明
图1是本发明的剖面结构示意图。
图2是本发明的立体分解图。
图3是本发明的立体结构示意图。
具体实施方式
如图1到图3所示，一种实时测量混凝土内部湿度的传感器，包括传感器外套筒4，传感器外套筒4的内部有空腔，传感器外套筒4采用金属或聚氯乙烯制成，传感器外套筒4的圆周设有通孔，通孔与传感器外套筒4的空腔相连通，通孔的孔径大小为1~5 毫米，传感器外套筒4的内部套装有不锈钢烧结滤筒，烧结滤筒的过滤精度为10-20 微米，传感器外套筒4的顶部安装有防水密封盖2，防水密封盖2包括两个相同的半圆形盖体，防水密封盖2的中心留有穿出孔，传感器外套筒4的内底部填充有环氧树脂层6，环氧树脂层6内插接有传感器光纤1，传感器光纤1内以相位掩模板技术写入有倾斜光栅，传感器光纤1放置于传感器外套筒4的轴线上，传感器光纤1的末端浸没在环氧树脂层6的中心，传感器光纤1的末端包覆有金属反射层5，金属反射层5浸没在环氧树脂层6中，传感器光纤1的顶端穿过防水密封盖2的中心延伸到传感器外套筒4的外部，防水密封盖2的穿出孔与传感器光纤1的间隙处涂覆有环氧树脂，传感器外套筒4内的传感器光纤1上涂覆有湿敏材料涂覆层3，湿敏材料涂覆层3为聚乙烯醇，利用浸渍提拉法将配置好的聚乙烯醇溶液均匀地涂覆在传感器光纤1的表面，固化后形成涂覆层。

Claims (6)

1.一种实时测量混凝土内部湿度的传感器，包括传感器外套筒，传感器外套筒的内部有空腔，其特征在于：所述的传感器外套筒的圆周设置有通孔，通孔与传感器外套筒的空腔相连通，通孔的孔径大小为1~5 毫米，传感器外套筒的内部设置有不锈钢烧结滤筒，烧结滤筒的过滤精度为10-20 微米，传感器外套筒的顶部设置有防水密封盖，传感器外套筒的内底部设置有环氧树脂层，环氧树脂层内设置有传感器光纤，传感器光纤内以相位掩模板技术写入倾斜光栅，所述的传感器光纤的末端浸没在环氧树脂层中，传感器光纤的顶端穿过防水密封盖延伸到传感器外套筒的外部，传感器外套筒内的传感器光纤上设置有湿敏材料涂覆层。
2.根据权利要求1所述的实时测量混凝土内部湿度的传感器，其特征在于：所述的湿敏材料涂覆层为聚乙烯醇，利用浸渍提拉法将配置好的聚乙烯醇溶液均匀地涂覆在传感器光纤的表面，固化后形成涂覆层。
3.根据权利要求1所述的实时测量混凝土内部湿度的传感器，其特征在于：所述的传感器光纤的末端设置有金属反射层，金属反射层浸没在环氧树脂层中。
4.根据权利要求1所述的实时测量混凝土内部湿度的传感器，其特征在于：所述的传感器外套筒采用金属或聚氯乙烯制成。
5.根据权利要求1所述的实时测量混凝土内部湿度的传感器，其特征在于：所述的传感器光纤放置于传感器外套筒的轴线上。
6.根据权利要求1所述的实时测量混凝土内部湿度的传感器，其特征在于：所述的防水密封盖的中心设置有穿出孔，穿出孔与传感器光纤的间隙处涂覆有环氧树脂。
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