一、光纤粘贴不牢固的影响
OFDR设备传感器常用的单模光纤,直径细如发丝,它能对桥梁、复合材料构件、管道等各类结构开展高精度的应变测试,是应变监测中不可或缺的传感元件。而光纤的粘贴布设质量直接决定测试效果,若粘贴过程中出现局部不牢固的问题,会影响应变数据的采集与分析,导致被测结构产生应变时,无法精准判断应变发生的具体位置,测试数据失去真实性。
为直观展示光纤粘贴不牢固的影响,我们以悬臂梁样品为测试对象开展实验,在悬臂梁表面粘贴两根相同的单模光纤,其中一根整段粘贴牢固,另一根在红框标注位置存在未粘贴牢固的情况。
图1悬臂梁样品如图2所示,悬臂梁是一端固定、一端自由的结构,受力后固定端承受最大的力,形变也最明显(既固定端应变最大),从固定端往自由端走,受力和形变会慢慢变小,自由端的受力和形变几乎为零(既自由端应变最小)。
图2悬臂梁加载图对该悬臂梁样品进行加载测试,施加正应变,测试结果如图2所示。左侧为粘贴牢固的光纤应变曲线,能精准反映出悬臂梁上各点位的真实应变值,其曲线变化与结构受力形变规律相同;右侧为存在粘贴不牢固问题的光纤应变曲线,在对应未粘牢的位置出现两处平行段。这是因为被测物受力形变时,未粘牢段的光纤无法与被测物表面协同形变,仅受到整体拉力作用,因此无法准确呈现各点的真实应变数据。
图3施加正应变随后对悬臂梁施加负应变,测试曲线如图3所示,与正应变测试结果一致,右侧光纤在之前未粘贴牢固的位置,再次出现两处明显的应变平行段,进一步验证了光纤粘贴不牢固对负应变测试数据的同样影响,说明无论承受拉应变还是压应变,未粘牢的光纤都无法有效采集局部应变信息。
图4施加负应变二、如何判断光纤粘贴不牢固
目测
光纤布设并完成胶水粘贴后,待胶水完全凝固,可先通过目测完成初步检查。正常粘贴牢固的情况下,凝固后的胶水会在光纤两侧形成均匀、连续的胶层,紧密包裹光纤并与被测物体表面无缝贴合。
检查时,可将被测结构置于光线充足的环境中,对光观察光纤的粘贴状态,查看胶层的连续性与完整性。若光纤表面及两侧无胶水凝固痕迹,或胶层出现断裂、空缺等情况,说明该段光纤大概率存在粘贴不牢固的问题,需对该区域进一步检测,及补粘处理。如图4粘贴对比图中,可看到上方一根光纤有两处明显的胶层空缺,为典型的粘贴不牢固情况。
图5粘贴对比图轻推
目测检查仅能发现较为明显的粘贴问题,部分细小的粘贴空隙、胶层与光纤或被测物贴合不紧密的情况,难以通过肉眼直接识别,此时可通过轻推的方式做进一步检测。
检测时,选用棉签、软胶棒等质地柔软的物体,避免对纤细的光纤造成损坏,轻轻推动光纤的各个区段。由于光纤本身具有一定的收缩性和柔韧性,若某段光纤粘贴不牢固,轻推时该段光纤会与被测物表面发生相对位移,出现被轻易推开、翘起的现象,如图5轻推光纤检测所示。出现此类情况,需对该区域进行补胶处理。
图6轻推光纤检测设备测试
目测和轻推为人工检测方式,可排查出大部分粘贴问题,但效率较低,且只适合较短光纤链路检测,大部分情况可借助OFDR设备开展检测,这也是验证光纤粘贴质量效率较高的方式。
对待测物施加小幅、均匀应变。观察应变曲线,若曲线连续、平滑,无明显的平行段、突变段,各点位应变值符合受力规律,说明光纤全程粘贴牢固,可投入正式测试;若曲线异常情况,说明该位置光纤布设存在问题,需对该段定位后重新处理,确保光纤粘贴质量达标。
三、总结
综上所述,在实验前需对光纤布设结果进行仔细检查,对光纤粘贴质量的保障,就是对应变数据真实性的保障。任何微小的脱胶都可能引发测试数据偏差,影响结构健康评估结论。
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