建筑工业产品行业标准《土木工程用光纤光栅应变传感器》》编制说明征求意见稿.docx

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建筑工业产品行业标准《土木工程用光纤光栅应变传感器》》编制说明征求意见稿

中华人民共和国住房和城乡建设部标准

《土木工程用光纤光栅应变传感器》

（征求意见稿）

编制说明

2012年4月

《土木工程用光纤光栅应变传感器》标准编制说明

1、任务来源

根据住建部［2010］40号文件《关于印发〈2010年住房和城乡建设部归口工业产品行业标准制订、修订计划〉的通知》，由深圳市海川实业股份有限公司负责对《土木工程用光纤光栅应变传感器》进行起草制订，制定项目在《2010年住房和城乡建设部归口工业产品行业标准制订、修订计划》中项目序号为15。

2、意义和作用

光栅传感器是近几年正在研发的新型传感器，光纤光栅传感器可集信息的传感与传输于一体，与传统的传感器相比它具有很多优势：

如防爆，抗电磁干扰，抗腐蚀，耐高温，体积小，重量轻，灵活方便等。

特别能在恶劣环境下使用。

它克服了电阻式等传统应变传感器的易受电磁干扰、易损坏、寿命短和不能重复使用的缺点。

多个光纤光栅串联与建筑结构制备在一起，可以实现实时监测。

在波分和时分复用情况下，多个光纤光栅只需一根数据总线就可以实现对物理量的分布式测量等。

这些特点是其它传感元件无法比拟的。

自20世纪90年代以来，美国、加拿大、瑞士、德国、英国等发达国家，纷纷将光纤光栅传感技术成功的应用在隧道、桥梁大坝、电站、高层建筑等大型民用基础设施的安全检测中，取得了令人鼓舞的进展，展示了光明的前景。

土木用光纤光栅应变传感器是针对工业生产测量与工程结构安全监测应用需求研制的高性能应变传感器，能够直接将应变变化转换为传感器反射光波长的变化，感温点无需供电，本质安全。

可用于桥梁、大坝、隧道、建筑等土木工程结构的应变监测。

随着我国大型民用基础设施的不断增加，其结构健康及安全的监测技术越来越受到社会的广泛关注。

目前，我国已有多家企业在进行光纤光栅应变传感器的研究和应用，使得光纤光栅应变传感器在土木工程应用中显示了良好的前景。

然而目前国内缺乏相应的用于土木工程中的光纤光栅应变传感器的行业标准，长此以往，势必造成此类传感器品质良莠不齐，并对相关工程施工与使用安全造成极大影响，对光纤光栅应变传感器的产业化、标准化、规模化极其不利。

因此，有必要对光纤光栅应变传感器的结构、参数等性能进行规范化要求，为其在土木工程中的大量应用提供选择依据。

标准的制定必然促进我国相关传感器生产质量的提高，并对提高我国此类产品在国内外的竞争力具有深远意义。

3、工作简况

土木工程用光纤光栅应变传感器产品标准一直是我国目前行业产品标准的一大空白，但是相关科研机构和企业实体近年来紧跟国际步伐，进行了大量的富有成效的工作，起草单位根据近年来的工作实践并结合光纤传感技术在土木工程中的使用环境提出本标准的制订工作。

起草单位根据光纤光栅产品自身特性、针对光纤光栅应变传感器在土木工程中的应用情况、结合国内外相关公司产品技术水平、并参照了国家标准《大坝监测仪器应变计第2部分：

振弦式应变计》（GB/T3408.2-2008）、国家标准《岩土工程仪器基本参数及通用技术条件》（GBT15406-2007）、电力行业标准《钢弦式应变计》（DLT1044-2007）、国家标准《金属粘贴式电阻应变计》（GBT13992-2010）等传统应变传感器行业标准。

提出了《土木工程用光纤光栅应变传感器》编制大纲，编写了《土木工程用光纤光栅应变传感器》标准草稿。

2010年08月18日，住房和城乡建设部建筑工程标准技术归口单位在北京主持召开了工程建筑行业标准《土木工程用光纤光栅应变传感器》第一次工作会议，对《土木工程用光纤光栅应变传感器》编制大纲及草稿进行了认真评审，会议形成纪要如下：

1、总体要求：

《土木工程用光纤光栅应变传感器》标准编制要做到“公开、公正、公平”，要符合“科学性、先进性、适用性”。

2、会议讨论并通过了编制组成员分工、进度计划。

3、会议对编制组提交的草稿进行讨论，提出以下修改意见：

1）名称：

标准的英文名称中的缩写FBG应为全名；

2）范围，更改为：

本标准适用于土木工程用光纤光栅应变传感器的生产、使用和检测；

3）产品结构：

适当放宽，以适用实际工程的应用；

4）要求：

增加中心波长、间隔的内容，作为推荐性指导意见；

5）要求：

加入传感器插入损耗参数；

6）考虑：

尾缆强度参数；

7）外壳防护性能，传感器外壳防护性能应增加强度，引线的防护。

8）考虑增加温度补偿系数，会后应研究如何确定温度补偿系数。

9）增加应变传感器的试验条件的来源依据。

10）文中所用过载能力，长期稳定性用词是否合适？

会议强调本标准为土木工程用，需要试验数据支撑，标准的试验的具体项目需会后由编制组成员讨论确定。

会后编制组认真按照标准编制要求和本次会议精神，开展后续的标准编制工作，在编制组内部不断讨论、改进、调研的过程中，于2011年3月形成初稿，2012年5月份形成征求意见稿。

4、标准制定总体思路

4.1标准编制的原则

（1）协调一致原则

本标准作为产品标准，其内容应符合国家现行的方针、政策、法律、法规，另外还应与行业发展技术水平相协调，促进技术进步和行业技术升级。

（2）适用性原则

技术指标的确定，不仅要考虑科学、先进，还要考虑经济、适用，即标准指标要科学先进、经济合理、实施便利。

4.2标准制定技术路线

本标准的制定主要是通过对光纤光栅传感器在土木工程中的应用环境进行调研，同时参考国内外相关产品技术指标，参考国内外相关行业标准和研究行业相关政策法规，最后确定标准限制，并适当分析成本和预期经济效益，技术路线见图4.1所示：

技术经济认证

图4.1标准制定技术路线

4.3标准内容框架

本标准包括：

适用范围、引用标准、术语和定义、产品结构、分类与规格、技术要求、试验方法、检验规则、标志包装运输贮存及附录共九个部分。

其中产品的技术要求及试验方法是标准的重点。

4.4标准的先进性体现

1、与传统应变传感器相比，本标准中规定的性能参数有一定提高。

2、本标准与传统传感器标准相比试验更加明确，易操作。

3、本标准达国际先进水平。

5、标准主要内容说明

本标准为首次制定，属于新起草的标准。

本标准为产品标准，不包括设计、施工等内容。

因此本标准紧扣产品性能和可靠性，注重于对产品出厂结果进行控制。

本标准第5章、第6章、第7章、附录A为强制性条款，其余为指导性条款。

全文的结构、格式和字体按照GB/T1.1-2009要求进行编制。

表1产品性能要求、试验方法的依据

检验项目

性能要求确定的依据或参考的标准

试验方法确定的依据或参考的标准

工作条件

①②③⑧⑨⑩

---

外观

①②③

①②③

量程范围

①②③⑧⑨⑩

⑧⑪

综合误差

①②③⑨

⑧⑪

分辨率

①②③⑨

⑧⑪

重复性

①②③⑨

⑧⑪

插入损耗

⑧⑩

⑥⑧⑪

过载能力

①

①②⑪

温度补偿特性

①②

②⑪

外壳防护等级

⑧⑩

⑦

工作稳定性

②⑧

②

高温贮存

①②⑧

⑤

低温贮存

①②⑧

⑤

交变湿热试验

①②⑧

⑤

振动试验

①②⑧

⑤

跌落试验

①②⑧

⑤

尾缆抗拉试验

⑧⑫

⑥

尾缆弯曲试验

⑧⑫

⑥

尾缆抗压试验

⑧⑩

⑥

备注：

各编号代表的内容如下：

1GB/T3408.2-2008大坝监测仪器应变计第2部分：

振弦式应变计

2DLT1044-2007钢弦式应变计

3GBT15406-2007岩土工程仪器基本参数及通用技术条件

4GBT13992-2010金属粘贴式电阻应变计

5GB/T2423电工电子产品基本环境试验规程

6GB/T7424光缆总规范

7GB/T4208外壳防护等级（IP代码）

8生产、试验实践经验

9企业提供的光栅光纤应变传感器的性能参数

10行业特点、行业内部规范性操作

11指标定义

12GBT21197-2007线型光纤感温火灾探测器国家标准

以下是各主要条款具体说明。

5.1“4产品结构、分类与规格”

本章条款只具备推荐性指导意见。

5.2“5.2使用环境条件”

参照DLT1044-2007《钢弦式应变计》中5.1.1条，GBT3408.2-2008《大坝监测仪器应变计第2部分：

振弦式应变计》中5.1.1条编写。

使用环境温度考虑土木工程室外环境温度在黑龙江漠河地区常年最低气温-34度（不含极端天气），南方盛夏结构表面温度可达70℃。

考虑到光纤光栅传感器可以承受宽温工作范围，故将工作环境温度从通常-20℃～60℃改成-30℃～70℃。

5.3“5.3基本功能”

同样参照SJ20832-2002《光纤温度传感器通用规范》中3.4.2条编写。

5.4“5.4外观”

参照DLT1044-2007《钢弦式应变计》中5.10条、GBT3408.2-2008《大坝监测仪器应变计第2部分：

振弦式应变计》中5.2条、GBT15406-2007《岩土工程仪器基本参数及通用技术条件》中6.1.4条等标准对产品外观要求编写。

其中尾缆长度0.5m制定考虑工程施工引线和串接的需要而设定。

5.5“5.5主要性能”

（1）对国内外成熟企业光纤光栅应变传感器基本性能汇总。

（2）对相关行业标准中应变传感器主要性能汇总。

表2光纤光栅应变传感器基本性能汇总

性能

企业

量程（

）

测量误差

分辨力

标距（mm）

上海森首

±1500

0.1%F.S.

0.1

-

北京基康

1500、3000

0.3%F.S.

0.1%F.S.

50、150、250

北京菲博泰

±1000、±1500

0.1%F.S.

1

55、100

北京品傲

±1000

-

0.5

40

上海前所

±300、±1500

±1%F.S.、±0.3%F.S.

0.2

84、50

上海紫珊

±1000

±1%F.S.

0.1%F.S.

100

上海启鹏

±1000、±2000

±1%F.S.

0.1%F.S.

100

宁波杉工

±5000、±1500

2～5

1

-

表3相关标准中应变传感器基本性能条款

标准名称和对应条款

主要性能描述

GBT15406-2007岩土工程仪器基本参数及通用技术条件5.2.2.6条

振弦式应变计：

量程-1500~1000、-2000~1000、-1250~1250、-1000~1500、-1500~1500、-1000~2000，分辨率≤0.2%F.S.；

差动电阻式计：

量程-1500~1000、-2000~400、-1000~1000、-1200~1200、-1000~600，分辨率--；

DLT1044-2007钢弦式应变计4.2条、5.2.3条

量程范围：

−2000～+1000、−1500～+1500、−1000～+2000、−1500～+1000

−1250～+1250、−1000～+1500，分辨率≤0.15%F.S.,综合误差≤1.5%F.S.

GBT3408.2-2008大坝监测仪器应变计第2部分：

振弦式应变计4.3条

量程范围：

−2000～+1000、−1500～+1500、−1000～+2000、−1500～+1000

−1250～+1250、−1000～+1500，分辨率≤0.2%F.S.,综合误差≤2.5%F.S.

量程范围考虑到目前应用的多元化，用户