基于分布式布里渊光学时域反射的光纤腐蚀传感器的实验研究

研究开发了一种用于监测钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀的基于分布式布里渊光学时域反射(BOTDR)的光纤腐蚀传感器,探讨了布里渊传感技术中有效测点的选择方法,并推导了适用于布里渊光纤腐蚀传感器的钢筋腐蚀定量评价公式。利用电化学加速腐蚀实验系统对埋入混凝土试件中的布里渊光纤腐蚀传感器的性能进行了实验研究,利用推导的钢筋腐蚀定量评价公式和布里渊分析仪采集到的数据对钢筋腐蚀的程度进行了实时监测。实验研究表明,该传感器能够有效监测钢筋的早期腐蚀,并实现了对腐蚀的准分布式、实时和定量测量。布里渊光纤腐蚀传感器对钢筋质量损失率δ的有效监测范围约为0.0~0.1%,分辨率约为1.1×10-5。     

混凝土中基于预埋式LPFG波长解调的耐久性健康监测

为了实现混凝土结构的耐久性健康监测,提出基于长周期光纤光栅(LPFG)折射率特性,将LPFG预埋入混凝土结构中,通过对LPFG的波长解调,实现钢筋锈蚀监测。钢筋发生锈蚀后,钢筋钝化层表面附近Cl-浓度的改变将影响钢筋周围混凝土的折射率,对LPFG进行波长解调并进行温度补偿,获知环境折射率变化进而判断钢筋的锈蚀程度。实验结果表明,钢筋锈蚀率达到12.6%时,对应的锈水折射率1.353 6仍小于LPFG可监测到的折射率范围,并实验获得了LPFG谐振波长漂移量与钢筋锈蚀率之间的对应关系。本方法无需化学试剂,全光纤化,能够准确地实现混凝土结构中钢筋锈蚀的早期至中期监测。     

分布式光纤传感技术在蜗壳模型试验中的应用

分布式光纤传感器与传统应变片和光纤光栅传感器相比,具有分布式测量的显著特点,成为传感器领域的研究热点。随着技术的进步,基于瑞利散射的光频域反射技术(OFDR)得到了迅速的发展。该文介绍了OFDR的测量原理,并将分布式光纤传感器应用于蜗壳模型试验中。为检验蜗壳充水后的变形规律,检查蜗壳和混凝土的整体安全性和设计的合理性,对蜗壳试验过程中外围混凝土应变进行监测。通过分布式光纤传感器在每级水压加载下产生的应变,获得蜗壳模型外部变形以及裂缝发展的情况。实验结果表明,分布式光纤传感器能够真实地反应结构物的应变分布,及时准确地监测蜗壳模型在加压作用下混凝土变形及开裂情况,对结构的损伤进行识别。     

基于光纤传感技术在边坡监测中的应用研究

FBG和BOTDR是两种最具代表性的分布式光纤传感技术,国内外工程界都已开展了将这两种技术用于边坡滑坡监测的尝试。FBG通过测量其反射光波长的变化获得应变和温度信息,BOTDR通过检测后向布里渊散射的频移实现分布式应变、温度信息的获取。分别介绍了FBG和BOTDR传感技术,并给出了针对国内某边坡滑坡监测的分别基于FBG和BOTDR的技术方案。     

一种基于光纤布拉格光栅的金属腐蚀传感器

基于钢筋混凝土中钢筋锈蚀膨胀和光纤布拉格光 栅(FBG)应变测量原理,设计了一种新型的FBG金属腐蚀传感器。传感器由FBG腐蚀测量传 感器、FBG温度补偿传感器和带有通槽、凹槽、 通孔的钢筋件组成。FBG腐蚀测量传感器用于测量钢筋锈蚀引起的应变,FBG温度补偿传感器 用于消除温 度交叉敏感特性。钢筋件的通槽用环氧树脂填充后,把腐蚀测量传感器的FBG紧密缠绕在钢 筋件的表面, 并固定在环氧树脂固定点上。温度补偿传感器的FBG经过增敏处理后布置在通孔中。推导了 钢筋锈蚀率与FBG波长的理论计算公式;制作了用水泥砂浆封装的FBG金属 腐蚀传感器;最后在制作的混凝土试件上进行加速腐蚀实验,考核传感器的性能。实验结果 表明,设计的FBG 金属腐蚀传感器能够直接测量钢筋的锈蚀程度,并且具有较大的量程,可实现钢筋 混凝土结构中钢筋的 轻微锈蚀和较严重锈蚀情况监测,适用于建筑、桥梁和隧道等领域钢筋混凝土结构中钢 筋锈蚀的结构健康监测。     

基于布里渊散射的煤矿巷道应力监测

光纤布里渊散射光时域反射测量技术（简称BOTDR）是国际上近几年才发展起来的一项尖端技术，应用非常广泛。着重介绍了BOTDR分布式光纤传感技术在煤矿巷道应力监测方面的应用。详细分析了其传感原理和系统应用。该项技术为煤矿巷道应力监测提供了一种全新而可靠的监测方法，可以使我国的煤矿安全生产迈上一个新的台阶，具有非常广阔的应用前景。     

BOTDR分布式光纤传感器研究进展

基于布里渊光时域反射(BOTDR)的分布式光纤传感器无论是在军用系统还是大型民用工程方面都具有广泛的应用前景.在给出BOTDR分布式光纤应力传感器的基本原理的基础上,详细介绍了国内外目前几种不同的BOTDR,并对其优劣进行了分析与比较.分析表明采用微波外差检测技术的BOTDR不仅具有较高的灵敏度,还具有更低的造价.     

基于BOTDR的高分辨率分布式光纤温度传感器

布里渊光时域反射计（BOTDR）是一种新型的分布式光纤传感技术。基于BOTDR中布里渊光频移量与光纤温度之间的线性关系,研发出了一种高空间分辨率分布式光纤温度传感器,其空间分辨率提高了数十倍,达到了厘米级。通过室内标定实验,得出了这种温度传感器的温度系数为3．0MHz／℃。在与传统点式温度传感器测量地温场的对比试验中,证明了这种新型温度传感器具有分布式、高分辨率、连续远程测量的诸多优点,显示出其广阔的应用前景。     

基于分布式光纤感测的岩土体变形监测研究综述

随着我国各类复杂重点工程建设的深入推进,工程安全问题引起了越来越多的关注,然而对岩土体进行变形监测是保障工程安全的重要手段之一。与传统的电磁法、声发射、经纬仪、水准仪、位移计、应变计等岩土体变形监测技术相比,分布式光纤感测技术具有实时性、高精度、全分布、长距离和抗干扰等优势,已成为当前岩土体变形监测研究及应用领域的关注焦点。本文总结了光纤感测技术在岩土体变形监测中的应用现状,介绍了几种典型的分布式光纤感测技术原理及适用场景,探讨了光纤感测技术在岩土体变形监测应用中的关键问题,分析了光纤感测技术在边坡、水利、隧道、管道、铁路等工程及地面沉降与塌陷方面监测中的应用成果与挑战。最后,展望了光纤感测技术在岩土体变形监测中亟需攻破的难题与对策。     

相位敏感OTDR和布里渊OTDR结合的双参量分布式光纤传感的研究

在分布式光纤传感及应用中,单一传感系统一般只能实现一种参量的监测,如相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)只能监测光纤沿线的振动信息,布里渊光时域反射计(BOTDR)仅能监测应变/温度信息.对于多参量监测的应用场合,必须通过配合多种技术和系统来实现多参量监测和分析,增加监测成本和复杂性.设计并搭建了一种集成Φ-OTDR和...     

Non-destructive Inspection of Chloride Ion in Concrete Structures Using Attenuated Total Reflection of Millimeter Waves

The chloride induced corrosion of reinforcing steel bar is one of the major causes of deterioration of concrete structures. Therefore, it is essential to periodically monitor the level of chloride ion (Cl^-) concentration in concrete structures. In this work, we developed millimeter wave attenuated total reflection measurement setup in order to determine the Cl^- concentration in concrete structures. We prepared concrete samples with different compositions and varying Cl^- concentrations and we measured their attenuated total reflectance at 65 GHz. We observed that the reflectance decreases almost linearly with the increase in Cl^- concentration indicating that this technique could be used to inspect the Cl^- concentration in concrete structures nondestructively.     

Modification of the wavelength-strain coefficient of FBG for the prediction of steel bar corrosion embedded in concrete

The corrosion of steel bar embedded in concrete can be detected from the Bragg wavelength shift of the fiber Bragg gratings (FBGs) winding around the steel bar. Previously, when the steel bar in concrete is surrounded by the FBG, the corrosion, which is proportional to the expansion of the bar cross-section, was predicted simply from the well known relationship of the Bragg wavelength shift and the only axial strain of the FBG. However, as the FBG is embedded in the concrete, stresses from all directions will apply to it. In this case, the Bragg wavelength change will attribute to stresses coming from the axial strain as well as the lateral strain. Therefore, the relation between the Bragg wavelength shift and the axial strain of FBG should be modified. We use a cylindrical and elastic model to analyze the strain distribution of a steel bar embedded in the concrete, and obtained a new relation between the Bragg wavelength shift of the FBG wrapped around the steel bar and the axial strain of the fiber. With this modified coefficient the corrosion of the steel bar embedded in the concrete can be predicted more accurately.     

氯盐侵蚀下阻锈剂对钢筋阻抗谱及微观形貌研究

为了研究氯盐侵蚀下阻锈剂对钢筋锈蚀的影响,设计制作了钢筋混凝土中掺入不同比例阻锈剂(醇胺类、亚硝酸钙)试件,开展了各试件在3.5％NaCl侵蚀溶液下钢筋锈蚀的电化学阻抗谱和表面微观试验,得到不同比例阻锈剂(醇胺类,亚硝酸钙)对混凝土中钢筋锈蚀的交流阻抗谱曲线及微观形貌图,分析了阻锈剂对钢筋锈蚀过程的影响.研究表明:0....     

混凝土结构中钢筋腐蚀监测的光纤传感技术

综述了混凝土结构内部钢筋腐蚀监测的光纤传感技术最新进展,分析了钢筋腐蚀产生的原因及现象,介绍了几种光纤腐蚀传感的原理及特点,指出了今后的发展趋势。     

基于Fabry-Perot光纤应变传感技术的监测系统

介绍了外腔式光纤法布里-珀罗(F-P)应变传感器的基本原理和信号调理技术。设计了基于F-P应变传感技术和虚拟仪器技术的结构应变实时监测系统并应用于桥梁健康监测现场。现场应用结果表明,法布里-珀罗光纤传感器与传统传感器相比具有响应速度快、动静态测量、绝对测量、抗电磁干扰和易于与钢筋、混凝土复合等特点,适用于桥梁等结构的应变测试。所设计的应变监测系统可用于结构健康状态的在线监测。     

Application of Inhibitor‐Loaded Halloysite Nanotubes in Active Anti‐Corrosive Coatings

Halloysite particles are aluminum‐silicate hollow cylinders with a length of 0.5–1 µm, an outer diameter of ca. 50 nm and a lumen of 15 nm. These nanotubes are used for loading and sustained release of corrosion inhibitors. The inhibitor is kept inside the particles infinitely long under dry conditions. Here, halloysite nanotubes filled with anticorrosive agents are embedded into a SiO_x–ZrO_x hybrid film. An aluminum plate is dip‐coated and immersed into 0.1 M sodium chloride aqueous solution for corrosion tests. A defect in the sol–gel coating induces pitting corrosion on the metal accompanied by a strong anodic activity. The inhibitor is released within one hour from halloysite nanotubes at corrosion spots and suppresses the corrosion process. The anodic activity is successfully restrained and the protection remains for a long time period of immersion in NaCl water solution. The self‐healing effect of the sol–gel coating doped with inhibitor‐loaded halloysite nanotubes is demonstrated in situ via scanning vibrating electrode technique measurements.     

一种监测钢筋腐蚀的光波导传感方法

本文提出一种用于混凝土结构钢筋腐蚀监测的光波导传感方案,该方案基于用金属膜层局部取代光波导的介质包层,构成腐蚀敏感膜,从而获取金属腐蚀信息。本文依据波导理论定性分析了该方案的腐蚀传感原理,提出了在光纤表面形成与钢筋材料相同的ＦｅＣ合金膜的电化学镀膜方法,通过引入化学镀银夹层充当电镀负极,解决了光纤与ＦｅＣ合金亲和性差的问题。在平板波导材料上研究了电化学镀膜工艺,并研制出含有Ａｇ 夹层的Ｆｅ－ Ｃ合金膜层的光纤腐蚀传感器,用多种加速腐蚀介质评价了该传感器的腐蚀传感特性,结果证实了所提传感方案的可行性。