CN206113880U - 一种混凝土冻融膨胀应变传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种混凝土冻融膨胀应变传感器，它包括：水泥砂浆环体；温度补偿光纤，所述温度补偿光纤包括设置于所述水泥砂浆环体内的温度补偿光纤线圈以及与所述温度补偿光纤线圈两端相连接且延伸至所述水泥砂浆环体外的温度补偿导引光纤；单模抗弯裸光纤，所述单模抗弯裸光纤与所述温度补偿光纤间隔设置，它包括设置于所述水泥砂浆环体内的抗弯传感光纤线圈以及与所述抗弯传感光纤线圈两端相连接且延伸至所述水泥砂浆环体外的抗弯导引光纤。具有很好的耐久性，可以对监测点处混凝土从服役期开始，经过若干个冻融周期作用，直至混凝土保护层剥落，实现对混凝土结构的全寿命监测。

Description

一种混凝土冻融膨胀应变传感器

技术领域

本实用新型涉及一种传感器，具体涉及一种混凝土冻融膨胀应变传感器。

背景技术

光纤传感具有耐久性好、高分辨率、抗电磁干扰、体积小、封装结构简单等众多优势，其在建筑结构健康监测领域被广泛应用。光纤传感被认为是智能结构中最有希望集成在材料内部，探测其损伤的传感技术。目前该技术已被认为是用于土木工程结构长期安全监测的理想传感元件。

寒冷地区的混凝土结构其耐久性随着冻融循环次数的增加而降低。冻融循环作为一种环境荷载对混凝土结构的完整性具有很强的破坏性，当有除冰盐作用时，其破坏作用将会进一步增大。混凝土在潮湿条件下，毛细孔会吸满水，在低温下，毛细孔中的水冻结成冰，体积膨胀约9%，从而在混凝土内部产生应力。由于冻融的反复作用或内应力超过混凝土极限强度从而导致混凝土产生局部破坏。冻融循环对混凝土结构所产生的破坏一方面将会加速氯盐的侵入，另一方面又加大了冻融循环破坏进一步发展的可能性。冻融循环所产生的混凝土剥落、裂纹的生成等将会加快结构内部钢筋锈蚀，进而混凝土结构将会在迅速劣化并最终退出服役。因此对混凝土结构的冻融膨胀破坏进行实时监测、评估，从而进一步科学指导结构的维护是十分必要的。

目前，我国对混凝土抗冻融性能测试主要是采用棱柱体在冻融机内进行数次冻融循环，此种测试方法仅局限于实验室，且只能通过质量损失率和动弹性模量损失率定性描述混凝土整体的抗冻性能，并不能反映现役混凝土在服役阶段具体的冻融损伤情况，更不能够达到实时监测的目的。

发明内容

本实用新型目的是为了克服现有技术的不足而提供一种混凝土冻融膨胀应变传感器。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种混凝土冻融膨胀应变传感器，它包括：

水泥砂浆环体；

温度补偿光纤，所述温度补偿光纤包括设置于所述水泥砂浆环体内的温度补偿光纤线圈以及与所述温度补偿光纤线圈两端相连接且延伸至所述水泥砂浆环体外的温度补偿导引光纤；

单模抗弯裸光纤，所述单模抗弯裸光纤与所述温度补偿光纤间隔设置，它包括设置于所述水泥砂浆环体内的抗弯传感光纤线圈以及与所述抗弯传感光纤线圈两端相连接且延伸至所述水泥砂浆环体外的抗弯导引光纤。

优化地，所述温度补偿光纤外套设有保护软管。

优化地，所述温度补偿光纤线圈和所述抗弯传感光纤线圈在所述水泥砂浆环体端面的投影相重叠。

进一步地，所述温度补偿光纤线圈、所述抗弯传感光纤线圈与所述水泥砂浆环体同心设置。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型混凝土冻融膨胀应变传感器，由于在水泥砂浆环体内采用了温度补偿光纤和单模抗弯裸光纤，使其具有很好的耐久性，可以对监测点处混凝土从服役期开始，经过若干个冻融周期作用，直至混凝土保护层剥落，实现对混凝土结构的全寿命监测；而且消除温度对测量结果的误差；直接连接至光纤迈克尔干涉仪，可实现自动采集数据，采集间隔灵活设置，进而可实现对混凝土结构的实时监测，实时对数据进行整理分析，进而分析混凝土应冻融而产生的损伤状态。

附图说明

附图1为本实用新型混凝土冻融膨胀应变传感器的结构示意图；

附图2为附图1的俯视图；

其中，1、温度补偿光纤；11、温度补偿光纤线圈；12、温度补偿导引光纤；2、单模抗弯裸光纤；21、抗弯传感光纤线圈；22、抗弯导引光纤；3、水泥砂浆环体。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1和图2所述的混凝土冻融膨胀应变传感器，主要包括温度补偿光纤1、单模抗弯裸光纤2和水泥砂浆环体3。

其中，水泥砂浆环体3为内部带中空腔体的水泥砂浆柱，中空腔体与水泥砂浆柱同心使得其端面或者与该端面相平行的截面呈环形结构。温度补偿光纤1包括温度补偿光纤线圈11和温度补偿导引光纤12，温度补偿光纤线圈11设置在水泥砂浆环体3内；而温度补偿导引光纤12有两根，每根温度补偿导引光纤12的一端延伸至水泥砂浆环体3外，另一端则位于水泥砂浆环体3内且与温度补偿光纤线圈11相连接；温度补偿光纤1可以由一根光纤卷绕而成（即温度补偿导引光纤12与温度补偿光纤线圈11的端部相连接）。单模抗弯裸光纤2与温度补偿光纤1间隔设置，同样的，它包括抗弯传感光纤线圈21和抗弯导引光纤22，弯传感光纤线圈21设置在水泥砂浆环体3内；抗弯导引光纤22有两根，每根抗弯导引光纤22的一端延伸至水泥砂浆环体3外，另一端则位于水泥砂浆环体3内且与弯传感光纤线圈21相连接（即抗弯导引光纤22与弯传感光纤线圈21的端部相连接）。

在本实施例中，温度补偿光纤1外套设有保护软管。温度补偿光纤线圈11和抗弯传感光纤线圈21在水泥砂浆环体3端面的投影相重叠。当温度补偿光纤线圈11、抗弯传感光纤线圈21与水泥砂浆环体3具有同一轴心线（即同心设置时），该混凝土冻融膨胀应变传感器测量精度最高。

上述混凝土冻融膨胀应变传感器的制备方法具体为：首先，制作一定尺寸的水泥砂浆环模具，随后利用该模具制作高15mm、厚10mm的水泥砂浆圆环（内直径60mm，外直径80mm）；根据被监测混凝土所采用的原材料及配合比搅拌水泥砂浆：具体先在模具深处放置一层0.5mm厚的水泥砂浆层，并将砂浆层表面抹均匀，然后将缠绕好的单模抗弯裸光纤2放置在砂浆层表面（将抗弯导引光纤22保护好），然后再浇筑一层0.3mm后的水泥砂浆层，并在第二次水泥砂浆层表面放置温度补偿光纤1（带有0.9mm保护软管，将温度补偿导引光纤12保护好），最后浇筑一层0.7mm的水泥砂浆将其封装。完成传感器封装后，进行光纤的通路检查，放置养护室养护，2天后进行拆模。在实际应用的过程中，将该混凝土冻融膨胀应变传感器直接浇筑在混凝土结构测点，四根导引光纤连接值光纤白光迈克尔干涉仪进行数据采集，进而可以实现数据的自动定时采集，工作人员可以通过仪器采集到的数据进行实时分析结构因冻融而引起的损伤程度。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种混凝土冻融膨胀应变传感器，其特征在于，它包括：

水泥砂浆环体（3）；

温度补偿光纤（1），所述温度补偿光纤（1）包括设置于所述水泥砂浆环体（3）内的温度补偿光纤线圈（11）以及与所述温度补偿光纤线圈（11）两端相连接且延伸至所述水泥砂浆环体（3）外的温度补偿导引光纤（12）；

单模抗弯裸光纤（2），所述单模抗弯裸光纤（2）与所述温度补偿光纤（1）间隔设置，它包括设置于所述水泥砂浆环体（3）内的抗弯传感光纤线圈（21）以及与所述抗弯传感光纤线圈（21）两端相连接且延伸至所述水泥砂浆环体（3）外的抗弯导引光纤（22）。

2.根据权利要求1所述的混凝土冻融膨胀应变传感器，其特征在于：所述温度补偿光纤（1）外套设有保护软管。

3.根据权利要求1所述的混凝土冻融膨胀应变传感器，其特征在于：所述温度补偿光纤线圈（11）和所述抗弯传感光纤线圈（21）在所述水泥砂浆环体（3）端面的投影相重叠。

4.根据权利要求3所述的混凝土冻融膨胀应变传感器，其特征在于：所述温度补偿光纤线圈（11）、所述抗弯传感光纤线圈（21）与所述水泥砂浆环体（3）同心设置。