GB/T 33213-2016 无损检测 基于光纤传感技术的应力监测方法

　　ICS 19. 100 J 04

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 33213—2016

　　无损检测 基于光纤传感技术的应力

　　监测方法

　　Non-destructivetesting—Practice forstrain monitoringbased on fiber

　　sensingtechnology

　　2016-12-13发布 2017-04-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 33213—2016

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准由全国无损检测标准化技术委员会(SAC/TC56)提出并归 口 。

　　本标准起草单位 : 中国特种设备检测研究院 、北京中检希望科技有限公司 、华东理工大学 、重庆大学 、南京市特种设备安全监督检验研究院 、厦门市特种设备检验检测院 、广州市特种机电设备检测研究院 、天津市特种设备监督检验技术研究院 、安庆市特种设备监督检验中心 。

　　本标准主要起草人 :丁克 勤 、涂 善 东 、陈 光 、陈 伟 民 、陈 显 锋 、陈 力 、黄 学 斌 、王 浩 、冯 月贵 、王 新 华 、张晋军 、夏艳光 、伏喜斌 、胡静波 、黄国健 、刘伟平 、陈东利 、刘关四 。

　　无损检测 基于光纤传感技术的应力

　　监测方法

　　1 范围

　　本标准规定了基于光纤传感器的应力监测技术 、方法和要求 。

　　本标准适用于利用点式 、分布式光纤传感技术实现机械设备或结构的应力状态监测 ,如特种设备 、钢结构等 。

　　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/T 13992 金属粘贴式电阻应变计

　　GB/T 13993. 2 通信光缆 第 2部分 :核心网用室外光缆

　　GB/T 16529. 3 光纤光缆接头 第 3部分 :分规范 光纤光缆熔接式接头

　　3 人员要求

　　按本标准进行应力监测的人员应经过相关专业培训 。

　　4 监测前的准备

　　在进行监测前 ,需要通过资料审查和现场实地考察获取一些基本信息 ,至少应包括如下的要素 :

　　a) 监测人员的资格 ;

　　b) 监测计划 ;

　　c) 监测仪器设备 ;

　　d) 监测校准状态 ;

　　e) 信号记录 ;

　　f) 记录表格和报告格式 ;

　　g) 母材的成分或等级 ;

　　h) 待监测结构的位置和范围 ;

　　i) 监测结构表面几何形状 ;

　　j) 表面状态 ;

　　k) 其他有助于机械结构健康监测的信息 。

　　5 传感器的选择和布置

　　5. 1 测点布置

　　根据设计单位的要求 、有限元仿真分析结果以及历史损伤数据分析等方法 ,给出被测对象的理论应

　　GB/T 33213—2016

　　力分布 、大小和方向 ,据此确定应力测点的位置 、测量范围 、灵敏度和数量 。

　　5.2 光纤应变传感器

　　5.2. 1 光纤应变传感器包括点式光纤应变传感器和连续式光纤应变传感器 。

　　5.2.2 点式光纤应变传感器是指针对单元点进行结构局部应变变化测量的光纤传感器 ,如光纤光栅应变传感器 、光纤法珀应变传感器或其他 。

　　点式光纤应变传感器应得到有资质的第三方测试认证 ,具有测试证书 ,其测试证书内容至少应包括 :测量范围 、线性度 、灵敏度 、信噪比 、重复性 、温度系数和预期寿命等 。

　　5.2.3 连续式光纤应变传感器是指一种经过特殊被覆处理的特种光缆 , 当其整体埋/置入被测结构后 ,被覆层能将结构的应变传递给光纤 ,使光纤既作为应变传感的敏感元件 、又作为光信息的传输介质 , 以实现应变的连续分布式测量 。

　　连续式光纤应变传感器应得到有资质的第三方测试认证 ,具有测试证书 ,其测试证书内容至少应包括 :空间分辨力 、应变分辨力 、温度系数和预期寿命等 。

　　6 光纤应力监测系统

　　6. 1 基于点式光纤应变传感器的应力监测系统

　　6. 1. 1 系统组成

　　系统包括传感器 、解调仪 、传输光缆 、二次仪表和计算机等部分 。各组成部分应经过有资质的第三方测试合格后方可使用 。并随附出厂测试合格证 。

　　系统使用时 ,应具有温度补偿功能 。

　　6. 1.2 点式光纤应变传感器

　　用于设备和结构应力监测的点式光纤应变传感器应满足 5. 2 的要求 。

　　6. 1.3 解调仪

　　根据传感器的数量选择解调仪通道数 ,应至少预留 10%通道数 ,解调仪性能指标和长期稳定性应经过有资质的第三方认证 ,获得测试证书 ,其测试证书内容至少应包括 :通道数 、波长范围 、扫描频率 、应变分辨力 、波长重复性 、稳定度和长期可靠性等指标 。

　　6.2 基于连续式光纤传感技术的应力监测系统

　　光纤连续式应力监测系统包括连续式光纤应变传感器 、传输光缆和分布式光纤测量仪组成 。

　　根据被测对象特点 ,选择合适的传感光缆 ,并附有详细测试指标的合格证书 。

　　分布式光纤测量仪是基于光纤传播中的背向散射特性 、并利用光雷达技术 ,获取沿光纤长度方向上各点的光散射信号 ,并通过数据处理解析出外界作用场的信息 ,从而获得光纤轴向的分布场信息的特种仪器 。分布式光纤测量仪需与传感光缆匹配 ,并附有详细测试指标的合格证书 。

　　6.3 传输光缆及附件

　　6.3. 1 传输光缆

　　用于户外安装的光缆应使用直埋或架空型铠装护套光缆 。

　　6.3.2 光纤分路器

　　根据传感器的数量选择合适的光纤分路器类型 ,并附有详细测试指标的合格证书 。

　　6.4 数据采集、传输与保存

　　6.4. 1 数据采集

　　数据采集仪器及二次仪表应安放在被测对象附近具有良好保护性能的机箱或机房内 ,应避免震动 、高低温 、潮湿 、电磁干扰 ,且有较好的供电稳定性等 。

　　数据采集可采用动态 、静态两种方式 ,可连续采集或定时触发两种模式之一 ,其中动态采集的采样频率或定时触发的采样间隔 ,可根据实际需要确定 。

　　6.4.2 数据传输

　　采集仪与外界的数据传输可采用无线方式和有线方式 ,应确保数据的完整性与可靠性 。

　　6.4.3 数据保存

　　数据保存内容包括 :

　　a) 仪器初始参数 :在仪器第一次启动时 ,初始阶段全部参数 ,如初始光谱 、应变 、温度等 ;

　　b) 测量结果 :仪器正常运行期间的最终测量结果 ,如时间 、温度和应变 ;

　　c) 校正参考数据 :每年一次获取的参数作为校正参考值 ,如时间 、光谱 、应变 、温度等 。

　　7 传感系统的安装

　　7. 1 点式光纤应变传感器安装

　　7. 1. 1 表面焊接式

　　利用特制焊枪将传感器焊接在机械结构表面 ,使其与机械结构结合紧密 。

　　传感器焊接后应释放应力 。

　　7. 1.2 表面胶粘式

　　在特殊短期工作情况下 ,可采用环氧树脂胶或特定其他胶将传感器粘贴在机械结构表面 ,粘接工艺按照 GB/T 13992的规定进行 ,但尽量避免长期使用 。

　　安装表面不应钻孔 、开槽等破坏结构的操作 ,安装后进行防锈处理 。

　　7.2 点式光纤应变传感器与解调仪连接

　　根据实际需要 ,可采用首尾串接和分支并接两种方式 。

　　首尾串接 ,建议采用首尾串接方式的光纤应变传感器数量每通道尽量控制在 3个以内 。

　　分支并接 ,采用分支并接方式的光纤应变传感器数量每通道尽量控制在 8个以内 。

　　7.3 连续式光纤应变传感器安装

　　按照空间分辨力设定安装支点 ,安装支点采用焊接或胶粘方式 ,在条件许可时 ,尽量采用焊接方式 ,传感光缆应固定在安装支点上 。

　　安装支点焊接后应释放应力 ,并做防锈处理 。

　　7.4 点式光纤温度传感器安装

　　点式光纤温度传感器用于应变传感器的补偿 ,应安装在应变传感器监测点的附近位置 ,保证与应变传感器严格处于同一温度场中 ,并且确保不受力 。

　　7.5 传输光缆及附件

　　7.5. 1 传输光缆

　　传输光缆安装按 GB/T 13993. 2。

　　7.5.2 光纤接续(安装)

　　光纤接续施工按 GB/T 16529. 3,并在一年后复检其接头插入损耗 ,其增量不超过 1 dB。

　　7.5.3 光纤分路器

　　光纤在一年后复检其插入损耗及分束比 。

　　7.5.4 光缆接续盒

　　光缆接续盒安装按 GB/T 13993. 2。

　　8 仪器设备系统的维护

　　应对仪器设备进行周期性的检查和调节来校正仪器的功能 。在现场进行监测时 ,如发现仪器设备产生错误或部分变化 ,也应对仪器进行功能的检查和调节 。维护工作应按照制定的书面程序进行 ,并应对每次维护检查的结果进行记录 。

　　9 应力计算

　　在忽略结构的机械蠕变 、环境温度的热胀冷缩条件下 ,根据式(1)计算应力 :

　　σ= E ·ε …………………………( 1 )

　　式中 :

　　σ— 施加载荷作用下的测试应力值 ;

　　E— 弹性模量 ;

　　ε— 应变测量值 。

　　10 报告

　　监测报告的内容应根据监测要求制订 ,应至少包括以下要素 :

　　a) 监测单位的名称(如适用) ;

　　b) 母材材质 ;

　　c) 光纤传感器及解调仪型号 ;

　　d) 光纤传感器安装位置 ;

　　e) 机械结构工况信息 ;

　　f) 传感器安装工艺 ;

　　g) 传感网络设计方法 ;

　　h) 应力时程数据 ;

　　i) 应力分析报告 ;

　　j) 监测人员姓名和监测 日期 ;

　　k) 用户签名和有关资质授权签字(如适用) 。