CN105423938A - 耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板及其制作方法 - Google Patents

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CN105423938A CN201510980132.XA CN201510980132A CN105423938A CN 105423938 A CN105423938 A CN 105423938A CN 201510980132 A CN201510980132 A CN 201510980132A CN 105423938 A CN105423938 A CN 105423938A
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覃荷瑛
吕海波
韦昌富
霍婷婷
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Abstract

本申请提供一种耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板，其上设置有至少一个凹槽，所述凹槽内放置有光纤线以及用于覆盖所述光纤线的光纤保护层，所述光纤线上刻有多个应变光栅和温度光栅。本申请还提供一种耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板的制作方法。本申请可以解决现有碳纤维板在使用过程中的应力应变监测问题。

Description

耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板及其制作方法
技术领域
本申请属于监测技术领域，具体地说，涉及一种耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板其制作方法。
背景技术
建筑结构在其服役期由于受到环境侵蚀、荷载以及材料老化等各种效应的耦合作用，不可避免地使结构产生损伤并积累，使得其抵抗自然灾害的能力衰退、使用功能降低，在极端情况下甚至引发灾难性后果，因此结构的安全性分析及监测手段极为重要。
预应力碳纤维板因具有强度高、重量轻、耐久性好、易于施工等优点而广泛应用于高层建筑结构、桥梁结构、地下结构、海洋结构等各个领域工程的维修加固中，对其加固使用过程中的应力变形状态监测具有十分重大的意义。光纤光栅技术通过栅格反射波长和移动来感知外界物理量的微小变化，测量线性拟合度高，稳定性好。光纤光栅可对结构的应力应变进行高精度的、绝对的、准分布式数字测量，同时还具有抗电磁干扰能力强、耐高温、传感器体积小、接线简单、可实现数据远距离传输的特点，适合用于高强碳纤维板的受力变形的监测。
光纤材料为玻璃，比较脆，使用时，受到的拉伸应变不能超过5000微应变，否则容易断裂，因此光纤光栅的量程较小。而维修加固时碳纤维板使用时应变比较高，一般的碳纤维板受力应变值接近6000微应变，预应力碳纤维板长期应变值则会超过9000微应变。同时，受布设工艺影响，光纤光栅可能与构件无法充分粘合，对检测到的应变量与实际应变不吻合，另在复杂的施工过程中如果对光纤光栅保护不当，可能无法保证光纤光栅的使用寿命以满足长期监测的目的。
发明内容
有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是现有碳纤维板在使用过程中的应力应变监测问题。
为了解决上述技术问题，本申请提供一种耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板，其上设置有至少一个凹槽，所述凹槽内放置有光纤线以及用于覆盖所述光纤线的光纤保护层，所述光纤线上刻有多个应变光栅和温度光栅。
进一步的，所述凹槽截面为圆弧形，所述圆弧形半径大于或等于0.1毫米，且小于或等于0.5毫米。
进一步的，所述凹槽的圆心线平行于所述耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板的中心线。
进一步的，所述光纤线和所述光纤线保护层填充满所述凹槽。
进一步的，所述凹槽个数为1至4个。
进一步的，所述的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板为加固型碳纤维板。
本申请还提供一种耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板的制作方法，包括如下步骤：
在碳纤维板上开设凹槽；
对所述碳纤维板进行拉伸，拉伸应力在0～1860MPa之间；
在所述凹槽内涂抹光纤线胶黏剂，并将刻有多个应变光栅和温度光栅的光纤线粘贴在所述凹槽内；
在所述凹槽内填充用于覆盖所述光纤线的光纤保护层。
进一步的，所述凹槽截面为圆弧形，所述圆弧形半径大于或等于0.1毫米，且小于或等于0.5毫米。
进一步的，所述凹槽的圆心线平行于所述耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板的中心线。
进一步的，所述凹槽个数为1至4个。
与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：
(1)碳纤维板的截面面积损失很小，即使凹槽的直径为0.5mm，碳纤维板的面积损失也不到0.42％，对碳纤维板整体的性能影响可以忽略不计。
(2)光栅直接耦合在碳纤维板内部，其结构粘合程度比现有工艺高，而且碳纤维板与其它结构件的变形保持一致，使得光栅所测应变与其它结构件的实际应变相吻合。
(3)光栅位于碳纤维板内部，在复杂的施工环境下基本不受影响，避免了由于施工因素对光栅的不利影响，保证了光栅的使用寿命满足长期监测的目的。
(4)可设置多组凹槽，使多组光栅同时工作，可进行多项数据对比，很大程度上提供了监测结果的准确性和说服力。
(5)本发明中同一组光纤可刻有多个应变光栅，以测量碳纤维板沿轴向方向不同位置处的应变，同时刻有温度光栅，以使用温度应变补偿法补偿温度变化对光栅应变传感器测量结果的影响。
当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请实施例的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板的横截面示意图；
图2是本申请实施例的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板的另一横截面示意图；
图3是本申请实施例的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板的轴向截面示意图。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
如图1至图3所示，本申请实施例的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板(以下简称“碳纤维板”)，设置有至少一个凹槽100，所述凹槽100内放置有光纤线200以及用于覆盖所述光纤线200的光纤保护层500，所述光纤线200上刻有多个光栅300。光栅300的放置方向与碳纤维板轴向方向一致。光栅300可以是应变光栅或者温度光栅，也可以是变光栅或者温度光栅的组合。
在本实施例中，所述凹槽100的截面为圆弧形，所述圆弧形半径大于或等于0.1毫米，且小于或等于0.5毫米。所述凹槽100的圆心线平行于所述碳纤维板的中心线，换而言之，凹槽100是沿着碳纤维板的表面设置。光纤线200和所述光纤线保护层500填充满所述凹槽100。所述凹槽100个数为1至4个，可以开设于碳纤维板的同一侧，也可以开设于不同侧，本申请对此不作限定。本实施例的碳纤维板为加固型碳纤维板，其尺寸或者规格可根据实际需要切割。
本申请实施例，还提供了一种耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板的制作方法，具体包括如下步骤：
步骤1：在碳纤维板上开设凹槽100；
步骤2：对所述碳纤维板进行拉伸，拉伸应力在0～1860MPa之间；
步骤3：在所述凹槽100内涂抹光纤线胶黏剂，并将刻有多个光栅300的光纤线200粘贴在所述凹槽100内；
步骤4：在所述凹槽100内填充用于覆盖所述光纤线200的光纤保护层500。
本申请通过对带有凹槽100的碳纤维板进行拉伸，使其具有一定的伸长量。然后在凹槽100内涂抹光纤线胶黏剂，之后沿凹槽放置光纤线200。安装好之后，保持碳纤维板拉伸状态一段时间，直至光纤线胶黏剂起作用，然后释放拉伸的碳纤维板。由于刻有多个光栅300的光纤线200性质脆弱，受到极限拉伸应变比碳纤维板的工作时的拉伸应变小，限制了光栅300的量程，通过预拉碳纤维板，再耦合刻有个光栅300的光纤线200的方法，控制碳纤维板拉伸量以达到增大光栅300量程的目的。
本申请中的碳纤维板及其制作方法具有如下技术效果：
(1)碳纤维板的截面面积损失很小，即使凹槽100的直径为0.5mm，碳纤维板的面积损失也不到0.42％，对碳纤维板整体的性能影响可以忽略不计。
(2)光栅300直接耦合在碳纤维板内部，其结构粘合程度比现有工艺高，而且碳纤维板与其它结构件的变形保持一致，使得光栅300所测应变与其它结构件的实际应变相吻合。
(3)光栅300位于碳纤维板内部，在复杂的施工环境下基本不受影响，避免了由于施工因素对光栅300的不利影响，保证了光栅300的使用寿命满足长期监测的目的。
(4)可设置多组凹槽100，使多组光栅300同时工作，可进行多项数据对比，很大程度上提供了监测结果的准确性和说服力。
(5)本发明中同一组光纤可刻有多个应变光栅，以测量碳纤维板沿轴向方向不同位置处的应变，同时刻有温度光栅，以使用温度应变补偿法补偿温度变化对光栅应变传感器测量结果的影响。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板，其特征在于，其上设置有至少一个凹槽，所述凹槽内放置有光纤线以及用于覆盖所述光纤线的光纤保护层，所述光纤线上刻有多个应变光栅和温度光栅。
2.根据权利要求1所述的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板，其特征在于，所述凹槽截面为圆弧形，所述圆弧形半径大于或等于0.1毫米，且小于或等于0.5毫米。
3.根据权利要求2所述的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板，其特征在于，所述凹槽的圆心线平行于所述耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板的中心线。
4.根据权利要求1所述的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板，其特征在于，所述光纤线和所述光纤线保护层填充满所述凹槽。
5.根据权利要求1所述的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板，其特征在于，所述凹槽个数为1至4个。
6.根据权利要求1-5任一项中所述的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板，其特征在于，所述的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板为加固型碳纤维板。
7.一种耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
在碳纤维板上开设凹槽；
对所述碳纤维板进行拉伸，拉伸应力在0～1860MPa之间；
在所述凹槽内涂抹光纤线胶黏剂，并将刻有多个应变光栅和温度光栅的光纤线粘贴在所述凹槽内；
在所述凹槽内填充用于覆盖所述光纤线的光纤保护层。
8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述凹槽截面为圆弧形，所述圆弧形半径大于或等于0.1毫米，且小于或等于0.5毫米。
9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述凹槽的圆心线平行于所述耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维板的中心线。
10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述凹槽个数为1至4个。
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