采用可焊接光纤传感器测量钢筋混凝土结构应变

 Julián García Díaz, Nieves Navarro Cano 和 Edelmiro Rúa Álvarez 指导下, 马德里理工大学建筑高等技术学院的研究人员进行了旨在检测混凝土裂缝和施加不同荷载后混凝土结构应变的试验。
这样,他们就可以确定混凝土开始开裂的确切时刻。

问题

来自马德里理工大学(UPM)的一组研究人员接受了一项挑战,从内部测量结构的应变,不仅是混凝土,还包括钢材。为此,他们需要最先进的可焊接光纤传感器。

方案

大学团队使用了一种测量解决方案,包括光纤和温度传感器、位移传感器、数据采集系统QuantumX MX1615、FS22光纤解调仪和HBM(现为HBK)的 catman Easy 软件。这种解决方案被证明是准确的,易于连接并在现场工作。

结果

试验证明了光纤传感器对本项目的适用性,并且比传统材料强度公式更真实地描述了混凝土结构的性能。

光纤传感器是测量混凝土内部应变的理想选择

UPM 团队使用了基于FBG(光纤布拉格光栅)的可焊接光纤传感器,而不是传统的方法,如红外热成像、声发射、数字图像(DIC)、超声波传感器或碳纳米管传感器。

“由于传感器可以焊接到钢筋上,因此可测量内部结构的应变,不仅是混凝土的应变,还包括钢结构本身,” 建筑学博士 Julián García Díaz 说道。

选择光纤传感器是因为它们的特性,特别是与传统的电阻应变片相比,它们的寿命更长,在不利条件下信号有更好地长期稳定性和抗干扰性(EMI/RFI),在同一光缆上可布置多个传感器(多路复用)。此外,电缆长度不会影响测量过程。不仅是成本,包括性能和准确性方面都得到了改进。

测试使用了 光纤传感器,  QuantumX MX1615 数据采集系统,FS22 光纤解调仪 以及 catman Easy 软件,同时在两根钢筋混凝土梁(200 mm×300 mm和300 mm×500 mm,长度3000 mm)上进行了测试。

测量系统

测量系统由两个光纤传感器和一个温度传感器(用于补偿光纤传感器灵敏度)组成的阵列组成,力传感器和精度为 0.1% 的电位计连接到16通道 QuantumX MX1615 数据采集系统中,并与 FS22 光纤解调仪 一起连接到 catman easy 。

“自从我开始博士论文研究以来,我一直依赖HBM,在这项研究中,他们提供了一个系统,准确,易于连接。而且,计算机会立即通过catman Easy软件接收结果。”


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光纤测量提供了重要信息:检测到微裂纹

一些肉眼看不见的微裂纹现在可以通过光纤传感器探测到,并可以分析混凝土的性能并确定钢的变形。例如,试验表明,钢的应变大于理论计算的应变。

“结果达到了我的预期,因为在整个测试过程中,我们能够获得比传统材料强度公式获得的更真实的特性。”

基于这些原因,UPM研究小组计划在未来的结构变形测量项目中继续使用HBK产品。

客户:UPM结构工程研究小组

结构工程研究小组是马德里理工大学土木工程学员连续介质力学与结构理论系的一部分。

除了讲授土木工程课程的基础和高级科目外,本小组还开展结构工程领域的研究。并向公共和私营部门提供专门服务。

此外..

HBK 光学专家与Julián García Díaz一起,为 第十届智能基础设施结构健康监测国际会议 (SHMII 10) 撰写了一篇关于使用光纤传感器进行结构健康监测的技术论文。.

不要错过!论文将于 2021年7月起提供。


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