一種基于熒光淬滅的混凝土氯離子腐蝕光纖傳感器及其檢測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及交通、土木工程領域中氯離子侵蝕環(huán)境下的鋼筋腐蝕光纖傳感器的封裝及保護領域，具體地說是針對海工碼頭鋼筋混凝土結構腐蝕問題，研發(fā)一種基于熒光淬滅的混凝土氯離子腐蝕光纖傳感器，以實現鋼筋混凝土內部微量氯離子在線檢測。
【背景技術】
[0002]氯離子侵入和混凝土碳化引起鋼筋銹蝕是導致混凝土結構耐久性下降的主要原因，嚴重威脅混凝土結構的服役安全性。對于海港碼頭的鋼筋混凝土結構來說，氯離子入侵導致的混凝土結構失效問題尤為嚴重。通常鋼筋表面在混凝土高堿性環(huán)境下形成鈍化膜，但是氯離子吸附在鋼筋表面會破壞鈍化膜，同時降低鋼筋表面pH值，最終導致鈍化膜失效，加速鋼筋腐蝕。因此，掌握混凝土內部氯離子濃度分布情況，才能對其耐久性和剩余壽命進行有效評估和預測，對于嚴重的氯離子侵入區(qū)域及時采取措施，提高結構的總體安全性。
[0003]傳統(tǒng)的混凝土結構內部氯離子檢測方法是采用鉆探的方式從內部獲取一些混凝土后再利用化學分析的方法確定其氯離子含量。該種方法測量準確，但是費時費力，特別是不能實現實時監(jiān)測。另一種測量方式是采用電化學方法在混凝土內部布設參比電極，當氯離子侵入混凝土內部后導致鋼筋腐蝕，電位發(fā)生變化?；谀芩固胤匠屉娢蛔兓梢杂嬎愠雎入x子濃度(申請?zhí)?201320007940.4)。早期，美國VTI公司開發(fā)了基于線性極化技術的鋼筋腐蝕速率監(jiān)測傳感器，國內哈爾濱工業(yè)大學也研發(fā)了基于胞02的固態(tài)參比電極，電極穩(wěn)定性高、壽命長(申請?zhí)?200910073383.4)。專利201320136419.0采用多種參比電極組合分別測量混凝土的氯離子濃度和pH值。
[0004]光纖腐蝕傳感器技術是20世紀70年代伴隨光纖通訊和光電子技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的以光波為傳輸媒介，通過光纖感知和傳輸外界被測信號的新型傳感技術，具有體小質輕、抗腐蝕、不帶電、不受電磁干擾、不易燃易爆、適合狹小空間、傳感一體等等優(yōu)點。采用光纖傳感器對鋼筋腐蝕狀況進行監(jiān)測是一種全新的路徑，專利201310292078.0公開了一種基于光纖光柵技術的鋼筋腐蝕傳感器，鋼筋腐蝕導致其自身體積膨脹進而促使纏繞其外的光纖光柵間距變化。天津大學提出了基于雙光纖光柵的海水氯離子濃度測量裝置(申請?zhí)?201310756330.9和201310274636.0)。南京航空航天大學發(fā)明了鋼筋腐蝕光纖傳感器的封裝方法(申請?zhí)?200910029971.8)。光纖氯離子傳感器在醫(yī)學領域也有應用，如復旦大學提出的光纖表面熒光血液氯離子傳感器(申請?zhí)?201510031062.X)，由光纖末端涂布含有感光成分的聚合物組成，熒光傳感靈敏度高且離子選擇性好、溫度pH值適應性強?；跓晒獯銣绲幕炷谅入x子腐蝕光纖傳感器未見報道和相關專利。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的技術任務是針對現有技術的不足，提供一種基于熒光淬滅的混凝土氯離子腐蝕光纖傳感器，以實現鋼筋混凝土內部微量氯離子在線檢測。
[0006]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0007]1、本發(fā)明提供一種基于熒光淬滅的混凝土氯離子腐蝕光纖傳感器，包括保護套及內設在保護套中的傳輸光纖和感光膜片組合件；
[0008]所述保護套采用高強度結構為支撐，其一端采用螺栓封裝固定，另一端采用微孔陶瓷結構封閉，保護套、螺栓封裝面和微孔陶瓷結構封閉面之間圍成密閉空間，密閉空間內灌注氯離子傳導膠體物質；
[0009]所述傳輸光纖為具有雙向傳輸能力的反射型光纖，傳輸光纖靠近微孔陶瓷結構一端為一根，該一根傳輸光纖與感光膜片組合件相連，傳輸光纖靠近螺栓封裝一端分為兩根，且該兩根傳輸光纖拉緊后自螺栓封裝面穿出，其中一根為激發(fā)注入光源，另一根為熒光采集傳輸光源；
[0010]所述感光膜片組合件包括PVC外框及其內的石英片和感光膜，石英片和感光膜靠近微孔陶瓷結構一端由遠及近安裝在PVC外框內部，PVC外框與靠近石英片一端的傳輸光纖膠粘連接，PVC外框靠近感光膜一端采用壓緊螺栓固定。
[0011 ] 進一步的，所述PVC外框內設有用于放置石英片的石英片定位卡槽。
[0012]進一步的，所述氯離子傳導膠體物質與微孔陶瓷之間增設Naf 1n膜。
[0013]進一步的，所述保護套內設有用于固定傳輸光纖的定位片。
[0014]所述保護套采用低碳鋼鋼管或環(huán)氧玻璃鋼為高強度結構支撐。
[0015]所述氯離子傳導膠體物質為瓊脂。
[0016]2、本發(fā)明還提供一種基于熒光淬滅的混凝土氯離子腐蝕光纖傳感器的檢測方法，其特征在于，將上述一種基于熒光淬滅的混凝土氯離子腐蝕光纖傳感器預埋入混凝土內部，傳輸光纖一端連接激發(fā)注入光源，另一端連接熒光采集裝置即可。
[0017]本發(fā)明的一種基于熒光淬滅的混凝土氯離子腐蝕光纖傳感器及其檢測方法與現有技術相比，所產生的有益效果是:
[0018]本發(fā)明針對海工碼頭鋼筋混凝土結構腐蝕問題，采用光纖為基礎研發(fā)小型氯離子傳感器，通過傳輸光纖傳輸注入激發(fā)光和接收熒光發(fā)射，利用感光膜與激發(fā)光產生反應結合膜附近的氯離子濃度不同，產生不同強度熒光，進而實現對氯離子的檢測，該傳感器具有體積小、重量輕、成本低、精度高等優(yōu)點，其檢測方法操作簡單，方便實用，具有一定的開發(fā)前景。
【附圖說明】
[0019]附圖1為本發(fā)明基于熒光淬滅的混凝土氯離子腐蝕光纖傳感器的結構示意圖；
[0020]附圖2為本發(fā)明傳輸光纖與感光膜的封裝結構示意圖；
[0021]附圖3為本發(fā)明基于熒光淬滅的混凝土氯離子腐蝕光纖傳感器的熒光強度測試結果圖。
[0022]圖中，1、傳輸光纖，2、螺栓，3、定位片，4、瓊脂，5、微孔陶瓷，6、感光膜片組合件，7、PVC外框，8、感光膜，9、膠粘，10、石英片定位卡槽，11、石英片，12、壓緊螺栓，13、保護套，附圖3曲線a —f代表加入不同濃度NaCl溶液0.lmL后熒光強度測試圖。(其中，a—f NaCl依次為 0mol/L，005mol/L，0.01mol/L，0.02mol/L，0.03mol/L 0.04mol/L，0.05mol/L)
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖1-3對本發(fā)明的一種基于熒光淬滅的混凝土氯離子腐蝕光纖傳感器及其檢測方法作以下詳細地說明。
[0024]如附圖1所示，本發(fā)明的一種基于熒光