耦合光纖光柵的大量程智能高強(qiáng)鋼絲的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)屬于預(yù)應(yīng)力鋼絞線或鋼絲束拉索的應(yīng)變監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種耦合光纖光柵的大量程智能高強(qiáng)鋼絲。
【背景技術(shù)】
[0002]預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)和建筑拉索廣泛應(yīng)用于橋梁、高層建筑、高聳建筑、地下結(jié)構(gòu)、海洋結(jié)構(gòu)、壓力容器、大噸位囤船結(jié)構(gòu)和核電站等各個(gè)領(lǐng)域的重大工程結(jié)構(gòu)。各種結(jié)構(gòu)其壽命使用期長(zhǎng)達(dá)幾十年甚至百年，在使用過程中受環(huán)境侵蝕，材料老化和荷載長(zhǎng)期效應(yīng)等因素的耦合作用，不可避免地使結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的損傷積累，從而抵抗自然災(zāi)害的能力衰減甚至正常使用功能都會(huì)降低，在極端情況下甚至引發(fā)災(zāi)難性后果，所以結(jié)構(gòu)的安全性分析及監(jiān)測(cè)手段極為重要。
[0003]高強(qiáng)鋼絞線和鋼絲組成現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中最廣泛的預(yù)應(yīng)力筋和拉索，對(duì)其使用過程中的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)具有十分重大的意義。而光纖光柵技術(shù)通過柵格反射波長(zhǎng)和移動(dòng)來感知外界物理量的微小變化。具有測(cè)量線性度高，重復(fù)性好?？蓪?duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行高精度的、絕對(duì)的、準(zhǔn)分布式數(shù)字測(cè)量。同時(shí)還具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、耐高溫、傳感器體積小、接線簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，比較適合用于高強(qiáng)鋼絲的受力變形的監(jiān)測(cè)。
[0004]由于受光纖本身材料為玻璃比較脆，限制了光纖光柵的量程，在用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)時(shí)，其受到的拉伸應(yīng)變不能超過5000微應(yīng)變，否則容易出現(xiàn)斷裂，導(dǎo)致其失去作用。但是，高強(qiáng)鋼絲實(shí)際應(yīng)用的應(yīng)變比較高，一般的拉索受力應(yīng)變值已接近4000微應(yīng)變，而體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋的鋼絲長(zhǎng)期應(yīng)變值已超過6000微應(yīng)變。同時(shí)，受布設(shè)工藝影響，如果與建筑構(gòu)件在施工過程中無法充分粘合，對(duì)檢測(cè)到的應(yīng)變量與實(shí)際應(yīng)變不吻合。在復(fù)雜的施工過程中如果對(duì)光纖光柵保護(hù)不當(dāng)，可能無法保證傳感器的使用壽命滿足長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的目的。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]有鑒于此，本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問題是提供了一種耦合光纖光柵的大量程智能高強(qiáng)鋼絲，解決了由于布設(shè)工藝降低光纖光柵監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度以及光纖光柵監(jiān)測(cè)量程受到限制的問題。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型一方面提供了一種耦合光纖光柵的大量程智能高強(qiáng)鋼絲，其上設(shè)置有至少一個(gè)螺旋式的凹槽，所述凹槽內(nèi)放置有光纖線以及用于覆蓋所述光纖線的光纖保護(hù)層，所述光纖線上刻有光柵。
[0007]進(jìn)一步地，所述凹槽截面為圓弧形，其半徑為0.1-0.6mm。
[0008]進(jìn)一步地，所述光纖線和所述光纖保護(hù)層填充滿所述凹槽。
[0009]進(jìn)一步地，所述凹槽個(gè)數(shù)為1-8個(gè)。
[0010]進(jìn)一步地，所述凹槽的螺旋角為大于0°且小于等于90°。
[0011]進(jìn)一步地，所述耦合光纖光柵的大量程智能高強(qiáng)鋼絲應(yīng)用在鋼絞線或者鋼絲束拉索上。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)可以獲得包括以下技術(shù)效果:
[0013]1)通過將光纖光柵直接耦合在鋼絲內(nèi)部，提高了結(jié)構(gòu)粘合程度，并與構(gòu)件的變形保持一致，使光纖光柵傳感器所測(cè)應(yīng)變與構(gòu)件的實(shí)際應(yīng)變相吻合；
[0014]2)通過在鋼絲上設(shè)置螺旋式凹槽，根據(jù)構(gòu)件的應(yīng)變范圍，改變凹槽螺旋角的大小，即改變凹槽的螺距，擴(kuò)大光纖光柵傳感器測(cè)量的量程，避免了由于光纖光柵材料本身玻璃脆性而限制其測(cè)量量程的不利因素；
[0015]3)通過將光纖光柵位于鋼絲內(nèi)部，在復(fù)雜的施工環(huán)境下基本不受影響，避免了由于施工因素對(duì)光纖光柵傳感器的不利影響，保證了光纖光柵傳感器的使用壽命滿足長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的目的；
[0016]4)通過在鋼絲可開多個(gè)螺旋槽口，使多組光纖同時(shí)工作，可進(jìn)行多項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)比，很大程度上提高了監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和說服力；
[0017]當(dāng)然，實(shí)施本申請(qǐng)的任一產(chǎn)品必不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有技術(shù)效果。
【附圖說明】
[0018]此處所說明的附圖用來提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0019]圖1是本申請(qǐng)實(shí)施例的耦合光纖光柵的大量程智能高強(qiáng)鋼絲開槽示意圖；
[0020]圖2是本申請(qǐng)實(shí)施例的耦合光纖光柵的大量程智能高強(qiáng)鋼絲另一開槽示意圖；
[0021]圖3是本申請(qǐng)實(shí)施例的耦合光纖光柵的大量程智能高強(qiáng)鋼絲的開槽橫截面圖；
[0022]圖4是本申請(qǐng)實(shí)施例的耦合光纖光柵的大量程智能高強(qiáng)鋼絲的另一開槽橫截面圖；
[0023]圖5是本申請(qǐng)實(shí)施例的光纖光柵與鋼絲軸向變形數(shù)學(xué)關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下將配合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本申請(qǐng)的實(shí)施方式，藉此對(duì)本申請(qǐng)如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題并達(dá)成技術(shù)功效的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。
[0025]下面將結(jié)合圖1-5詳細(xì)介紹本實(shí)用新型實(shí)施例。
[0026]實(shí)施例一
[0027]如圖1-圖5所示，本實(shí)施例提供了一種耦合光纖光柵的大量程智能高強(qiáng)鋼絲1，其上設(shè)置有至少一個(gè)螺旋式的凹槽2，所述凹槽2內(nèi)放置有光纖線3以及用于覆蓋所述光纖線3的光纖保護(hù)層4，所述光纖線3上刻有多個(gè)光柵。
[0028]具體地，所述凹槽2截面為圓弧形，其半徑為0.1-0.6mm。
[0029]在本實(shí)施例中，所述光纖線3和所述光纖保護(hù)層4填充滿所述凹槽2。
[0030]具體地，所述凹槽2個(gè)數(shù)為1-8個(gè)。
[0031]在本實(shí)施例中，如圖5所示，所述凹槽2的螺旋角Θ可以為大于0°且小于等于90°，本實(shí)施例中，具體為所述凹槽2的螺旋角Θ為30°。
[0032]本實(shí)施例中，所述凹槽2的螺旋角Θ對(duì)光纖線3的量程的增大作用如下:
[0033]當(dāng)鋼絲1產(chǎn)生微應(yīng)變時(shí)由于應(yīng)變與鋼絲1尺寸差距較大，角度變化可忽略不計(jì)，圖5中螺旋角Θ為30°，L1為光纖線3長(zhǎng)度，L2為螺距，Q1為鋼絲1軸向應(yīng)變，Q2為光纖線3的應(yīng)變，耦合在鋼絲1上的光纖線3的應(yīng)變Q2與鋼絲1軸向應(yīng)變Q1之比為sin30°，即凹槽2的螺旋角θ為30度時(shí)，光纖線3應(yīng)變只是鋼絲1軸向應(yīng)變的一半，所以此時(shí)光纖線3的量程變?yōu)橹苯友劁摻z1軸向布置時(shí)的兩倍。
[0034]在本實(shí)施例中，所述耦合光纖線3的大量程智能高強(qiáng)鋼絲1應(yīng)用在鋼絞線或者鋼絲束拉索上，所述耦合光纖線3的大量程智能高強(qiáng)鋼絲1在鋼絞線中可以作為中心絲，也可以作為構(gòu)成鋼絲束拉索的一個(gè)鋼絲。
[0035]實(shí)施例二
[0036]本實(shí)施例提供了一種耦合光纖線3的大量程智能高強(qiáng)鋼絲1的制作方法，其方法步驟包括:
[0037]步驟1:在鋼絲上開螺旋式的凹槽2;
[0038]步驟2:對(duì)所述鋼絲進(jìn)行拉伸，拉伸應(yīng)力在0?1860MPa之間；
[0039]步驟3:在所述凹槽2內(nèi)涂抹光纖線3膠黏劑，并將刻有光柵的光纖線3粘貼在所述凹槽2內(nèi)；
[0040]步驟4:在所述凹槽2內(nèi)放置用于覆蓋所述光纖線3的光纖保護(hù)層4。
[0041 ]本實(shí)施例中，在纏繞好光纖線3之后，保持鋼絞線中的中絲或鋼絲束拉索的某根鋼絲拉伸狀態(tài)一段時(shí)間，直至光纖線3的膠黏劑起作用。
[0042]本實(shí)施例中，所述凹槽2截面為圓弧形，其半徑為0.1-0.6mm;所述凹槽2個(gè)數(shù)為1-8個(gè);所述凹槽2的螺旋角Θ為大于0°且小于等于90°;所述光纖線3和所述光纖保護(hù)層4填充滿所述凹槽2。
[0043]由于光纖線3性質(zhì)脆弱，如果正常纏繞會(huì)導(dǎo)致在纏繞時(shí)就有拉伸應(yīng)變，從而導(dǎo)致量程不足甚至可能在纏繞時(shí)就對(duì)光纖線3產(chǎn)生破壞，從而降低了使用性能及壽命。而先對(duì)鋼絞線中的中絲或鋼絲束拉索的某根鋼絲進(jìn)行拉伸再纏繞光纖線3，在釋放鋼絞線中的中絲或鋼絲束拉索的某根鋼絲之后，由于鋼絲的軸向應(yīng)變會(huì)帶動(dòng)光纖線3產(chǎn)生應(yīng)變，從而抵消由于纏繞時(shí)產(chǎn)生的拉伸應(yīng)變甚至?xí)构饫w線3產(chǎn)生壓應(yīng)變從而提高光纖線3的量程及使用壽命ο
[0044]本實(shí)用新型通過將光纖線3直接耦合在鋼絲1內(nèi)部，提高了結(jié)構(gòu)粘合程度，并與構(gòu)件的變形保持一致，使光纖光柵傳感器所測(cè)應(yīng)變與構(gòu)件的實(shí)際應(yīng)變相吻合;本實(shí)用新型通過改變凹槽2螺旋角Θ的大小，擴(kuò)大光纖光柵傳感器測(cè)量的量程，避免了由于光纖線3本身玻璃脆性而限制其測(cè)量量程的不利因素;本實(shí)用新型可以通過將光纖線3位于鋼絲1內(nèi)部，在復(fù)雜的施工環(huán)境下基本不受影響，避免了由于施工因素對(duì)光纖線3傳感器的不利影響，保證了光纖線3傳感器的使用壽命滿足長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的目的；本實(shí)用新型還可以通過在鋼絲1可開多個(gè)螺旋槽口，使多組光纖同時(shí)工作，可進(jìn)行多項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)比，很大程度上提供了監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和說服力。
[0045]上述說明示出并描述了本實(shí)用新型的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本實(shí)用新型并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述實(shí)用新型構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍，則都應(yīng)在本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種耦合光纖光柵的大量程智能高強(qiáng)鋼絲，其特征在于，其上設(shè)置有至少一個(gè)螺旋式的凹槽，所述凹槽內(nèi)放置有光纖線以及用于覆蓋所述光纖線的光纖保護(hù)層，所述光纖線上刻有多個(gè)光柵。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合光纖光柵的大量程智能高強(qiáng)鋼絲，其特征在于，所述凹槽截面為圓弧形，其半徑為0.l-0.6mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合光纖光柵的大量程智能高強(qiáng)鋼絲，其特征在于，所述光纖線和所述光纖保護(hù)層填充滿所述凹槽。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合光纖光柵的大量程智能高強(qiáng)鋼絲，其特征在于，所述凹槽個(gè)數(shù)為1-8個(gè)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合光纖光柵的大量程智能高強(qiáng)鋼絲，其特征在于，所述凹槽的螺旋角為大于0°且小于等于90°。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)中所述的耦合光纖光柵的大量程智能高強(qiáng)鋼絲，其特征在于，其應(yīng)用在鋼絞線或者鋼絲束拉索上。
【專利摘要】本申請(qǐng)公開了一種耦合光纖光柵的大量程智能高強(qiáng)鋼絲，其上設(shè)置有至少一個(gè)螺旋式的凹槽，凹槽內(nèi)放置有光纖線以及用于覆蓋光纖線的保護(hù)層，光纖線上刻有多個(gè)光柵。本實(shí)用新型通過在鋼絲上設(shè)置螺旋式凹槽，根據(jù)構(gòu)件的應(yīng)變范圍，改變凹槽螺旋角的大小，即改變凹槽的螺距，擴(kuò)大光纖光柵傳感器測(cè)量的量程，避免了由于光纖光柵材料本身玻璃脆性而限制其測(cè)量量程的不利因素；通過將光纖光柵位于鋼絲內(nèi)部，在復(fù)雜的施工環(huán)境下基本不受影響，避免了由于施工因素對(duì)光纖光柵傳感器的不利影響，保證了光纖光柵傳感器的使用壽命以滿足長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的目的；通過在鋼絲可開多個(gè)螺旋槽口，使多組光纖光柵同時(shí)工作，可進(jìn)行多項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)比，提高了監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【IPC分類】G01B11/16
【公開號(hào)】CN205138438
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520890559
【發(fā)明人】朱萬旭, 羅伯光, 邢心魁, 呂海波, 覃荷瑛, 李長(zhǎng)樂
【申請(qǐng)人】桂林理工大學(xué)
【公開日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年11月10日