桥梁拉索腐蚀传感器的制作方法

1.本发明涉及拉索腐蚀技术领域，具体涉及一种桥梁拉索腐蚀传感器。


背景技术：

2.斜拉桥以跨度大、内力分布均匀、造型美观和承载能力强等优点成为大跨度桥梁的首选。拉索作为斜拉桥的“生命线”，将主梁上的荷载传递给桥塔，同时又能约束桥塔的变形，起到承上启下的作用。但在运营期间，拉索腐蚀现象成为了不可避免的问题。尽管如今的拉索有着多重防护体系。但随着时间的增长，由于环境腐蚀与长期荷载耦合作用下，拉索依然会慢慢腐蚀，甚至突然发生断裂导致桥梁损坏。为避免事故的发生，近年间，拉索因为腐蚀需要进行更换，平均十五到二十年期间更换一次。
3.鉴于以上拉索腐蚀情况，对服役期拉索的状态进行健康监测是尤为必要的，如果不能对结构的工作状态和健康状况进行监测和准确的评估，一旦事故发生，就会对经济效益和社会效益产生极其消极的影响。
4.传统对于钢丝腐蚀检测的方法主要有:超声波测试检测法、磁漏检测法、放射线检测法、磁伸传感技术检测法及人工目检法。目前应用实际工程使用最多的方法是人工目检法。但由于传统方法所用的检测设备笨重且复杂，不具备实时监测的能力。
5.光纤光栅作为新兴的传感技术，将其植入拉索中，形成智能系统，实时监测其内部腐蚀情况，判断出腐蚀程度，成为了未来拉索腐蚀评估发展的主要方向。光纤光栅在腐蚀监测方面的研究还处于试验阶段，主要有长周期光栅外镀合金膜腐蚀传感器，预拉应变光纤光栅腐蚀传感器。这两种方法精度高，但由于其腐蚀的主体并非钢筋故很难直接反映钢筋的锈蚀过程。


技术实现要素：

6.基于此，有必要针对现有钢丝腐蚀检测的方法，不具备实时监测的能力，且难以直接反应钢筋锈蚀的过程的问题，提供一种桥梁拉索腐蚀传感器。
7.一种桥梁拉索腐蚀传感器，包括：
8.主体，包括底板及至少一个壁板，所述壁板安装于所述底板上；
9.膨胀块，滑动安装于所述底板上，所述膨胀块和所述壁板围成有用于容纳腐蚀试验件的腔体，所述腐蚀试验件的腐蚀膨胀能够驱动所述膨胀块在所述底板上滑动；
10.滑块，可滑动地安装于所述底板上；
11.固定块，安装于所述底板上，且所述固定块位于所述滑块的运动方向上；
12.光纤光栅，其一端固定于所述固定块上，所述光纤光栅的另一端安装于所述滑块上；及
13.连杆，其一端与所述膨胀块铰接，所述连杆的另一端与所述滑块铰接，所述膨胀块的滑动经所述连杆，驱动所述滑块远离所述固定块运动，所述光纤光栅受拉产生应变。
14.上述桥梁拉索腐蚀传感器，采用光纤光栅作为传感元件，其质量轻，半径小，化学
性能稳定，不受电磁干扰，其高灵敏度和测量精度是传统测量设备无法媲美的，可以实现实时监测。其次，相比直接缠绕式，该种类型的传感器感知锈蚀范围更广，能充分利用锈胀力，测量结果也就更准确，能够直接反应钢筋锈蚀的过程。
15.在其中一个实施例中，所述壁板设有第一凹槽，所述膨胀块设有与所述第一凹槽相匹配的第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽组成所述腔体。
16.在其中一个实施例中，所述壁板上设有多组腐蚀孔，多组所述腐蚀孔与所述第一凹槽连通。
17.在其中一个实施例中，还包括导向块，所述导向块安装于所述底板上，所述导向块设有导向孔，所述膨胀块上设有导柱，所述导柱滑动插设于所述导向孔内。
18.在其中一个实施例中，所述导向孔内设有弹性件，所述弹性件提供弹性力使所述膨胀块保持与所述腐蚀试验件的抵触。
19.在其中一个实施例中，所述底板上设有导轨，所述滑块可滑动设置于所述导轨上。
20.在其中一个实施例中，还包括滑块盖板，所述滑块盖板安装于所述滑块上，所述滑块盖板与所述固定块均设有容纳光纤光栅的容纳槽，所述容纳槽内设置胶水粘接固定所述光纤光栅。
21.在其中一个实施例中，所述膨胀块设有连接块，所述连杆的一端与所述连接块铰接，所述连杆的另一端与所述滑块盖板铰接。
22.在其中一个实施例中，所述壁板的数量为多个，多个所述壁板沿所述底板的周缘设置，所述底板的其中一侧不设置所述壁板形成缺口，位于所述光纤光栅的轴线上的两个所述壁板分别设有穿入孔和穿出孔。
23.在其中一个实施例中，还包括主体盖板，所述主体盖板盖合于所述壁板上，所述主体盖板、所述壁板和所述底板围成容纳零部件的内部空间。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
25.图1为一实施方式中桥梁拉索腐蚀传感器的结构示意图；
26.图2为图1所示桥梁拉索腐蚀传感器拆除主体盖板后的示意图；
27.图3为图2所示桥梁拉索腐蚀传感器的俯视图；
28.图4为图2中主体的结构示意图；
29.图5为图2中膨胀块的结构示意图；
30.图6为连杆发生转动，光纤光栅受拉伸长的示意图。
31.附图标记：
32.10-主体，12底板，14-壁板，142-第一凹槽，144-腐蚀孔，16-穿入孔，18-穿出孔，20-膨胀块，22-第二凹槽，24-导柱，26-连接块，30-滑块，32-导轨，34-滑块盖板，40-固定块，42-容纳槽，50-光纤光栅，60-连杆，70-主体盖板。
具体实施方式
33.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明
的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此发明不受下面公开的具体实施的限制。
34.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
35.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
36.请参阅图1及图2，一实施方式中的桥梁拉索腐蚀传感器，包括主体10、膨胀块20、滑块30、固定块40、光纤光栅50及连杆60。
37.请一并参阅图3，主体10用于安装桥梁拉索腐蚀传感器的其他零部件。主体10包括底板12及至少一个壁板14，壁板14安装于底板12上，壁板14用于与膨胀块20相配合。在一实施方式中，壁板14的数量为多个，多个壁板14沿底板12的周缘设置，底板12的其中一侧不设置壁板14形成缺口。
38.具体地，底板12的形状为矩形，壁板14的数量为三个，底板12的其中一个长边不设置壁板14形成开口。当然，在其他实施方式中，底板12的形状和壁板14的数量，可以根据需要灵活调整。
39.膨胀块20滑动安装于底板12上，膨胀块20和壁板14围成有用于容纳腐蚀试验件的腔体，腐蚀试验件的腐蚀膨胀能够驱动膨胀块20在底板12上滑动。
40.请一并参阅图4，在一实施方式中，壁板14上设有第一凹槽142，膨胀块20设有与第一凹槽142相匹配的第二凹槽22，第一凹槽142和第二凹槽22组成腔体。具体地，第一凹槽142开设于底板12长边的壁板14上。
41.可以理解的是，在其他实施方式中，容纳腐蚀试验件的腔体也可以采用其他方式形成。例如，可以在壁板14上开设有凹槽，而膨胀块20不开设凹槽，膨胀块20的侧壁配合凹槽围成腔体。又或者，壁板14不开设凹槽，而在膨胀块20上开设凹槽，主体10的侧壁配合凹槽围成腔体。
42.在上述实施例的基础上，进一步地，壁板14上设有多组腐蚀孔144，多组腐蚀孔144与第一凹槽142连通。外界的腐蚀介质通过腐蚀孔144进入到腔体内，使腔体内的腐蚀试验件腐蚀产生膨胀效应，推动膨胀块20在底板12上滑动。多组腐蚀孔144沿第一凹槽142的延伸方向间隔均匀布置，以实现腐蚀试验件的均匀腐蚀。
43.在一实施方式中，腐蚀试验件为高强镀锌钢丝。高强镀锌钢丝的直径可以为5-7mm。可以理解的是，腐蚀试验件可以根据腐蚀监测目标的不同具体更换。
44.请参阅图2及图5，在一实施方式中，为了保证膨胀块20滑动的稳定，桥梁拉索腐蚀传感器还包括导向块28，导向块28安装于底板12上，导向块28设有导向孔，膨胀块20上设有导柱24，导柱24滑动插设于导向孔内。导向块28的导向孔配合导柱24，能够对膨胀块20的滑动进行导向限定，保证膨胀块20运动的稳定。
45.在一实施方式中，为了防止腐蚀试验件不均匀腐蚀导致膨胀块20发生转动，导柱
24的数量为两个，两个导柱24分别设于膨胀块20的两端，导向块28对应设有两个，两个导柱24分别插设于两个导向块28的导向孔内。具体地，导柱24插入到导向孔中7mm，导柱24和导向孔之间设有h6/p5的间隙配合。
46.在一实施方式中，导向孔内设有弹性件，弹性件提供弹性力使膨胀块20保持与腐蚀试验件抵触，避免膨胀块20与腐蚀试验件具有间隙，保证腐蚀试验件的腐蚀膨胀能够作用于膨胀块20上。具体地，弹性件可以为弹簧。当然，弹性件也可以为其他可以提供弹性力的结构，如橡胶柱等。
47.滑块30可滑动地安装于底板12上。在一实施方式中，底板12上设有导轨32，滑块30可滑动地设置于导轨32上，实现滑块30滑动安装于底板12上。滑块30内设有不锈钢滚珠，保证滑块30和导轨32之间滑动顺畅，在提供耐腐蚀性的同时也大幅度减小了摩擦力的影响，使精度提高。滑块30和导轨32由s55c钢材铸造，耐腐蚀性及硬度均较好。
48.可以理解的是，在其他实施方式中，滑块30可以通过其他方式滑动安装于底板12上，如底板12上开设有滑槽，滑块30滑动设于滑槽内。
49.固定块40安装于底板12上，且固定块40位于滑块30的运动方向上，避免安装光纤光栅50后，滑动的运动方向与光纤光栅50的轴向产生夹角。在一实施方式中，固定块40通过螺栓固定于底板12上。
50.光纤光栅50的一端固定于固定块40上，光纤光栅50的另一端安装于滑块30上。在一实施方式中，桥梁拉索腐蚀传感器还包括滑块盖板34，滑块盖板34安装于滑块30上，滑块盖板34与固定块40均设有容纳光纤光栅50的容纳槽42，容纳槽42内设置胶水粘接固定光纤光栅50。
51.在一实施方式中，位于光纤光栅50的轴线上的两个侧壁分别设有穿入孔16和穿出孔18，其中光纤和护套可以通过穿入孔16穿入到主体10内，然后光纤和护套可以通过穿出孔18穿出到主体10外。具体地，底板12为矩形，穿入孔16和穿出孔18分别位于底板12短边的两个壁板14上。
52.连杆60的一端与膨胀块20铰接，连杆60的另一端与滑块30铰接，膨胀块20的滑动通过连杆60经其位移传递给滑块30，驱动滑块30远离固定块40运动，光纤光栅50受拉产生应变，导致波长移位，通过检测波长移位来判断其腐蚀程度。
53.在一实施方式中，膨胀块20设有连接块26，连杆60的一端与连接块26铰接，连杆60的另一端与滑块盖板34铰接。具体地，连杆60与滑块盖板34及连杆60与连接块26中设置轴承用于转动，轴承内圈采用紧密配合，外圈采用间隙配合。
54.请再次参阅图1，在一实施方式中，桥梁拉索腐蚀传感器还包括主体盖板70，主体盖板70盖合于壁板14上，主体盖板70、壁板14和底板12围成容纳零部件的内部空间，膨胀块20、滑块30、固定块40、光纤光栅50和连杆60收纳于内部空间内，光纤光栅50不与外界环境接触，实际应用中存活率高，能够保证长期实时监测。
55.在一实施方式中，桥梁拉索腐蚀传感器除了滑块30和导轨32，其他构件采用6061铝合金，不会受高强钢丝锈蚀影响且造价较低，使传感器耐久性提高。
56.上述桥梁拉索腐蚀传感器的工作原理具体为：
57.推动膨胀块20，使腔体呈现开口，然后将腐蚀试验件放入到腔体内。松开膨胀块20，膨胀块20在导向块28内弹性件的作用下复位保持对腐蚀试验件的抵触。
58.然后将光纤光栅50的两端分别安装于滑块盖板34和固定块40的容纳槽42内，然后打胶固定光纤光栅50。最后将主体盖板70盖合于壁板14上，并通过螺栓连接固定，实现主体10内空间的封闭。
59.将腐蚀介质通过腐蚀孔144注入到腔体内，使腔体内的腐蚀试验件腐蚀，产生膨胀效应，进而推动膨胀块20远离壁板14滑动，而连杆60将其位移传递给滑块30，使得滑块30朝远离固定块40的方向移动，光纤光栅50因此受拉产生应变，导致波长移位，通过检测波长移位来判断其腐蚀程度。
60.请参阅图6，其中，设连杆60与膨胀块20的铰接点为a点，连杆60与滑块30的铰接点为c点，光纤光栅50与滑块30的连接点也为c点，与固定块40的连接点为d点，a点与光纤光栅50垂直于o点，连杆60与直线oa的夹角为θ。连杆60转动后，a点移动到a’，c点移动到c’。
61.则本发明设计的光纤光栅50传感器监测物理量与光栅波长之间的关系满足下述表达式：
[0062][0063]
式中，k
t
为传感器灵敏度系数；δλ为光栅波长变化量；δd为钢丝直径变化量；l1为连杆60长度；l为光纤光栅50长度。
[0064]
上述桥梁拉索腐蚀传感器，采用光纤光栅50作为传感元件，其质量轻，半径小，化学性能稳定，不受电磁干扰，其高灵敏度和测量精度是传统测量设备无法媲美的。其次，相比直接缠绕式，该种类型的传感器感知锈蚀范围更广，能充分利用锈胀力，测量结果也就更准确，能够直接反应钢筋锈蚀的过程。最后，光纤光栅50置于传感器内部，不与外界环境接触，实际应用中存活率高，能够保证长期实时监测。
[0065]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。