埋入式混凝土应变计、砼应变监测传感器

光纤bragg光栅是一种性能优良的敏感元件,利用其研制出了基于碳纤维复合材料(cfrp)封装的用于测量混凝土内部应变的fbg应变传感器。同时分析了传感器轴向应变分布与结构参数的关系。通过等强度梁上的校准试验,得到了传感器的静态性能指标;通过霍普金森压杆上的冲击试验研究了传感器的动态响应特性,试验表明:fbg应变传感的器线性度≤1%,埋入混凝土结构内的光纤光栅传感器能够真实的响应混凝土内的应变值,因此传感器可用于实际工程中混凝土结构内静态和动态应变的测试。

研究了光纤bragg光栅封装工艺,提出并实现了两种封装光纤bragg光栅传感器:工字型钢管封装光纤bragg光栅应变传感器及钢管封装光纤bragg温度传感器。研究了传感器的埋设工艺,采用金属丝固定法、钢管抽出法两种方法进行了埋设。将它们埋入到钢筋混凝土梁中,实现对混凝土的拉、压应变及温度的测量。结果显示,在试验梁弹性阶段,可以较为准确的监测混凝土应变。

将应变传感器埋入混凝土轴心受压柱当中,测出了混凝土柱受压至破坏所产生的应变变化,通过试验发现,传感器的封装材料与光栅之间、传感器与混凝土柱之间的协调性比较好,因此可将该种传感器应用于混凝土构件使用过程中的监测。

编号：第页共页 项目名称合同段 施工单位 隧道名称温度监测日期 测量时间频率值标定系数温度计算应变值 （t）f(hz)k修正系数a修正值b(με) tyb1 tyb2 tyb3 tyb4 tyb5 tyb1 tyb2 tyb3 tyb4 tyb5 tyb1 tyb2 tyb3 tyb4 tyb5 测量计算技术主办项目主管 备注 初测频率 复核 注：同一断面仪器按照顺时针方向编号,编1～5号。 监测单位 f0(hz) 检查结论： 监理意见: 混凝土应变监测记录表 施检表（102） 监理单位 桩号 测点编 号 126

根据前期对埋入混凝土立方体模块中的压电陶瓷应力及温度特性,提出了一种旨在监测混凝土结构内部静应力及温度的压电埋入式应力温度传感器。该传感器以混凝土为基底材料,以压电陶瓷为敏感单元,通过测量压电材料中等效电路参数来反映混凝土结构中的静态或准静态应力及温度变化。同时,提出了一种新的方法来减小在传感器工作工程中由于应力-温度交叉传感导致的测量误差。该方法利用埋入混凝土中压电陶瓷材料特征频率对温度敏感而对应力不敏感的特性来修正等效电路参数的测量值。实验表明,这种方法可以将测量误差降低到5%以内,提高了测量的可靠性。为提高测量系统的通用性,并降低仪器系统的成本,建立了基于虚拟仪器方法的计算机数据采集、处理和分析传感器后端仪器系统。该系统集传感器标定、初始化、数据采集及结果显示为一体,能够高效地完成大量实际工程应用的需要。通过将该测量系统移植到笔记本电脑,还可以完成野外作业。

压电埋入式混凝土应力及温度传感器 陈雨，文玉梅，李平，田卉 (1．重庆大学光电工程学院，重庆400044；2．光电技术及系统教育部重点实验室，重庆400044) 1引言 混凝土结构的健康监测主要包括缺陷损伤检测和应力应变检测。其中应力应变检测由于混凝土结构组成成 分复杂显得较为困难，常用的检测方法包括有损和无损检测两种。实际工程中广泛使用的是能保证结构完整性 的无损检测方法，如将应变片或者光纤传感器埋人混凝土结构中。对混凝土结构来说，压电陶瓷还具有抗腐蚀 和抗高应力的特点。已经有研究尝试将压电陶瓷埋入混凝土结构中形成压电阵列传感网络来完成结构健康检测。 在前期工作中，我们提出一种通过测量压电陶瓷的特性参数在应力作用下的变化来反映混凝土结构中的应力变 化的压电机敏混凝土模块。研究表明埋入混凝土中的压电陶瓷的等效电路参数对应力的响应具有近似的线性特 性，可以通过测量等效电路

混凝土结构埋入式传感器的耐久性研究

　2005年第24卷第5期　　　　　　　　　　传感器技术(journaloftransducertechnology) 应变式负荷传感器补偿方法的研究 徐景波 1,2 (1.承德石油高等专科学校,河北承德067000; 2.合肥工业大学,安徽合肥230009) 摘　要:针对负荷传感器出口以及大批量应用中存在的标准化及长期稳定性等问题,研究了应变式负荷 传感器的补偿方法,设计了标准化补偿电路。应变式负荷传感器的输入/输出阻抗、额定输出、零点输出温 度影响与额定输出温度影响均从0.05级以下提高到0.02级,标准化满足同型号完全互换和出口的要求, 长期稳定性也得到了显著提高。 关键词:应变式负荷传感器;补偿电路;补偿方法 中图分类号:tp212.12　　　文献标识码:b　　　文章编号:1000

电阻应变式传感器是将电阻应变计(应变片)粘贴在弹性体上,当弹性体受外力(拉力或压力)作用产生形变时,电阻应变计将变形转换成电量输出,通过相应的测量仪表检测出这个与外加重量一定比例关系的电量,从而测出质量。传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。本文在阐述了电阻应变式传感器的结构、原理、特性,进行了探讨。

第二章电阻应变式传感器

分析混凝土应力应变监测资料,可以有效地了解相应结构物的受力性态及其安全状况。利用某水电站工程厂房坝段安装的五向应变计组施工期监测资料,基于matlab计算及绘图程序,运用变形法计算混凝土的应力,综合分析厂房坝段设计监测断面混凝土的应力状况。

在已有的应变传递模型的基础上,经过分析得到了影响埋入式聚合物光纤传感器应变传递的主要因素:中间黏贴层模型参数、中间黏贴层厚度、光纤传感器长度和中间黏贴层泊松比。通过对各影响参数进行分析,得到了它们与平均应变传递率的关系。结果表明,聚合物光纤传感器在瞬时响应下的平均应变传递率随着中间黏贴层kelvin单元的弹性模量增大而增大,随着中间黏贴层厚度的增大而减小,随着传感器长度增大而增大;在准静态响应下的平均应变传递率随着中间黏贴层弹簧单元的弹性模量增大而增大,随着中间黏贴层厚度的增大而减小,随着传感器长度增大而增大;中间黏贴层泊松比对平均应变传递率影响很小,可以忽略。

基于布里渊散射的分布式光纤传感技术可检测长距离光纤沿线的分布式应变和温度,非常适用于结构健康监测。但如何保证传感光纤在铺设及后期监测过程中的安全性是其应用于土木工程领域的关键问题。介绍了一种新型埋入式长距离光纤传感器的研制方法,首先在结构施工过程中根据监测网设计预埋微管,再通过气吹技术将传感光纤铺设至微管内部,最后利用真空辅助灌浆技术将水泥净浆灌入微管以固定传感光纤。通过理论分析和实验研究分别对影响该光纤传感器性能的填充层厚度、微管物理特性等因素进行了分析研究。分析结果表明埋入式长距离光纤传感器应变测量精度随外径减小、微管弹性模量增大而提高。标定试验结果表明各传感器工作性能和理论分析结果一致,均能准确感应结构内部应变信息。

提出了一种用光纤传感器阵列监测建筑结构应变的方法。并且应用了多模光纤传感器和fbg传感器,使测试结果更可靠。设计了用fbg传感器阵列监测500m空间范围的系统,使分辨率达1.6με。同时讨论了光纤传感器的封装与贴置方法。

采用gsydb型光纤光栅应变测量仪,利用bragg光栅,对混凝土梁内部的应变状态进行测量,给出混凝土梁构件在自重条件下内部应变的发展趋势,并通过计算得出应变与温度有良好的相关性,符合混凝土热胀冷缩客观规律,同时通过在加载条件下与应变片对比试验,验证了光栅传感器具有良好的可靠性。结果表明,这种新型光纤传感器显示了良好的传感性能,能够监测混凝土内部应变状态,具有试件埋设成活率高、绝对值测量和使用寿命长等优点。

多模光纤微弯应变传感器研究(精)

低应变基桩检测中传感器及激振技术——基桩低应变检测中传感器的选择及安装技术、激振技术直接关系到测试结果准确与否。本文根据波动理论及从事桩检测的实践经验,重点探讨低应变基桩检测中传感器技术及激振技术。

针对缆索局部埋植传感器测试索力的特殊要求,特制光纤光栅应变传感器,传感器封装保证光纤光栅植入缆索的成活率,减敏结构设计保证缆索索力测试的大应力监测要求。针对应变传感器与钢丝的2种连接方式,即传统的结构胶连接和特制的抱箍机械连接方式进行了张拉性能测试。由标定的传感器力敏系数可知,在钢丝产生5000×10-6的应变变化下,光纤光栅实际中心波长变化不超过2900pm,达到了减敏效果,传感器可以满足大索力长期测试要求。

利用光在多模光纤中传播时,输出光强对光纤的弯曲形变敏感的特性,制作一种新型的多模光纤应变传感器。分别在多模光纤的两端焊接单模光纤以减少外界干扰对传感系统的影响,并把多模光纤粘贴在一个弓形不锈钢片上调节传感器的响应灵敏度。试验测得装置的最大非线性度为2.9%,灵敏度为8.899μw/με(正向)。表明这种传感器具有良好的应变响应特性。

在电力塔架横担长期运营过程中,绝缘横担的应力变化复杂。对横担应力的实时监测是保证塔架横担长期安全稳定的一个重要因素。提出一种可以把横担主材所受应力变化转换成光纤bragg光栅(fbg)波长移位量的fbg应变传感器应用于变电站的电力塔架上。根据盐津变电站的气候特点,在塔架上下桁架主材表面中心处安装4只应变传感器。针对2011年2月份的气候条件,应变监测范围为-58.05×10-6~-242.52×10-6;同时在监测过程中2011年1月12日上午10点出现降雪、降雨天气,应变监测范围为-93.71×10-6~-3.46×10-6,并在10点4只应变传感器同时出现波动变化。实验表明正常情况下,电缆风舞、降雪、降雨等气候条件主要引起了电力铁塔中横担的形变。

为了满足桥梁和大坝等民用建筑和航空航天飞行器等结构的健康监测与管理需要,设计并制作了两种分别用钛合金和不锈钢材料封装的光纤布拉格光栅应变传感器,并利用悬臂梁校准装置对两种传感器的应变特性进行测试。试验结果表明,钛合金封装的线性度及应变灵敏系数优于不锈钢材料封装的传感器。因此,在对结构的应变监测时,使用钛合金封装的传感器更能真实反映结构的应变变化,从而达到健康监测的目的。

针对深海隔水管应力监测所设计的光纤布拉格光栅(fbg)应变传感器系统,采用基于有限元方法的软件对传感器在不同载荷模式下的力学响应特性进行了分析,得到了该传感器的应变传递系数。并以仿真结果为依据,对隔水管所受最大应力和弯矩的公式进行了修正。为了获得合适的传感器应变传递系数,通过改变相应参数建立计算了不同的仿真模型,由此分析了弹性元件和固定钢管的弹性模量、长度和外径对它的影响。结果表明:弹性元件长度为调节传感器应变传递系数的最佳参数。