CN206321212U - 一种用于混凝土结构的埋入式光纤光栅应变监测传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于混凝土结构的埋入式光纤光栅应变监测传感器，包括内部设置有光纤光栅的第一钢管，第一钢管为阶梯轴形状且中间设置通孔，光纤光栅的两端分别固定在第一钢管两端的内壁上；第一钢管两端的开口位置均焊接有小钢管，小钢管的另一端与套管相连，套管外套装有铝带铠装光缆；光纤光栅穿过第一钢管两端的光纤分别穿过小钢管和套管的内部；该传感器还包括设置在第一钢管两端的两根第二钢管，第二钢管一端套装在铝带铠装光缆外，并压紧铝带铠装光缆，第二钢管的另一端与第一钢管的阶梯位置固定连接。本实用新型利用了光纤传感技术分布式的优点，具有光栅测点存活率高、操作简单高效等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤光栅的应变传感器检测技术领域，尤其涉及一种用于混凝土结构的埋入式光纤光栅应变监测传感器。
背景技术
目前，混凝土结构在高层建筑，桥梁，码头，道路等工程中得到了广泛的应用，故研究混凝土结构在各种工程实践中的受力变形和破坏有着重大意义。为深入的研究混凝土结构在实践中的工作性能，需要对其进行进行现场的载荷试验，并通过传感器检测出应变值，从而获得精确的实时监测数据。
由于混凝土结构制作时，需要经过预应力张拉、离心成型和高温蒸汽养护等比较复杂的工艺过程，而常规监测混凝土结构应变的方法通常采用预埋式电阻应变片和预埋式钢筋计，这些电类传感器都会受到温度、湿度、蠕变、腐蚀等因素的影响，这类传感器的存活率比较低，所以上述电类传感器预埋在混凝土结构体内比较困难。因此要想获得混凝土结构的监测数据，就需要寻找新的应变传感器及相应的施工方法来满足实际工程和研究的需要。
光纤布拉格光栅(FBG)传感技术的兴起给工程监测领域提供了一类新的技术和手段，它不仅避免了上述传感器的问题，还有以下优点：①抗电磁干扰，耐高温，使用寿命长，耐久性好。②光栅灵敏度高，可测试的量程大，可以实现准分布式测量，而且测试距离长。③光纤光栅的尺寸小，重量轻，非常便于铺设安装。④而且光纤光栅监测网络一旦存活，它的信号稳定性好，被破坏的可能性小。目前有人将FBG传感网络用于混凝土结构应变的检测，但他们采用的是切槽然后埋入光纤光栅传感器的方法，这种方法操作比较繁琐，且因为混凝土结构成型的环境比较恶劣，所以传感器的存活率比较低。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中传感器的存活率比较低的缺陷，提供一种用于混凝土结构的埋入式光纤光栅应变监测传感器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
本实用新型提供一种用于混凝土结构的埋入式光纤光栅应变监测传感器，包括内部设置有光纤光栅的第一钢管，第一钢管为阶梯轴形状且中间设置通孔，光纤光栅的两端分别固定在第一钢管两端的内壁上；第一钢管两端的开口位置均焊接有小钢管，小钢管的另一端与套管相连，套管外套装有铝带铠装光缆；光纤光栅穿过第一钢管两端的光纤分别穿过小钢管和套管的内部；该传感器还包括设置在第一钢管两端的两根第二钢管，第二钢管一端套装在铝带铠装光缆外，并压紧铝带铠装光缆，第二钢管的另一端与第一钢管的阶梯位置固定连接。
进一步地，本实用新型的光纤光栅的两端分别通过粘合剂与第一钢管两端的内壁粘连。
进一步地，本实用新型的第一钢管的外径大于第二钢管的外径。
进一步地，本实用新型的套管与小钢管连接的位置通过热缩管进行固定连接。
进一步地，本实用新型的两个传感器之间的连接位置设置有双壁管、封装钢管和热缩套管；两个传感器之间的套管通过热缩套管固定，两个传感器之间的第二钢管外通过机械挤压封装钢管固定，双壁管固定在封装钢管的外侧。
进一步地，本实用新型的第二钢管与第一钢管之间通过螺纹连接。
进一步地，本实用新型的套管为多层结构，包括设置在外侧的第一套管和设置在内侧的第二套管。
进一步地，本实用新型的第二钢管与第一钢管之间的螺纹连接处设置有防止混凝土进入的密封垫圈。
进一步地，本实用新型的小钢管的焊接位置被切割成半圆形。
进一步地，本实用新型的第一套管的外径比铝带铠装光缆的内径小1mm，铝带铠装光缆的外径比第二钢管的内径小1mm。
本实用新型产生的有益效果是：本实用新型的用于混凝土结构的埋入式光纤光栅应变监测传感器，通过将光纤光栅固定在第一钢管内部，并通过第二钢管、小钢管和铝带铠装光缆对光纤光栅的伸出部分进行保护，使光纤光栅不易受到来自外界的挤压而发生断裂，大大提高了光纤光栅的存活率；该传感器存活率高、操作简单可行的埋入式光纤光栅应变监测网络，监测网络和混凝土结构的钢筋笼固定为一体后，参与混凝土结构的整个成型过程，从而实现对混凝土结构的监测。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型实施例的应变传感器的结构示意图；
图2是本实用新型实施例的传感器串联处对尾纤焊点处实施保护的结构示意图；
图3是本实用新型实施例的小钢管结构示意图；
图中：1-铝带铠装光缆，2-第一套管，3-第二套管，4-第一钢管，5-光纤光栅，6-密封垫圈，7-热缩管，8-第二钢管，9-小钢管，10-粘合剂，11-双壁管，12-封装钢管，13-热缩套管。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，本实用新型实施例的用于混凝土结构的埋入式光纤光栅应变监测传感器，包括内部设置有光纤光栅5的第一钢管4，第一钢管4为阶梯轴形状且中间设置通孔，光纤光栅5的两端分别固定在第一钢管4两端的内壁上；第一钢管4两端的开口位置均焊接有小钢管9，小钢管9的另一端与套管相连，套管外套装有铝带铠装光缆1；光纤光栅5穿过第一钢管4两端的光纤分别穿过小钢管9和套管的内部；该传感器还包括设置在第一钢管4两端的两根第二钢管8，第二钢管8一端套装在铝带铠装光缆1外，并压紧铝带铠装光缆1，第二钢管8的另一端与第一钢管4的阶梯位置固定连接。
光纤光栅5的两端分别通过粘合剂10与第一钢管4两端的内壁粘连。
第一钢管4的外径大于第二钢管8的外径。
套管与小钢管9连接的位置通过热缩管7进行固定连接。
两个传感器之间的连接位置设置有双壁管11、封装钢管12和热缩套管13；两个传感器之间的套管通过热缩套管13固定，两个传感器之间的第二钢管8外通过机械挤压封装钢管12固定，双壁管11固定在封装钢管12的外侧。
第二钢管8与第一钢管4之间通过螺纹连接。
套管为多层结构，包括设置在外侧的第一套管2和设置在内侧的第二套管3。
第二钢管8与第一钢管4之间的螺纹连接处设置有防止混凝土进入的密封垫圈。
小钢管9的焊接位置被切割成半圆形。
第一套管2的外径比铝带铠装光缆1的内径小1mm，铝带铠装光缆1的外径比第二钢管8的内径小1mm。
在本实用新型的另一个具体实施例中，用于混凝土结构的埋入式光纤光栅应变监测网络包括：包括铝带铠装光缆1、第一套管2、第二套管3、第一钢管4、光纤光栅5、密封垫圈6、热缩管7、第二钢管8、小钢管9、粘合剂10、双壁管11、封装钢管12、热缩套管13。
将第一钢管4两端切去一部分外径后并做出外螺纹，并将第二钢管8的两侧做出内螺纹，保证内外螺纹的配合。小钢管用于焊接的一侧切掉半圆部分，将小刚管9焊接在第一钢管两侧的出纤处，彻底清洗第一钢管4的管壁，用粘合剂10将两端的光纤固定在管壁处，并在这一过程中对光栅进行预拉伸。
两端的光纤套上第二套管3，并用热缩管7将第二套管3固定，实现对光纤的初步保护。将稍短于第二钢管8的铝带铠装光缆1插入第二钢管8中，然后将第一套管2插入铝带铠装光缆1，再将套上第二套管3的光纤插入第一套管2中，并用热缩管7将第一套管2进行固定。将密封垫圈6放到第一钢管4的两端，将第一钢管4与第二钢管8通过螺纹慢慢的拧紧固定，最后实现应变传感器的密封，并在合适的位置使用压线钳压实第二钢管8管壁，固定住铝带铠装光缆1。
如图2所示，在传感器部分安装完后，相邻传感器之间的尾纤先焊接起来，然后通过压线钳将封装钢管12和第二钢管8压紧，压制住第二钢管8.然后再用双壁管受热后产生的热熔胶密封住封装钢管和第二钢管的缝隙，防止混凝土的进入。将应变传感器按之前的设计都串联好，然后将传感器整体安装到混凝土结构的钢筋笼上，将传感器系统与钢筋笼形成一个整体参与混凝土结构的成型过程，并采用传感器封装类似的方法对尾纤进行保护。
第一钢管两端焊接小钢管，再将光栅两端粘在第一钢管的内壁上，两端的光纤用第二套管保护；铝带铠装光缆放入所述的第二钢管中，然后把第一套管放入铝带铠装光缆中；第二套管装入第一套管中，两层套管都用热缩管固定；第二钢管与第一钢管通过螺纹连接；将结构相同的传感器焊接保护，并串联起来形成一个整体监测系统，然后将整个监测系统和混凝土结构的钢筋笼连接为一个整体。
第一钢管管壁粘胶处要彻底用丙酮清洗，光栅部分要进行预拉伸。小刚管用于焊接的一侧要去掉半圆部分，便于光纤用粘合剂固定。
铝带铠装光缆外径比第二钢管的内径小1mm，铝带铠装光缆内径比第一套管的外径大1mm。铝带铠装光缆插入第二钢管中，通过机械挤压管壁压制住铝带铠装光缆。
第一钢管两端有外螺纹，第二钢管内侧留有与外螺纹配合的内螺纹。第一钢管的外径尺寸要大于第二钢管的外径尺寸，这样便于整个钢管在钢筋笼上的安装。螺纹连接处要放入密封垫圈，防止混凝土的进入。
两个相邻应变传感器之间的尾纤采用焊接的方式，然后用封装钢管和双壁管将焊点保护起来。封装钢管与第二钢管先通过机械挤压的方式固定，压制住第二钢管，然后再通过双壁管的热熔胶密封。
本实用新型的传感器实现了用光纤光栅监测方法对混凝土结构内部应变的分布式测量，且相比其他方法埋入光纤光栅传感网络的方法，操作简单，光栅测点的存活率高。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于混凝土结构的埋入式光纤光栅应变监测传感器，其特征在于，包括内部设置有光纤光栅(5)的第一钢管(4)，第一钢管(4)为阶梯轴形状且中间设置通孔，光纤光栅(5)的两端分别固定在第一钢管(4)两端的内壁上；第一钢管(4)两端的开口位置均焊接有小钢管(9)，小钢管(9)的另一端与套管相连，套管外套装有铝带铠装光缆(1)；光纤光栅(5)穿过第一钢管(4)两端的光纤分别穿过小钢管(9)和套管的内部；该传感器还包括设置在第一钢管(4)两端的两根第二钢管(8)，第二钢管(8)一端套装在铝带铠装光缆(1)外，并压紧铝带铠装光缆(1)，第二钢管(8)的另一端与第一钢管(4)的阶梯位置固定连接。
2.根据权利要求1所述的用于混凝土结构的埋入式光纤光栅应变监测传感器，其特征在于，光纤光栅(5)的两端分别通过粘合剂(10)与第一钢管(4)两端的内壁粘连。
3.根据权利要求1所述的用于混凝土结构的埋入式光纤光栅应变监测传感器，其特征在于，第一钢管(4)的外径大于第二钢管(8)的外径。
4.根据权利要求1所述的用于混凝土结构的埋入式光纤光栅应变监测传感器，其特征在于，套管与小钢管(9)连接的位置通过热缩管(7)进行固定连接。
5.根据权利要求1所述的用于混凝土结构的埋入式光纤光栅应变监测传感器，其特征在于，两个传感器之间的连接位置设置有双壁管(11)、封装钢管(12)和热缩套管(13)；两个传感器之间的套管通过热缩套管(13)固定，两个传感器之间的第二钢管(8)外通过机械挤压封装钢管(12)固定，双壁管(11)固定在封装钢管(12)的外侧。
6.根据权利要求1所述的用于混凝土结构的埋入式光纤光栅应变监测传感器，其特征在于，第二钢管(8)与第一钢管(4)之间通过螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的用于混凝土结构的埋入式光纤光栅应变监测传感器，其特征在于，套管为多层结构，包括设置在外侧的第一套管(2)和设置在内侧的第二套管(3)。
8.根据权利要求6所述的用于混凝土结构的埋入式光纤光栅应变监测传感器，其特征在于，第二钢管(8)与第一钢管(4)之间的螺纹连接处设置有防止混凝土进入的密封垫圈。
9.根据权利要求1所述的用于混凝土结构的埋入式光纤光栅应变监测传感器，其特征在于，小钢管(9)的焊接位置被切割成半圆形。
10.根据权利要求7所述的用于混凝土结构的埋入式光纤光栅应变监测传感器，其特征在于，第一套管(2)的外径比铝带铠装光缆(1)的内径小1mm，铝带铠装光缆(1)的外径比第二钢管(8)的内径小1mm。
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