土木工程用光纖光柵溫度傳感器編制說(shuō)明

《土木工程用光纖光柵溫度傳感器》編制說(shuō)明PAGE22PAGE1中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)《土木工程用光纖光柵溫度傳感器》（征求意見(jiàn)稿）編制說(shuō)明2012年4月《土木工程用光纖光柵溫度傳感器》標(biāo)準(zhǔn)編制說(shuō)明1、任務(wù)來(lái)源根據(jù)住建部［2010］40號(hào)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(biāo)準(zhǔn)制訂、修訂計(jì)劃〉的通知》，由深圳市海川實(shí)業(yè)股份有限公司負(fù)責(zé)對(duì)《土木工程用光纖光柵溫度傳感器》進(jìn)行起草制訂，制定項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)制訂、修訂計(jì)劃》中項(xiàng)目序號(hào)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(shì)：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(fù)使用的缺點(diǎn)。多個(gè)光纖光柵串聯(lián)與建筑結(jié)構(gòu)制備在一起，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在波分和時(shí)分復(fù)用情況下，多個(gè)光纖光柵只需一根數(shù)據(jù)總線就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物理量的分布式測(cè)量等。這些特點(diǎn)是其它傳感元件無(wú)法比擬的。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，美國(guó)、加拿大、瑞士、德國(guó)、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)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(cè)中，取得了令人鼓舞的進(jìn)展，展示了光明的前景。土木用光纖光柵溫度傳感器是針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)測(cè)量與工程結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)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(zhǎng)的變化，感溫點(diǎn)無(wú)需供電，本質(zhì)安全?？捎糜跇蛄骸⒋髩?、隧道、建筑等土木工程結(jié)構(gòu)的溫度監(jiān)測(cè)及應(yīng)變、壓力等傳感器的溫度補(bǔ)償。隨著我國(guó)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(cè)技術(shù)越來(lái)越受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。目前，我國(guó)已有多家企業(yè)在進(jìn)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(guó)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(biāo)準(zhǔn)，長(zhǎng)此以往，勢(shì)必造成此類(lèi)傳感器品質(zhì)良莠不齊，并對(duì)相關(guān)工程施工與使用安全造成極大影響，對(duì)光纖光柵溫度傳感器的產(chǎn)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；瘶O其不利。因此，有必要對(duì)光纖光柵溫度傳感器的結(jié)構(gòu)、參數(shù)等性能進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)的制定必然促進(jìn)我國(guó)相關(guān)傳感器生產(chǎn)質(zhì)量的提高，并對(duì)提高我國(guó)此類(lèi)產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外的競(jìng)爭(zhēng)力具有深遠(yuǎn)意義。3、工作簡(jiǎn)況土木工程用光纖光柵溫度傳感器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)一直是我國(guó)目前行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的一大空白，但是相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)實(shí)體近年來(lái)緊跟國(guó)際步伐，進(jìn)行了大量的富有成效的工作，起草單位根據(jù)近年來(lái)的工作實(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(guó)內(nèi)外相關(guān)公司產(chǎn)品技術(shù)水平、并參照了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《大壩監(jiān)測(cè)儀器埋入式銅電阻溫度計(jì)》（GB/T3413-2008）、煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《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(biāo)準(zhǔn)《光纖溫度傳感器通用規(guī)范》（SJ20832-2002）、氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《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(biāo)準(zhǔn)。提出了《土木工程用光纖光柵溫度傳感器》編制大綱，編寫(xiě)了《土木工程用光纖光柵溫度傳感器》標(biāo)準(zhǔn)草稿。2010年08月18日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建筑工程標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)歸口單位在北京主持召開(kāi)了工程建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土木工程用光纖光柵溫度傳感器》第一次工作會(huì)議，對(duì)《土木工程用光纖光柵溫度傳感器》編制大綱及草稿進(jìn)行了認(rèn)真評(píng)審，會(huì)議形成紀(jì)要如下：1、總體要求：《土木工程用光纖光柵溫度傳感器》標(biāo)準(zhǔn)編制要做到“公開(kāi)、公正、公平”，要符合“科學(xué)性、先進(jìn)性、適用性”。2、會(huì)議討論并通過(guò)了編制組成員分工、進(jìn)度計(jì)劃。3、會(huì)議對(duì)編制組提交的草稿進(jìn)行討論，提出以下修改意見(jiàn)：1）名稱(chēng)：標(biāo)準(zhǔn)的英文名稱(chēng)中的縮寫(xiě)FBG應(yīng)為全名；2）范圍，更改為：本標(biāo)準(zhǔn)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(cè)；3）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：適當(dāng)放寬，以適用實(shí)際工程的應(yīng)用；4）要求：增加中心波長(zhǎng)、間隔的內(nèi)容，作為推薦性指導(dǎo)意見(jiàn)；5）要求：加入傳感器插入損耗參數(shù)；6）考慮：尾纜強(qiáng)度參數(shù)；7）外殼防護(hù)性能，傳感器外殼防護(hù)性能應(yīng)增加強(qiáng)度，引線的防護(hù)。會(huì)議強(qiáng)調(diào)本標(biāo)準(zhǔn)為土木工程用，需要試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)的具體項(xiàng)目需會(huì)后由編制組成員討論確定。會(huì)后編制組認(rèn)真按照標(biāo)準(zhǔn)編制要求和本次會(huì)議精神，開(kāi)展后續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)編制工作，在編制組內(nèi)部不斷討論、改進(jìn)、調(diào)研的過(guò)程中，于2011年3月形成初稿，2012年5月份形成征求意見(jiàn)稿。4、標(biāo)準(zhǔn)制定總體思路4.1標(biāo)準(zhǔn)編制的原則（1）協(xié)調(diào)一致原則本標(biāo)準(zhǔn)作為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，其內(nèi)容應(yīng)符合國(guó)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(jìn)技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)技術(shù)升級(jí)。（2）適用性原則技術(shù)指標(biāo)的確定，不僅要考慮科學(xué)、先進(jìn)，還要考慮經(jīng)濟(jì)、適用，即標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要科學(xué)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、實(shí)施便利。4.2 標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)調(diào)研生產(chǎn)、試驗(yàn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相關(guān)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)研究行業(yè)相關(guān)政策、法規(guī)資料研究現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研標(biāo)準(zhǔn)限制認(rèn)證和確定技術(shù)經(jīng)濟(jì)認(rèn)證圖4.1標(biāo)準(zhǔn)制定技術(shù)路線本標(biāo)準(zhǔn)的制定主要是通過(guò)對(duì)光纖光柵溫度傳感器在土木工程中的應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行調(diào)研，同時(shí)參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)，參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和研究行業(yè)相關(guān)政策法規(guī)，最后確定標(biāo)準(zhǔn)限制，并適當(dāng)分析成本和預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益，技術(shù)路線見(jiàn)圖4.1所示：4.3 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容框架本標(biāo)準(zhǔn)包括：適用范圍、引用標(biāo)準(zhǔn)、術(shù)語(yǔ)和定義、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、分類(lèi)與規(guī)格、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志包裝運(yùn)輸貯存及附錄共九個(gè)部分。其中產(chǎn)品的技術(shù)要求及試驗(yàn)方法是標(biāo)準(zhǔn)的重點(diǎn)。4.4 標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性體現(xiàn)1、與傳統(tǒng)溫度傳感器相比，本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的性能參數(shù)有一定提高。2、本標(biāo)準(zhǔn)與傳統(tǒng)傳感器標(biāo)準(zhǔn)相比試驗(yàn)更加明確，易操作。3、本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平。5、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容說(shuō)明本標(biāo)準(zhǔn)為首次制定，屬于新起草的標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，不包括設(shè)計(jì)、施工等內(nèi)容。因此本標(biāo)準(zhǔn)緊扣產(chǎn)品性能和可靠性，注重于對(duì)產(chǎn)品出廠結(jié)果進(jìn)行控制。本標(biāo)準(zhǔn)第5章、第6章、第7章、附錄A為強(qiáng)制性條款，其余為指導(dǎo)性條款。全文的結(jié)構(gòu)、格式和字體按照GB/T1.1-2009要求進(jìn)行編制。表1產(chǎn)品性能要求、試驗(yàn)方法的依據(jù)檢驗(yàn)項(xiàng)目性能要求確定的依據(jù)或參考的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法確定的依據(jù)或參考的標(biāo)準(zhǔn)工作條件①②④⑧⑨⑩外觀①②④①②④量程范圍①②④⑧⑨⑩⑧?誤差①②⑨⑧?分辨率①②⑨⑧?重復(fù)性①②⑨⑧?插入損耗⑧⑩⑥⑧?響應(yīng)時(shí)間①②③⑩①②③外殼防護(hù)等級(jí)⑧⑩⑦工作穩(wěn)定性②⑧②高溫貯存①②⑧⑤低溫貯存①②⑧⑤交變濕熱試驗(yàn)①②⑧⑤振動(dòng)試驗(yàn)①②⑧⑤跌落試驗(yàn)①②⑧⑤尾纜抗拉試驗(yàn)⑧?⑥尾纜彎曲試驗(yàn)⑧?⑥尾纜抗壓試驗(yàn)⑧⑩⑥備注：各編號(hào)代表的內(nèi)容如下：GB/T3413-2008大壩監(jiān)測(cè)儀器埋入式銅電阻溫度計(jì)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(yàn)規(guī)程GB/T7424光纜總規(guī)范GB/T4208外殼防護(hù)等級(jí)（IP代碼）生產(chǎn)、試驗(yàn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(diǎn)、行業(yè)內(nèi)部規(guī)范性操作指標(biāo)定義GBT21197-2007線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以下是各主要條款具體說(shuō)明?！?產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、分類(lèi)與規(guī)格”本章條款只具備推薦性指導(dǎo)意見(jiàn)。“5.2使用環(huán)境條件”參照GB/T3413-2008《大壩監(jiān)測(cè)儀器埋入式銅電阻溫度計(jì)》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(xiě)。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(xiě)。“5.4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(cè)儀器埋入式銅電阻溫度計(jì)》中5.2條、QXT24-2004《氣象用鉑電阻溫度傳感器》中4.8條等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品外觀要求編寫(xiě)。其中尾纜長(zhǎng)度0.5m制定考慮工程施工引線和串接的需要而設(shè)定?！?.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(dá)70℃（2）對(duì)國(guó)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(duì)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(cè)量誤差（℃）分辨率（℃）重復(fù)性（℃）上海森首-30～180±0.50.01-北京基康-40～1200.30.1-北京蔚藍(lán)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(biāo)準(zhǔn)中溫度傳感器基本性能條款標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)和對(duì)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(jì)：量程-30℃~70℃，分辨率0.05鉑電阻溫度計(jì)：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(cè)儀器埋入式銅電阻溫度計(jì)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(biāo)準(zhǔn)中的主要性能指標(biāo)設(shè)置在行業(yè)的中上等水平，達(dá)到或優(yōu)于相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的性能指標(biāo)?！?.6響應(yīng)時(shí)間”表4相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中溫度傳感器響應(yīng)時(shí)間條款標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)要求測(cè)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(biāo)準(zhǔn)中數(shù)值選擇明顯偏低。GBT3413-2008大壩監(jiān)測(cè)儀器埋入式銅電阻溫度計(jì)≤3min6.3.7條基本采用僅采用方法，改進(jìn)測(cè)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(jìn)測(cè)試溫度選擇。本標(biāo)準(zhǔn)中響應(yīng)時(shí)間≤60s考慮到是土木工程上環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)，不是針對(duì)火災(zāi)監(jiān)測(cè)，因此適當(dāng)放寬了響應(yīng)時(shí)間。“5.7結(jié)構(gòu)外殼防護(hù)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(dá)到的?！?.8工作穩(wěn)定性”表5相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中溫度傳感器工作穩(wěn)定性條款標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)要求測(cè)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(yùn)行15d，測(cè)試50%測(cè)量范圍點(diǎn)誤差5.5條一致GBT3413-2008大壩監(jiān)測(cè)儀器埋入式銅電阻溫度計(jì)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(yàn)，而高溫工作和低溫工作兩項(xiàng)也是環(huán)境適應(yīng)性常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)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(chǎng)條件選取了振動(dòng)和跌落兩項(xiàng)強(qiáng)度試驗(yàn)。由于光纖光柵自身無(wú)源工作本質(zhì)安全的特點(diǎn)，環(huán)境適應(yīng)性中相關(guān)的EMI和EMC等項(xiàng)目完全不必要試驗(yàn)。表6相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中溫度傳感器環(huán)境適應(yīng)性項(xiàng)目條款標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)項(xiàng)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(dòng)試驗(yàn)掃描頻率10Hz~150Hz，加速度為5g，對(duì)傳感器進(jìn)行5個(gè)周期/沖擊試驗(yàn)加速度50g，持續(xù)時(shí)間11ms，6個(gè)面每面3次共18次沖擊試驗(yàn)。運(yùn)輸試驗(yàn)包裝后模擬時(shí)速20km/h，行程200kmGBT3413-2008大壩監(jiān)測(cè)儀器埋入式銅電阻溫度計(jì)6.3.11.1振動(dòng)掃描頻率10Hz~150Hz~10Hz，掃描速度為1倍頻程/min，加速度為2g，對(duì)傳感器進(jìn)行3個(gè)周期/單周振動(dòng)試驗(yàn)6.3.11.2自由跌落在包裝狀態(tài)下自由跌落高度為300mm。進(jìn)行3次跌落。“5.10尾纜強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)技術(shù)歸口單位在北京主持召開(kāi)了工程建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土木工程用光纖光柵溫度傳感器》第一次工作會(huì)議，會(huì)議對(duì)標(biāo)準(zhǔn)草案評(píng)審紀(jì)要中要求考慮增加：尾纜強(qiáng)度參數(shù)。表7尾纜強(qiáng)度相關(guān)數(shù)值來(lái)源參考項(xiàng)目指標(biāo)數(shù)據(jù)參考來(lái)源抗拉試驗(yàn)尾纜接續(xù)部位抗拉強(qiáng)度不應(yīng)小于100N，保持1minGBT21197-2007《線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》中6.2條抗拉試驗(yàn)彎曲試驗(yàn)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(fù)5次普通單護(hù)套光纜的動(dòng)態(tài)（安裝敷設(shè)時(shí)）彎曲半徑為20倍的光纜外徑。GBT21197-2