Temperature measurement and damage detection in concrete beams exposed to fire using PPP-BOTDA based fiber optic sensors

Bao Yi; Hoehler Matthew S.; Smith Christopher M.; Bundy Matthew; Chen Genda

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Temperature measurement and damage detection in concrete beams exposed to fire using PPP-BOTDA based fiber optic sensors

机译：基于PPP-BOTDA的光纤传感器暴露于火灾的混凝土梁中的温度测量和损伤检测

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In this study, Brillouin scattering-based distributed fiber optic sensor is implemented to measure temperature distributions and detect cracks in concrete structures subjected to fire for the first time. A telecommunication-grade optical fiber is characterized as a high temperature sensor with pulse pre-pump Brillouin optical time domain analysis (PPP-BODTA), and implemented to measure spatially-distributed temperatures in reinforced concrete beams in fire. Four beams were tested to failure in a natural gas fueled compartment fire, each instrumented with one fused silica, single-mode optical fiber as a distributed sensor and four thermocouples. Prior to concrete cracking, the distributed temperature was validated at locations of the thermocouples by a relative difference of less than 9%. The cracks in concrete can be identified as sharp peaks in the temperature distribution since the cracks are locally filled with hot air. Concrete cracking did not affect the sensitivity of the distributed sensor but concrete spalling broke the optical fiber loop required for PPP-BOTDA measurements.

机译：在这项研究中，布里渊散射的分布式光纤传感器被实施为测量温度分布，并检测第一次开火的混凝土结构中的裂缝。电信级光纤的特点是具有脉冲预泵布里渊光学时域分析（PPP-BODTA）的高温传感器，并实施以测量钢筋混凝土梁的空间分布温度。测试四个梁在天然气燃料隔室火灾中进行故障，每次用一个熔融二氧化硅，单模光纤作为分布式传感器和四个热电偶。在混凝土开裂之前，将分布温度在热电偶的位置验证，相对差异小于9％。混凝土中的裂缝可以被识别为温度分布中的锋利峰，因为裂缝局部填充有热空气。混凝土裂缝不影响分布式传感器的灵敏度，而是混凝土剥落破坏了PPP-BOTDA测量所需的光纤环。

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来源
《Smart Materials & Structures》 |2017年第10期|共11页
作者
Bao Yi; Hoehler Matthew S.; Smith Christopher M.; Bundy Matthew; Chen Genda;
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作者单位

Missouri Univ Sci &

Technol Dept Civil Architectural &

Environm Engn 1401 N Pine St Rolla MO 65409 USA;

NIST Natl Fire Res Lab 100 Bur Dr Gaithersburg MD 20899 USA;

NIST Natl Fire Res Lab 100 Bur Dr Gaithersburg MD 20899 USA;

NIST Natl Fire Res Lab 100 Bur Dr Gaithersburg MD 20899 USA;

Missouri Univ Sci &

Technol Dept Civil Architectural &

Environm Engn 1401 N Pine St Rolla MO 65409 USA;

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原文格式 PDF
正文语种 eng
中图分类智能材料;
关键词
concrete crack detection; distributed fiber optic sensor; PPP-BOTDA; structural fire safety; temperature distribution;

机译：混凝土裂纹检测;分布式光纤传感器;PPP-BOTDA;结构防火安全;温度分布;

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