專利名稱：纖維增強(qiáng)塑料－光纖光柵復(fù)合傳感筋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種結(jié)構(gòu)智能監(jiān)測(cè)傳感元件。具體地說(shuō)是一種具有土木工程結(jié)構(gòu)受力與監(jiān)測(cè)雙功能的纖維增強(qiáng)塑料-光纖光柵傳感筋。
背景技術(shù)：
1978年，加拿大的Hill發(fā)明摻鍺光纖中光致折射率變化的現(xiàn)象使芯內(nèi)光柵得以問世。1989年，美國(guó)的Meltz發(fā)明摻鍺光纖光柵紫外側(cè)寫入技術(shù)，人們利用這一技術(shù)可以方便地制作各種常數(shù)的光纖光柵，使得成本大大降低，為其廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。由于光纖光柵具有波長(zhǎng)選擇性、與光纖系統(tǒng)兼容、插入損耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，光纖光柵在通訊與傳感領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用前景。光纖光柵用于傳感的主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在能避免電磁場(chǎng)的干擾，電絕緣性好；不受潮濕環(huán)境影響；耐久性好，具有抵抗包括高溫(小于600℃)在內(nèi)的各種惡劣環(huán)境及化學(xué)侵蝕的能力，具有承受振動(dòng)和沖擊的能力；質(zhì)量輕、體積小、對(duì)結(jié)構(gòu)影響小、易于布置；既可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)測(cè)量，也可以實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量；絕對(duì)測(cè)量；節(jié)省線路，只用一根線就可以傳送結(jié)構(gòu)狀態(tài)信號(hào)；信號(hào)、數(shù)據(jù)可多路傳輸，便于與計(jì)算機(jī)連接，單位長(zhǎng)度上信號(hào)衰減小；靈敏度高，精度高；頻帶寬，信噪比高等。但是，由于裸光纖光柵特別纖細(xì)，外徑約為125微米左右，其主要成分是SiO2，因此特別脆弱，尤其它的抗剪能力很差，直接將其作為傳感元件在工程實(shí)際中遇到了布設(shè)工藝難題，根本不能適應(yīng)混凝土結(jié)構(gòu)粗放式生產(chǎn)方式與惡劣的服役環(huán)境，嚴(yán)重地制約了光纖光柵在土木工程中的應(yīng)用。
纖維增強(qiáng)塑料是以連續(xù)纖維組成的復(fù)合材料。這種連續(xù)纖維首先浸漬在用于粘合纖維的聚合物中，然后加工成所需要的形狀。根據(jù)纖維種類的不同，纖維增強(qiáng)塑料可分為碳纖維增強(qiáng)塑料、玻璃纖維增強(qiáng)塑料和芳綸纖維增強(qiáng)塑料及混雜增強(qiáng)塑料等。纖維增強(qiáng)塑料具有抗拉強(qiáng)度高、重量輕、耐腐蝕、無(wú)磁性、耐疲勞、易加工等優(yōu)良特性。其中，纖維增強(qiáng)塑料棒材可做成普通鋼筋的形狀，被認(rèn)為是鋼筋的一種可能的替代材料。碳纖維原絲纖維方向的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到普通鋼筋的十幾倍，而高彈模碳纖維的彈性模量可以達(dá)鋼材的2～3倍，并具有較高的防磁和防輻射性能，曾在軍工生產(chǎn)中用于隱行飛機(jī)、防磁和防輻射工程。但是，纖維增強(qiáng)塑料作為一種新型的有發(fā)展?jié)摿Φ慕ㄖ牧吓c技術(shù)也存在延性差的缺點(diǎn)，并不是要取代傳統(tǒng)的建筑材料—鋼材與混凝土，而是作為傳統(tǒng)建筑的一個(gè)重要補(bǔ)充，適于服役環(huán)境、耐久性、抗疲勞等方面要求高的重要工程結(jié)構(gòu)，如地下結(jié)構(gòu)、海洋工程，水利工程等。目前在美國(guó)、日本、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)成立了纖維增強(qiáng)塑料研究會(huì)，初步制定了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范，并成功地用于了實(shí)際工程。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、既可以替代或部分替代鋼筋作為受力構(gòu)件，也具備智能傳感特性的纖維增強(qiáng)塑料-光纖光柵復(fù)合傳感筋。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括纖維增強(qiáng)塑料筋，在纖維增強(qiáng)塑料筋中沿長(zhǎng)度方向布設(shè)有光纖光柵。本發(fā)明還可以包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征1、纖維增強(qiáng)塑料筋表面為噴砂制成的麻面。2、纖維增強(qiáng)塑料筋表面纏繞樹脂。3、在一段傳感筋的尾端露出一段用于連接補(bǔ)償光纖光柵的光纖。4、光纖光柵位于纖維增強(qiáng)塑料筋的中間。5、光纖光柵上的光柵為具有一定長(zhǎng)度間隔的光柵串。本發(fā)明產(chǎn)品的光纖光柵布置于纖維增強(qiáng)塑料筋中，是通過(guò)纖維增強(qiáng)塑料加工成形過(guò)程中將光纖光柵跟纖維束一起進(jìn)入拉拔模具，經(jīng)過(guò)熱處理工藝有機(jī)地構(gòu)成一體的。由于光纖光柵與纖維增強(qiáng)塑料固結(jié)良好，保證了光纖光柵與纖維增強(qiáng)塑料的協(xié)同變形，從而光纖光柵感應(yīng)的應(yīng)變就是纖維增強(qiáng)塑料的變形?？紤]土木工程結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)時(shí)溫度的影響與準(zhǔn)分布測(cè)量的需要，在尾端設(shè)置一段露出的光纖，以便焊接溫度補(bǔ)償光纖光柵或串聯(lián)光纖光柵傳感元件。補(bǔ)償光纖光柵置于另一毛細(xì)金屬管中，保證其不受外力的影響。這種復(fù)合傳感筋兼具纖維增強(qiáng)塑料與光纖光柵的優(yōu)點(diǎn)，如輕質(zhì)高強(qiáng)、抗疲勞、耐腐蝕、傳感精度高(可達(dá)1～2με)、抗電磁干擾、準(zhǔn)分布式傳感、絕對(duì)測(cè)量、抗潮防水、穩(wěn)定性與耐久性好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，這種復(fù)合傳感筋彌補(bǔ)了纖維增強(qiáng)塑料與光纖光柵各自的一些缺點(diǎn)，如光纖光柵克服了纖維增強(qiáng)塑料筋的自感知非線性問題；而纖維增強(qiáng)塑料是光纖光柵的一種優(yōu)良封裝保護(hù)，克服了裸光纖光柵難以適應(yīng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)粗放式施工的要求，大大提高了光纖光柵的耐久性。這樣，纖維增強(qiáng)塑料-光纖光柵傳感筋就把纖維增強(qiáng)塑料的優(yōu)良力學(xué)特性、防銹耐久和抗電磁干擾特性與光纖光柵的優(yōu)秀傳感特性形成有機(jī)結(jié)合，極大地滿足了土木工程結(jié)構(gòu)對(duì)力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)智能健康監(jiān)測(cè)的需要。此外，纖維增強(qiáng)塑料-光纖光柵傳感筋可以根據(jù)工程實(shí)際需要，切割成任意長(zhǎng)度，使用非常方便，特別適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。


圖1和2是本發(fā)明的實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)示意圖。
(五)具體實(shí)施方案下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述結(jié)合圖1，纖維增強(qiáng)塑料-光纖光柵復(fù)合傳感筋的結(jié)構(gòu)組成包括纖維增強(qiáng)塑料筋1，在纖維增強(qiáng)塑料筋中沿長(zhǎng)度方向布設(shè)有光纖光柵2。本發(fā)明的產(chǎn)品可以采用這樣的方法來(lái)制作將光纖光柵與泡過(guò)環(huán)氧樹脂的纖維材料，如碳纖維、玻璃纖維、芳綸等，一起送入拉拔模具，經(jīng)過(guò)加熱、固化、冷卻三個(gè)熱處理過(guò)程有機(jī)地構(gòu)成一體，同時(shí)在出爐時(shí)標(biāo)注好光纖光柵的具體位置?？紤]光纖光柵的封裝保護(hù)，光纖光柵作為中間束送入，成形后光纖光柵位于纖維增強(qiáng)塑料筋的中間。為了更好地與混凝土粘合，纖維增強(qiáng)塑料筋表面進(jìn)行噴砂處理，使纖維增強(qiáng)塑料筋的表面形成麻面，或者是在纖維增強(qiáng)塑料筋外纏繞樹脂。為了充分發(fā)揮光纖光柵的準(zhǔn)分布式傳感能力，送入的光纖光柵事先已經(jīng)熔接成具有一定長(zhǎng)度間隔的光柵串。工程應(yīng)用或試驗(yàn)需要時(shí)，將加工成形的纖維增強(qiáng)塑料-光纖光柵傳感筋切割成任意所需的長(zhǎng)度，并利用纖維的各向異性的特點(diǎn)在端部將光纖剝離出來(lái)，焊接到光纖跳線上即可。
結(jié)合圖2，考慮結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)的溫度補(bǔ)償或分布式傳感問題，每一段傳感筋的尾端露出一段光纖3，可以連接補(bǔ)償光纖光柵或其他光纖光柵傳感器。
權(quán)利要求
1.一種纖維增強(qiáng)塑料-光纖光柵復(fù)合傳感筋，其特征是它包括纖維增強(qiáng)塑料筋，在纖維增強(qiáng)塑料筋中沿長(zhǎng)度方向布設(shè)有光纖光柵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)塑料-光纖光柵復(fù)合傳感筋，其特征是纖維增強(qiáng)塑料筋表面為噴砂制成的麻面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)塑料-光纖光柵復(fù)合傳感筋，其特征是纖維增強(qiáng)塑料筋表面纏繞樹脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的纖維增強(qiáng)塑料-光纖光柵復(fù)合傳感筋，其特征是在一段傳感筋的尾端露出一段用于連接補(bǔ)償光纖光柵的光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的纖維增強(qiáng)塑料-光纖光柵復(fù)合傳感筋，其特征是光纖光柵位于纖維增強(qiáng)塑料筋的中間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的纖維增強(qiáng)塑料-光纖光柵復(fù)合傳感筋，其特征是光纖光柵位于纖維增強(qiáng)塑料筋的中間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的纖維增強(qiáng)塑料-光纖光柵復(fù)合傳感筋，其特征是光纖光柵為熔接的具有一定長(zhǎng)度間隔的光纖串。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的纖維增強(qiáng)塑料-光纖光柵復(fù)合傳感筋，其特征是光纖光柵上的光柵為具有一定長(zhǎng)度間隔的光柵串。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的纖維增強(qiáng)塑料-光纖光柵復(fù)合傳感筋，其特征是光纖光柵上的光柵為具有一定長(zhǎng)度間隔的光柵串。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的纖維增強(qiáng)塑料-光纖光柵復(fù)合傳感筋，其特征是光纖光柵上的光柵為具有一定長(zhǎng)度間隔的光柵串。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種纖維增強(qiáng)塑料－光纖光柵復(fù)合傳感筋。它包括纖維增強(qiáng)塑料筋，在纖維增強(qiáng)塑料筋中沿長(zhǎng)度方向布設(shè)有光纖光柵。具有輕質(zhì)高強(qiáng)、抗疲勞、耐腐蝕、傳感精度高、抗電磁干擾、準(zhǔn)分布式傳感、絕對(duì)測(cè)量、抗潮防水、穩(wěn)定性與耐久性好等優(yōu)點(diǎn)。可以根據(jù)工程實(shí)際需要，切割成任意長(zhǎng)度，使用非常方便，特別適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G01B11/16GK1484056SQ02132998
公開日2004年3月24日 申請(qǐng)日期2002年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月19日
發(fā)明者歐進(jìn)萍, 周智 申請(qǐng)人:歐進(jìn)萍, 周智