RU175872U1 - Fiber optic temperature and strain gauge for building structures - Google Patents
Fiber optic temperature and strain gauge for building structures Download PDFInfo
- Publication number
- RU175872U1 RU175872U1 RU2016126903U RU2016126903U RU175872U1 RU 175872 U1 RU175872 U1 RU 175872U1 RU 2016126903 U RU2016126903 U RU 2016126903U RU 2016126903 U RU2016126903 U RU 2016126903U RU 175872 U1 RU175872 U1 RU 175872U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- sensor
- optic
- building structures
- building
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 3
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000009415 formwork Methods 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/20—Flexible or articulated drilling pipes, e.g. flexible or articulated rods, pipes or cables
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
Волоконно-оптический сенсор температуры и деформации для строительных конструкций относится к оптоволоконным технологиям, в частности к распределенным волоконно-оптическим датчикам. Волоконно-оптический сенсор температуры и деформации содержит, по меньшей мере, одно оптическое волокно, проходящее вдоль длины сенсора, размещенное внутри металл-полимерного композиционного материала. При этом композиционный материал выполнен в виде строительной арматуры из стекловолоконного ровинга. Технический результат – повышение качества сцепления чувствительного элемента со строительной конструкцией. 2 ил.
Description
Полезная модель относится к оптоволоконным технологиям, в частности к распределенным волоконно-оптическим датчикам, и может быть использована в обычных и предварительно-напряженных, монолитных бетонных и сборных строительных конструкциях для измерения деформаций и температуры.The utility model relates to fiber-optic technologies, in particular to distributed fiber-optic sensors, and can be used in conventional and prestressed, monolithic concrete and prefabricated building structures for measuring strain and temperature.
Чувствительный элемент заявляемого сенсора представляет собой композитную арматуру с размещенным внутри оптическим волокном.The sensitive element of the inventive sensor is a composite armature with an optical fiber placed inside.
Известна полезная модель композитной стеклопластиковой арматуры (варианты) (патент №134966, заявка №2012157699), представляющая собой пропитанное полимерным связующим стекловолокно, содержащая несущий стержень и спиральную обмотку, отличающаяся тем, что несущий стержень изготовлен из скрученного вокруг центральной оси пучка нитей стекловолоконного ровинга. Недостатком указанной модели можно считать то, что описываемая композитная арматура выполняет только армирующие функции и не является сенсором.A useful model is known of composite fiberglass reinforcement (options) (patent No. 134966, application No. 2012157699), which is a glass fiber impregnated with a polymer binder, containing a support rod and a spiral winding, characterized in that the support rod is made of fiberglass roving twisted around a central axis. The disadvantage of this model can be considered that the described composite reinforcement performs only reinforcing functions and is not a sensor.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является распределенный волоконно-оптический композитный кабель-датчик для нефтяных и газовых скважин (заявка WO 2006/003477 Interventionrod, дата публикации: 12.01.2006, МПК: Е21В 17/20, G02B 6/44), содержащий сервисную линию (по меньшей мере одно оптическое волокно), проходящую (проходящее) вдоль длины кабеля-датчика, жесткую внешнюю структуру, обеспечивающую самовыпрямление кабеля-датчика (материал, обеспечивающий выпрямление кабеля-датчика при сгибе), защитный слой, отделяющий сервисную линию (по меньшей мере одно оптическое волокно) от жесткой внешней структуры (материала, обеспечивающего выпрямление кабеля-датчика при сгибе). Недостатками данной модели можно считать отсутствие в конструкции кабеля-датчика оптических разъемов и рифления на поверхности, что затрудняет подключение сенсора к измерительной аппаратуре и снижает качество его сцепления с материалом строительной конструкции.The closest analogue of the claimed utility model is a distributed fiber optic composite sensor cable for oil and gas wells (application WO 2006/003477 Interventionrod, publication date: 12.01.2006, IPC: Е21В 17/20, G02B 6/44), containing a service a line (at least one optical fiber) passing (passing) along the length of the sensor cable, a rigid external structure that provides self-straightening of the sensor cable (material that ensures straightening of the sensor cable during bending), a protective layer separating the service line (at least measures e one optical fiber) from a rigid external structure (material that ensures straightening of the sensor cable during bending). The disadvantages of this model can be considered the absence of optical connectors and corrugation on the surface in the design of the sensor cable, which makes it difficult to connect the sensor to measuring equipment and reduces the quality of its adhesion to the material of the building structure.
измерительной аппаратуре и снижает качество его сцепления с материалом строительной конструкции.measuring equipment and reduces the quality of its adhesion to the material of the building structure.
Цель полезной модели - разработать волоконно-оптический сенсор для строительных конструкций.The purpose of the utility model is to develop a fiber optic sensor for building structures.
Технический результат заключается в повышении качества сцепления чувствительного элемента со строительной конструкцией.The technical result is to improve the adhesion of the sensing element to the building structure.
Технический результат достигается за счет размещения по меньшей мере одного оптического волокна внутри металл-полимерного композиционного материала, выполненного в виде строительной арматуры из стекловолоконного ровинга.The technical result is achieved by placing at least one optical fiber inside the metal-polymer composite material, made in the form of building reinforcement made of fiberglass roving.
По сравнению со стандартными датчиками для мониторинга механических параметров строительных конструкций, волоконно-оптический сенсор температуры и деформации имеет следующие преимущества: конструкция сенсора обеспечивает надежный контакт с материалом контролируемой строительной конструкции; установленный сенсор не снижает надежности строительной конструкции.Compared with standard sensors for monitoring the mechanical parameters of building structures, the fiber-optic temperature and strain sensor has the following advantages: the sensor design provides reliable contact with the material of the controlled building structure; the installed sensor does not reduce the reliability of the building structure.
Описание полезной модели.Description of utility model.
Предлагаемое решение имеет следующую конструкцию (фиг. 1). Одномодовое оптическое волокно с буферым покрытием (1), одновременно выполняющее роль чувствительного элемента и линии для передачи данных помещено в металлический спиральный рукав (3), защищающий оптический кабель от сдавливания при формировании арматуры, при сохранении чувствительности к растяжению. Эта конструкция помещена в тело арматуры (2), состоящее из ровинга, пропитанного полимерным связующим и отвержденного, на котором сделана навивка из дополнительного ровинга (4). Этот дополнительный ровинг стягивает тело арматуры при формировании стержня арматуры и обеспечивает сцепление сенсора со строительной конструкцией.The proposed solution has the following design (Fig. 1). A single-mode optical fiber with a buffer coating (1), simultaneously acting as a sensing element and a data line, is placed in a metal spiral sleeve (3), which protects the optical cable from being squeezed during the formation of reinforcement, while maintaining sensitivity to stretching. This design is placed in the body of the reinforcement (2), consisting of roving impregnated with a polymer binder and cured, on which the winding is made of additional roving (4). This additional roving tightens the body of the reinforcement during the formation of the reinforcement bar and provides adhesion of the sensor to the building structure.
Для соединений сенсоров между собой и с измерительной аппаратурой в предлагаемой полезной модели предусмотрены защищенные оптические разъемы, размещаемые на концах сенсора (фиг. 2).For connecting the sensors to each other and to the measuring equipment, the proposed utility model provides protected optical connectors located at the ends of the sensor (Fig. 2).
Тело арматуры (2) помещено в уплотнитель (5) и зафиксировано цанговым зажимом (6), в котором сделаны отверстия (7) для прижимных винтов. Цанговый зажим снабжен резьбой для крышки защитного кожуха (8) и уплотнителями (9). Оптическое волокно в буферной оболочке (1), освобожденное от арматуры (2), извлеченное из металлического спирального рукава (3), соединено с оптическим разъемом (10), который, в свою очередь, соединен с оптическим адаптером (розетка) (11). К оптическому адаптеру может присоединятся патч-корд для соединения с измерительной аппаратурой. При размещении сенсора внутри строительной конструкции предусмотрена заглушка (12), предотвращающая повреждение оптического адаптера.The body of the valve (2) is placed in the seal (5) and fixed with a collet clamp (6), in which holes (7) are made for the clamping screws. The collet clamp is provided with a thread for the cover of the protective cover (8) and gaskets (9). The optical fiber in the buffer shell (1), freed from the reinforcement (2), removed from the metal spiral sleeve (3), is connected to the optical connector (10), which, in turn, is connected to the optical adapter (socket) (11). A patch cord can be connected to the optical adapter to connect to the measuring equipment. When placing the sensor inside the building structure, a plug (12) is provided to prevent damage to the optical adapter.
Изготовление предлагаемого сенсорного элемента возможно на существующей базе для производства композитной арматуры. Для этого одну из катушек с ровингом заменяют на катушку с оптическим волокном, защищенным спиральным металлическим рукавом. После чего оно, вместе с ровингом, пропитывается полимерным связующим, стягивается дополнительной прядью ровинга и протягивается через печь для полимеризации. Полученный сенсорный элемент обрезают до необходимой длины и оснащают его концы защищенными оптическими разъемами.The manufacture of the proposed sensor element is possible on the existing base for the production of composite fittings. To do this, one of the coils with a roving is replaced with a coil with an optical fiber protected by a spiral metal sleeve. After which it, together with the roving, is impregnated with a polymer binder, pulled together by an additional strand of roving and pulled through the polymerization furnace. The resulting sensor element is cut to the required length and equip its ends with protected optical connectors.
Заявляемый волоконно-оптический сенсор может быть использован в оптоволоконных системах, предназначенных для измерения деформации, механического напряжения, температуры в строительных конструкциях. Оптоволоконные системы помимо заявляемого сенсора, размещаемого в строительных конструкциях, включают бриллюэновский оптический анализатор, устанавливаемый в аппаратной или операторской. Работа анализатора основана на регистрации рассеяния Мандельштама-Брюллюэна, регистрируемой величиной является изменение свойств рассеянного излучения (амплитуды, фазы, спектра, поляризации и т.д.), происходящее под воздействием измеряемых физических величин.The inventive fiber optic sensor can be used in fiber-optic systems designed to measure deformation, mechanical stress, temperature in building structures. Fiber-optic systems in addition to the inventive sensor, placed in building structures, include a Brillouin optical analyzer, installed in the hardware or operator. The operation of the analyzer is based on the registration of Mandelstam-Brulluen scattering, the recorded value is the change in the properties of the scattered radiation (amplitude, phase, spectrum, polarization, etc.) that occurs under the influence of measured physical quantities.
Предлагаемый волоконно-оптический сенсор температуры и деформации для строительных конструкций может монтироваться вопалубку параллельно и на одном уровне с наиболее нагруженным армирующим элементом. Оптические разъемы сенсора монтируются таким образом, чтобы обеспечить возможность доступа к ним после снятия опалубки и завершения строительных работ. В остальном монтаж выполняется аналогично монтажу композитной арматуры и не требует особых навыков. На завершающем этапе строительных работ производят прокладку сервисных линий от установленных сенсоров к предполагаемому месту установки измерительного оборудования и определяют длину каждого кабеля от точки соединения с сенсором до оптического разъема, подключаемого к оптическому анализатору.The proposed fiber-optic temperature and strain gauge for building structures can be mounted in parallel and at the same level with the most loaded reinforcing element. The optical connectors of the sensor are mounted in such a way as to provide access to them after removal of the formwork and completion of construction work. The rest of the installation is carried out similarly to the installation of composite reinforcement and does not require special skills. At the final stage of construction work, service lines are laid from the installed sensors to the intended installation site of the measuring equipment and the length of each cable is determined from the connection point with the sensor to the optical connector connected to the optical analyzer.
После окончания строительных работ производят съем исходных данных, которые будут служить базовой (нулевой) линией для последующих измерений. Снятие данных производят в отсутствии посторонних механических и температурных воздействий на исследуемую конструкцию.After the completion of construction work, the initial data are removed, which will serve as the baseline (zero) line for subsequent measurements. Data acquisition is carried out in the absence of extraneous mechanical and thermal influences on the studied structure.
В заявляемом волоконно-оптическом сенсоре температуры и деформации для строительных конструкций одно или несколько оптических волокон, проходящих вдоль длины сенсора, являющихся чувствительными к внешним воздействиям измеряемых физических величин, размещены внутри металл-полимерного композиционного материала. Надежный контакт с контролируемым объектом приводит к уменьшению искажения внешних воздействий физических величин, происходящих на границах раздела фаз - слоев. За счет уменьшения искажения внешних воздействий физических величин происходит повышение точности измерений механических параметров и расширение диапазона их измерений: сенсор позволяет регистрировать меньшие по амплитуде колебания температуры, деформации.In the inventive fiber-optic temperature and strain sensor for building structures, one or more optical fibers extending along the length of the sensor, which are sensitive to external influences of measured physical quantities, are placed inside the metal-polymer composite material. Reliable contact with the controlled object leads to a decrease in the distortion of the external effects of physical quantities occurring at the phase - layer interfaces. By reducing the distortion of the external effects of physical quantities, the accuracy of measurements of mechanical parameters is increased and the range of their measurements is expanded: the sensor allows you to register smaller amplitude fluctuations in temperature and strain.
Таким образом разработан волоконно-оптический сенсор для строительных конструкций с повышенными качеством сцепления чувствительного элемента со строительной конструкцией и механической надежности измерительного тракта. Конструкция сенсора позволяет упростить процесс монтажа сенсорных элементов. Использование заявляемого волоконно-оптического сенсора температуры и деформации для строительных конструкций для измерения механических параметров в строительных конструкциях позволит повысить точность и расширить диапазон измерений деформации и температуры.Thus, a fiber-optic sensor for building structures with improved quality of adhesion of the sensitive element to the building structure and the mechanical reliability of the measuring path is developed. The design of the sensor simplifies the installation of sensor elements. The use of the inventive fiber-optic temperature and strain sensor for building structures for measuring mechanical parameters in building structures will improve accuracy and expand the range of measurements of deformation and temperature.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016126903U RU175872U1 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | Fiber optic temperature and strain gauge for building structures |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016126903U RU175872U1 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | Fiber optic temperature and strain gauge for building structures |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU175872U1 true RU175872U1 (en) | 2017-12-21 |
Family
ID=63853646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016126903U RU175872U1 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | Fiber optic temperature and strain gauge for building structures |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU175872U1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5184516A (en) * | 1991-07-31 | 1993-02-09 | Hughes Aircraft Company | Conformal circuit for structural health monitoring and assessment |
| US5635263A (en) * | 1993-09-28 | 1997-06-03 | Tonen Corporation | Reinforcing fiber sheet and concrete structure using same |
| RU2322649C1 (en) * | 2006-06-22 | 2008-04-20 | Федор Андреевич Егоров | Meter of deformation and modes of measuring of deformation (variants) |
| RU2441110C1 (en) * | 2010-07-12 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Геотек" (ООО "НПП "Геотек") | Building structure with application of composite structure with inbuilt sensors |
-
2016
- 2016-07-04 RU RU2016126903U patent/RU175872U1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5184516A (en) * | 1991-07-31 | 1993-02-09 | Hughes Aircraft Company | Conformal circuit for structural health monitoring and assessment |
| US5635263A (en) * | 1993-09-28 | 1997-06-03 | Tonen Corporation | Reinforcing fiber sheet and concrete structure using same |
| RU2322649C1 (en) * | 2006-06-22 | 2008-04-20 | Федор Андреевич Егоров | Meter of deformation and modes of measuring of deformation (variants) |
| RU2441110C1 (en) * | 2010-07-12 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Геотек" (ООО "НПП "Геотек") | Building structure with application of composite structure with inbuilt sensors |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7216464B2 (en) | STRESS MONITORING SENSOR AND STRESS MONITORING METHOD | |
| US20130094798A1 (en) | Monitoring Structural Shape or Deformations with Helical-Core Optical Fiber | |
| CN103673896B (en) | The distribution type fiber-optic measuring method of dam body tunneling boring horizontal displacement monitoring and system thereof | |
| CN104101307B (en) | A kind of measurement reinforcing bar temperature, fiber grating strain meter of strain simultaneously | |
| CN109196394A (en) | Utilize the displacement detector of fiber-optic grating sensor and its adjusting method of sensitivity, durability | |
| Wang et al. | Strain monitoring of RC members strengthened with smart NSM FRP bars | |
| EP3314202B1 (en) | Method for measuring the displacement profile of buildings and sensor therefor | |
| Sun et al. | Feasibility study on corrosion monitoring of a concrete column with central rebar using BOTDR | |
| CN105334221A (en) | Novel fiber optic sensing detecting device for reinforcement corrosion | |
| TW201606206A (en) | The optical fiber sensening bolt with presetting neckholes | |
| JP2002162211A (en) | Strain measuring device and its installing method | |
| CN106441652A (en) | FBG (fiber bragg grating) anchor rod testing device and method for avoiding temperature and strain cross sensitivity | |
| CN111323187A (en) | Device and method for monitoring dynamic contact state of main cable and main cable saddle of suspension bridge | |
| EP3842766A1 (en) | Apparatus for measuring displacement of slope surface by using optical fiber bragg grating sensor | |
| RU175872U1 (en) | Fiber optic temperature and strain gauge for building structures | |
| CN203732033U (en) | Distributed optical fiber measurement system for monitoring whole-section horizontal displacement of dam body | |
| CN206627446U (en) | Reinforcing bar corrosion optical fiber sensing monitoring devices | |
| CN105403339A (en) | Anchor pole force measuring apparatus, anchor pole and anchor pole tension measuring method | |
| CN205426397U (en) | Force measuring device of anchor pole | |
| CN214250869U (en) | Distributed optical fiber sensing device capable of monitoring steel beam cracks | |
| Hegger et al. | Laboratory investigation of distributed fibre optic strain sensing to measure strain distribution of rock samples during uniaxial compression testing | |
| CN106896108A (en) | Reinforcing bar corrosion optical fiber sensing monitoring devices | |
| CN104500035B (en) | The method for improving the online stress mornitoring data precision of down-hole casing post distribution type fiber-optic | |
| CN210177368U (en) | Intelligent inhaul cable and fiber reinforced optical fiber lacing wire | |
| RU2552399C1 (en) | Distributed fiber optical high sensitivity temperature sensor |