预应力锚索用腐蚀传感器的设计

预应力锚索的腐蚀程度与结构安全密切相关,但一直缺乏有效的监测手段。考虑到腐蚀的发生与周围环境pH变化密切相关,选用HEMA-AA水凝胶作为敏感材料并结合光纤光栅的传输优势设计传感器,识别灌浆部分受拉开裂时腐蚀介质侵入引起的pH值变化,在锚索面临腐蚀威胁时做出预警。测试结果表明:传感器的测量范围为pH值4~11,灵敏度为25 pm/pH,相关系数0.997;对比裸光纤发现将水凝胶的涂覆并没有带来光纤光栅温度特性的明显变化,灵敏度为9.5 pm/℃;试验模拟传感器在环境中持续进行监测的性能较为稳定。若考虑应用环境干湿循环的限制,则需提高水凝胶和光纤光栅结合度。通过在锚索内设置腐蚀传感器,可以达到腐蚀监测的目的。

光纤光栅索力传感器的酸碱耐久性

拉索作为斜拉桥的主要受力构件常处于复杂、恶劣的工作环境,传统的索力监测手段存在一定的局限性。将光纤光栅传感器内嵌封装进金属承压块上的凹槽,研制一种光纤光栅索力传感器,并对两种环氧树脂胶黏剂封装的光纤光栅索力传感器在酸碱腐蚀环境下的耐久性能进行研究,然后依托逆幂律模型与老化动力学理论,推导出传感器寿命预测方程。试验结果表明:该传感器的线性度和稳定性良好,传感器在腐蚀溶液中失效的主要原因是封装部位界相区胶黏剂受腐蚀剥落。A类传感器的耐酸碱性强于B类传感器,A类传感器在弱酸弱碱环境中的使用寿命均超过35年,大于斜拉桥拉索平均20年的换索年限,可以实现拉索全生命周期的监测。

光纤腐蚀传感器Fe-C薄膜电沉积工艺研究

研究了一种光纤上电沉积制备Fe-C合金的工艺:首先对光纤粗化处理,通过化学镀制备金属薄膜中间层,再电镀Fe-C合金。采用电化学工作站考察添加剂对腐蚀电位的影响,利用SEM和EDS对镀层微观形貌和元素组成进行分析。通过单因素实验和正交试验对工艺参数进行筛选优化,结合赫尔槽实验对试片进行分析,确定了电镀工艺参数为:十二烷基硫酸钠0.20 g/L、糖精钠1.0~1.5 g/L、柠檬酸2.0 g/L、抗坏血酸7.0 g/L、温度30℃、pH为3.0、阴极电流密度0.3~1.0 A/dm^(2)。采用电镀Fe-C合金工艺制备的镀层在成分和腐蚀规律上与碳钢类似,可以用来制备腐蚀传感器。

PVD法及与电镀复合制备光纤腐蚀传感器的Fe-C合金敏感膜

用PVD法制备光纤腐蚀传感器 (FOCS)的Fe C合金敏感膜 ,在光纤纤芯上得到厚度大约 1 μm的Fe C合金膜 ,而且光信号对敏感膜的腐蚀信息有响应 .为了增加敏感膜的厚度 ,根据平面波导与圆柱波导的相似性 ,采用PVD与电镀复合的方法在平板石英玻璃上制备Fe C合金膜 ,研究该膜层的形貌、结构和在不同NaCl溶液中的耐蚀性 .结果表明 :复合制备的Fe C合金膜的结构和耐蚀性与普通碳钢近似 ,并初步监测了光信号对敏感膜腐蚀信息的响应 。

一种监测钢筋腐蚀的光纤光栅传感器的研究

钢筋腐蚀是导致钢筋混凝土结构耐久性劣化的最重要因素之一。钢筋腐蚀将导致钢筋体积大大增加,混凝土保护层开裂、剥落,结构承载力下降,甚至倒塌。基于光纤布拉格光栅应变传感器的原理,根据钢筋腐蚀体积膨胀,提出了一种新的钢筋腐蚀光纤光栅传感器及温度补偿方法。传感器构造是在两根紧靠的钢筋中心附近粘贴光纤光栅,由于钢筋腐蚀体积膨胀,钢筋直径增加将转变成布拉格光纤光栅的应变,从而实现对钢筋腐蚀程度及速率的监测。传感器的监测原理是设置一个钢筋腐蚀光纤光栅传感器来监测由于钢筋腐蚀和温度变化引起的光栅应变,同时单独设置一个不锈钢光纤光栅传感器来测量温度引起的光栅应变。这两个光纤光栅传感器的应变监测,可分离出钢筋由于腐蚀所引起的体积变化。在混凝土结构中埋入封装的传感器,通过监测光纤光栅波长的漂移可以直接测量钢筋腐蚀程度,而且不受腐蚀因素的影响,可用于混凝土结构中钢筋腐蚀的早期监测。最后通过实验标定了钢筋腐蚀率与光栅波长位移的关系。

混凝土结构光纤光栅腐蚀传感器

提出了一种新型测量钢筋锈蚀的光栅传感器,即双筋腐蚀光栅传感器。这种传感器将光纤布拉格光栅粘贴固定于两根紧密排列的钢筋上表面。当钢筋锈蚀后,体积膨胀而使光纤光栅产生拉伸应变,光纤光栅的反射光波长将发生变化,所以通过测量光纤光栅的波长就可以测得钢筋锈蚀程度。这种传感器利用光纤光栅波长位移来监测钢筋锈蚀,能够间接反映钢筋锈蚀程度,且不受锈蚀因素的影响,可用于混凝土结构中钢筋锈蚀的早期监测。

光纤光栅腐蚀传感器

提出了一种测量钢筋腐蚀的新型传感器·这种传感器将光纤光栅拉伸后固定在圆形钢筋的表面,在钢筋被腐蚀后,光纤光栅所受到的拉伸应变将被释放,光纤光栅的反射光波长发生变化,通过测量光纤光栅的波长就可以测得钢筋腐蚀程度·这种传感器测量准确度优于±0.1μm,测量范围约12μm,可用于混凝土结构中钢筋腐蚀的早期监测·

基于腐蚀光纤的温度及葡萄糖溶液浓度传感器

提出并制备了一种基于本征倏逝波原理的温度及葡萄糖溶液浓度传感器.通过研究腐蚀包层厚度与透射光谱之间的关系,确定较为合适的腐蚀厚度.将标准单模光纤包层腐蚀至2.4μm,利用光纤倏逝波对外界介质变化敏感的原理,通过测量输出光功率的变化量实现温度及葡萄糖溶液浓度传感.实验结果表明:传感器在1070℃的温度范围内具有9.58×10^(-3) dBm/℃的灵敏度,线性度达到99.36%;在葡萄糖溶液03%的浓度范围内具有0.126dBm/(g/L)的灵敏度,线性度达到97.95%.该传感器的响应时间小于30s,具有操作简便、测量准确度高、重复性好、适用范围广等优点,具备良好的应用价值.

光纤布拉格光栅水下钢筋腐蚀传感器

基于光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)的预应力释放和应变测量原理,提出了一种用于水下钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀监测的FBG钢筋腐蚀传感器。传感器以两根FBG为核心元件,将FBG-1预拉后紧密缠绕、固定于精细加工过的钢筋件表面,用于监测腐蚀产物流失导致的预应力松弛;将FBG-2安装于钢筋件的轴向通孔中,作为温度补偿器用于消除FBG-1的温度交叉敏感效应。为了提高传感器的成活率,将传感器封装在砂浆中,并且推导了被测钢筋件的质量腐蚀率计算公式。通过电化学加速腐蚀实验研究了传感器的工作性能,通过监测FBG的波长变化来测量钢筋的腐蚀程度。实验结果表明,FBG钢筋腐蚀传感器可以监测水下钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀,并且具有较大的测量范围、较高的灵敏度和稳定性,适用于港口码头、桥墩、水坝、蓄水池等钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀监测。

光纤布拉格光栅钢筋腐蚀传感器

基于钢筋混凝土中钢筋锈胀和光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)应变、温度测量原理,设计了一种灵敏度较高的FBG钢筋腐蚀传感器。传感器主要由两个FBG(FBG-1,FBG-2)和带有轴向通孔、轴向通槽、环形槽及盲孔的钢筋件组成,FBG-1用于监测钢筋件的锈胀应变,FBG-2用作温度补偿器。为了提高传感器的成活率,在FBG-1外紧密包裹一层滤纸,并用水泥砂浆封装。此外,推导了钢筋件的腐蚀率计算公式,根据光纤解调仪采集的波长变化值可以计算得到钢筋件的腐蚀率。依据法拉第电解定律设计了电化学加速腐蚀实验,探究传感器的工作性能。实验结果表明,该传感器能够监测到0.7%以内的质量腐蚀率,灵敏度较高,且测量范围大于5%。该传感器能够有效监测混凝土中钢筋的早期腐蚀过程,准确估算保护层开裂时间,具有实际工程应用价值。

钢筋腐蚀光纤传感器的研究

将钢筋利用真空镀膜沉积在光纤的纤芯上 ,使之形成敏感光纤 ,从而制备了用于监测模拟混凝土结构钢筋腐蚀的光纤传感器 ,该方法基于光纤纤芯上的敏感膜能够将腐蚀信息传递给光纤内传导的光波 ,从而获取腐蚀信息 ,实现腐蚀监测。对光纤传感器上钢筋膜的腐蚀传感能力的研究 。

基于金属腐蚀敏感膜的光纤腐蚀传感器现状

介绍了基于金属腐蚀敏感膜的光纤腐蚀传感器的原理,较全面地阐述了这种传感器的研究现状,明确指出了目前这种传感器存在的一个主要问题,即目前这种传感器还不能定量地判断出金属的腐蚀状况。

Fe-C合金膜光纤腐蚀传感器的腐蚀实验及传感特性研究

为了监测钢筋或各种埋地管线的腐蚀情况,提出了基于金属腐蚀敏感膜的光纤腐蚀传感器。介绍了Fe-C合金膜光纤腐蚀传感器的原理。为了寻找其传感规律,用同一浓度的腐蚀溶液对不同厚度的金属膜进行腐蚀。以金属膜被腐蚀掉的百分比作为横坐标来记录光输出功率的变化。通过对实验数据的分析,基本找到了电镀获得的Fe-C合金膜在腐蚀溶液中的腐蚀规律。

Fe-C合金膜光纤腐蚀传感器传感规律研究

利用PVD溅射镀以及PVD与电镀复合两种方法在光纤纤芯上制备了不同厚度的Fe-C合金膜,对其进行X-射线衍射分析,所制膜层晶体结构类型与普通碳钢基本一致.通过将镀膜光纤放入不同浓度的HNO3溶液中以及埋入混凝土结构中,进行了腐蚀实验.结果表明:在低浓度的腐蚀溶液中,不同厚度的Fe-C合金膜会从外到内被均匀地腐蚀掉,输出光功率会在腐蚀末期有一个急剧的增大现象;在高浓度的腐蚀溶液中,Fe-C合金膜会在各个局部产生裂纹,膜层被一块一块地腐蚀掉;输出光功率整体趋势增大,但并没有特别急剧的增大现象;混凝土试块中的腐蚀实验中,输出光功率的变化复杂多变,但整体趋势还是一个增大的过程.

光纤腐蚀传感器研究进展

光纤腐蚀传感器(FOCS)是近年来腐蚀监测传感器的研究热点,以其轻巧简便、抗电磁干扰和可分布式测量等优点使其具有诱人的应用前景。对金属腐蚀机理作了介绍,给出了几种常见的光纤腐蚀传感器的检测方法,阐述近年来光纤腐蚀传感器的最新进展,对未来光纤腐蚀传感器的发展趋势作进一步展望。

基于光纤传感器的钢筋腐蚀监测技术研究进展

文章介绍了钢筋在混凝土中的腐蚀机理和常用的光纤传感技术,综述了基于光纤传感器的钢筋腐蚀监测技术的研究进展。最后展望了钢筋腐蚀监测技术要实现工程应用的发展方向。

Fe-C合金膜光纤腐蚀传感器镀膜工艺研究

为了监测钢筋或各种埋地管线的腐蚀情况,提出了基于金属腐蚀敏感膜的光纤腐蚀传感器。介绍了Fe-C合金膜光纤腐蚀传感器的原理。为了实现光纤腐蚀传感器的传感性能,需要在光纤表面电镀Fe-C合金膜。利用HF酸腐蚀掉光纤包层,确定光纤包层被完全腐蚀掉的时间,通过实验确定光纤敏化和活化的镀液配方和工艺。先利用化学镀在处理过的光纤表面上镀一层适合电镀的中间导电镍层,然后利用电镀工艺电镀Fe-C合金膜,最终获得表面光亮、均匀、结合力好的金属腐蚀敏感膜。

一种铝合金薄片式光纤光栅腐蚀传感器的制作

在对飞机结构材料腐蚀监测现状分析的基础上,针对飞机结构中常见的铝合金材料腐蚀监测问题,设计并制作了一种薄片式光纤光栅腐蚀传感器,并初步通过试验验证,为飞机结构材料的腐蚀监测提供了一种技术手段。

基于化学腐蚀法制备的光纤微结构传感器

利用化学腐蚀法对单模光纤(HI-1060)进行端面微加工处理,制作了一种光纤干涉型传感器。将单模光纤一端放置于40%浓度氢氟酸溶液中腐蚀20 min,腐蚀凹槽深度为45μm,制得的传感器条纹对比度为6 d B,波长间隔14 nm。分别设计不同温度及不同折射率的酒精溶液对传感器的温度特性以及折射率特性进行分析研究。实验发现随着温度的增加传感器的谐振波长发生红移,温度灵敏度和线性度为15.3 pm/℃和0.996;随着酒精溶液折射率由1.341 7增加到1.348 3,传感器的谐振波长发生蓝移,折射率灵敏度和线性度为-1 185.7 nm/RIU和0.951。实验结果表明基于化学腐蚀法制作的光纤干涉型传感器对温度以及液体折射率变化均有较高的灵敏度,可用于温度和液体折射率传感测试。

应用光纤光栅应变箍传感器的管道腐蚀监测试验

为了验证通过光纤光栅应变箍传感器对管道进行腐蚀监测的方法的可行性,在均匀腐蚀管道模型和局部腐蚀管道模型上分别进行了试验,试验所使用的应变箍传感器能够测量管道截面的环向应变,通过环向应变能够反应管道壁厚的变化情况。试验表明,这种光纤光栅应变箍传感器性能优良,可以应用于测量腐蚀引起的环向应变,在管道的腐蚀监测中具有很好的应用前景。