[发明专利]一种高耐久长标距光纤光栅传感器及其制造方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感器的技术领域。

 

背景技术

 结构健康监测技术作为提高大型土木交通工程结构安全性能、防灾减灾能力、管养智能化水平的一种重要技术，已引起了广泛的重视。自上个世纪90年代以来，该技术在美国、欧洲及亚洲的日本、中国和韩国得到广泛的研究并在实际工程上得以应用，目前我国新建大型桥梁结构都不同程度的安装了结构健康监测系统。

然而，目前土建交通基础设施等大型工程结构的结构健康监测系统中的关键传感技术多数是早期应用于航天航空、军事及精密机械等方面的传感技术，甚至多数结构损伤识别理论也是针对均质、小型结构而并非大型的土建交通等工程结构而开发的。传统传感器耐久性差，数据传递受干扰大，只适用于短期、小范围的检测，不适合埋入式的长期实时监测，难以满足长期检测及结构健康监测。

目前大型桥梁、隧道等工程结构上还多以“点”式检测为主（应变片、加速度计、GPS等），而且传统传感器的价格较高不适合大范围的分布布设。对于主体为钢筋混凝土的大型土建交通工程结构，局部检测很难捕捉到结构的损伤信息。如，对于比较小的损伤如果应变片或加速度计等布置位置离真实损伤较远，则这些传感器很难监测到损伤信息，如果应变片等布置在裂缝等损伤上，则传感器很容易被破坏。而且，对于动态测量，基于“点式”动态测量的识别方法很难反映结构的整体性态，很难有效捕捉到结构事先不可预知的损伤。

针对当前“点式”传感器在大型土建交通工程中应用的技术瓶颈，东南大学吴智深教授所领导的课题组开展了“点式”传感器长标距化技术研究。专利文献（ZL200610097290.1）公开了一种分布式长标距光纤布拉格光栅传感器，采用了纤维复合材料封装，使光纤布拉格光栅传感器具有分布传感功能，实现了增敏和温度自补偿。但，传感器的长期监测稳定性及耐久性有待进一步提高，且没有考虑锚固段的预张拉滑移问题。用于土建交通等大型工程结构长期检测和健康监测的传感器需要有良好的长期测量稳定性和耐久性，然而当前常用的传感器较难满足土建交通工程领域长期检测的性能要求。

 

发明内容

本发明目的是提供一种能够解决传统光纤光栅传感器在恶劣环境下长期检/监测稳定性与耐久差等问题，并克服光纤光栅传感器测量过程中存在的纤芯与包覆层存在的滑移问题，提高光纤光栅传感器在土建交通工程领域应用的适用性和耐久性，为土建交通领域大型工程结构的长期检测和健康监测提供一种稳定可靠的高耐久长标距光纤光栅传感器及其制造方法。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种高耐久长标距光纤光栅传感器的制造方法，包括如下步骤：

选取：首先以光纤光栅为中心向两边分别量取一半传感标距长度                                               ，确定标距长度为AB，利用光纤涂覆层剥除及封装装置剥除该段光纤的包覆层，用丙酮或乙醇进行清洗后利用高模量材料进行再封装；然后，通过穿套管装置在传感标距长度上穿过套管，用高弹性模量的胶将光纤光栅传感器的两端固定在套管的A与B两端，固定长度为；

制造：将单个长寿命高精度长标距光纤光栅传感器进行熔接，形成串联连接，将分布熔接串联光栅的光纤或分布刻写光栅的光纤缠绕在轴筒上，以备分布式光纤传感器的连续封装；

在牵引及产品收集装置的牵引下，轴筒自动将串联了光纤光栅的光纤按一定速度放光纤；在光纤包覆层剥除及封装装置处，自动除去套管内固定点及锚固段处的涂覆层，同时进行抗滑移封装；在穿套管装置处，进行套管安装，每个套管的长度为，通过光纤张拉应变控制装置控制光纤的拉伸应变，用光纤套管内固定装置将光纤的两端固定在套管上；封装用纤维通过纱轴放线，然后在编织机处对套管及商业光纤外面单向或双向编织纤维套层，通过锚固段树脂浸渍机用环氧树脂对锚固段进行浸渍，用环氧树脂对其他部分进行浸渍；通过烘干装置在真空环境下进行养护，并在长标距传感器的两端熔接上光缆和收集在牵引及产品收集装置上备用；整个过程通过智能生产控制系统进行智能化控制。

本发明对锚固段进行浸渍的环氧树脂中添加了质量百分比为0.05-5%抗老化剂和0.5-20%增强相，对其他部分进行浸渍的环氧树脂中添加了质量百分比为0.05-5%抗老化剂。

比较好的是，本发明的抗老化剂由苯并三唑类、苯酮类、受阻酚类、受阻胺类、三嗪类及水杨酸酯类中的一种或几种混合组成，增强相为炭黑、纳米碳管、陶瓷颗粒、金属颗粒及金属氧化物颗粒的一种或几种混合组成。