[发明专利]分布式无滑移光纤应变传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是一种用于结构设施的健康检测和监测的分布式无滑移光纤应变传感器及其制造方法，属于光纤应变传感器制造的技术领域。

背景技术

结构的健康监测系统中，传感器及其测试系统是基础，占有举足轻重的地位，基于应力(应变)的监测，一方面由于相应的传感器在稳定性和耐久性上远远不能满足结构长期监测的需要，另一方面，传统的“点”应变片常因局部应力集中和裂缝出现而失效，并且在大型土木结构上分布布置也不实际，但是结构中的局部损伤如果不是出现在安置的传感器测试范围之内很难被准确地检测，从而无法有效地捕捉到事先不可预知的结构破坏。基于布里渊散射的分布式光纤传感技术的出现，使长距离大范围的结构应变测试，尤其是对于长达数十公里结构物的全结构连续监测成为可能。

发明内容

技术问题：以往的实验结果表明，现有商品光纤存在内部滑移问题，导致测试结果不能准确反映结构实际应变分布，针对现有光纤产品的缺点，本发明提供一种分布式无滑移光纤布里渊散射应变传感器及其制造方法，实现健康监测过程中结构长距离、大范围应变分布的准确监测，以及对大型结构的局部破坏诊断如混凝土结构的裂缝监测和钢筋腐蚀及结构整体性能评价，并解决传感器的安装便宜性，稳定性和耐久性问题。

技术方案：本发明是通过以下的技术方案实现的：

本发明的分布式无滑移光纤应变传感器使用普通单模光纤完成传感测试及数据传输功能，其特征在于：该传感器以UV树脂单模光纤为基材，在其上设有除去UV树脂涂覆层的单模裸光纤部分，在所述裸光纤的外部设有玄武岩纤维封装层，构成光纤应变传感器。

本发明的一种分布式无滑移光纤应变传感器经过如下步骤制作：

a.在桌面上垫一层塑料薄膜，在其上刷一层环氧树脂，将一束玄武岩纤维束两端保持拉直状态平铺在树脂上；

b.用软橡胶刷刷环氧树脂对玄武岩纤维束进行含浸处理，成为玄武岩纤维封装层；

c.取一UV树脂单模光纤，在所需部分除去包覆层成为裸光纤；将其两端拉紧固定，使光纤保持100-300με左右的预拉应变；

d.将裸光纤与经过玄武岩纤维封装层粘结；

e.根据需要将未与玄武岩纤维封装层粘结的部分剪断与其它光纤或接头熔接。

由于使用目的的不同，在封装时采用不同的封装方式可得到两种光纤传感器，即全粘结光纤传感器和内部定点粘结光纤传感器，其中在制造全粘结光纤传感器时，步骤d中所述剥去UV树脂涂覆层的单模光纤的裸光纤长度稍大于监测所需的测试长度；并且将浸润后的玄武岩纤维束紧密包覆所述裸光纤，共同硬化，使裸光纤与玄武岩纤维封装层整体粘结共同工作。而在制造内部定点粘结光纤传感器时，步骤c中所述UV树脂单模光纤上穿有塑料保护套管，套管间距为5-15mm，套管长度为所需的标距减去套管间距；步骤d中的裸光纤与含浸硬化后的玄武岩纤维相粘结。

关于无滑移布里渊散射应变传感器的温度补偿

由于布里渊散乱光的频率的偏移量不仅与光纤所承受的应变呈线性关系也温度改变量呈线性关系，因此有必要对封装后的光纤进行温度补偿，通常可在测试光纤旁附加一条松弛的光纤用作温度补偿，因此，封装时可增设一条温度补偿用光纤封装成整体。

安装布置方式：

玄武岩封装的分布式无滑移布里渊散射光纤传感器小型轻质，能很好地与其它结构材料粘结，确保了传感器能方便地埋入或表面安装于被测结构物而不影响其原有的力学性能。安装时内部全粘结封装光纤可采用全面粘贴和定点粘贴，内部定点封装光纤可采用全面粘贴。考虑到分布式无滑移布里渊散射光纤传感器的特性，沿被测结构物可按以下方式布置：

1)全分布式布置。由于结构的损伤位置和程度无法事先预知，而应变具有局部特性，为了对整个结构进行监测，将分布式无滑移布里渊散射光纤传感器沿被测结构物进行长距离粘贴分布式布置。

2)局部分布式布置。结合理论计算和实际工程经验，事先对结构的应变分布进行预测，仅在应变相对较大的较易出现损伤的位置布置光纤传感器。

特点：

1)关键在于同时封装伴随自由光纤，消除温度影响。

2)对于内部定点封装，使用套管使裸光纤在套管内部处于自由状态，并固定在套管的两端；

3)光纤在被封装之前预拉产生一定的初始应力，有利于测量压缩变形；

4)利用纤维-树脂合成的玄武岩做封装层有助于传感器的耐久性和长期稳定性，以及与各种土木工程材料的良好粘结和共同工作；