一种自带温补功能的光纤钢筋计及其制作方法与流程

1.本发明涉及钢筋应力计，具体涉及一种自带温补功能的光纤钢筋计及其制作方法。


背景技术：

2.钢筋计是用来测量混凝土支撑、墙体、桥面、隧道、大坝坝体等结构内钢筋所受应力的测量仪器，也可用作锚杆内部监测。
3.目前常用的钢筋计主要类型有振弦式、电阻应变片式、差动电阻式等。振弦式，长期稳定性差。电阻应变片式，应变长期易发生蠕变，耐久性差。差动电阻式钢筋计灵敏度较低。以上三类电子式钢筋计易受电磁干扰，性号稳定性及检测结果精确度影响较大，因此绝缘要求高，不适合在强电磁环境(如变电站)中使用。
4.而且钢筋计的安装使用环境往往有混凝土浇筑、大型机械设备荷载，钢筋计易出现存活率低的情况。施工完成后若采取补救措施，也很难取得原先安装效果，甚至很多工程不能破坏结构重新布设传感器，因此保证传感器的存活率至关重要。
5.光纤光栅传感器的工作原理是外力、温度变化导致光纤光栅布拉格中心波长的变化，通过分析波长变化，得到目标物理变化量。采用光纤光栅作为钢筋计的敏感元件，具有测量线性度好、灵敏度高、精度高、绝缘性能好等优点，同时具有良好的抗电磁干扰功能。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种自带温补功能的光纤钢筋计，测量精度高、灵敏度高，安装布设存活率高，适应于强电磁环境。
7.本发明揭示了一种自带温补功能的光纤钢筋计，包括钢筋本体，光纤光栅，支架及端帽，所述钢筋本体表面中间区域加工成平面，平面中部设有狭长凹槽作为应力感知区，平面两端设有固定螺纹孔，所述支架为l型，通过紧固件拧装在平面两端的固定螺纹孔处，光纤光栅具有测力传感光栅和温度传感光栅，温度传感光栅表面封装有温补管，光纤光栅固定于钢筋本体的平面位置，其测力传感光栅悬浮固定在狭长凹槽上方，而光纤光栅两端穿过拧装在支架上的端帽。
8.优选的，所述测力传感光栅的特征波长数值大于温度传感光栅的特征波长数值，且差值为5mm。
9.优选的，所述测力传感光栅与温度传感光栅之间具有一定间距的连接区，固定在钢筋本体平面时，连接区表面覆盖金属薄膜。
10.优选的，所述温补管为细钢管或毛细玻璃管，套装在光纤光栅的温度传感光栅外部，两端通过ab胶封装。
11.优选的，所述光纤光栅两端套装有松套管，并穿入出线光缆。
12.优选的，所述出线光缆端部插入端帽，并与端帽压接固定。
13.优选的，所述钢筋本体平面位置设有保护罩，该保护罩覆盖在光纤光栅外侧，两端
延伸至支架位置，同时两端通过热缩管包裹固定。
14.一种自带温补功能的光纤钢筋计的制作方法，包括如下步骤：
15.a、准备具有两段光栅区的光纤光栅，摆成直线状，将温补管穿过光纤光栅，覆盖温度传感光栅，用ab胶封装温补管两端，待ab胶变硬，完成封装，使得光纤光栅、ab胶及温补管形成一个整体；
16.b、将钢筋主体置于加热台加热，配置高温固化胶，将步骤a形成的整体沿凹槽方向拉直，分别固定测力传感光栅的外侧区域，使得测力光纤悬浮固定在凹槽上部，同时保证温度传感光栅自由，在测力传感光栅区域，滴加高温固化胶，待高温固化胶完全凝固后，取下冷却；
17.c、封装有温补管的温度传感光栅用ab胶固定，防止整体脱落松动，同时在测力传感光栅与温度传感光栅的连接区用金属薄膜覆盖，保护光栅连接区域；
18.d、利用材料试验机对钢筋计进行测力标定，得到测力光栅的测力系数，在高低温试验机进行温度标定，得到测力光栅和温补光栅各自的温度系数；
19.e、将支架用螺丝固定在钢筋主体平面的两端，将套好松套管的光纤光栅两端穿过端帽并穿入出线光缆，再把出线光缆塞入端帽并用专用模具压接，旋转端帽与出线光缆，将端帽固定在支架上；
20.f、在两个支架之间覆盖保护罩，分别从钢筋主体两端，套上热缩管，热缩管同时覆盖部分保护罩及出线光缆，用热风枪加热热缩管，收缩后即可紧固保护罩。
21.本发明的有益效果体现在：一种自带温补功能的光纤钢筋计，具有如下有益效果：
22.既可监测钢筋受力变化，又得到钢筋周围环境的温度变化，并不需要额外的温度传感器。温度光栅可监测环境温度，并可用于钢筋受力结果补偿计算；
23.双光栅的光纤结构简单，结合温补管实现传感器集成化，简化生产工序、安装步骤，同时节约使用成本；
24.利用支架，保护罩，热缩管进行共同保护，同时钢筋计的成活率。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
26.图1为本发明实施例的整体结构图；
27.图2为本发明实施例未设置保护罩的结构图；
28.图3为本发明实施例中钢筋本体的结构图
29.图4为本发明实施例中光栅光纤的结构图；
30.图5为本发明实施例中支架的结构图；
31.图6为本发明实施例中端帽的剖视图。
32.其中：1-钢筋本体，2-光纤光栅，3-支架，4-端帽，5-保护罩，6-松套管，7-出线光缆，8-热缩管，9-金属薄膜，11-平面，12-凹槽，13-螺纹孔，21-测力传感光栅，22-温度传感光栅，23-连接区，24-温补管，31-通孔，32-装配螺纹孔，41-腔体，42-拧装头。
具体实施方式
33.下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
34.如图1～2所示，本发明所揭示的一种自带温补功能的光纤钢筋计，利用双光栅光纤作为应力感知结构，既可以检测钢筋受力变化，又可以得到周围环境的温度变化，其结构包括钢筋本体1，光纤光栅2，支架3，端帽4及保护罩5，所述钢筋本体表面的中间区域加工有平面11，支架安装在平面两端，端帽拧装在支架上，光纤光栅的光栅区固定在平面位置，两端套装松套管6后穿过端帽穿入出线光缆7内，出线光缆端部插入端帽内并压接固定，所述保护罩置于两支架之间，包裹光纤光栅的光栅区，保护罩两端配合热缩管8固定。
35.如图3所示，所述钢筋本体为常规的螺纹钢筋，其平面11上开设有狭长的凹槽12作为应力感知区，同时平面两端开设有螺纹孔13用于固定支架。
36.如图4所示，所述光纤光栅具有两个光栅区，分别为测力传感光栅21和温度传感光栅22，且两个光栅之间具有一定间距的连接区23，两光栅特征波长数值差为5nm，其中大数值为测力传感光栅，小数值为温度传感光栅，所述温度传感光栅外部封装有温补管24，该温补管为细钢管或毛细玻璃管，两端通过ab胶封装。
37.光纤光栅与钢筋本体固定时，其测力传感光栅悬浮固定在凹槽上方，且通过高温固体胶固定，而温度传感光栅自由的置于平面上，通过ab胶固定，同时连接区通过覆盖金属薄膜9进行保护。
38.如图5所示，所述支架为l型，材质可以选用不锈钢或碳钢等，支架的一个面上开设有通孔31，另一个面上开设有装配螺纹孔32，支架通过紧固件穿过通孔拧入钢筋本体的螺纹孔内，实现支架的固定，而支架自身的装配螺纹孔用来拧装端帽。
39.如图6所示，所述端帽为不锈钢材质，用于固定出线光缆，其一端设有供出线光缆插入的腔体41，另一端收缩形成拧装头42，拧装头上设有外螺纹，实现与支架装配螺纹孔的装配。
40.光纤光栅外部套装的松套管的规格为0.9mm，其用于保护光纤光栅，而保护罩呈匚型，两端卡在支架上，且配合热塑管收缩固定，热缩管的一端包覆在保护罩端部，另一端包裹出线光缆端部，保护罩主要实现对光纤光栅传感器的保护。
41.一种自带温补功能的光纤钢筋计的制作方法，包括如下步骤：
42.a、准备具有两段光栅区的光纤光栅，摆成直线状，将温补管穿过光纤光栅，覆盖温度传感光栅，用ab胶封装温补管两端，待ab胶变硬，完成封装，使得光纤光栅、ab胶及温补管形成一个整体；
43.b、将钢筋主体置于加热台加热，配置高温固化胶，将步骤a形成的整体沿凹槽方向拉直，分别固定测力传感光栅的外侧区域，使得测力光纤悬浮固定在凹槽上部，同时保证温度传感光栅自由，在测力传感光栅区域，滴加高温固化胶，待高温固化胶完全凝固后，取下冷却；
44.c、封装有温补管的温度传感光栅用ab胶固定，防止整体脱落松动，同时在测力传感光栅与温度传感光栅的连接区用金属薄膜覆盖，保护光栅连接区域；
45.d、利用材料试验机对钢筋计进行测力标定，得到测力光栅的测力系数，在高低温
试验机进行温度标定，得到测力光栅和温补光栅各自的温度系数；
46.e、将支架用螺丝固定在钢筋主体平面的两端，将套好松套管的光纤光栅两端穿过端帽并穿入出线光缆，再把出线光缆塞入端帽并用专用模具压接，旋转端帽与出线光缆，将端帽固定在支架上；
47.f、在两个支架之间覆盖保护罩，分别从钢筋主体两端，套上热缩管，热缩管同时覆盖部分保护罩及出线光缆，用热风枪加热热缩管，收缩后即可紧固保护罩。
48.本发明所揭示的自带温补功能的光纤钢筋计，其测力与温度传感光栅位于钢筋的特定区域，传感器结构稳定、可靠性高，可消除测力光栅的温度交叉干扰问题，同时整体结构简单，制作容易，存活率高。
49.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。