CN108519060A - 基于ofdr技术的钢筋锈蚀变形监测系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于OFDR技术的钢筋锈蚀变形监测系统及使用方法，监测系统包括铺设在钢筋凹槽和试块表面的应变传感光纤和温度补偿光纤、光纤数据采集与传输系统、光纤数据处理与分析系统和监测结果显示系统；光纤布设时，在钢筋混凝土试块表面采用S型布设方式，将应变传感光纤与温度补偿光纤相邻平行布设，在钢筋表面将应变传感光纤预受力拉直后与温度补偿光纤相邻平行布设。与现有技术相比，本发明具有测量精度和效率高、灵活性强、操作简单等优点，能够实时监测钢筋锈蚀引发的试块和钢筋表面应变，从而获得钢筋锈蚀引发的变形，实现了钢筋锈蚀变形的高精度测量。

Description

基于OFDR技术的钢筋锈蚀变形监测系统及使用方法

技术领域

本发明涉及土木工程测试领域，尤其涉及基于OFDR技术的钢筋锈蚀变形监测系统及使用方法。

背景技术

随着建筑技术的快速发展，钢筋混凝土结构的耐久性问题越来越引起重视。而钢筋锈蚀会降低钢筋与混凝土的粘结力，同时造成混凝土的受拉开裂，成为钢筋混凝土结构耐久性破坏的一个重要原因。目前常采用电化学方法对钢筋锈蚀过程进行研究，如何方便有效地监测锈蚀过程中钢筋与混凝土的变形成为一个难点。变形监测是锈蚀试验的一个重要方面，目前主要采用电阻式应变片、裂缝测宽仪等传统手段，这些手段存在着以下不足之处：(1)多是点式传感器，只能采集有限的数据，容易漏检，效率低下，无法全面反映监测对象的变形特点；(2)信息反馈有滞后，带来时间上的误差，后期的数据处理不够智能化；(3)测点布置繁琐，而且测点存活率低，经常影响监测进度；(4)仪器的测量精度低，难以获得监测对象细微的变化；(5)带有大量引线，难以监测内部变形。

因此，亟需一种同时对应变、温度、挠度等进行精确监测的监测系统。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于OFDR技术的钢筋锈蚀变形监测系统及使用方法。

技术方案：基于OFDR技术的钢筋锈蚀变形监测系统，包括铺设在钢筋凹槽和试块表面的应变传感光纤和温度补偿光纤、光纤数据采集与传输系统、光纤数据处理与分析系统和监测结果显示系统；数据采集与传输系统采集应变数据后，传输至光纤数据处理与分析系统处理，经监测结果显示系统显示钢筋和混凝土试块表面应变数据。

应变传感光纤在铺设时受力绷直。

温度补偿光纤在铺设时不受力。

应变传感光纤和温度补偿光纤弯折处采用护套保护。

采用基于OFDR技术的钢筋锈蚀变形监测系统的使用方法，包括以下步骤：

(1)在除锈后的钢筋表面开设凹槽，并截取与钢筋相同长度的光纤；

(2)将应变传感光纤受力绷直后铺设固定于钢筋凹槽内并固定；

(3)将不受力的温度补偿光纤粘贴在钢筋表面；

(4)进行试块制作；

(5)将计算好长度的应变传感光纤铺设固定在试块表面；

(6)将温度补偿光纤与应变传感光纤相邻铺设于试块表面；

(7)将光纤接入数据采集与传输系统，进行数据采集与核实；

(8)将数据导入光纤数据处理与分析系统处理后，经监测结果显示系统显示钢筋与试块表面应变曲线。

步骤(3)中，温度补偿光纤在铺设前套有保护管。

步骤(7)中，采用热膨胀管对光纤连接处进行加固。

工作原理：本发明将OFDR(Optical Frequency Domain Reflectometer)光纤数据采集技术应用到钢筋锈蚀变形监测中，并设计了相应的数据处理系统，可以准确地监测钢筋锈蚀过程中试块和钢筋表面的应变。OFDR技术是分布式光纤传感技术的一种，具有灵敏度与空间分辨率高、测量精度大、抗电磁干扰和辐射、分布式、与被测物协调性好等优点，能适应极为严酷的工作环境。其应变分辨率达到了1με，温度分辨率达到0.1℃，测量范围达到±30000με和-270～900℃，能够同时对应变、温度、挠度、3D形状等进行监测，相比于OTDR、FBG、BOTDR等光纤技术，OFDR技术在土木工程监测领域具有非常广阔的应用前景。

有益效果：与传统的监测手段相比，本发明具有以下优点：(1)分布式光纤监测具有测点存活率高、采集数据全面、可实时监测、人为误差小等优势；(2)OFDR技术拥有极高的灵敏度和空间分辨率，可以实现钢筋锈蚀过程中混凝土和钢筋变形的实时监测。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为钢筋混凝土试块侧面光纤布设示意图；

图3为钢筋混凝土试块上表面光纤布设示意图。

图4为钢筋表面光纤布设示意图。

具体实施方式

如图1所示，1a为应变传感光纤，1b为温度补偿光纤，呈S字型均匀布置在试块侧面和上表面，铺设时应使传感光纤紧贴于试块表面。将应变传感光纤1a预受力绷直后铺设于钢筋2表面预先刻好的凹槽内，将温度补偿光纤1b自然放置，不施加作用力。铺设的传感光纤应在起头处预留一定长度，以便于后期测试时引出接入数据采集仪，光纤连接处采用热膨胀管进行加固保护。2为钢筋；3为铠装护套，对光纤弯折处进行保护；4为1m x 1m x 1m的混凝土试块，作为钢筋锈蚀作用的载体；5为光纤数据采集与传输系统，为一台基于OFDR技术的光纤数据采集仪，通过光纤接头与光纤进行连接，并通过与计算机相连以实现数据的及时和快速传输。6为光纤数据处理与分析系统，能够根据光纤数据的特点自动判断监测对象的所在位置并提取出相关数据进行平滑、去噪等处理；7为监测结果显示系统，能将处理后的光纤数据以图表等直观的形式显示出来。

如图2所示，采用特制粘结剂将应变传感光纤1a与试块表面固定，将温度补偿光纤1b穿过有一定刚度的空心圆管后粘贴于混凝土试块4侧面。

如图3所示，将应变传感光纤1a与温度补偿光纤1b粘贴于试块4的上表面时，应注意绕过钢筋2，并按测量需求选取合理的光纤与钢筋间距。

如图4所示，将应变传感光纤1a呈U字型布置并粘贴于钢筋2表面预先刻好的凹槽内，将温度补偿光纤1b与应变传感光纤1a相邻布置，不施加作用力，布置过程中应注意在弯折处设置一定的弧度，并采用铠装护套3对光纤进行进一步保护。

监测系统使用方法包括以下步骤：

(1)对钢筋2进行除锈处理，除锈完毕后在钢筋表面开设深度为1.5mm的凹槽；根据钢筋长度截取相应长度的光纤，在光纤U字弯折处和伸出钢筋2的部分用铠装护套3进行保护；

(2)将应变传感光纤1a预受力绷直后铺设于钢筋2表面预先刻好的凹槽内，用快干胶或胶带进行光纤初步固定；利用环氧树脂和玻璃钢胶按体积比4:3配置专用粘结剂，充分搅拌后在光纤表面进行涂抹；

(3)待钢筋表面的粘结剂完全凝固后，对涂胶部位进行再次打磨，打磨平滑后将温度补偿光纤1b套上有一定刚度的空心圆管，将空心圆管粘贴于钢筋表面；

(4)进行试块制作，制作试块时避免钢筋端部光纤受损，对试块表面进行打磨和清理；

(5)预先计算所需光纤长度，将试块表面均匀涂抹环氧树脂，将应变传感光纤1a在试块表面呈S字型铺设，并通过环氧树脂初步粘贴于试块表面；利用环氧树脂和玻璃钢胶按体积比4:3配置专用粘结剂，充分搅拌后在光纤表面进行涂抹；待试块表面的粘结剂完全凝固后，对涂胶部位进行再次打磨；

(6)将温度补偿光纤1b套上有一定刚度的空心圆管，呈S形平行于应变传感光纤1a铺设于试块表面，并采用快干胶进行固定；

(7)将光纤接头接入OFDR数据采集与传输系统5中的数据采集仪，设置好相应参数，检查系统联通性并进行初始值的采集，核实数据有效性后进行后续试验测试；

(8)将数据采集与传输系统5采集后的数据导入光纤数据处理与分析系统6，系统对数据进行平滑、去噪等处理后，经监测结果显示系统7显示出钢筋2与试块4表面应变曲线。

Claims (7)

1.一种基于OFDR技术的钢筋锈蚀变形监测系统，其特征在于：包括铺设在钢筋(2)凹槽和试块(4)表面的应变传感光纤(1a)和温度补偿光纤(1b)、光纤数据采集与传输系统(5)、光纤数据处理与分析系统(6)和监测结果显示系统(7)；所述数据采集与传输系统(5)采集应变数据后，传输至光纤数据处理与分析系统(6)处理，经监测结果显示系统(7)显示钢筋和混凝土试块表面应变数据。

2.根据权利要求1所述的基于OFDR技术的钢筋锈蚀变形监测系统，其特征在于：所述应变传感光纤(1a)在铺设时受力绷直。

3.根据权利要求1所述的基于OFDR技术的钢筋锈蚀变形监测系统，其特征在于：所述温度补偿光纤(1b)在铺设时不受力。

4.根据权利要求1所述的基于OFDR技术的钢筋锈蚀变形监测系统，其特征在于：所述应变传感光纤(1a)和温度补偿光纤(1b)弯折处采用护套(3)保护。

5.一种采用基于OFDR技术的钢筋锈蚀变形监测系统的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)在除锈后的钢筋表面开设凹槽，并截取与钢筋相同长度的光纤；

(2)将应变传感光纤(1a)受力绷直后铺设固定于钢筋凹槽内并固定；

(3)将不受力的温度补偿光纤(1b)粘贴在钢筋表面；

(4)进行试块制作；

(5)将计算好长度的应变传感光纤(1a)铺设固定在试块表面；

(6)将温度补偿光纤(1b)与应变传感光纤(1a)相邻铺设于试块表面；

(7)将光纤接入数据采集与传输系统(5)，进行数据采集与核实；

(8)将数据导入光纤数据处理与分析系统(6)处理后，经监测结果显示系统(7)显示钢筋与试块表面应变曲线。

6.根据权利要求5所述的采用OFDR技术的钢筋锈蚀变形监测系统的使用方法，其特征在于：步骤(3)中，所述温度补偿光纤(1b)在铺设前套有保护管。

7.根据权利要求5所述的采用OFDR技术的钢筋锈蚀变形监测系统的使用方法，其特征在于：步骤(7)中，采用热膨胀管对光纤连接处进行加固。