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RGX-BYBJ-03000表面应变计

时间:2010-01-22 14:14来源: 作者:北京瑞格星科技有限公 点击:
表面应变计应用于监测钢(砼)箱梁、大型混凝土结构、钢结构、等钢(混凝土)表面的应力变化情况,安装方式焊接,牢固可靠。此产品是我公司基于光纤光栅传感技术,针对于钢(混凝土)表面的应变监测专门研发的产品。此传感器具有良好的防水功能,在比较大的湿度变化情况



  

RGX-BYBJ-03000表面应变计详细介绍

 

目前,在桥梁等钢结构表面应力监测领域,光纤光栅应力应变监测技术已经应用的越来越广泛。但随着该产品的推广应用,越来越多的技术问题开始显现,主要有如下问题:

首先,是FBG应变计的零点稳定性因为应变计在安装到钢结构表面以后,在没有应力变化的情况下,应变计的零点应该是不动的,也即不能放发生零点漂移。否则后面的应力监测就没有基准点了。

其次,是FBG应变计的温度补偿问题钢结构或桥梁监测通常属于健康监测领域,健康监测的时间可能要持续几十年乃至上百年。那么安装到钢结构表面的FBG应变计不可必免的要受温度影响。而FBG应变计对温度和应力交叉敏感是行业内众所周知的问题,那么如何做到FBG应变计只监测应力变化,而把温度对应变计的影响干净利索的剔除掉,就成了光纤光栅行业内的难题。而FBG技术如果解决不了这一难题,那就谈不上长期健康监测,只能做几个小时以内的监测,因为几个小时内温度变化不大,对应变计影响也很有限。

一、    影响FBG应变计的零点稳定性主要有两个因素:

第一、应变计的安装方式

第二、应变计的封装方式

那么国内同行业的公司,是如何解决这两个问题的呢?

    目前,同行业的公司,对于应变计的安装方式基本上有以下三种:

①、     胶粘,就是把应变计直接用胶粘贴到钢结构表面。因为胶很容易很产蠕变等问题,易导致中心波长的漂移。所以使用胶粘应变计,不能保证应变计的中心波长的长期稳定性。而且用胶粘的应变计,时间长了,很容易从钢结构表面脱落,做短期施工监测还行。

②、     焊接底座,然后把应变计通过螺母锁紧在底座上。此种安装方式经过几个月以后,在温度的热热胀冷缩人作用下,螺母的预紧力会慢慢降低而引起应变计松动,从而导致中心波长的漂移。

③、     点焊,就是把应变计的底部做到0.5mm左右的片状,直接用储能式点焊机点焊到钢结构表面。由于储能式点焊机的每一次放电能量不均匀,会引起应变计底部的焊接强度不同,那么每一只应变计的焊接强度都不一样,就会导致每一只应变计的应变系数不同,如果安装的一批应变计应变系数差导性很大,就不能用一个应变系数来表征,也就不能实现应力监测,或者勉强用一个平均系数来表征,那么误差会非常大。无法达到准确监测应力的要求。

目前,同行业公司的应变计是如何封装的呢?目前,在行业内FBG应变

计大部分都是胶基封装,也就是直接把光纤光栅用胶粘贴到金属表面。因为胶具有长期蠕变性,此种封装方式时间一种,极易引起中心波长的漂移。而且胶基封装的应变计的温度特性也不好。温度特性包括温度线性度、温度重复性和温度系数的一致性。

北京瑞格星是如何解决影响应变计的零点稳定性的两个问题呢?

第一:瑞格星的应变计的安装方式是直接将应变计用电焊机焊死到钢结构表面。中间没有任何底座、螺母等传递元件。实践证明,这种直接焊死的安装方式确实保证了应变计的零点稳定性。

   第二:瑞格星的应变计采用无胶封装技术,将光纤光栅直接用低温玻璃焊接到应变基体上,从而保证了应变计的零点稳定性。

二、     关于FBG应变计的温度补偿问题

众所周知,FBG应变计对应力和温度双重敏感,当FBG应变计安装于野外桥梁的钢结构表面时,在长期监测时FBG应变计同时受到温度和桥梁应力的影响。那么,如何把应变计的中心波长变化量里面把温度所带来的影响剔除掉,已经成为光纤光栅行业内的难题。

在全国的众多的能提供光纤光栅产品的公司中,在土木行业所做的监测项目比较多,但真正能够做到长期健康监测的可以说是没有几个。究其原因,主要是温度补偿技术做的不过关。现在,绝大部分公司所采用的温度补偿技术,主要还是在应变计旁边放一只温度计,通过温度计测量出环境温度,通过应变计的温度系数,线性的换算出温度对应变计的影响,从而在应变计的中心波长里面把温度所带来的中心波长变化量去除掉。这种补偿技术,所能达到的补偿精度通常大于200pm,其原因主要有以下几条:

1、                 光纤光栅应变计的温度系数比较大,而且离散度也比较大。所谓离散度指的是温度系数的变化范围。现在市场上的应变计的温度系数大概为20pm/,而离散度大概为10 pm/℃~30 pm/℃,以上这两个数据指的是应变计安装于钢结构表面所测得的。因为离散度比较大,而应变计在做温度补偿时,只能采用一个平均的温度系数,所以造成每一只应变计的补偿精度不理想。

2、                 光纤光栅温度计测量温度时有一定的误差,一般在±1℃左右,那么把这种温度测量误差引入到补偿系统里面,就是进一步增加温度补偿误差,降低补偿精度。

3、                 光纤光栅应变计的温度系数线性度非常差,目前市场上的应变计的应变系数线性度大概在R²>0.9990.9995之间,而温度系数线性度大概为R²<0.995。因为当温度计把环境温度测量出来以后,就是直接乘以温度系数,按照线性的方法来去除掉温度的影响,那么应变计的温度系数的线性度和离散度则直接影响了补偿精度。

北京瑞格星是如何解决应变计的温度补偿问题呢?

北京瑞格星科技有限公司利用数年的时间,长期专注于光纤光栅温度补偿技术的研究,目前还不能说已经完全解决了这一难题,但是其补偿精度,在行业内已经是一流水平。我们采用了一种全新的补偿技术——智能补偿技术。已经申请国家发明专利。我们的智能补偿技术主要有两个特点:

1、          应变计采用智能补偿技术,温度系数小,为2pm/℃左右。

2、          应变计彩和智能补偿技术,温度系数离散度低,在1.52.5 pm/℃范围之内。

由于应变计的温度系数小,那么安装在钢结构表面后,温度所导致的钢结构热胀冷缩对应变计的影响也非常小。尽管温度对其影响比较小,但仍然存在。那么再用温度计把环境温差测出来,由于温度系数离散度低,就很容易准确的计算出温度对应变计的影响,然后在同时受应力和温度影响的应变计中心波长变化量里面,把这部分剔除掉,从而进一步提高了温度补偿的精度。

根据工程项目监测数据,采用此方法所得到的温度补偿效果,在野外-30℃~60℃的温度变化范围内,在无应力的情况下,应变计的中心波长变化不超过±5pm。而采用传统的温度补偿技术,在同样环境下测量,中心波长的变化量将超过200pm,基本无法实现长期安全监测!以下是实际监测数据:

暂无 图形

从以上两图可以看出,在野外温差变化超过25℃时,FBG应变计在无应力情况下,经过温度补偿以后,中心波长漂移不超过±3pm,测试时间长达15个昼夜。

 

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