引用本文:

张群英,闫磊,江雪,等. 锚索内嵌光纤布喇格光栅pH值传感器制作与性能分析[J]. 光通信技术,2021,45(5):40-43.

锚索内嵌光纤布喇格光栅pH值传感器制作与性能分析

张群英1,闫 磊2,江 雪1,亢文波1,朱万旭1*

(1.桂林理工大学 土木与建筑工程学院,广西 桂林 541004;2.桂林理工大学 地球科学学院,广西 桂林 541004)

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摘要:针对现有光纤光栅pH值传感器响应范围窄、灵敏度低和适用场合受限等因素而不能用于锚索内部pH值检测的问题,提出将光纤布喇格光栅(FBG) pH值传感器嵌在锚索内用以监测锚索内部的pH值方法。分析了FBG pH值传感器的工作原理,并将FBG pH值传感器嵌在钢绞线上进行了相应的试验研究。试验结果表明:在pH值为4~11时,锚索内嵌FBG pH值传感器存在一个最佳的涂覆厚度,使传感器的pH值响应灵敏度达到最大值,且将FBG pH值传感器嵌在钢绞线内时未改变FBG的温度特性。

关键词:pH值传感器;光纤布喇格光栅;水凝胶;锚索;钢绞线

中图分类号:TN256 文献标志码:文章编号:1002-5561(2021)05-0040-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.05.009

0 引言
       由于锚索的工作环境往往存在着大量的侵蚀性介质,再加上防护系统不够完善,因此腐蚀成为影响锚索锚固结构可靠工作的重要问题[1]。针对锚索腐蚀问题,李英勇等人[2-3]通过室内试验考察了pH值对其产生的影响,但未提及获取锚索内部pH值的方式。传统的pH值检测方式虽然技术成熟,却不能满足远距离连续检测及较恶劣环境检测的需求。为了克服传统pH值检测方式的缺点,国内外学者研究了基于光纤光栅传感技术的pH值传感技术。陈海云等人[4-7]等采用pH敏感膜与长周期光纤光栅制成的pH值传感器虽然具有较高的灵敏度,但容易受到弯曲度等交叉敏感因素的影响。Pabbisetti V N K等人[8-11]研制的pH值传感器的pH值响应范围分别为3~7、3~6.5、5~7和10~12,响应范围较窄,而Lin Y等人[12]所研制的传感器灵敏度却只有23.6 pm/pH。Lei M等人[13]提出基于直插式马赫-曾德尔干涉仪的光纤布喇格光栅(FBG)复合光纤传感器的pH值和温度灵敏度分别为-0.27 nm/pH和0.088 nm/℃,该传感器虽然具有宽测量范围和高稳定性的特点,但却不能实现锚索内部环境的监测。Hartings M R等人[14]提出基于花青素溶液与聚合物结合涂覆在FBG上得到的传感器可在pH值为2.5~10的范围内响应,但却容易受到温度的影响。
  因此,本文提出将FBG pH值传感器嵌于锚索内部用以监测锚索的pH值,为锚索腐蚀评价提供参考。

4 结束语
       为实现锚索内部pH值检测,本文将FBG pH值传感器嵌于钢绞线上进行试验研究。从试验结果可知:由于水凝胶可能产生过大膨胀和张力将FBG的纤芯折断,涂覆在FBG上的水凝胶存在着一个最佳的涂覆厚度使其pH值响应灵敏度达到最大值,且将传感器嵌在钢绞线内没有改变FBG的温度特性。这对利用FBG和水凝胶实现锚索内部pH值的测量具有一定的参考意义。