本實用新型屬于土木工程和光纖傳感技術領域，具體涉及一種溫度自補償光纖光柵鋼筋銹蝕傳感器。

背景技術：

鋼筋混凝土結構大量應用于跨海大橋、港口和化工廠房等。然而，鋼筋混凝土結構中的鋼筋在海水、酸性氣體等腐蝕性介質的長期作用下容易出現(xiàn)銹蝕，削弱鋼筋的受力性能，進而影響整個鋼筋混凝土結構的承載能力。因此，對鋼筋混凝土結構中鋼筋銹蝕狀況進行準確測量對于評估整個鋼筋混凝土結構的承載性能具有重要意義。由于鋼筋銹蝕是一個漫長的過程，且鋼筋埋置于混凝土內部，如何長期實時的準確測量鋼筋銹蝕一直是土木工程領域的難題。常用的方法是測量鋼筋由于銹蝕而產(chǎn)生的截面積膨脹，通過截面積膨脹量或者銹脹力來計算鋼筋的銹蝕率。

光纖光柵利用一段具有周期性折射率的芯內體光柵作為傳感元件，通過中心波長的漂移來感知光柵柵距的改變，進而得到外界應變和溫度的變化。與電類傳感元件相比，光纖光柵具有測量精度高、耐腐蝕、體積小、重量輕、抗電磁干擾、可實現(xiàn)遠距離傳輸及分布式測量等優(yōu)勢，是制作鋼筋銹蝕傳感器的良好傳感元件。已有的光纖光柵銹蝕傳感器大多采用埋置于被測鋼筋附近的獨立銹蝕敏感元件來感知腐蝕介質的入侵，通過測量銹蝕敏感元件的銹蝕狀況來間接獲得鋼筋的銹蝕情況。這些光纖光柵銹蝕傳感器難以保證銹蝕敏感元件位置的腐蝕介質入侵情況與實際鋼筋位置的腐蝕介質入侵情況相一致，因此，其測量結果往往不能反映混凝土中鋼筋的實際銹蝕情況。也有采用光纖光柵直接測量鋼筋銹脹的傳感器，但仍存在對被測鋼筋腐蝕環(huán)境擾動大、測量精度低、量程小和構造復雜等缺點，難以在實際工程中應用。另外，溫度和應變均會造成光纖光柵中心波長的漂移，為了得到由于鋼筋銹脹引起的光纖光柵應變，需要對測量的光纖光柵中心波長漂移量進行溫度補償。因此，設計一種對被測鋼箱腐蝕環(huán)境影響小且能夠實現(xiàn)溫度自補償?shù)墓饫w光柵鋼筋銹蝕傳感器，就成為亟待解決的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本實用新型提供一種溫度自補償光纖光柵鋼筋銹蝕傳感器，它能對溫度變化引起的光纖光柵中心波長漂移進行準確補償并對鋼筋混凝土中鋼筋的銹蝕進行實時精確測量；同時，還能得到測點處的溫度值。

技術方案：為解決上述技術問題，本實用新型提供的一種溫度自補償光纖光柵鋼筋銹蝕傳感器，包括安裝在外殼中的懸臂梁、光纖光柵和探頭，所述懸臂梁具有固定端和自由端，所述固定端與殼體固連，所述探頭安裝在自由端上，所述光纖光柵貼設于懸臂梁上，所述殼體具有鋼筋接觸部和懸空部，所述探頭從懸空部穿出。

作為優(yōu)選，所述光纖光柵包括第一裸光纖光柵和第二裸光纖光柵，包括相互平行的第一裸光纖光柵和第二裸光纖光柵，所述第一裸光纖光柵與懸臂梁的長度方向正交。也即第一裸光纖光柵和第二裸光纖光柵均與懸臂梁縱向平行，并通過環(huán)氧樹脂固定于懸臂梁上表面縱向不同位置。

作為優(yōu)選，所述殼體上具有小孔，所述第一裸光纖光柵和第二裸光纖光柵通過第二尾纖連接；第一裸光纖光柵的第一尾纖通過小孔穿出。

作為優(yōu)選，所述外殼內填充有柔性材料，防止水泥砂漿進入空腔。

作為優(yōu)選，所述懸臂梁的自由端與外殼之間聯(lián)接有彈簧，彈簧的彈力可以保證探頭下端與被測鋼筋表面緊密接觸，用于感知鋼筋由于銹蝕而引起的截面膨脹。

作為優(yōu)選，所述懸臂梁、彈簧、探頭和外殼的材質均為不銹鋼材。

有益效果：本實用新型的溫度自補償光纖光柵鋼筋銹蝕傳感器，利用兩根固定于懸臂梁縱向不同位置的裸光纖光柵對溫度變化引起的光纖光柵中心波長漂移進行補償，同時還能得到測點的溫度變化值，可大大減小基于光纖光柵傳感原理的傳感器的體積，提高傳感器的集成度，可為其他光纖光柵類傳感器的設計提供參考。本實用新型的一種溫度自補償光纖光柵鋼筋銹蝕傳感器將裸光纖光柵直接粘貼于懸臂梁上，并利用不銹鋼外殼對裸光纖光柵進行保護，具有測量精度高、抗施工干擾能力強、長期穩(wěn)定性好等優(yōu)點。傳感器長度可在5厘米以內，寬度和厚度均可在1厘米以內，傳感器的尺寸微小，埋入后對原結構的影響可忽略不計。安裝時只需將傳感器兩端的外殼緊貼被測鋼筋，通過環(huán)氧樹脂固定，埋設簡單方便，且能保證傳感器外殼不會因為鋼筋銹蝕而產(chǎn)生位移，傳感器探頭附近鋼筋仍被混凝土包裹，與未埋設傳感器處鋼筋的銹蝕情況保持一致，保證測量的客觀性?？蓮V泛用于鋼筋混凝土結構中鋼筋銹蝕的測試，應用前景廣闊。

本實用新型利用兩根固定于懸臂梁縱向不同位置的裸光纖光柵同時感受由于溫度變化和鋼筋銹蝕引起的光纖光柵中心波長漂移，根據(jù)兩根光纖光柵中心波長漂移量的差異實現(xiàn)對鋼筋銹蝕測量結果的溫度補償，同時得到測點處鋼筋的銹蝕率和溫度變化，此補償方法可大大減小基于光纖光柵傳感原理的傳感器的體積，提高傳感器的集成度。光纖光柵鋼筋銹蝕傳感器，第一裸光纖光柵和第二裸光纖光柵均與懸臂梁縱向平行并通過環(huán)氧樹脂固定于懸臂梁上表面縱向不同位置構成鋼筋銹蝕傳感器的主體。通過外殼將鋼筋銹蝕傳感器固定于被測鋼筋表面，安裝方便且能保證鋼筋銹蝕傳感器不會因為鋼筋銹蝕而移動。鋼筋由于銹蝕而引起的體積膨脹推動與懸臂梁相連探頭，使懸臂梁發(fā)生彎曲并在第一裸光纖光柵和第二裸光纖光柵位置產(chǎn)生應變。根據(jù)第一裸光纖光柵和第二裸光纖光柵中心波長的漂移，利用溫度補償方法即可實現(xiàn)對應變測試結果的補償，得到被測鋼筋的銹蝕情況和測點處的溫度變化。該傳感器精度高、體積小、耐久性好、抗電磁干擾，可為鋼筋混凝土結構測試提供極大的便利。

除了上面所述的本實用新型解決的技術問題、構成技術方案的技術特征以及由這些技術方案的技術特征所帶來的優(yōu)點外，本實用新型的一種溫度自補償光纖光柵鋼筋銹蝕傳感器所能解決的其他技術問題、技術方案中包含的其他技術特征以及這些技術特征帶來的優(yōu)點，將結合附圖做出進一步詳細的說明。

附圖說明

圖1是本實用新型的光纖光柵鋼筋銹蝕傳感器內部構造示意圖；

圖2是圖1的A-A剖視圖；

圖3是圖1的B-B剖視圖；

圖4是圖1的C-C剖視圖；

圖5是圖1的D-D剖視圖；

圖6是圖1的E-E剖視圖；

圖中：第一裸光纖光柵1；第二裸光纖光柵2；第一尾纖3；第二尾纖4；小孔5；懸臂梁6；彈簧7；探頭8；外殼9；被測鋼筋10；柔性材料11。

具體實施方式

實施例：

本實施例的溫度自補償光纖光柵鋼筋銹蝕傳感器包括光纖光柵溫度補償方法和光纖光柵鋼筋銹蝕傳感器；

如圖1-圖6所示，光纖光柵鋼筋銹蝕傳感器，包括第一裸光纖光柵1；第二裸光纖光柵2；第一尾纖3；第二尾纖4；小孔5；懸臂梁6；彈簧7；探頭8；外殼9；柔性材料10；被測鋼筋11；其中外殼9左端設小孔5；第一裸光纖光柵1和第二裸光纖光柵2均與懸臂梁6縱向平行并通過環(huán)氧樹脂固定于懸臂梁6上表面縱向不同位置；第一裸光纖光柵1和第二裸光纖光柵2通過第二尾纖4連接；第一裸光纖光柵1的第一尾纖3通過小孔5穿出；懸臂梁6左端固定于外殼9左端內側表面；探頭8上端固定于懸臂梁6右端下表面，下端與被測鋼筋11表面緊密接觸，用于感知鋼筋由于銹蝕而引起的截面膨脹；彈簧7上端固定于外殼9上端內側表面，下端固定于懸臂梁6右端上表面；光纖光柵鋼筋銹蝕傳感器空腔內填充柔性材料10，防止水泥砂漿進入空腔。

在測量時，將光纖光柵鋼筋銹蝕傳感器兩端外殼緊貼被測鋼筋，通過環(huán)氧樹脂固定，可保證光纖光柵鋼筋銹蝕傳感器不會因為鋼筋銹蝕體積膨脹而產(chǎn)生位移。光纖光柵鋼筋銹蝕傳感器中部探頭附近，傳感器外殼與被測鋼筋之間存在縫隙，水泥砂漿可順利滲入縫隙將被測鋼筋包裹，從而保證探頭處鋼筋的腐蝕環(huán)境與其余未安裝傳感器位置處鋼筋的腐蝕環(huán)境一致，確保測量結果的準確性。在探頭四周表面涂抹脫模劑，防止混凝土與探頭粘連，保證探頭能夠順利移動。在測量過程中，被測鋼筋由于銹蝕而產(chǎn)生體積膨脹，推動探頭向內移動，使得懸臂梁在第一裸光纖光柵1和第二裸光纖光柵2處產(chǎn)生應變。利用第一裸光纖光柵1和第二裸光纖光柵2在外界溫度以及應變的作用下發(fā)生中心波長漂移數(shù)據(jù)，可計算出對應變測試結果進行溫度補償并得到測點處的溫度變化，以及被測鋼筋的銹蝕率。

以上結合附圖對本實用新型的實施方式做出詳細說明，但本實用新型不局限于所描述的實施方式。對本領域的普通技術人員而言，在本實用新型的原理和技術思想的范圍內，對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變形仍落入本實用新型的保護范圍內。