專利名稱：埋入式光纖裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種埋入式光纖裝置，特別是涉及一種可兼顧裸光纖實(shí)體保護(hù)及感測(cè)精確性的埋入式光纖裝置。
背景技術(shù)：
無論是為監(jiān)測(cè)風(fēng)災(zāi)、水災(zāi)、地震的天然威脅，或僅只是面對(duì)建筑體結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控的需求，對(duì)于例如橋梁及大樓等結(jié)構(gòu)物的安全診斷及監(jiān)測(cè)，都亟需采用實(shí)時(shí)、精密且可長期使用的感測(cè)裝置。目前國內(nèi)許多橋梁、高架道路，包括捷運(yùn)、高鐵等公共工程，以及智能型建筑物等，都采用埋設(shè)光纖傳感器來監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力及變形量，以確保結(jié)構(gòu)物安全。前述智能型建筑物是指建筑物本身或其基地設(shè)置有建筑自動(dòng)化系統(tǒng)(building automation system，BAS)，以人體工學(xué)、物理環(huán)境及管理型態(tài)等角度設(shè)計(jì)，使建筑物內(nèi)的電氣、給排水、空調(diào)、防盜等設(shè)備系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)管理，借以提升建筑物的功能與品質(zhì)。
以一般裸光纖而言，主要是由一直徑為10～100μm的核心，及一相對(duì)折射率小于核心的外殼所組成，在核心部分更可形成例如光柵，并利用光柵的穿透頻譜，推算結(jié)構(gòu)物所承受如應(yīng)力及應(yīng)變等的物理參數(shù)。
由于前述光纖由玻璃或塑料材質(zhì)制成，具有輕、細(xì)、韌且無干擾的特質(zhì)，對(duì)于物理量的變化如變形、位移、壓力等，解調(diào)成在光纖內(nèi)傳輸?shù)墓庥嵦?hào)的改變，而兼具高精確度及低傳輸損失率等優(yōu)點(diǎn)，因此光纖傳感器十分適合應(yīng)用于實(shí)際工程領(lǐng)域。
在感測(cè)的應(yīng)用上，光纖光柵可利用如粘貼式—直接粘貼于結(jié)構(gòu)物表面；埋入式—埋入結(jié)構(gòu)物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；或封裝方式—機(jī)械封裝。其中，粘貼式及埋入式的施工方式，主要是如圖1所示，先將至少一裸光纖10沿鋼筋12長度方向靠置于其旁，再分別利用粘貼件固定及利用細(xì)鐵絲14等線材系繞固定，最后外部澆灌待測(cè)材料，使光纖10與待測(cè)材料充分結(jié)合地埋設(shè)在待測(cè)結(jié)構(gòu)物(以下簡稱結(jié)構(gòu)物)中。一旦結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生變形，由于光纖10與待測(cè)材料握裹良好而隨的應(yīng)變，忠實(shí)感測(cè)及反應(yīng)其變化量值。
光纖雖具韌性、可撓性，可承受軸向拉應(yīng)力而變形以求得物理參數(shù)，但耐剪應(yīng)力極小，且裸光纖細(xì)如發(fā)絲，施工中極易被損傷折斷，導(dǎo)致光纖10安裝良率難以控制，一旦在纏繞施工過程中造成光纖10毀壞，不但不易處理，若未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而經(jīng)過灌漿后，更往往無法以維修或更換等措施進(jìn)行補(bǔ)救。因此，為避免上述光纖10受剪切力而損壞的情況影響整體光纖傳感器的感測(cè)效果，往往額外增設(shè)多條光纖10以備損耗，然此法不但提高成本卻未能真正改善光纖10受損的問題。
針對(duì)前述裸光纖10受剪切力易毀損的情況，有如圖2所示的應(yīng)變，在裸光纖10外表套覆一層厚約100μm的包覆層(cover coating)16，該包覆層16為軟質(zhì)且具韌性，借此降低細(xì)鐵絲14纏繞所產(chǎn)生剪切力對(duì)光纖10造成的傷害。然而，光纖10與包覆層16間摩擦力有限，當(dāng)外部澆灌待測(cè)材料，由包覆層16而非光纖10與待測(cè)材料充分結(jié)合，因此當(dāng)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生變形，因包覆層16本身具撓性而吸收部分結(jié)構(gòu)物的變形能量，光纖10再透過包覆層16間接感測(cè)變形量，就會(huì)因光纖10在包覆層16中產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)而減弱所得變形數(shù)據(jù)，無法忠實(shí)反應(yīng)變化量值，嚴(yán)重影響整體光纖傳感器感測(cè)結(jié)果，失去采用光纖傳感器而追求高精確度的立意。
基于上述埋入式光纖實(shí)務(wù)安裝及應(yīng)用上產(chǎn)生的狀況，實(shí)有必要針對(duì)光纖10實(shí)體及其高精確度的特質(zhì)予以兼顧保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種使裸光纖受保護(hù)而可承受剪力的埋入式光纖裝置。
本發(fā)明的另一目的，在于提供一種與待測(cè)材料握裹良好而能實(shí)時(shí)且確實(shí)反應(yīng)待測(cè)物的物理現(xiàn)象的埋入式光纖裝置。
于是，本發(fā)明埋入式光纖裝置用以感測(cè)結(jié)構(gòu)物的變形、位移、壓力等物理參數(shù)，并包含至少一裸光纖、一截面呈半環(huán)狀的韌質(zhì)光纖保護(hù)管、一支架，及一纏繞在光纖保護(hù)管外的尼龍線。
前述光纖裝置埋設(shè)固定的方式，是使其大致上沿一待測(cè)結(jié)構(gòu)物(以下簡稱結(jié)構(gòu)物)的鋼筋排置，并利用如細(xì)鐵絲將光纖裝置束縛固定于鋼筋。由于光纖裝置的裸光纖躲在光纖保護(hù)管內(nèi)受保護(hù)，不與細(xì)鐵絲直接接觸，可充分緩沖剪切力對(duì)光纖本身造成的損害影響。此外，當(dāng)澆灌待測(cè)材料(如混凝土)完成且凝固，裸光纖與待測(cè)材料充分結(jié)合、直接感應(yīng)所有結(jié)構(gòu)物變形量；借此，本新型光纖裝置可實(shí)時(shí)并精確反應(yīng)結(jié)構(gòu)物的變形等物理變化，獲得所需物理參數(shù)。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明圖1是以往埋入式光纖傳感器安裝于一鋼筋的部分剖視圖。
圖2是另一以往埋入式光纖傳感器安裝于一鋼筋的部分剖視圖。
圖3是本發(fā)明埋入式光纖裝置第一較佳實(shí)施例的立體圖。
圖4是本發(fā)明埋入式光纖裝置第二較佳實(shí)施例安裝于一鋼筋的部分剖視圖。
具體實(shí)施例方式
有關(guān)本發(fā)明的前述及其它技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效，在以下配合參考附圖的二較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明中，將可清楚的明白。
在本發(fā)明被詳細(xì)描述之前，要注意的是，在以下的說明內(nèi)容中，類似的組件是以相同的編號(hào)來表示。
如圖3所示，本新型埋入式光纖裝置3是沿一待測(cè)結(jié)構(gòu)物的鋼筋2長度方向延伸安裝，實(shí)際埋設(shè)固定于結(jié)構(gòu)物的方式，是利用如細(xì)鐵絲4將光纖裝置3束縛固定于鋼筋2表面，再進(jìn)行灌漿施工，使鋼筋2連同已安裝的光纖裝置3表面及周遭完全受待測(cè)材料(圖未示)包覆填灌。
本新型第一較佳實(shí)施例，由近鋼筋2處向外依序包含一緩沖用韌質(zhì)支架線32、多數(shù)與支架線32并列的裸光纖30、一截面成半環(huán)形且開放式供該等光纖30容置其中的光纖保護(hù)管34，及多數(shù)用以將支架線32、裸光纖30及光纖保護(hù)管34共同纏繞的線材36，如尼龍線、釣魚線。一般而言，裸光纖30直徑為10至100μm，支架線32直徑遠(yuǎn)大于裸光纖30，在本實(shí)施例中，光纖保護(hù)管34截面概呈半圓環(huán)狀，厚度約為100μm；由圖中可看出光纖裝置3中存在多數(shù)空隙，且該等裸光纖30非受完全覆蓋而有大部分外露。
支架線32與光纖保護(hù)管34都由受力可壓縮變形的韌性材質(zhì)制成。相較于將裸光纖直接綁縛的以往技術(shù)，本實(shí)施例在細(xì)鐵絲4固定光纖裝置3的過程中，主要借由支架線32抵靠堅(jiān)硬的鋼筋，但不以此為限，實(shí)際上可任意擺放。當(dāng)裸光纖30受剪切力時(shí)可朝支架32或光纖保護(hù)管34方向略陷入而緩沖，有此雙重保護(hù)而減低細(xì)鐵絲4或線材36所產(chǎn)生剪切力對(duì)裸光纖30的損壞影響。即便是外露而未受光纖保護(hù)管34覆蓋的裸光纖30，也可因支架線32及空隙而得到緩沖。
此外，由于每一裸光纖30表面是由支架線32及光纖保護(hù)管34部分接觸及覆蓋，當(dāng)結(jié)構(gòu)物灌漿完成，鋼筋2連同光纖裝置3及空隙填滿如混凝土的待測(cè)材料，裸光纖30可與待測(cè)材料充分接觸結(jié)合，握裹力良好。因此，當(dāng)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生變形或位移，本實(shí)施例光纖裝置3的裸光纖30可忠實(shí)反應(yīng)結(jié)構(gòu)物的物理變化、實(shí)時(shí)并精確地感測(cè)反應(yīng)，借此充分改善無以往技術(shù)的缺點(diǎn)—采用套管完全包覆光纖，光纖在套管中交錯(cuò)位移而喪失感測(cè)的正確性。
此外，上述實(shí)施例也可省略支架線32，而僅單純由光纖保護(hù)管34，以開放式供裸光纖30容置的方式，進(jìn)行保護(hù)及提高與待測(cè)材料的結(jié)合力。
本新型第二較佳實(shí)施例如圖4所示，采用以一中空管狀且具多數(shù)鏤空的光纖保護(hù)管38作為保護(hù)。在圖4中是以一光纖保護(hù)管38對(duì)應(yīng)一裸光纖30為例，但不以此為限。借此，細(xì)鐵絲4施加于裸光纖30的剪切力因光纖保護(hù)管38而緩沖。又由于光纖保護(hù)管38具有多數(shù)鏤空，裸光纖30表面形成多數(shù)暴露部可供待測(cè)材料灌入時(shí)接觸結(jié)合，使裸光纖30借以忠實(shí)反應(yīng)結(jié)構(gòu)物的變形等物理變化量。
值得一提的是，本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的光纖保護(hù)管38鏤空型態(tài)不限，且截面不限于如圖4所示的半圓環(huán)狀，也可為圓環(huán)狀或其它，但滿足「部分覆蓋」裸光纖30表面的條件即可，且也可配合第一實(shí)施例所述的支架線32作為加強(qiáng)保護(hù)。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，不能以此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即大凡依本發(fā)明權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，都應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種埋入式光纖裝置，包含至少一裸光纖；其特征在于，埋入式光纖裝置更包含一韌質(zhì)光纖保護(hù)管，供至少一裸光纖容置其中，且保護(hù)管至少二間隔的截?cái)嗝娉书_放式。
2.如權(quán)利要求1所述的埋入式光纖裝置，其特征在于該裝置更包含一沿光纖長度方向延伸的韌質(zhì)支架線，與至少一裸光纖并列地容置于韌質(zhì)光纖保護(hù)管中。
3.如權(quán)利要求1所述的埋入式光纖裝置，其特征在于光纖保護(hù)管在沿光纖長度方向上形成有復(fù)數(shù)鏤空。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的埋入式光纖裝置，其特征在于光纖保護(hù)管截面概呈半圓環(huán)狀。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的埋入式光纖裝置，其特征在于該裝置更包含至少一用以纏繞固定光纖保護(hù)管及裸光纖的線材。
6.如權(quán)利要求2所述的埋入式光纖裝置，其特征在于支架截面直徑遠(yuǎn)大于光纖截面直徑。
7.如權(quán)利要求1或3所述的埋入式光纖裝置，其特征在于光纖保護(hù)管厚度不小于光纖截面直徑。
全文摘要
一種埋入式光纖裝置，用以感測(cè)結(jié)構(gòu)物的變形、位移、壓力等物理參數(shù)，并包含至少一光纖、一截面呈半環(huán)形的韌質(zhì)光纖保護(hù)管，及一纏繞在保護(hù)管外的尼龍線；借此，當(dāng)待測(cè)材料在灌注或填充施工時(shí)，該裸光纖可受保護(hù)管套覆保護(hù)，且尚可與待測(cè)材料充分密接；因此，本新型光纖裝置不但可保護(hù)裸光纖，并實(shí)時(shí)精確反應(yīng)待測(cè)結(jié)構(gòu)物的變形等物理變化，獲得所需物理參數(shù)。
文檔編號(hào)G01B11/16GK1847889SQ20051006426
公開日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2005年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月12日
發(fā)明者陳兆勛 申請(qǐng)人:陳兆勛