光纤腐蚀传感器概述

1、 讨论内容讨论内容存在问题及研究展望存在问题及研究展望光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器发展及应用光纤腐蚀传感器发展及应用光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器简介 光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器简介 光纤腐蚀传感器是在光纤传感器的基础上改进了光纤腐蚀传感器是在光纤传感器的基础上改进了的用于采集和传送腐蚀信息的新方法，主要用于的用于采集和传送腐蚀信息的新方法，主要用于监测由于腐蚀所造成的物体结构位移、振动、应监测由于腐蚀所造成的物体结构位移、振动、应力、温度、裂缝、湿度、疲劳和化学态等参量改力、温度、裂缝、湿度、疲劳和化学态等参量改变，从而来反映或预测腐蚀的发生及腐蚀程度。变，从而

2、来反映或预测腐蚀的发生及腐蚀程度。 光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器简介 光纤可以监测的腐蚀材料主要是飞行器使光纤可以监测的腐蚀材料主要是飞行器使用的铝材料、混凝土使用的钢筋和海洋环用的铝材料、混凝土使用的钢筋和海洋环境中的碳钢等。境中的碳钢等。 光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器的优点：光纤腐蚀传感器的优点：体积小、形状灵活体积小、形状灵活进行内部结构的多点监控进行内部结构的多点监控轻便简洁、抗电磁干扰轻便简洁、抗电磁干扰特别适合于隐蔽部位以及人无法看到和接触到的特别适合于隐蔽部位以及人无法看到和接触到的危险区域的腐蚀监测危险区域的腐蚀监测 发展及应用发展及应用 国际上第一次

3、应用光纤国际上第一次应用光纤传感器进行腐蚀监测的传感器进行腐蚀监测的是日本于是日本于19931993年在年在CalgaryCalgary城的城的Beddington TrailBeddington Trail桥桥上使用，为其他国家光上使用，为其他国家光纤腐蚀监测的使用奠定纤腐蚀监测的使用奠定了基础了基础。 发展及应用发展及应用 美国海军表面武器中心在美国海军表面武器中心在19951995年的年的ADAD报告中指出报告中指出，他们已将集成光纤传感系统用于船舶行业的腐，他们已将集成光纤传感系统用于船舶行业的腐蚀监测。蚀监测。 19971997年美国海军部长代表公开宣布已将光纤腐蚀年美国海军部长代表

4、公开宣布已将光纤腐蚀监控系统应用于船载飞机和船壳的腐蚀监控。监控系统应用于船载飞机和船壳的腐蚀监控。 发展及应用发展及应用 美国海军空军武器中心在美国海军空军武器中心在20002000年的国际腐蚀会议上综年的国际腐蚀会议上综述了腐蚀监测的现状，并提出利用特种材料光纤对腐述了腐蚀监测的现状，并提出利用特种材料光纤对腐蚀进行监测是武器装备、船舶、飞机等行业保护材质蚀进行监测是武器装备、船舶、飞机等行业保护材质“健康健康”，延长使用寿命的基本诊断方式。，延长使用寿命的基本诊断方式。 发展及应用发展及应用国内：国内：u中船重工中船重工725725所：董飒英所：董飒英u天津大学：雒娅楠天津大学：雒娅楠u

5、重庆大学重庆大学 黎学明黎学明u南京航天航空大学：吴谨南京航天航空大学：吴谨 光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器简介光光纤纤腐腐蚀蚀传传感感器器基于腐蚀环境参数监测基于腐蚀环境参数监测腐蚀保险丝腐蚀保险丝铁锈颜色测量铁锈颜色测量法布里法布里- -珀罗干涉仪珀罗干涉仪光纤光栅光纤光栅金属敏感膜金属敏感膜 光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器简介 基于腐蚀环境参数监测的光纤腐蚀传感器基于腐蚀环境参数监测的光纤腐蚀传感器 氯离子浓度、湿度、氯离子浓度、湿度、pHpH值等值等 不能与钢筋腐蚀建立单一的数学关系，必须综合不能与钢筋腐蚀建立单一的数学关系，必须综合监测钢筋表面湿度、监测钢筋表面湿度、O2O2、C

6、O2CO2、氯离子浓度及、氯离子浓度及PHPH值值等参数的变化，建立专家系统，才能比较合理地等参数的变化，建立专家系统，才能比较合理地判断钢筋腐蚀情况。判断钢筋腐蚀情况。 光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器简介腐蚀保险丝腐蚀保险丝微弯效应微弯效应不能不能连续连续反映腐蚀过程。反映腐蚀过程。 光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器简介铁锈颜色测量铁锈颜色测量 光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器简介缺点：缺点： 监测钢筋腐蚀程度不连续监测钢筋腐蚀程度不连续，只能根据预先设定的，只能根据预先设定的试剂监测铁锈是否生成，作阈值判断，反应早期腐试剂监测铁锈是否生成，作阈值判断，反应早期腐蚀。蚀。 测量结果不稳定测

7、量结果不稳定：铁锈的成分并非只有：铁锈的成分并非只有Fe2O3(Fe2O3(红红棕色棕色) )，还有，还有Fe3O4 (Fe3O4 (呈黑色或蓝黑色呈黑色或蓝黑色) )；光反射位；光反射位置置很难保证。很难保证。 光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器简介法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪热枕效应热枕效应树脂板厚度及弹性模量的选定影响测量树脂板厚度及弹性模量的选定影响测量精度精度。 光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器简介光纤光纤光栅光栅腐蚀传感器腐蚀传感器 光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器简介光纤光栅腐蚀传感器光纤光栅腐蚀传感器直接直接测量测量光栅的有效极限拉应变有限，限制了光栅的有效极限拉应变有限，

8、限制了监测范围监测范围 光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器简介金属敏感膜金属敏感膜铝合金材料被广泛用于飞机等设备。铝合金材料被广泛用于飞机等设备。M.W.WoodruffM.W.Woodruff等人早在上世纪九十年代早期就提等人早在上世纪九十年代早期就提出了在光纤上制作出了在光纤上制作AlAl金属敏感膜来监测金属敏感膜来监测AlAl的腐蚀的腐蚀状况。状况。 光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器简介金属敏感膜金属敏感膜AlAl膜膜 光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器简介 光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器简介Fe-CFe-C合金膜光纤腐蚀传感器相对合金膜光纤腐蚀传感器相对AlAl膜腐蚀传感器膜腐蚀传感器有

9、着更广泛的应用前景。如今普遍应用的钢筋混有着更广泛的应用前景。如今普遍应用的钢筋混凝土中的钢筋，大量埋地金属管道等等，其原始凝土中的钢筋，大量埋地金属管道等等，其原始材料都是材料都是Fe-CFe-C合金。由于钢筋通常是埋入混凝土合金。由于钢筋通常是埋入混凝土结构内部，难以直接接触，所以相对传统监测方结构内部，难以直接接触，所以相对传统监测方法，这种光纤传感方法显得更有意义。法，这种光纤传感方法显得更有意义。金属敏感膜金属敏感膜Fe-CFe-C合金膜合金膜 光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器简介 光纤腐蚀传感器简介光纤腐蚀传感器简介如何在光纤纤芯上制作出理想的金属膜层如何在光纤纤芯上制作出理想的金属膜层，使得它的腐蚀状态完全能够代表被测金，使得它的腐蚀状态完全能够代表被测金属的腐蚀状态。属的腐蚀状态。光纤腐蚀传感器的埋入工艺问题。光纤腐蚀传感器的埋入工艺问题。 存在问题及研究展望存在问题及研究展望 如何找出金属腐蚀状态与光纤输出之间的定如何找出金属腐蚀状态与光纤输出之间的定量、可靠的对应关系。量、可靠的对应关系。 传感器的放置、抗干扰、埋置工艺等问题。传感器