[实用新型]一种基于光纤传感的预应力锚索腐蚀损伤监测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及预应力锚索监测技术领域，尤其适用于预应力锚索腐蚀监测。

背景技术

自1934年预应力锚固技术在阿尔及利亚的舍尔法大坝混凝土坝加固和缺陷处理中成功应用以来，预应力锚固技术以其工艺简便、效果突出的特点，得到了全球科学家及工程师的广泛认可。我国自梅山水库连拱坝左右坝肩加固中首次采用预应力锚固技术以来，已经成为我国水利水电工程高边坡、坝基等工程的主要加固手段。但预应力锚索作为一种深埋于地下的高应力结构，工作环境存在着以水为载体的腐蚀性介质，在其自由段及内锚固段极易产生锚索腐蚀问题。因此，伴随着岩土锚固技术的广泛应用，工程实践中预应力锚索腐蚀破坏屡见不鲜。

然而，由于预应力锚索具有隐蔽性，加之所处地质环境复杂，在其工程质量评价和监督方面都具有一定难度。目前还没有可行的方法来准确评价自然环境变化条件下预应力锚索随时间的腐蚀劣化程度，也无法对边坡、坝基中预应力锚固体系的长期耐久性进行评价。因此，发展一种预应力锚索长期监测方法已成为工程技术人员应对这一问题的一个重要选项。

全分布式光纤传感器根据外界的环境参数(如应变、温度、振动、折射率、加速度和电压等)变化引起光纤光学特性的改变(如光波相位、频率、偏振态和功率等)获得光纤沿线的外部环境信息。目前普通钢筋的腐蚀检测采用白光干涉腐蚀传感器、布里渊分布式光纤传感器和低相干光纤应变传感器，通过测试光强及频移信号的改变推测腐蚀。其中白光干涉腐蚀传感器、布里渊分布式光纤传感器通过将光纤紧密缠绕在钢筋或砂浆垫层上形成光纤线圈测试钢筋腐蚀产生的膨胀应变，实现了钢筋的腐蚀测量，基于Michelson干涉原理的低相干光纤应变传感器，实现了结构形变在1000με以上的长期腐蚀监测。但是上述方法存在三个问题，一是该方法对于轻微的腐蚀不敏感，尤其是局部腐蚀，二是随着锈胀应变的增加(>1000με)，光纤线圈受到局部挤压导致光纤微弯加剧，致使布里渊信号信噪比明显降低，无法测到钢筋锈胀信息；三是光纤复合方法不适用于预应力锚索。除此之外，钢筋的腐蚀测试方法也有基于锈胀原理通过环向布设传感光纤测试光纤布里渊频移信号变化反映腐蚀。然而由于空间分辨率的限制，全分布式传感技术难以反映出局部应变的变化特征，上述研究均通过增加布里渊分布式传感器长度(形成光纤线圈) 来解决测试精度低及腐蚀损伤定位的难题。但此举却将分布式测量转变为点式测量，导致只能测量钢筋的均匀腐蚀，不能实锚索局部腐蚀监测，准确诊断锚索的腐蚀情况，掌握结构损伤程度，预测剩余使用寿命，无法发挥全分布式传感技术的优势。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于光纤传感的预应力锚索腐蚀损伤监测装置，能实现预应力锚索的局部腐蚀监测，而且灵敏度高，能准确诊断锚索的腐蚀情况，掌握结构损伤程度，预测剩余使用寿命。还可配合实现复合式预应力锚索腐蚀损伤监测。不仅在预应力锚索加固结构的运行安全等方面能起到重要作用，还能对锚索结构的破坏机理与锚固结构的理论设计提供指导，具有重要的科学意义和工程实用价值。

本实用新型的主要技术方案是：一种基于光纤传感的预应力锚索腐蚀损伤监测装置，其特征在于：包括能与被测锚索轴向固定布置的轴向分布光纤、用于定位的光纤光栅和用于解调光信号的分布式解调仪，所述轴向分布光纤为一条以上；每条轴向分布光纤为单根轴向线或为2根以上轴向线呈首尾相接串联式；所述轴向分布光纤的一端与用于定位的光纤光栅的一端连接，光纤光栅的另一端与用于解调光信号的分布式解调仪连接，所述轴向分布光纤的另一端与分布式解调仪的另一接口连接。

优选的，所述能与被测锚索轴向固定布置为，轴向分布光纤能固定于锚索的表面，或固定于锚索的中心钢绞线的表面或内置于中心钢绞线中。

优选的，所述轴向分布光纤为单根轴向线或为2根以上轴向线呈首尾相接串联式。

优选的，所述轴向分布光纤为2条以上。

上述任一项所述的一种基于光纤传感的预应力锚索腐蚀损伤监测装置，其特征在于：还包括有能固定分布于锚索的外表面处的螺旋缠绕式光纤，所述螺旋缠绕式光纤、轴向分布光纤和光纤光栅相串联，其串接方式为下列三种之一：一种是螺旋缠绕式光纤位于中间，其它两种组元分布于两侧，一种是光纤光栅位于中间，其它两种组元分布于两侧，最后一种是轴向分布光纤位于中间，其它两种组元分布于其两侧；分布于两侧的组元分别与用于解调光信号的分布式解调仪连接。

优选的，所述螺旋缠绕式光纤为单个螺旋式，或为2个以上的单个螺旋串联式。