土木工程用光纖光柵溫度傳感器編制說明

《土木工程用光纖光柵溫度傳感器》編制說明PAGE22PAGE1中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部標準《土木工程用光纖光柵溫度傳感器》（征求意見稿）編制說明2012年4月《土木工程用光纖光柵溫度傳感器》標準編制說明1、任務(wù)來源根據(jù)住建部［2010］40號文件《關(guān)于印發(fā)〈2010年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部歸口工業(yè)產(chǎn)品行業(yè)標準制訂、修訂計劃〉的通知》，由深圳市海川實業(yè)股份有限公司負責對《土木工程用光纖光柵溫度傳感器》進行起草制訂，制定項目在《2010年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部歸口工業(yè)產(chǎn)品行業(yè)標準制訂、修訂計劃》中項目序號為16。2、意義和作用光柵傳感器是近幾年正在研發(fā)的新型傳感器，光纖光柵傳感器可集信息的傳感與傳輸于一體，與傳統(tǒng)的傳感器相比它具有很多優(yōu)勢：如防爆，抗電磁干擾，抗腐蝕，耐高溫，體積小，重量輕，靈活方便等。特別能在惡劣環(huán)境下使用。它克服了電阻式等傳統(tǒng)溫度傳感器的易受電磁干擾、易損壞、壽命短和不能重復使用的缺點。多個光纖光柵串聯(lián)與建筑結(jié)構(gòu)制備在一起，可以實現(xiàn)實時監(jiān)測。在波分和時分復用情況下，多個光纖光柵只需一根數(shù)據(jù)總線就可以實現(xiàn)對物理量的分布式測量等。這些特點是其它傳感元件無法比擬的。自20世紀90年代以來，美國、加拿大、瑞士、德國、英國等發(fā)達國家，紛紛將光纖光柵傳感技術(shù)成功的應(yīng)用在隧道、橋梁大壩、電站、高層建筑等大型民用基礎(chǔ)設(shè)施的安全檢測中，取得了令人鼓舞的進展，展示了光明的前景。土木用光纖光柵溫度傳感器是針對工業(yè)生產(chǎn)測量與工程結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測應(yīng)用需求研制的高性能溫度傳感器，能夠直接將溫度變化轉(zhuǎn)換為傳感器反射光波長的變化，感溫點無需供電，本質(zhì)安全。可用于橋梁、大壩、隧道、建筑等土木工程結(jié)構(gòu)的溫度監(jiān)測及應(yīng)變、壓力等傳感器的溫度補償。隨著我國大型民用基礎(chǔ)設(shè)施的不斷增加，其結(jié)構(gòu)健康及安全的監(jiān)測技術(shù)越來越受到社會的廣泛關(guān)注。目前，我國已有多家企業(yè)在進行光纖光柵溫度傳感器的研究和應(yīng)用，使得光纖光柵溫度傳感器在土木工程應(yīng)用中顯示了良好的前景。然而目前國內(nèi)缺乏相應(yīng)的用于土木工程中的光纖光柵溫度傳感器的行業(yè)標準，長此以往，勢必造成此類傳感器品質(zhì)良莠不齊，并對相關(guān)工程施工與使用安全造成極大影響，對光纖光柵溫度傳感器的產(chǎn)業(yè)化、標準化、規(guī)?；瘶O其不利。因此，有必要對光纖光柵溫度傳感器的結(jié)構(gòu)、參數(shù)等性能進行規(guī)范化要求，為其在土木工程中的大量應(yīng)用提供選擇依據(jù)。標準的制定必然促進我國相關(guān)傳感器生產(chǎn)質(zhì)量的提高，并對提高我國此類產(chǎn)品在國內(nèi)外的競爭力具有深遠意義。3、工作簡況土木工程用光纖光柵溫度傳感器產(chǎn)品標準一直是我國目前行業(yè)產(chǎn)品標準的一大空白，但是相關(guān)科研機構(gòu)和企業(yè)實體近年來緊跟國際步伐，進行了大量的富有成效的工作，起草單位根據(jù)近年來的工作實踐并結(jié)合光纖傳感技術(shù)在土木工程中的使用環(huán)境提出本標準的制訂工作。起草單位根據(jù)光纖光柵產(chǎn)品自身特性、針對光纖光柵溫度傳感器在土木工程中的應(yīng)用情況、結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)公司產(chǎn)品技術(shù)水平、并參照了國家標準《大壩監(jiān)測儀器埋入式銅電阻溫度計》（GB/T3413-2008）、煤炭行業(yè)標準《煤礦用溫度傳感器通用技術(shù)條件》（MT381-2007）、電子行業(yè)軍用標準《光纖溫度傳感器通用規(guī)范》（SJ20832-2002）、氣象行業(yè)標準《氣象用鉑電阻溫度傳感器》（QXT24-2004）等傳統(tǒng)溫度傳感器行業(yè)標準。提出了《土木工程用光纖光柵溫度傳感器》編制大綱，編寫了《土木工程用光纖光柵溫度傳感器》標準草稿。2010年08月18日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建筑工程標準技術(shù)歸口單位在北京主持召開了工程建筑行業(yè)標準《土木工程用光纖光柵溫度傳感器》第一次工作會議，對《土木工程用光纖光柵溫度傳感器》編制大綱及草稿進行了認真評審，會議形成紀要如下：1、總體要求：《土木工程用光纖光柵溫度傳感器》標準編制要做到“公開、公正、公平”，要符合“科學性、先進性、適用性”。2、會議討論并通過了編制組成員分工、進度計劃。3、會議對編制組提交的草稿進行討論，提出以下修改意見：1）名稱：標準的英文名稱中的縮寫FBG應(yīng)為全名；2）范圍，更改為：本標準適用于土木工程用光纖光柵溫度傳感器的生產(chǎn)、使用和檢測；3）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：適當放寬，以適用實際工程的應(yīng)用；4）要求：增加中心波長、間隔的內(nèi)容，作為推薦性指導意見；5）要求：加入傳感器插入損耗參數(shù)；6）考慮：尾纜強度參數(shù)；7）外殼防護性能，傳感器外殼防護性能應(yīng)增加強度，引線的防護。會議強調(diào)本標準為土木工程用，需要試驗數(shù)據(jù)支撐，標準的試驗的具體項目需會后由編制組成員討論確定。會后編制組認真按照標準編制要求和本次會議精神，開展后續(xù)的標準編制工作，在編制組內(nèi)部不斷討論、改進、調(diào)研的過程中，于2011年3月形成初稿，2012年5月份形成征求意見稿。4、標準制定總體思路4.1標準編制的原則（1）協(xié)調(diào)一致原則本標準作為產(chǎn)品標準，其內(nèi)容應(yīng)符合國家現(xiàn)行的方針、政策、法律、法規(guī)，另外還應(yīng)與行業(yè)發(fā)展技術(shù)水平相協(xié)調(diào)，促進技術(shù)進步和行業(yè)技術(shù)升級。（2）適用性原則技術(shù)指標的確定，不僅要考慮科學、先進，還要考慮經(jīng)濟、適用，即標準指標要科學先進、經(jīng)濟合理、實施便利。4.2 標準制定技術(shù)路線土木工程應(yīng)用環(huán)境分析土木工程應(yīng)用環(huán)境分析現(xiàn)有產(chǎn)品技術(shù)指標調(diào)研生產(chǎn)、試驗實踐經(jīng)驗相關(guān)國內(nèi)外標準研究行業(yè)相關(guān)政策、法規(guī)資料研究現(xiàn)場調(diào)研標準限制認證和確定技術(shù)經(jīng)濟認證圖4.1標準制定技術(shù)路線本標準的制定主要是通過對光纖光柵溫度傳感器在土木工程中的應(yīng)用環(huán)境進行調(diào)研，同時參考國內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)指標，參考國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)標準和研究行業(yè)相關(guān)政策法規(guī)，最后確定標準限制，并適當分析成本和預期經(jīng)濟效益，技術(shù)路線見圖4.1所示：4.3 標準內(nèi)容框架本標準包括：適用范圍、引用標準、術(shù)語和定義、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、分類與規(guī)格、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志包裝運輸貯存及附錄共九個部分。其中產(chǎn)品的技術(shù)要求及試驗方法是標準的重點。4.4 標準的先進性體現(xiàn)1、與傳統(tǒng)溫度傳感器相比，本標準中規(guī)定的性能參數(shù)有一定提高。2、本標準與傳統(tǒng)傳感器標準相比試驗更加明確，易操作。3、本標準達國際先進水平。5、標準主要內(nèi)容說明本標準為首次制定，屬于新起草的標準。本標準為產(chǎn)品標準，不包括設(shè)計、施工等內(nèi)容。因此本標準緊扣產(chǎn)品性能和可靠性，注重于對產(chǎn)品出廠結(jié)果進行控制。本標準第5章、第6章、第7章、附錄A為強制性條款，其余為指導性條款。全文的結(jié)構(gòu)、格式和字體按照GB/T1.1-2009要求進行編制。表1產(chǎn)品性能要求、試驗方法的依據(jù)檢驗項目性能要求確定的依據(jù)或參考的標準試驗方法確定的依據(jù)或參考的標準工作條件①②④⑧⑨⑩外觀①②④①②④量程范圍①②④⑧⑨⑩⑧?誤差①②⑨⑧?分辨率①②⑨⑧?重復性①②⑨⑧?插入損耗⑧⑩⑥⑧?響應(yīng)時間①②③⑩①②③外殼防護等級⑧⑩⑦工作穩(wěn)定性②⑧②高溫貯存①②⑧⑤低溫貯存①②⑧⑤交變濕熱試驗①②⑧⑤振動試驗①②⑧⑤跌落試驗①②⑧⑤尾纜抗拉試驗⑧?⑥尾纜彎曲試驗⑧?⑥尾纜抗壓試驗⑧⑩⑥備注：各編號代表的內(nèi)容如下：GB/T3413-2008大壩監(jiān)測儀器埋入式銅電阻溫度計MT381-2007煤礦用溫度傳感器通用技術(shù)條件SJ20832-2002光纖溫度傳感器通用規(guī)范QXT24-2004氣象用鉑電阻溫度傳感器GB/T2423電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程GB/T7424光纜總規(guī)范GB/T4208外殼防護等級（IP代碼）生產(chǎn)、試驗實踐經(jīng)驗企業(yè)提供的光柵光纖溫度傳感器的性能參數(shù)行業(yè)特點、行業(yè)內(nèi)部規(guī)范性操作指標定義GBT21197-2007線型光纖感溫火災(zāi)探測器國家標準以下是各主要條款具體說明。“4產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、分類與規(guī)格”本章條款只具備推薦性指導意見?！?.2使用環(huán)境條件”參照GB/T3413-2008《大壩監(jiān)測儀器埋入式銅電阻溫度計》中5.1條，MT381-2007《煤礦用溫度傳感器通用技術(shù)條件》中4.2條，QXT24-2004《氣象用鉑電阻溫度傳感器》中4.2條編寫。使用環(huán)境溫度根據(jù)傳感器量程一致?！?.3基本功能”參照SJ20832-2002《光纖溫度傳感器通用規(guī)范》中3.4.2條編寫?！?.4外觀”參照MT381-2007《煤礦用溫度傳感器通用技術(shù)條件》中4.4條、GBT3413-2008《大壩監(jiān)測儀器埋入式銅電阻溫度計》中5.2條、QXT24-2004《氣象用鉑電阻溫度傳感器》中4.8條等標準對產(chǎn)品外觀要求編寫。其中尾纜長度0.5m制定考慮工程施工引線和串接的需要而設(shè)定。“5.5主要性能”（1）主要性能中量程范圍考慮土木工程室外環(huán)境溫度在黑龍江漠河地區(qū)常年最低氣溫-34度（不含極端天氣），南方盛夏結(jié)構(gòu)表面溫度可達70℃（2）對國內(nèi)外成熟企業(yè)光纖光柵溫度傳感器基本性能匯總。（3）對相關(guān)行業(yè)標準中溫度傳感器主要性能匯總。表2光纖光柵溫度傳感器基本性能匯總性能企業(yè)量程（℃）測量誤差（℃）分辨率（℃）重復性（℃）上海森首-30～180±0.50.01-北京基康-40～1200.30.1-北京蔚藍仕-40～150±0.50.1-北京菲博泰-30～100±0.50.1-北京品傲-40～100±0.20.05-上海前所-50～200±0.10.01-上海紫珊-30～1200.50.1-上海啟鵬-40～120±0.50.1-寧波杉工-50～1200.20.1-表3相關(guān)標準中溫度傳感器基本性能條款標準名稱和對應(yīng)條款主要性能描述GBT15406-2007巖土工程儀器基本參數(shù)及通用技術(shù)條件5.2.4條銅電阻溫度計：量程-30℃~70℃，分辨率0.05鉑電阻溫度計：量程-50℃~80℃，分辨率MT381-2007煤礦用溫度傳感器通用技術(shù)條件4.6條量程范圍：優(yōu)選-50℃~80℃，顯示誤差≤±2.5%F.S.,輸出誤差≤GBT3413-2008大壩監(jiān)測儀器埋入式銅電阻溫度計5.5條量程范圍：-30℃~70℃，誤差：±（0.5+0.3×10QXT24-2004氣象用鉑電阻溫度傳感器4.1條量程范圍：-50℃~0℃，0℃~誤差：±（0.15+0.002×|t|）℃SJ20832-2002光纖溫度傳感器通用規(guī)范綜合上述應(yīng)用分析和行業(yè)水平，本標準中的主要性能指標設(shè)置在行業(yè)的中上等水平，達到或優(yōu)于相關(guān)行業(yè)標準中的性能指標。“5.6響應(yīng)時間”表4相關(guān)標準中溫度傳感器響應(yīng)時間條款標準名稱要求測定方法采用情況理由MT381-2007煤礦用溫度傳感器通用技術(shù)條件≤10s5.6條基本采用僅采用方法，此標準中數(shù)值選擇明顯偏低。GBT3413-2008大壩監(jiān)測儀器埋入式銅電阻溫度計≤3min6.3.7條基本采用僅采用方法，改進測試溫度選擇。SJ20832光纖溫度傳感器通用規(guī)范-4.8.2.5條基本采用僅采用方法，改進測試溫度選擇。本標準中響應(yīng)時間≤60s考慮到是土木工程上環(huán)境溫度監(jiān)測，不是針對火災(zāi)監(jiān)測，因此適當放寬了響應(yīng)時間?！?.7結(jié)構(gòu)外殼防護性能”考慮到是土木工程上環(huán)境通常比較惡劣，IP68是應(yīng)該要達到的。“5.8工作穩(wěn)定性”表5相關(guān)標準中溫度傳感器工作穩(wěn)定性條款標準名稱要求測定方法采用情況理由MT381-2007煤礦用溫度傳感器通用技術(shù)條件傳感器連續(xù)運行15d，測試50%測量范圍點誤差5.5條一致GBT3413-2008大壩監(jiān)測儀器埋入式銅電阻溫度計0℃6.3.7條未采用原理不一致SJ20832光纖溫度傳感器通用規(guī)范“5.9環(huán)境適應(yīng)性”本條目保留常規(guī)的交變濕熱試驗，而高溫工作和低溫工作兩項也是環(huán)境適應(yīng)性常規(guī)試驗項目，溫度傳感器量程范圍已經(jīng)覆蓋高溫工作和低溫工作。根據(jù)土木工程應(yīng)用現(xiàn)場條件選取了振動和跌落兩項強度試驗。由于光纖光柵自身無源工作本質(zhì)安全的特點，環(huán)境適應(yīng)性中相關(guān)的EMI和EMC等項目完全不必要試驗。表6相關(guān)標準中溫度傳感器環(huán)境適應(yīng)性項目條款標準名稱項目要求MT381-2007煤礦用溫度傳感器通用技術(shù)條件交變濕熱40±2℃振動試驗掃描頻率10Hz~150Hz，加速度為5g，對傳感器進行5個周期/沖擊試驗加速度50g，持續(xù)時間11ms，6個面每面3次共18次沖擊試驗。運輸試驗包裝后模擬時速20km/h，行程200kmGBT3413-2008大壩監(jiān)測儀器埋入式銅電阻溫度計6.3.11.1振動掃描頻率10Hz~150Hz~10Hz，掃描速度為1倍頻程/min，加速度為2g，對傳感器進行3個周期/單周振動試驗6.3.11.2自由跌落在包裝狀態(tài)下自由跌落高度為300mm。進行3次跌落?！?.10尾纜強度”根據(jù)2010年08月18日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建筑工程標準技術(shù)歸口單位在北京主持召開了工程建筑行業(yè)標準《土木工程用光纖光柵溫度傳感器》第一次工作會議，會議對標準草案評審紀要中要求考慮增加：尾纜強度參數(shù)。表7尾纜強度相關(guān)數(shù)值來源參考項目指標數(shù)據(jù)參考來源抗拉試驗尾纜接續(xù)部位抗拉強度不應(yīng)小于100N，保持1minGBT21197-2007《線型光纖感溫火災(zāi)探測器國家標準》中6.2條抗拉試驗彎曲試驗將其彎曲成直徑為光纜直徑20倍的圓圈后自然釋放，在同一部位連續(xù)重復5次普通單護套光纜的動態(tài)（安裝敷設(shè)時）彎曲半徑為20倍的光纜外徑。GBT21197-2