《悬索桥用内置光纤光栅传感器平行钢丝索股》

ICS号

CCS号

团体标准

T/CHTSXXXXX-XXXX

悬索桥用内置光纤光栅传感器

平行钢丝索股

Parallelwirestrandswithquasi-distributedfiber

Bragggratingsensorsforsuspensionbridge

（征求意见稿）

xxxx-xx-xx发布xxxx-xx-xx实施

中国公路学会发布

目次

1范围......................................................................1

2规范性引用文件.............................................................2

3术语和符号.................................................................3

3.1术语和定义............................................................3

3.2符号..................................................................4

4分类、结构、规格与型号.....................................................5

4.1分类..................................................................5

4.2结构..................................................................5

4.3规格..................................................................8

4.4型号..................................................................8

5技术要求...................................................................9

5.1外观和尺寸............................................................9

5.2材料..................................................................9

5.3力学性能.............................................................10

5.4感知性能.............................................................11

6试验方法..................................................................12

6.1外观和尺寸...........................................................12

6.2材料.................................................................12

6.3力学性能.............................................................13

6.4感知性能.............................................................13

7检验规则..................................................................14

7.1检验分类.............................................................14

7.2检验项目.............................................................14

7.3判定与复验规则.......................................................15

8标志、包装、运输和储存....................................................16

8.1标志.................................................................16

8.2包装.................................................................16

8.3运输.................................................................16

8.4储存.................................................................16

附录A（资料性附录）成品数字索股拉伸性能试验方法...........................17

附录B（资料性附录）成品数字索股温度感知性能试验方法.......................18

附录C（资料性附录）成品数字索股湿度感知性能试验方法.......................19

附录D（资料性附录）成品数字索股安装、标定和使用...........................20

用语说明....................................................................21

悬索桥用内置光纤光栅传感器平行钢丝索股

1范围

本文件规定了悬索桥主缆用内置光纤光栅传感器平行钢丝索股的分类、结构、规格和型号、技

术要求、试验方法、检验规则，以及标志、包装、运输和储存等要求。

本文件适用于悬索桥主缆用内置光纤光栅传感器平行钢丝索股的生产、检验和使用。

1

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本

文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法

GB/T7424.21光缆总规范第21部分：光缆基本试验方法机械性能试验方法

GB/T15972.10光纤试验方法规范第10部分：测量方法和试验程序总则

GB/T17101桥梁缆索用热镀锌或锌铝合金钢丝

GB/T18459传感器主要静态性能指标计算方法

GB/T36483悬索桥用主缆平行钢丝索股

JT/T1104桥梁用热镀锌铝合金钢丝

JG/T421土木工程用光纤光栅温度传感器

YD/T629.1光纤传输衰减变化的监测方法传输功率监测法

YD/T1588.2光缆线路性能测量方法第2部分：光纤接头损耗

YD/T3128通信用基于波长检测的光纤布拉格光栅

2

3术语和符号

3.1术语和定义

3.1.1光纤光栅传感器fiberbragggratingsensor

以光纤光栅作为敏感元件，通过外场作用下光纤光栅中心波长变化来获取或转换环境信息的一

类光学传感元件。

3.1.2光栅阵列温度传感光纤gratingarraytemperaturesensingfiber

分布有多个温度光纤光栅传感器的光纤，兼具感知、传输且满足光纤成缆机械性能的光纤传感

元件。

3.1.3光栅阵列湿度传感光纤gratingarrayhumiditysensingfiber

分布有多个湿度光纤光栅传感器的光纤，兼具感知、传输且满足光纤成缆机械性能的光纤传感

元件。

3.1.4数字光单元digitalopticalunit

由光栅阵列传感光纤和保护材料组成的构件，其具备光纤保护、测量、通讯等功能。

3.1.5内置光纤光栅传感器平行钢丝索股prefabricatedparallelwirestrandswithquasi-distributedfiber

Bragggratingsensors

由数字光单元和平行钢丝编丝组合，两端经过灌铸并安装带有光纤信号接口锚具的成品索股，

简称数字索股。

3.1.6光纤法兰opticalfiberconnector

一种实现光信号分路/合路，或用于延长光纤链路的元件。

3.1.7光纤尾纤opticalfiberlead

将光栅阵列传感光纤与光纤法兰相连的光纤线路。

3

3.1.8光纤余长fiberexcesslength

数字光单元内光栅阵列传感光纤长度与数字光单元长度的差值和数字光单元长度的比值。

3.1.9拉伸性能tensileproperty

在不同荷载下，数字索股内光栅阵列传感光纤的衰减、光纤伸长应变和数字索股应变与加在数

字索股上的荷载的函数关系。

3.1.10透气率airpermeability

单位长度内数字光单元上透气孔总面积和与数字光单元内对应透气钢管表面积的比值。

3.2符号

d——数字光单元公称直径，单位为毫米（mm）；

Pb——数字索股公称破断力，单位为牛（N）；

dB——光纤每单位长度上的衰减；

RH——相对湿度。

4

4分类、结构、规格与型号

4.1分类

4.1.1按数字索股内置光纤光栅传感器种类其分为：

1)测温型数字索股，代号T；

2)测湿型数字索股，代号H。

4.2结构

4.2.1数字光单元由封装光栅阵列传感光纤的钢管和高强钢丝绞制组成，绞制后数字光单元公称直

径应与索股内其他钢丝直径相同，见图4.2.1。

54

dd

123

123

（a）测温数字光单元（b）测湿数字光单元

说明：1-钢丝；2-钢管；3-温度光栅阵列传感光纤；4-湿度光栅阵列传感光纤；5-透气钢管。

图4.2.1数字光单元结构示意

5

4.2.2数字索股断面由若干高强钢丝与数字光单元平行紧密排列而成，数字光单元应布置在索股中

心，见图4.2.2。

1

2

3

说明：1-索股定型材料；2-高强钢丝；3-数字光单元。

图4.2.2数字索股断面

4.2.3数字索股锚具宜采用热铸锚具，锚具内应包含光纤尾纤、光纤法兰、光纤法兰固定板、隔热

护套等构件，见图4.2.3。

87654321

910

说明：

1-封板；6-隔热护套；

2-光纤法兰固定板；7-数字光单元；

3-光纤法兰；8-索体；

4-光纤尾纤；9-锚头；

5-分丝板；10-灌铸材料；

图4.2.3数字索股锚具构造

6

4.2.4成品数字索股由数字光单元、锚具、索体、索体定型材料等组成，见图4.2.4。

123456

说明：

1-光纤法兰及固定板；4-数字光单元；

2-光纤尾纤；5-定型缠包带；

3-锚头；6-索股。

图4.2.4成品数字索股结构示意图

4.2.5成品数字索股在主缆中布置可采用“1+6”布置，如图4.2.5所示。

2

1

说明：1-数字索股；2-一般索股。

图4.2.5成品数字索股在主缆内布置位置

7

4.3规格

4.3.1悬索桥用内置光纤光栅传感器平行钢丝索股常见规格主要技术参数见表4.3.1-1。

表4.3.1-1成品数字索股主要技术参数

规格钢丝类型数量公称直径mm单根理论面积mm2

测温数字光单元1619.98

T-PPWS6-127

钢丝126628.27

测湿数字光单元1617.97

H-PPWS6-127

钢丝126628.27

注：T代表测温；H代表测湿；PPWS代表平行钢丝索股；6代表钢丝直径；127代表索股断面总钢丝根数。

4.4型号

4.4.1数字索股型号在GB/T36483表示方法基础上，应新增数字光单元相关信息，其表示方法见

图4.4.4。

()

数字光单元内的光纤余长，单位为（‰）

数字光单元内光栅间距，单位为米（m）

数字光单元公称直径，单位为毫米（mm）

数字索股类型，见4.1

原成品索股型号，见GB/T36483

图4.4.1数字索股型号表示方法

示例：

126根直径6.0mm，抗拉强度为1770MPa的高强镀锌铝钢丝与1根公称直径为6.0mm，光栅间距1米光纤余长

为4.0‰的可测量湿度数字光单元形成的数字索股，编号为69，其型号表示为：PPWS6.0-127-1770-ZnAl-69（H）6.0-

1-4.0。

8

5技术要求

5.1外观和尺寸

5.1.1光栅阵列传感光纤外观应光洁、无锋棱、毛刺和裂痕。光纤尾纤应无损伤，标识应清晰。光

栅阵列传感光纤与光纤尾纤的连接应熔接牢固。光纤法兰与光纤法兰固定板应连接牢靠。

5.1.2数字光单元表面不应有锈蚀，不应有折断、横裂和相互交叉的钢丝。数字光单元内钢管不应

有压扁等缺陷，不应有油、润滑脂等物质。

5.1.3索股与锚具外观和尺寸应符合GB/T36483的规定。

5.2材料

5.2.1光栅阵列温度与湿度传感光纤性能应符合表5.2.1-1。

表5.2.1-1光栅阵列温度与湿度传感光纤主要性能参数

项目参数

反射率≥0.1‰

半峰全宽<0.1nm

中心波长范围1510-1590nm

模场直径@1550nm6μm（典型值）

包层直径125±1μm

破断力≥50N

弯曲半径≥5cm

光栅间距1m/2m/5m（典型值）

传输损耗@1550nm≤1dB/km

涂覆层材料丙烯酸酯聚酰亚胺

涂覆层直径250±1μm（典型值）150±1μm（典型值）

工作温度-20℃-120℃-20℃-200℃

5.2.2数字光单元的相关性能应符合表5.2.2-1。

9

表5.2.2-1数字光单元主要性能参数

类型项目参数

公称直径dd±0.2mm

捻距12d~16d

光纤余长≥4.0‰

整体结构透气率≥1.0%

径向抗压强度≥10MPa

轴向变形量≥5000με

盘卷直径≥1500mm

钢丝直径d/3±0.02mm

钢管材料不锈钢316L

组成部件

钢管直径d/3±0.05mm

钢管壁厚0.15~0.20mm

光栅阵列温度传感光纤传输损耗(@1550nm)≤1dB/km

光栅阵列传感光纤

光栅阵列湿度传感光纤传输损耗(@1550nm)≤1dB/km

5.2.3其他钢丝、索股定型材料与锚具及灌铸材料应符合GB/T36483的规定。

5.3力学性能

5.3.1成品数字索股相关力学性能应符合表5.3.1。

表5.3.1成品数字索股力学性能参数

项目参数

极限延伸率≥2%

断丝率≤2%

弹性模量（2.0±0.1）×105MPa

灌铸荷载检验顶锚试验灌铸料位移≤6mm

5.3.2成品数字索股拉伸性能应符合表5.3.2。

表5.3.2成品数字索股拉伸性能参数

荷载光纤光栅传感器应变（%）光纤附加衰减（dB）

0.4Pb无无明显附加衰减

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5.4感知性能

5.4.1成品数字索股测量感知性能应符合表5.4.1。

表5.4.1成品数字索股测量感知性能参数

类型项目参数

温度测量范围-20℃~80℃

温度测量

温度测量精度≤±1.0℃

湿度测量范围20%RH~95%RH

湿度测量

湿度测量精度≤±5.0%RH

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6试验方法

6.1外观和尺寸

6.1.1在自然光源或等效光源条件下，用目测、触摸、量具直接检查。

6.2材料

6.2.1光栅阵列传感光纤的性能试验应符合表6.2.1。

表6.2.1光栅阵列传感光纤性能试验方法

项目试验方法

反射率YD/T3128

半峰全宽GB/T15972.41

中心波长范围GB/T15972.44

模场直径@1550nmGB/T15972.45

包层直径GB/T15972.20

破断力GB/T15972.31

弯曲半径GB/T15972.47

光栅间距直尺

传输损耗@1550nmGB/T15972.40

涂覆层直径GB/T15972.21

工作温度GB/T15972.52

6.2.2数字光单元的性能试验应符合表6.2.2。

表6.2.2数字光单元性能试验方法

项目项目试验方法

公称直径d卡尺测量

捻距直尺测量

光纤余长GB/T15972.22

结构整体

钢管透气率目测与卡尺测量

径向抗压强度GB/T7424.21

轴向变形量GB/T7424.21

组成部件钢丝直径卡尺测量

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钢管直径卡尺测量

钢管壁厚卡尺测量

光栅阵列传感光纤衰减GB/T15972.40

6.2.3其他钢丝、索股定型材料与锚具及灌铸材料试验应符合GB/T36483的规定。

6.3力学性能

6.3.1数字索股的弹性模量、顶锚、静载试验等性能应按GB/T36483的规定进行试验。

6.3.2数字索股的拉伸性能应按附录A的规定进行试验。

6.4感知性能

6.4.1数字索股温度感知性能应按附录B的规定进行试验。

6.4.2数字索股湿度感知性能应按附录C的规定进行试验

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7检验规则

7.1检验分类

7.1.1数字索股检验分出厂检验和型式检验两类。

7.1.2出厂检验为生产厂在每批产品交货前应进行的检验。

7.1.3型式检验为对产品全面性能控制的检验。有下列情况之一时，应进行型式检验。

1)正式生产后，如原材料来源或工艺有改变，影响产品性能时；

2)正常生产时，每3年进行一次检验；

3)产品长期停产后，恢复生产时；

4)出厂检验结果与上次型式检验有较大差异时；

5)国家质量监督机构提出进行型式检验要求时。

7.2检验项目

7.2.1数字索股型式检验和出厂检验项目见表7.2.1。

表7.2.1数字索股型式检验与出厂检验项目

抽样数量抽样数量

序号检验项目技术要求试验方法型式检验出厂检验

（型式检验）（出厂检验）

1外观与尺寸5.16.1++一根全检

2光纤光栅传感器5.2.16.2.1+-一根一个项目一根

3数字光单元5.2.26.2.2+-一根一个项目一根

4力学性能及其他5.3.16.3.1+-一根按设计要求

5拉伸性能5.3.26.3.2+-一根每规格一根

6温度感知性能5.46.4.1++一根每规格一根

7湿度感知性能5.46.4.2++一根每规格一根

注：“+”表示需要检验，“-”为不检验，力学性能及其他代指索股现行规范GB/T36483所规定的检验项目

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7.3判定与复验规则

7.3.1成品数字索股型式检验和出厂检验应按检验项目表7.2.1进行检验，当均符合要求时，则判

定该批产品合格。

7.3.2当检验结果有1项及以上不合格时，对不合格项目加倍取样进行复检，复验合格，则判定该

批合格，否则判定为不合格。

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8标志、包装、运输和储存

8.1标志

8.1.1除符合GB/T36483的规定外，应在产品锚头内光纤法兰位置标记其对应光纤光栅类型，且

交货时应向用户提供下述技术资料。

1)质量证明文件：包括产品规格型号、性能试验结果、检验出厂日期、生产厂家质检部门印

记等；

2)产品使用说明书：包括产品内光纤光栅数量、初始波长、温度与湿度换算方法等。

8.2包装

8.2.1除符合GB/T36483的规定外，产品锚头应设置专用固定装置，防止在移动过程中锚具滑

落。

8.3运输

8.3.1应符合GB/T36483的规定。

8.4储存

8.4.1除符合GB/T36483的规定外，应保证储存温度控制在-10℃~+70℃范围内。

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附录A（资料性附录）成品数字索股拉伸性能试验方法

A.1拉伸性能试验方法

A.1.1拉伸性能试验应制作1根光纤光栅温度、湿度传感器各不少于3个数字索股短样。

A.1.2试件放置在水平张拉台座中，然后在数字索股尾端将光栅阵列传感光纤通过光纤跳线与解调

仪连接。

A.1.3试验所处环境温度和湿度应恒定，并用温湿度计记录变化。

A.1.4成品数字索股拉伸性能试验方法可参照如下步骤进行。

1)试验开始前，将数字索股短样通长展开，采集索股自由状态时对应的光栅波长数据5~10min，

作为光栅阵列传感光纤各光栅初始波长，并同步用温湿度计记录环境状态；

2)将数字索股短样安装到张拉台座上，预加载至0.1Pb然后完全卸载；

3)正式加载：0N→每0.05Pb分级加载，直至0.4Pb。每个荷载等级均持荷5min，加载速度

不大于100MPa/min；

4)重复上述过程2次，完成拉伸试验；

5)处理3次试验数据，在完成环境温湿度数据修正后，数字索股内各光栅波长在各等级荷载

下应无明显变化。

1234567

说明：1-光纤跳线；2-解调仪；3-张拉台座；4-数字索股试样；5-力传感器；6-千斤顶；7-温湿度计。

图A.1数字索股拉伸性能试验装置示意