本申請(qǐng)涉及借助于測(cè)定材料的化學(xué)或物理性質(zhì)來(lái)測(cè)試或分析材料，具體而言，涉及一種海洋浪濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕傳感器及監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)以電化學(xué)原理為主，通過(guò)監(jiān)測(cè)鋼結(jié)構(gòu)在腐蝕過(guò)程中的電勢(shì)變化判斷其腐蝕程度和狀態(tài)。然而，該方法需要待測(cè)構(gòu)件和參比電極同時(shí)置于電解質(zhì)液中，即時(shí)刻保持構(gòu)件和電極間的電路連通。海洋腐蝕環(huán)境分成大氣區(qū)、潮差區(qū)、浪濺區(qū)、水下區(qū)等部分，其中浪濺區(qū)受海浪隨機(jī)沖刷、氧氣豐富、干濕交替等因素作用，鋼結(jié)構(gòu)在此區(qū)域的腐蝕最為嚴(yán)重，威脅結(jié)構(gòu)安全。但是傳統(tǒng)的電化學(xué)腐蝕監(jiān)測(cè)方法在浪濺區(qū)無(wú)法應(yīng)用，因?yàn)楦蓾窠惶娴奶攸c(diǎn)無(wú)法為構(gòu)件和電極提供穩(wěn)定的電路連通條件。同時(shí)，電化學(xué)方法通常僅監(jiān)測(cè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)，所獲得的腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)難以全面反映結(jié)構(gòu)的腐蝕狀態(tài)。

2、基于光纖光柵傳感器的腐蝕監(jiān)測(cè)方法，為利用長(zhǎng)周期光纖光柵對(duì)環(huán)境折射率靈敏的特性，通過(guò)監(jiān)測(cè)腐蝕過(guò)程中鋼管樁的折射率變化實(shí)現(xiàn)腐蝕監(jiān)測(cè)，然而該傳感器的工作壽命較短，且該方法無(wú)法確定是否可以被用于鋼管樁腐蝕多點(diǎn)的監(jiān)測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的目的在于提供一種海洋浪濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕傳感器及監(jiān)測(cè)方法，其解決了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕進(jìn)行檢測(cè)的光纖腐蝕傳感器工作壽命較短且無(wú)法實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。

2、本申請(qǐng)的技術(shù)方案：

3、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N海洋浪濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕傳感器，該傳感器包括單模光纖，所述單模光纖上間隔刻寫(xiě)多個(gè)長(zhǎng)周期光柵和溫度補(bǔ)償光柵，所述單模光纖上具有長(zhǎng)周期光柵的位置電鍍鐵碳鍍層，所述單模光纖上具有長(zhǎng)周期光柵的位置連接有封裝保護(hù)組件，所述長(zhǎng)周期光柵和所述溫度補(bǔ)償光柵光柵通過(guò)傳輸光纜連接至解調(diào)儀。

4、在一些實(shí)施例中，所述封裝保護(hù)組件包括具有開(kāi)口的封裝盒以及用于封閉所述封裝盒開(kāi)口的犧牲板，多個(gè)所述犧牲板的厚度不同。

5、在一些實(shí)施例中，所述犧牲板的材料以及所述鐵碳鍍層均與待檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)的材料相同。

6、在一些實(shí)施例中，所述長(zhǎng)周期光柵和所述溫度補(bǔ)償光柵的數(shù)量均為總腐蝕深度除以1毫米。

7、據(jù)本申請(qǐng)的另一個(gè)方面，一種海洋浪濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測(cè)方法，包括：

8、獲取目標(biāo)鋼性物上的點(diǎn)位長(zhǎng)周期光柵和溫度補(bǔ)償光柵的光譜數(shù)據(jù)；

9、獲取犧牲板厚度最薄處腐蝕穿透的時(shí)間t0；

10、標(biāo)記厚度最薄的犧牲板其厚度為d1；

11、獲取目標(biāo)鋼性物上各點(diǎn)位光譜漂移發(fā)生時(shí)間t1；

12、基于t0和t1，計(jì)算平均腐蝕速率v1，具體公式為：

13、基于平均腐蝕速率v1計(jì)算瞬時(shí)腐蝕速率v1'；

14、計(jì)算目標(biāo)鋼性物上每個(gè)點(diǎn)位腐蝕速率數(shù)據(jù)；

15、對(duì)所有點(diǎn)位腐蝕速率數(shù)據(jù)進(jìn)行威布爾分布擬合，得到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的腐蝕速率監(jiān)測(cè)結(jié)果。

16、在一些實(shí)施例中，所述的計(jì)算目標(biāo)鋼性物上每個(gè)點(diǎn)位腐蝕速率數(shù)據(jù)，具體為：對(duì)犧牲板厚度基于由薄到厚的順序進(jìn)行計(jì)算。

17、在一些實(shí)施例中，所述的對(duì)所有點(diǎn)位腐蝕速率數(shù)據(jù)進(jìn)行威布爾分布擬合，具體為：依次將目標(biāo)鋼性物上點(diǎn)位的腐蝕速率數(shù)據(jù)輸入威布爾分布模型進(jìn)行擬合，威布爾分布公式為：

18、

19、其中：其中：r(t)為腐蝕速率，d∞為目標(biāo)鋼性物厚度，t為時(shí)間，tst為平移參數(shù)，β為待擬合的形狀參數(shù)，η為待擬合的比例參數(shù)。

20、在一些實(shí)施例中，所述威布爾分布擬合過(guò)程中，通過(guò)改變尺度參數(shù)和形狀參數(shù)使威布爾分布自適應(yīng)。

21、在一些實(shí)施例中，所述單模光纖表面的鐵碳鍍層發(fā)生腐蝕時(shí)，鍍層折射率變化使長(zhǎng)周期光柵和溫度補(bǔ)償光柵的諧振波長(zhǎng)發(fā)生漂移，通過(guò)將長(zhǎng)周期光柵和溫度補(bǔ)償光柵波長(zhǎng)變化的光譜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為腐蝕效率實(shí)現(xiàn)腐蝕監(jiān)測(cè)過(guò)程。

22、在一些實(shí)施例中，所述的將光譜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為腐蝕速率，具體為：根據(jù)波長(zhǎng)變化建立波長(zhǎng)漂移與時(shí)間的關(guān)系曲線，根據(jù)電化學(xué)測(cè)試建立腐蝕速率與時(shí)間的關(guān)系曲線，通過(guò)時(shí)間對(duì)齊，轉(zhuǎn)化得到波長(zhǎng)變化與腐蝕速率關(guān)系。

23、本申請(qǐng)的技術(shù)方案至少具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

24、本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N海洋浪濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕傳感器，在單模光纖上刻寫(xiě)長(zhǎng)周期光柵和溫度補(bǔ)償光柵，并且在長(zhǎng)周期光柵上電鍍鐵碳鍍層，進(jìn)而提高整個(gè)傳感器的靈敏度；接著通過(guò)設(shè)置的封裝保護(hù)組件，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)傳感器工作壽命的提高，同時(shí)，設(shè)置的封裝保護(hù)組件還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)長(zhǎng)周期光柵和溫度補(bǔ)償光柵的保護(hù)作用，設(shè)置多個(gè)長(zhǎng)周期光柵、多個(gè)溫度補(bǔ)償光柵并對(duì)其相應(yīng)的配備封裝保護(hù)組件，能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)監(jiān)測(cè)的同時(shí)，還能夠有效延長(zhǎng)所有長(zhǎng)周期光柵和溫度補(bǔ)償光柵的使用時(shí)間，延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)的時(shí)長(zhǎng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕進(jìn)行檢測(cè)的光纖腐蝕傳感器工作壽命較短且無(wú)法實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。

技術(shù)特征：

1.一種海洋浪濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕傳感器，其特征在于，包括：?jiǎn)文９饫w(1)，所述單模光纖(1)上間隔刻寫(xiě)多個(gè)長(zhǎng)周期光柵(2)和溫度補(bǔ)償光柵(3)，所述單模光纖(1)上具有長(zhǎng)周期光柵(2)的位置電鍍鐵碳鍍層，所述單模光纖(1)上具有長(zhǎng)周期光柵(2)的位置連接有封裝保護(hù)組件，所述長(zhǎng)周期光柵(2)和所述溫度補(bǔ)償光柵(3)光柵通過(guò)傳輸光纜連接至解調(diào)儀。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述封裝保護(hù)組件包括具有開(kāi)口的封裝盒(4)以及用于封閉所述封裝盒(4)開(kāi)口的犧牲板(5)，多個(gè)所述犧牲板(5)的厚度不同。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于，所述犧牲板(5)的材料以及所述鐵碳鍍層均與待檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)的材料相同。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于，所述長(zhǎng)周期光柵(2)和所述溫度補(bǔ)償光柵(3)的數(shù)量均為總腐蝕深度除以1毫米。

5.一種海洋浪濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述的計(jì)算目標(biāo)鋼性物上每個(gè)點(diǎn)位腐蝕速率數(shù)據(jù)，具體為：對(duì)犧牲板(5)厚度基于由薄到厚的順序進(jìn)行計(jì)算。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述的對(duì)所有點(diǎn)位腐蝕速率數(shù)據(jù)進(jìn)行威布爾分布擬合，具體為：依次將目標(biāo)鋼性物上點(diǎn)位的腐蝕速率數(shù)據(jù)輸入威布爾分布模型進(jìn)行擬合，威布爾分布公式為：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述威布爾分布擬合過(guò)程中，通過(guò)改變尺度參數(shù)和形狀參數(shù)使威布爾分布自適應(yīng)。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及借助于測(cè)定材料的化學(xué)或物理性質(zhì)來(lái)測(cè)試或分析材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種海洋浪濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕傳感器及監(jiān)測(cè)方法，該傳感器包括單模光纖，所述單模光纖上間隔刻寫(xiě)多個(gè)長(zhǎng)周期光柵和溫度補(bǔ)償光柵，所述單模光纖上具有長(zhǎng)周期光柵的位置電鍍鐵碳鍍層，所述單模光纖上具有長(zhǎng)周期光柵的位置連接有封裝保護(hù)組件，所述長(zhǎng)周期光柵和所述溫度補(bǔ)償光柵光柵通過(guò)傳輸光纜連接至解調(diào)儀。本申請(qǐng)解決了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕進(jìn)行檢測(cè)的光纖腐蝕傳感器工作壽命較短且無(wú)法實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：郭川睿,饒佳歡,曾偉杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2