裂纹检测光纤传感器.doc

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光纤传感器讨论课
题目：裂纹检测光纤传感器
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：亚博
裂纹检测光纤传感器
关键字：光纤光栅、裂纹检测、损伤检测、构造安康
摘要：如今，化来获取裂缝的空间位置变化。
如右图为原理图。将光纤设于混凝土构造上，当混凝土未发生裂缝时，光纤衰减曲线沿长度方向为线性变化。混凝土发生裂缝后，裂缝处光纤会发生局部弯曲，引起局部损耗增大，局部损耗造成光纤衰减曲线发生突降，裂缝宽度可由损耗大小来确实，裂缝位置可由雷达原理加以定位。
〔3〕基于PPP-BOTDA的分布式传感技术：原理如右图。在光纤两端分别将一束脉冲光与连续光注入传感器，当脉冲光与探测光的频差与光纤中的*区域的布里渊频移相等时，在该区域就会发生布里渊放大效应，两束光相互之间发生能量转移并到达最大。连续调谐脉冲光和探测光的频差并实时比拟和检测出连续光最大光强所对应的频率差，就可确定光纤各段的频移。光线中的布里渊频移与光纤所处的温度和承受的轴向应变呈线性关系，由下式给出：
式中——布里渊频移变化量
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——布里渊温度系数温度变化量
——布里渊频移应变系数——应变变化量
为获取被测光纤沿线的温度和应变分布情况，必须对沿光纤分布的珀布里渊散射光信号频率进展空间定位，因此在布里渊光纤传感中引入光时域反射计〔OTDR〕技术进展定位，如下式：
——散射点至脉冲光输入端距离
——真空中光速
——OTDR发出脉冲光与接收到的后向布里渊散射光时间差
——光纤折射率
布里渊散射：光在光纤传播过程中，因材料的不均匀性导致的电致伸缩效应使产生的声波在光纤中传播时与光波相互作用相互激发的光散射过程。
FBG分布式传感技术属于准分布式传感技术，能够实现对温度、应变和裂缝的检测，但当检测裂缝时容易造成漏检，且造价高；基于OTDA的分布式光纤传感技术不能检测应变和温度，在不知道裂缝位置的情况下能够实现全分布式裂缝检测，由于动态围的影响，裂缝检测数量较少；基于PPP-BOTDA的分布式传感技术能够实现应变，温度及裂缝高精度全分布式检测，由于动态围大，能够实现大规模、多裂缝土木构造的裂缝检测。
光纤传感器的布设
将分布式光纤应用于实际工程前，需考虑传感光纤的存货问题，如不对裸光纤进展合理的封装和保护则难以获得理想的检测数据。主要有外表粘贴和埋入混凝土部两类方式。

一些试验中的做法如下：在混凝土外表布设紧包光纤，粘贴时注意光纤的松弛状态，先用502胶沿光纤所在位置初步固定，然后在光纤外表涂覆J39胶，同时用透明脚步盖在胶层外表，则可以保证涂胶厚度一致，充分发挥胶的应变传递效应。光纤弯折处曲率半径不能太小，穿插处上面的光纤必须保持松弛状态。实物图如下：
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然而，构造在碳化、冻融破坏、氯离子侵蚀、钢筋锈蚀等作用下，往往出现外表混凝土脱落等现象，传感光纤也容易受到外界环境如机械车辆、设备安装的损坏。将传感光纤埋入钢筋混凝土梁部，不仅可以获得更加详细的构造应变场，更是保证了构造应变检测长期稳定性。
埋入部
采用环氧树脂将光纤粘结在钢筋外表然后浇筑混凝土。先将光纤微微拉直，，再刷涂含有环氧树脂和固化剂的混合胶〔质量比100:〕，24小时固化剂固化后再在钢筋上缠绕浸润过J39AB胶的布条，使钢筋上所有光纤都处于布条的保护之中，防止混凝土浇筑振捣过程中破坏光纤。然后浇筑混凝土。
〔2〕将光纤埋入玻璃纤维筋或将传感光纤加工成复合筋埋入钢筋混凝土梁部。加拿大的 Kalamkarov等人提出将光纤在加工过程中埋入FRP筋部，并对这种含有光纤传感器的 FRP 筋进展了传感特性、疲劳特性、抗腐蚀特性等的初步研究；瑞士的 Smartech 公司基于加强型热塑性合成带和塑料棒封装光纤分别研制开发出 SMARTape 和 SMARTcord 传感光纤，并应用于混凝土裂缝、温度监测以及油气泄露监测等领域，但是其本钱较高，很难大规模推广应用；
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Bastianini 也基于 FRP 材料采用编织工艺研制 FRP 带，对桥梁构造进展长期应变监测；欧进萍和周智等人采用 GFRP、CFRP 及低模量的新型聚丙烯基 FRP 封装光纤，该封装光纤在实际工程应用中很好的保护了光纤。以上研究取得了良好的成果和工程推广价值。
FRP筋是有多股连续纤维〔如玻璃纤维，碳纤维等〕通过基地材料〔如聚酰胺树脂，聚乙烯树脂，环氧树脂等〕进展胶合后，经特制的模具挤压并拉拔成型的