耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板及其制作方法
【技術領域】
[0001]本申請屬于監測技術領域，具體地說，涉及一種耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板其制作方法。
【背景技術】
[0002]建筑結構在其服役期由于受到環境侵蝕、荷載以及材料老化等各種效應的耦合作用，不可避免地使結構產生損傷并積累，使得其抵抗自然災害的能力衰退、使用功能降低，在極端情況下甚至引發災難性后果，因此結構的安全性分析及監測手段極為重要。
[0003]預應力碳纖維板因具有強度高、重量輕、耐久性好、易于施工等優點而廣泛應用于高層建筑結構、橋梁結構、地下結構、海洋結構等各個領域工程的維修加固中，對其加固使用過程中的應力變形狀態監測具有十分重大的意義。光纖光柵技術通過柵格反射波長和移動來感知外界物理量的微小變化，測量線性擬合度高，穩定性好。光纖光柵可對結構的應力應變進行高精度的、絕對的、準分布式數字測量，同時還具有抗電磁干擾能力強、耐高溫、傳感器體積小、接線簡單、可實現數據遠距離傳輸的特點，適合用于高強碳纖維板的受力變形的監測。
[0004]光纖材料為玻璃，比較脆，使用時，受到的拉伸應變不能超過5000微應變，否則容易斷裂，因此光纖光柵的量程較小。而維修加固時碳纖維板使用時應變比較高，一般的碳纖維板受力應變值接近6000微應變，預應力碳纖維板長期應變值則會超過9000微應變。同時，受布設工藝影響，光纖光柵可能與構件無法充分粘合，對檢測到的應變量與實際應變不吻合，另在復雜的施工過程中如果對光纖光柵保護不當，可能無法保證光纖光柵的使用壽命以滿足長期監測的目的。

【發明內容】

[0005]有鑒于此，本申請所要解決的技術問題是現有碳纖維板在使用過程中的應力應變監測問題。
[0006]為了解決上述技術問題，本申請提供一種耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板，其上設置有至少一個凹槽，所述凹槽內放置有光纖線以及用于覆蓋所述光纖線的光纖保護層，所述光纖線上刻有多個應變光柵和溫度光柵。
[0007]進一步的，所述凹槽截面為圓弧形，所述圓弧形半徑大于或等于0. 1毫米，且小于或等于0.5毫米。
[0008]進一步的，所述凹槽的圓心線平行于所述耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板的中心線。
[0009]進一步的，所述光纖線和所述光纖線保護層填充滿所述凹槽。
[0010]進一步的，所述凹槽個數為1至4個。
[0011]進一步的，所述的耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板為加固型碳纖維板。
[0012]本申請還提供一種耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板的制作方法，包括如下步驟:
[0013]在碳纖維板上開設凹槽；
[0014]對所述碳纖維板進行拉伸，拉伸應力在0?1860MPa之間；
[0015]在所述凹槽內涂抹光纖線膠黏劑，并將刻有多個應變光柵和溫度光柵的光纖線粘貼在所述凹槽內；
[0016]在所述凹槽內填充用于覆蓋所述光纖線的光纖保護層。
[0017]進一步的，所述凹槽截面為圓弧形，所述圓弧形半徑大于或等于0.1毫米，且小于或等于0.5毫米。
[0018]進一步的，所述凹槽的圓心線平行于所述耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板的中心線。
[0019]進一步的，所述凹槽個數為1至4個。
[0020]與現有技術相比，本申請可以獲得包括以下技術效果:
[0021](1)碳纖維板的截面面積損失很小，即使凹槽的直徑為0.5mm，碳纖維板的面積損失也不到0.42%，對碳纖維板整體的性能影響可以忽略不計。
[0022](2)光柵直接耦合在碳纖維板內部，其結構粘合程度比現有工藝高，而且碳纖維板與其它結構件的變形保持一致，使得光柵所測應變與其它結構件的實際應變相吻合。
[0023](3)光柵位于碳纖維板內部，在復雜的施工環境下基本不受影響，避免了由于施工因素對光柵的不利影響，保證了光柵的使用壽命滿足長期監測的目的。
[0024](4)可設置多組凹槽，使多組光柵同時工作，可進行多項數據對比，很大程度上提供了監測結果的準確性和說服力。
[0025](5)本發明中同一組光纖可刻有多個應變光柵，以測量碳纖維板沿軸向方向不同位置處的應變，同時刻有溫度光柵，以使用溫度應變補償法補償溫度變化對光柵應變傳感器測量結果的影響。
[0026]當然，實施本申請的任一產品必不一定需要同時達到以上所述的所有技術效果。
【附圖說明】
[0027]此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。在附圖中:
[0028]圖1是本申請實施例的耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板的橫截面示意圖；
[0029]圖2是本申請實施例的耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板的另一橫截面示意圖；
[0030]圖3是本申請實施例的耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板的軸向截面示意圖。
【具體實施方式】
[0031]以下將配合附圖及實施例來詳細說明本申請的實施方式，藉此對本申請如何應用技術手段來解決技術問題并達成技術功效的實現過程能充分理解并據以實施。
[0032]如圖1至圖3所示，本申請實施例的耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板(以下簡稱“碳纖維板”)，設置有至少一個凹槽100，所述凹槽100內放置有光纖線200以及用于覆蓋所述光纖線200的光纖保護層500，所述光纖線200上刻有多個光柵300。光柵300的放置方向與碳纖維板軸向方向一致。光柵300可以是應變光柵或者溫度光柵，也可以是變光柵或者溫度光柵的組合。
[0033]在本實施例中，所述凹槽100的截面為圓弧形，所述圓弧形半徑大于或等于0.1毫米，且小于或等于0.5毫米。所述凹槽100的圓心線平行于所述碳纖維板的中心線，換而言之，凹槽100是沿著碳纖維板的表面設置。光纖線200和所述光纖線保護層500填充滿所述凹槽100。所述凹槽100個數為1至4個，可以開設于碳纖維板的同一側，也可以開設于不同側，本申請對此不作限定。本實施例的碳纖維板為加固型碳纖維板，其尺寸或者規格可根據實際需要切割。
[0034]本申請實施例，還提供了一種耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板的制作方法，具體包括如下步驟:
[0035]步驟1:在碳纖維板上開設凹槽100 ;
[0036]步驟2:對所述碳纖維板進行拉伸，拉伸應力在0?1860MPa之間；
[0037]步驟3:在所述凹槽100內涂抹光纖線膠黏劑，并將刻有多個光柵300的光纖線200粘貼在所述凹槽100內；
[0038]步驟4:在所述凹槽100內填充用于覆蓋所述光纖線200的光纖保護層500。
[0039]本申請通過對帶有凹槽100的碳纖維板進行拉伸，使其具有一定的伸長量。然后在凹槽100內涂抹光纖線膠黏劑，之后沿凹槽放置光纖線200。安裝好之后，保持碳纖維板拉伸狀態一段時間，直至光纖線膠黏劑起作用，然后釋放拉伸的碳纖維板。由于刻有多個光柵300的光纖線200性質脆弱，受到極限拉伸應變比碳纖維板的工作時的拉伸應變小，限制了光柵300的量程，通過預拉碳纖維板，再耦合刻有個光柵300的光纖線200的方法，控制碳纖維板拉伸量以達到增大光柵300量程的目的。
[0040]本申請中的碳纖維板及其制作方法具有如下技術效果:
[0041](1)碳纖維板的截面面積損失很小，即使凹槽100的直徑為0.5mm，碳纖維板的面積損失也不到0.42%，對碳纖維板整體的性能影響可以忽略不計。
[0042](2)光柵300直接耦合在碳纖維板內部，其結構粘合程度比現有工藝高，而且碳纖維板與其它結構件的變形保持一致，使得光柵300所測應變與其它結構件的實際應變相吻入口 ο
[0043](3)光柵300位于碳纖維板內部，在復雜的施工環境下基本不受影響，避免了由于施工因素對光柵300的不利影響，保證了光柵300的使用壽命滿足長期監測的目的。
[0044](4)可設置多組凹槽100，使多組光柵300同時工作，可進行多項數據對比，很大程度上提供了監測結果的準確性和說服力。
[0045](5)本發明中同一組光纖可刻有多個應變光柵，以測量碳纖維板沿軸向方向不同位置處的應變，同時刻有溫度光柵，以使用溫度應變補償法補償溫度變化對光柵應變傳感器測量結果的影響。
[0046]上述說明示出并描述了本申請的若干優選實施例，但如前所述，應當理解本申請并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環境，并能夠在本文所述發明構想范圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本申請的精神和范圍，則都應在本申請所附權利要求的保護范圍內。
【主權項】
1.一種耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板，其特征在于，其上設置有至少一個凹槽，所述凹槽內放置有光纖線以及用于覆蓋所述光纖線的光纖保護層，所述光纖線上刻有多個應變光柵和溫度光柵。2.根據權利要求1所述的耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板，其特征在于，所述凹槽截面為圓弧形，所述圓弧形半徑大于或等于0.1毫米，且小于或等于0.5毫米。3.根據權利要求2所述的耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板，其特征在于，所述凹槽的圓心線平行于所述耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板的中心線。4.根據權利要求1所述的耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板，其特征在于，所述光纖線和所述光纖線保護層填充滿所述凹槽。5.根據權利要求1所述的耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板，其特征在于，所述凹槽個數為1至4個。6.根據權利要求1-5任一項中所述的耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板，其特征在于，所述的耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板為加固型碳纖維板。7.—種耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板的制作方法，其特征在于，包括如下步驟: 在碳纖維板上開設凹槽； 對所述碳纖維板進行拉伸，拉伸應力在0?1860MPa之間； 在所述凹槽內涂抹光纖線膠黏劑，并將刻有多個應變光柵和溫度光柵的光纖線粘貼在所述凹槽內； 在所述凹槽內填充用于覆蓋所述光纖線的光纖保護層。8.根據權利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述凹槽截面為圓弧形，所述圓弧形半徑大于或等于0.1毫米，且小于或等于0.5毫米。9.根據權利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述凹槽的圓心線平行于所述耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板的中心線。10.根據權利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述凹槽個數為1至4個。
【專利摘要】本申請提供一種耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板，其上設置有至少一個凹槽，所述凹槽內放置有光纖線以及用于覆蓋所述光纖線的光纖保護層，所述光纖線上刻有多個應變光柵和溫度光柵。本申請還提供一種耦合光纖光柵的大量程智能碳纖維板的制作方法。本申請可以解決現有碳纖維板在使用過程中的應力應變監測問題。
【IPC分類】G01K11/32, G01B11/16
【公開號】CN105423938
【申請號】CN201510980132
【發明人】朱萬旭, 覃荷瑛, 呂海波, 韋昌富, 霍婷婷
【申請人】桂林理工大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月23日