一種新型傳感器及其制造方法和實施方法技術

本發明專利技術涉及一種新型傳感器及其制造方法和實施方法，所述新型傳感器用于監測涂層和基體界面處氯離子濃度，所述新型傳感器包括一C字型凹槽本體和一摻雜硼鍺的長周期光纖光柵，所述長周期光纖光柵置于C字型凹槽本體的軸心位置，且在C字型凹槽本體的兩端通過環氧樹脂將長周期光纖光柵與C字型凹槽本體固定。本發明專利技術的優點在于：本發明專利技術新型傳感器能夠通過實時監測涂層和基體金屬界面處氯離子濃度的變化情況，預測基體金屬發生腐蝕的時間和腐蝕速率，評估結構物的耐久性剩余使用壽命；當結構物耐久性不足時，提前采取科學合理的維護措施，提高結構物的耐久性，降低后期維修費用和全壽命成本。

【技術實現步驟摘要】
一種新型傳感器及其制造方法和實施方法
本專利技術涉及海洋環境下腐蝕介質監測領域，涉及一種新型傳感器，特別涉及一種用于監測涂層和基體界面處氯離子濃度的傳感器及其制造方法和實施方法。
技術介紹
腐蝕是導致服役于海洋環境下的金屬材料失效破壞的最主要因素之一。涂層是目前海洋環境下金屬結構物最常用的防腐措施，可以有效的抑制和延緩結構物的腐蝕。然而，涂層內部含有許多微觀通道，且隨著腐蝕時間的延長，涂層在陽光、雨水等因素的作用下會逐漸老化，導致其保護效果的降低，海水中的腐蝕介質（水分、氯離子）就會通過涂層擴散到涂層與基體金屬界面處，隨著氯離子濃度的不斷積聚，基體金屬發生腐蝕。因此，對有涂層保護的金屬結構物，仍需采取必要的監測手段，監測基體金屬的腐蝕狀態，保證結構物的服役安全性。對于帶涂層金屬構件的腐蝕監測，前人已做了些研究，如公開號為CN105987943A公開一種通過在涂層和基體界面處預埋微電極，構筑三電極測試系統，監測基體金屬的腐蝕狀態。公開號為CN206479439U同樣公開了一種通過構筑三電極測試系統來監測涂層腐蝕的監測探頭，探頭有涂有涂層的工作電極、輔助電極和參比電極構成。該類傳感器不能預測集體金屬發生腐蝕的時間，評估結構物的耐久性剩余使用壽命。因此，研發一種能夠通過實時監測涂層和基體金屬界面處氯離子濃度的變化情況，預測基體金屬發生腐蝕的時間和腐蝕速率，評估結構物的耐久性剩余使用壽命的新型傳感器及其制造方法和實施方法是非常有必要的。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種能夠通過實時監測涂層和基體金屬界面處氯離子濃度的變化情況，預測基體金屬發生腐蝕的時間和腐蝕速率，評估結構物的耐久性剩余使用壽命的新型傳感器及其制造方法和實施方法。為解決上述技術問題，本專利技術的技術方案為：一種新型傳感器，所述新型傳感器用于監測涂層和基體界面處氯離子濃度，其創新點在于：所述新型傳感器包括一C字型凹槽本體和一摻雜硼鍺的長周期光纖光柵，所述長周期光纖光柵置于C字型凹槽本體的軸心位置，且在C字型凹槽本體的兩端通過環氧樹脂將長周期光纖光柵與C字型凹槽本體固定。進一步地，所述C字型凹槽本體中還設置有水凝膠材料。進一步地，所述長周期光纖光柵長度為10～60mm，周期為300～650μm。進一步地，所述長周期光纖光柵表面沉積有納米尺度的金或銀貴金屬膜層，粒徑范圍為3～30nm，厚度為10～50nm。進一步地，所述C字型凹槽本體所用材料為金屬或塑料中的一種，且所述C字型凹槽本體外部尺寸為50mm×3mm×3mm，中間30mm長度一段的兩側壁厚為1.2mm，底部壁厚為0.5mm；兩端各有長度為10mm的壁厚為0.5mm。進一步地，所述水凝膠材料由纖維素類材料或膨潤土中的任一種制成。一種上述的新型傳感器的制造方法，其創新點在于：所述制造方法包括如下步驟：（1）制作長周期光纖光柵；（2）采用3D打印增材制造技術制備C字型凹槽本體；（3）將摻雜硼鍺的長周期光纖光柵置于C字型凹槽本體的軸心位置，用快速固化膠水先將長周期光纖光柵的一端固定在C字型凹槽本體的一端，再輕輕拉直長周期光纖光柵，用快速固化膠水將長周期光纖光柵的另一端固定在C字型凹槽本體的另一端上，然后再用環氧樹脂在C字型凹槽本體的兩端對長周期光纖光柵進行固定。進一步地，所述步驟（3）后增加制備水凝膠材料，在水凝膠材料膠凝之前注入到凹槽中，待材料膠凝后，并制成所述的傳感器。一種上述的新型傳感器的實施方法，其創新點在于：所述實施方法包括如下步驟：（1）在涂料涂裝前，在要監測的基體金屬表面加工一長度為60～70mm、寬度和深度均為3.0～3.5mm長方體凹槽；（2）在長方體凹槽的內表面涂上環氧樹脂漆；（3）將新型傳感器放置于長方體凹槽中，C字型凹槽本體的開口面朝向外表面，并保持C字型凹槽本體的開口面與金屬結構物的表面齊平；（4）待環氧樹脂固化后用砂紙將溢出的環氧樹脂打磨平整。本專利技術的優點在于：本專利技術基于光纖傳感技術，公開的一種監測涂層和基體金屬界面處氯離子濃度的傳感器，可以實時監測界面處氯離子濃度的變化情況，預測基體金屬發生腐蝕的時間和腐蝕速率，評估結構物的耐久性剩余壽命；當結構物耐久性不足時，提前采取科學合理的維護措施，提高結構物的耐久性，降低后期維修費用和全壽命成本；此外，當傳感器應用于平均潮位以下的金屬構件上時，C字型凹槽本體中可無需填充水凝膠材料，C字型凹槽本體作為微量水分收集器，進而傳感器可分為填裝水凝膠的傳感器及無填充水凝膠的傳感器兩種。附圖說明下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明。圖1為本專利技術新型傳感器的橫向結構示意圖。圖2為本專利技術新型傳感器的端面剖面結構示意圖。圖3為本專利技術新型傳感器的中部剖面結構示意圖。具體實施方式下面的實施例可以使本專業的技術人員更全面地理解本專利技術，但并不因此將本專利技術限制在所述的實施例范圍之中。實施例1本實施例新型傳感器，該新型傳感器用于監測涂層和基體界面處氯離子濃度，如圖1、2和3所示，所述新型傳感器包括一C字型凹槽本體2和一摻雜硼鍺的長周期光纖光柵1，長周期光纖光柵1置于C字型凹槽本體2的軸心位置，且在C字型凹槽本體2的兩端通過環氧樹脂4將長周期光纖光柵1與C字型凹槽本體2固定，C字型凹槽本體2中還設置有水凝膠材料3。實施例中，所述的長周期光纖光柵1為硼鍺摻雜的石英光纖，光柵的制備采用現有常用的制備方法制備，光柵長度為10～60mm，光柵周期為300～650μm；此外，采用離子束濺射沉積方法在長周期光纖光柵1表面沉積納米尺度的金或銀貴金屬膜，粒徑為3～30nm，厚度10～50nm。C字型凹槽本體2，材質為金屬或塑料，采用3D打印增材制造技術制備。實施例中，水凝膠材料3采用甲基纖維素或膨潤土制備而成，具體的制備工藝如下：甲基纖維素為甲基纖維素M20，粘度位于17.0～23mPa.s，水分≤5%；將水加熱到70～100℃，按每5mL水加入1g甲基纖維素向熱的水中加入甲基纖維素，慢慢攪拌均勻后，在空氣中進行冷卻，即可制得甲基纖維素水凝膠材料。采用蒙脫土含量大約90%，分子量大約為720的膨潤土；按每1g膨潤土與4mL水混合，攪拌均勻后，在空氣中靜置一段時間后，即可制得膨潤土水凝膠材料。本實施例一種監測涂層與基體金屬界面處氯離子濃度的長周期光纖光柵傳感器的制造方法，包括以下步驟：（1）制作長周期光纖光柵1；（2）采用3D打印增材制造技術制備成外部尺寸為50mm×3mm×3mm，中間30mm長度一段的兩側壁厚為1.2mm，底部壁厚為0.5mm；兩端各有長度為10mm的壁厚為0.5mm的C字型凹槽本體2；（3）將摻雜硼鍺的長周期光纖光柵1置于C字型凹槽本體2的軸心位置，用快速固化膠水先將長周期光纖光柵1的一端固定在C字型凹槽本體2的一端，再輕輕拉直長周期光纖光柵1，用快速固化膠水將長周期光纖光柵1的另一端固定在C字型凹槽本體2的另一端上，然后再用環氧樹脂4在C字型凹槽本體2的兩端對長周期光纖光柵1進行固定；（4）制備水凝膠材料3，在水凝膠材料3膠凝之前注入到凹槽中，待水凝膠材料3膠凝后，并制成所述的傳感器。本實施例一種監測涂層與基體金屬界面處氯離子濃度的長周期光纖光柵傳感器的現場實施方法，包括以下步驟：（1）在涂料涂裝前，在要監測的基體金屬表面本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種新型傳感器，所述新型傳感器用于監測涂層和基體界面處氯離子濃度，其特征在于：所述新型傳感器包括一C字型凹槽本體和一摻雜硼鍺的長周期光纖光柵，所述長周期光纖光柵置于C字型凹槽本體的軸心位置，且在C字型凹槽本體的兩端通過環氧樹脂將長周期光纖光柵與C字型凹槽本體固定。

【技術特征摘要】
1.一種新型傳感器，所述新型傳感器用于監測涂層和基體界面處氯離子濃度，其特征在于：所述新型傳感器包括一C字型凹槽本體和一摻雜硼鍺的長周期光纖光柵，所述長周期光纖光柵置于C字型凹槽本體的軸心位置，且在C字型凹槽本體的兩端通過環氧樹脂將長周期光纖光柵與C字型凹槽本體固定。2.根據權利要求1所述的新型傳感器，其特征在于：所述C字型凹槽本體中還設置有水凝膠材料。3.根據權利要求1所述的新型傳感器，其特征在于：所述長周期光纖光柵長度為10～60mm，周期為300～650μm。4.根據權利要求1所述的新型傳感器，其特征在于：所述長周期光纖光柵表面沉積有納米尺度的金或銀貴金屬膜層，粒徑范圍為3～30nm，厚度為10～50nm。5.根據權利要求1所述的新型傳感器，其特征在于：所述C字型凹槽本體所用材料為金屬或塑料中的一種，且所述C字型凹槽本體外部尺寸為50mm×3mm×3mm，中間30mm長度一段的兩側壁厚為1.2mm，底部壁厚為0.5mm；兩端各有長度為10mm的壁厚為0.5mm。6.根據權利要求2所述的新型傳感器，其特征在于：所述水凝膠材料由纖維素類材料或膨潤土中的任一種制成。7.一種權利要求1所述的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：湯雁冰，劉志紅，喬巖欣，郭平義，吳百公，蘇貞，田寶強，劉剛，郭浩，
申請(專利權)人：江蘇科技大學，江蘇科技大學海洋裝備研究院，
類型：發明
國別省市：江蘇,32