[发明专利]一种基于3D打印技术光纤光栅传感器的埋入方法

说明书

本发明公开了一种基于3D打印技术光纤光栅传感器的埋入方法，包括以下步骤：确定模型参数以及光纤光栅传感器在模型中埋设信息；利用建模软件根据模型参数和埋设信息生成3D三维数字模型，导入控制系统生成打印路径；3D打印设备打印模型至需要埋设光纤光栅传感器的高度，暂停打印过程，利用减材制造机按照设置的打印路径进行刻划，开挖完毕后将光纤光栅传感器埋设在开挖路径内，然后继续打印上部模型覆盖住光纤光栅，直至模型打印完成；本发明利用3D打印模型至埋设光纤光栅传感器的高度时，利用减材制造机精确刻划光纤光栅的埋设路径，达到避免光纤损伤，准确方便的埋入光纤光栅的目的，避免了常规的光纤光栅直埋法操作不便、定位不准确以及钻孔注浆法破坏模型整体强度、测量数据不精确等问题。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种基于3D打印技术光纤光栅传感器的埋入方法。

背景技术

20世纪70年代，光纤传感技术迅速发展起来。光纤光栅技术具有实时性、体积小、不受电磁干扰、耐久性好、易实现监测自动化等特点。光纤传感技术由于其独特的优势，现已经广泛应用于隧道、航空航天和矿业等诸多领域实际工程和物理模型试验监测研究中。土木工程领域物理模型主要有传统浇筑和混凝土3D打印两种制作方法。光纤光栅传感器目前在传统物理模型制作方法中应用较多，在3D打印技术中的应用较少，主要集中应用于熔融沉积型3D打印技术中打印光纤光栅传感器的封装材料。

目前基于传统浇筑和混凝土3D打印这两种模型制作方式，光纤光栅传感器常用的埋设方法有直埋法和钻孔灌浆(水泥砂浆或硅胶)法。但直埋法适用于少量传感器以线型等简单形式埋设，对于单层布设多根传感器、埋设方式复杂的情况，具有人工定位速度缓慢、精度差等缺点，并且由于上层混凝土的浇筑和振捣使得传感器产生一定的位移；钻孔灌浆法具有影响结构整体性和强度、减弱光纤光栅传感器应变传递率等缺陷。如公开号为CN101493544A的埋入复合材料的光纤光栅保护与定位方法以及公开号为CN106767480A的一种基于3D打印的光纤铺设装置及方法中均是在模型打印完毕之后预留孔洞的直埋法，定位速度缓慢、精度差，且其开口时必定会大于光纤光栅的直径，进一步的造成光纤光栅的定位偏差。因此，为了解决上述问题，本发明提供一种基于3D打印技术光纤光栅传感器的埋入方法来解决光纤光栅埋入精确度不高的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于3D打印技术光纤光栅传感器的埋入方法来达到避免光纤损伤，提高光纤光栅埋入精确度、降低对模型整体强度的影响以及提高监测数据准确度的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种基于3D打印技术光纤光栅传感器的埋入方法，包括以下步骤：

根据理论分析和数值模拟结果确定模型参数以及光纤光栅传感器在模型中埋设信息；

利用建模软件根据模型参数和埋设信息设计生成三维数字模型，并导入控制系统生成打印路径；

利用3D打印设备打印模型至需要埋设所述光纤光栅传感器的高度，暂停打印过程，利用减材制造机按照设置的所述打印路径在该高度处进行刻划，沿着需要埋设所述光纤光栅的路径减材开挖，开挖完毕后将所述光纤光栅传感器埋设在所述开挖路径内，然后继续利用3D打印设备打印上部模型覆盖住所述光纤光栅，直至整个模型打印完成停止工作。

优选的，所述埋设信息包括所述光纤光栅传感器布设形状、关键点三维位置信息和光纤直径。

优选的，所述模型的材料包括硅酸盐水泥、石英砂、石英粉、硅灰、铜炉渣粉末、水、添加剂。

优选的，所述3D打印设备和所述减材制造机的驱动装置为双臂机器人，所述双臂机器人的两条手臂分别控制所述3D打印设备和所述减材制造机。

优选的，所述模型的材料放置在储料泵送系统中，启动泵车和振动器，将模型材料泵送至管道中，所述管道连接3D打印设备的打印头。