CN201051164Y - 光纤光栅纤维增强复合智能筋 - Google Patents

Abstract

一种应用于预应力工程结构的受力构件中的智能筋-光纤光栅纤维增强复合智能筋，包括纤维增强筋及在纤维增强筋中沿长度方向分布的光纤及光纤光栅传感器，在非光栅段的光纤外套有塑料松套管，该塑料松套管与纤维增强筋相连结。所述光纤光栅纤维增强复合智能筋中还串有温度补偿光纤光栅传感器，含有温度补偿光纤光栅传感器的智能筋端部的外径小于智能筋的外径、其外套有一金属管，该含温度补偿光纤光栅传感器的智能筋端部悬空。本实用新型光纤光栅纤维增强复合智能筋中塑料松套管隔离光纤与纤维增强筋相连，有利于引线操作，不会损坏光纤；其温度补偿方法可保证温度补偿光纤光栅传感器不易损害。适用于布设在工程结构受力构件中。

Description

光纤光栅纤维增强复合智能筋

技术领域：

本实用新型涉及一种应用于工程结构的应力应变和温度测量的智能筋，特别是含有光纤光栅的智能筋。

背景技术：

土木工程结构和基础设施，如桥梁、大跨空间结构、高层建筑、大型水坝、核电站等，它们的使用寿命都长达几十年，甚至上百年。在其服役过程中，由于环境荷载作用、疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等灾变因素的耦合作用，结构不可避免地产生损伤累积和抗力衰减，从而抵抗自然灾害的能力下降，如不及时对病害结构进行监测，并及时养护，容易引发灾难性的突发事故，如2001年四川宜宾南门大桥桥面断塌。工程事故给社会造成了巨大的经济损失和不良的影响。可以说，土木工程结构和基础设施的健康监测已经成为人们关注且亟待解决的课题。

工程结构健康监测的有效测量项目是应变和温度测量。传统的测试监测手段，存在精度低、可操作性差、受干扰影响大、稳定性差、不能实现在线实时监测等缺点，应用它们对工程结构进行长期监测，往往很难达到目的。近期发展起来的光纤光栅传感器，是一种性能优良的敏感元件，它可通过布拉格反射波长的移动来感应外界微小应力变化而实现对结构应变在线测量。它不仅具有不怕恶劣环境、不受环境噪声干扰、抗电磁干扰、集传感与传输于一体、构造简单、使用方便等优点，而且还具有可对结构的应变进行高精度绝对测量、准分布式数字测量的优点。光纤光栅传感技术为实现工程结构在线实时监测目的提供了良好的技术手段，能满足现在工程结构安全监测的高精度和长期性的技术要求。但光纤光栅传感器也有其不足，它比较脆弱，抗剪能力较差，应用时需要特殊保护。因此将光纤光栅传感器应用于工程结构受力构件中，光纤光栅传感器的封装以及布设工艺是一个关键。

《专利申请号为：03213143.7的实用新型专利“纤维增强塑料-光纤光栅复合智能筋”》实用新型专利公开了一种含有光纤光栅的智能筋，是在沿径长度方向布设有光纤光栅，光纤上直接串联几个光纤光栅，在一段传感筋的尾端漏出一段用于连接温度补偿光纤光栅的光纤。该专利中光纤与纤维增强塑料筋直接相粘结，筋中光纤熔接引线操作，容易损坏光纤，而且没有温度补偿功能。《专利申请号为：200410044057.8名称为：光纤光栅增强树脂智能拉索》的发明专利申请公开了一种包括由纤维增强筋和含光纤光栅传感器的纤维增强筋组成的拉索，该拉索中采用的光纤光栅增强复合智能筋是采用金属管内悬空光栅进行温度补偿，其温度补偿光栅传感器容易损坏，不实用。

实用新型内容：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种对光纤光栅传感器和温度补偿光纤光栅传感器保护措施更好、更实用的光纤光栅纤维增强复合智能筋，以解决将光纤光栅传感器应用于工程结构受力构件中对光纤光栅传感器的封装以及布设工艺问题。

解决上述技术问题的技术方案是：一种光纤光栅纤维增强复合智能筋，包括纤维增强筋及在纤维增强筋中沿长度方向分布的光纤及光纤光栅传感器，在非光栅段的光纤外套有塑料松套管，该塑料松套管与纤维增强筋相连结。

本实用新型的进一步技术方案是：所述光纤光栅纤维增强复合智能筋中串有温度补偿光纤光栅传感器，含有温度补偿光纤光栅传感器的智能筋端部的外径d2小于智能筋的外径d1，其外套有一金属管，该含有温度补偿光纤光栅传感器的智能筋端部悬空。

由于采用上述技术方案结构，本实用新型之光纤光栅纤维增强复合智能筋具有以下有益效果：

一、能有效地保护光纤及光纤光栅传感器：

本实用新型光纤光栅纤维增强复合智能筋包括纤维增强筋及在纤维增强筋中沿长度方向分布的光纤及光纤光栅传感器，在非光栅段的光纤外套塑料松套管，该塑料松套管隔离光纤与纤维增强筋相连结，有利于引线操作，不会损坏光纤；其温度补偿方法，是采用对含温度补偿光纤光栅传感器的智能筋端部，磨细后外套金属管，让含温度补偿光纤光栅传感器的智能筋端部悬空，自由伸缩，既保证了光栅传感器对温度变化的测定，又不易受损害，具有实用性。因而克服了现有技术中将光纤与纤维增强塑料筋直接相粘结，筋中光纤熔接引线操作，容易损坏光纤的问题以及将含有温度补偿光栅传感器的光纤光栅悬空套金属管结构所存在的光栅传感器易损坏的问题。

二、用途范围广：

由于本实用新型光纤光栅纤维增强复合智能筋的上述优点，因而，既可替换钢绞线的中心丝制成光纤光栅纤维智能钢绞线，也可布设在钢绞线中制成光纤光栅纤维增强智能钢绞线，还可布设在拉索中制成智能拉索，广泛用于斜拉桥、悬索桥、吊杆拱桥、缆索、地锚、预应力钢绞线等需要预应力构件的工程结构中。此外，也可以布设在其他需要埋设光纤光栅传感器而且需要对光纤光栅传感器进行保护的工程结构受力构件中。

下面，结合附图和实施例对本实用新型之光纤光栅纤维增强复合智能筋的技术特征作进一步的说明。

附图说明：

图1：本实用新型光纤光栅纤维增强复合智能筋结构示意图之一——即光纤光栅传感器在具有应变测量功能的纤维增强智能筋中的布设示意图；

图2：本实用新型光纤光栅纤维增强复合智能筋结构示意图之二——即光纤光栅传感器在具有对应变温度同时测量功能的纤维增强复合筋中的布设示意图之一；

图3：本实用新型光纤光栅纤维增强复合智能筋结构示意图之三——即光纤光栅传感器在具有对应变温度同时测量功能的纤维增强复合筋中的布设示意图之二。

图中：

1-光纤，2-纤维增强筋，3-塑料松套管，4-光纤光栅传感器，5、5₁、5₂-温度补偿光纤光栅传感器，6、6₁、6₂-光纤光栅纤维增强复合智能筋端部，7、7₁-金属管。

具体实施方式：

实施例一：一种具有应变测量功能的光纤光栅纤维增强复合智能筋。

如图1所示：该智能筋包括纤维增强筋2及在纤维增强筋中沿长度方向分布的光纤1及光纤光栅传感器4，在非光栅段的光纤外套有塑料松套管3，该塑料松套管3隔离光纤与纤维增强筋2相连结，光纤光栅传感器传输光纤从端部引出。

实施例二：一种具有对应变温度同时测量功能的光纤光栅纤维增强复合智能筋。

该智能筋的基本结构同实施例一，该智能筋包括纤维增强筋2及在纤维增强筋中沿长度方向分布的光纤1及光纤光栅传感器4，在非光栅段的光纤外套有塑料松套管3，该塑料松套管3隔离光纤与纤维增强筋2相连结，光纤光栅传感器传输光纤1从端部引出。所不同之处在于：所述的光纤光栅纤维增强复合智能筋中串有温度补偿光纤光栅传感器5，含温度补偿光纤光栅传感器5的智能筋端部6的外径d2小于智能筋的外径d1，其外套有一一端封口的金属管7，智能筋端部与金属管之间有粘结剂——可采用智能筋涂粘结剂后再套金属管或金属管套筋后再加粘结剂，该含有温度补偿光纤光栅传感器5的智能筋端部6悬空(参见图2)。

实施例三：一种具有对应变温度同时测量功能的光纤光栅纤维增强复合智能筋。

该智能筋的基本结构同实施例一，所不同之处在于：所述的光纤光栅纤维增强复合智能筋中串有两个温度补偿光纤光栅传感器5₁、5₂，该含温度补偿光纤光栅传感器5₁、5₂的智能筋端部6₁、6₂的外径d2小于智能筋的外径d1，其外套有一两边开口的金属管7₁，该金属管的7₁的两端分别套在含两个温度补偿光纤光栅传感器5₁、5₂的智能筋端部6₁、6₂，智能筋端部与金属管之间有粘结剂——可采用智能筋涂粘结剂后再套金属管或金属管套筋后再加粘结剂，该含温度补偿光纤光栅传感器5₁、5₂的智能筋端部6₁、6₂悬空，可以同时测量拉索的应变和温度(参见图3)。

作为本实用新型实施例的一种变换，所述智能筋中的光纤光栅传感器和温度补偿光纤光栅传感器的数量及分布可以根据需要决定。

Claims (5)

1.一种光纤光栅纤维增强复合智能筋，包括纤维增强筋及在纤维增强筋中沿长度方向分布的光纤及光纤光栅传感器，其特征在于：在非光栅段的光纤外套有塑料松套管，该塑料松套管隔离光纤与纤维增强筋相连结，光纤光栅传感器之传输光纤从端部引出。

2.根据权利要求1所述的光纤光栅纤维增强复合智能筋，其特征在于：所述的光纤光栅纤维增强复合智能筋中串有温度补偿光纤光栅传感器，该含温度补偿光纤光栅传感器的智能筋端部的外径d2小于智能筋的外径d1，其外套有金属管，该含有温度补偿光纤光栅传感器的智能筋端部悬空。

3.根据权利要求2所述的光纤光栅纤维增强复合智能筋，其特征在于：所述的光纤光栅纤维增强复合智能筋中串有一个温度补偿光纤光栅传感器，该含温度补偿光纤光栅传感器的智能筋端部套有一一端封口的金属管金属管，该含有温度补偿光纤光栅传感器的智能筋端部悬空。

4.根据权利要求2所述的光纤光栅纤维增强复合智能筋，其特征在于：所述的光纤光栅纤维增强复合智能筋中串有两个温度补偿光纤光栅传感器(5₁、5₂)，该含温度补偿光纤光栅传感器(5₁、5₂)的智能筋端部(6₁、6₂)套有一两边开口的金属管(7₁)，该金属管的(7₁)的两端分别套在两个含温度补偿光纤光栅传感器(5₁、5₂)的智能筋端部(6₁、6₂)，该含温度补偿光纤光栅传感器(5₁、5₂)的智能筋端部(6₁、6₂)悬空。

5.根据权利要求2、3或4所述的光纤光栅纤维增强复合智能筋，其特征在于：所述含温度补偿光纤光栅传感器的智能筋端部与外套金属管之间有粘结剂。

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