埋入式FBG传感器护套参数设计.pdf

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1、2013年第32卷第8期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)71埋入式FBG传感器护套参数设计罗军，吴永红，许蔚(昆明理工大学建筑工程学院工程力学系。昆明650000)摘要：介绍了混凝土埋入式FBG传感器的基本原理与结构。考虑如何设置传感器中护套的相关参数，使得传感器的性能得以优化。主要通过护套在服役过程中压杆稳定性和对应变传递的影响2个方面来分析，得出相关参数对此的影响。结合两者得出，护套柔度取最大临界值，护套厚度为0．2～0．3mm时，可使传感器护套对被测结构影响最小；同时满足传感器制作的可行性，并且使应变传递效率达到99％，从

2、而实现传感器标准化封装。关键词：埋入式结构；FBG传感器；应变传递率；参数设计中图分类号：039文献标识码：A文章编号：1000-9787(2013)08--0071--04DesignonsheathparametersofembeddedFBGsensorLUOJun，WUYong-hong，XUWei(DepartmentofEngineeringMechanics，SchoolofArchitectureEngineering，KunmingUniversityofScienceandTechnology，Kunming650000，China)Abstract：Basicpr

3、incipleandstructureofconcreteembeddedFBGsensorisintroduced．Consideringhowtosetrelavantparametersofsensorsheath，tooptimizesensorperformance．Analysisiscarriedoutmainlythroughcompressedrodstabilityofsheathinserviceandimpactonstraintransfer，toobtaineffectofrelatvantparameteronthem．Combiningthesecai1

4、obtainthatwhenflexibilityofsheathisthemaximumcriticalvalue，thethicknessofsheathis0．2—0．3mill，impactofsensorsheathontestedstructuretominimum；atthesametime，itcansatisfyfeasibilityofsensorfabrication，andstraintransfereficiencycanreachto99％，SOstandardencapsulationofsensorisachieved．Keywords：embedded

5、structure；FBGsensor；straintransferrate；parametersdesign0引言相同。传感器内部核心部件为纤芯，光纤光栅刻录于纤芯混凝土埋入式光纤Bragg光栅(FBG)传感器中，护套中。纤芯的主要成分是SiO，其中含有微量的GeO，用以的作用不容忽视。其作用主要是保护光纤光栅，使其在混提高纤芯的折射率，与包层形成全内反射条件使得光线能凝土浇筑和服役过程中能够存活下来，进而发挥FBG的固够限制在纤芯中。包层的主要成分也是SiO。。用于刻写光有优势实现对混凝土结构的健康检测。对比于传感器粘结栅的单模光纤半径约为9m，包层的半径约为125m。涂层的研究q

6、j，对护套作用的分析很少，大部分文献中对护覆层主要为环氧树脂或合成橡胶等高分子材料，主要起到套多基于保护性封装而论述。但是护套自身的压杆稳定性增强纤芯的柔韧性、机械强度及耐老化性的作用。埋人式和对传感器应变传递的影响却很少有人研究。这些都是传FBG传感器常采用毛细钢管封装的方式，以应对混凝土的感器使用时需要考虑的因素，而这些因素又影响了护套的粗放式施工与服役环境，通过胶层将钢管护套和涂覆层粘制作参数，包括护套长细比、壁厚、内外半径及长度等。所结，涂覆层和胶层可统一称作中间层，结构如图1所示。以，从这2个方面对护套进行分析，能够对FBG传感器制2FBG传感器钢管护套参数作中的护套参数设置

7、提供参考依据。在钢筋混凝土结构中，钢筋主要是作为受拉构件，与之1埋入式FBG传感器基本结构相对的是混凝土主要承受压应力。因此，混凝土埋入式埋入式FBG传感器所用的光纤与通信光纤成分基本FBG传感器在使用过程中随着混凝土结构而处于受压状态。收稿日期：2013--05—1772传感器与微系统第32卷钢管护套胶层混凝土屈服应变等6·7×10．(1)涂覆层纤芯与包层钢管弹性极限应变图1埋入式钢管封装的FBG应变传感器结构等，1·0714xl0～·(2)