光纖光柵式鋼筋計(jì)編制說明

交通運(yùn)輸部部門計(jì)量檢定規(guī)程

光纖光柵式鋼筋計(jì)

（征求意見稿）

編制說明

規(guī)程編寫組

2021年7月

一、任務(wù)來源

本規(guī)程是根據(jù)《交通運(yùn)輸部關(guān)于下達(dá)2021年交通運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)劃（第一批）

的通知》（交科技函[2021]136號(hào)）立項(xiàng)進(jìn)行編制的。計(jì)劃編號(hào)：JJG2021-13。本

規(guī)程主要由交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所負(fù)責(zé)起草，協(xié)作單位為國家水運(yùn)

工程檢測設(shè)備計(jì)量站、廣東交科檢測有限公司、深圳簡測科技智能技術(shù)有限公司。

二、編制背景

（一）目的意義

水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)物和基礎(chǔ)設(shè)施在建設(shè)和長期使用過程中不可避免地產(chǎn)生損傷累

積和抗力衰減，抵抗自然災(zāi)害的能力下降，甚至引發(fā)災(zāi)難性突發(fā)事故，造成重大

人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，重要結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施的健康監(jiān)測已成為水運(yùn)工程的研究熱

點(diǎn)。目前，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的基本信息是對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、應(yīng)力、速度、加速度和位

移等參數(shù)的測量。其中，應(yīng)變和應(yīng)力是反映材料和結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的重要參數(shù)之一，

從材料和結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變分布情況能夠得到構(gòu)件的強(qiáng)度儲(chǔ)備信息，確定構(gòu)件局部位

置的應(yīng)力集中以及構(gòu)件所受實(shí)際載荷狀況。鋼筋是現(xiàn)代水工結(jié)構(gòu)的主要承力構(gòu)件

之一，易受環(huán)境腐蝕、疲勞、材料老化等作用而出現(xiàn)損傷，對(duì)其監(jiān)測意義重大。

傳統(tǒng)的鋼筋應(yīng)變測試手段包括光纖光柵和振弦式鋼筋計(jì)，光纖光柵的壽命和溫漂

問題很難解決，振弦式應(yīng)變計(jì)由于鋼弦蠕變現(xiàn)象也不能長期使用，目前在結(jié)構(gòu)健

康監(jiān)測領(lǐng)域，經(jīng)過大量的研究和應(yīng)用后證明，用光纖光柵進(jìn)行鋼筋應(yīng)變測試已經(jīng)

是首選。

與普通電阻式鋼筋計(jì)、振弦式鋼筋計(jì)相比，光纖光柵式鋼筋計(jì)具有電絕緣性

好、抗電磁干擾性強(qiáng)、傳輸損耗小、傳輸容量大、信噪比高、易組建傳感器網(wǎng)絡(luò)

等優(yōu)點(diǎn)；其抗潮、抗腐、耐久性強(qiáng)，能在惡劣環(huán)境下工作；結(jié)構(gòu)簡單，可以根據(jù)

被測結(jié)構(gòu)的外形改變傳感器的形狀，滿足實(shí)測時(shí)對(duì)傳感器體積要求。目前，應(yīng)變、

應(yīng)力、溫度、位移、加速度等光纖光柵傳感器已開始應(yīng)用于橋梁、大壩、混凝土

結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工檢測，并在其運(yùn)營的長期健康監(jiān)測中得到了實(shí)際應(yīng)用。

1

（a）光纖光柵傳感器布置圖

（b）橋身布線圖

（c）光纖光柵式鋼筋計(jì)安裝圖

圖1沈陽市伯官大橋光纖光柵傳感系統(tǒng)健康監(jiān)測圖

光纖光柵式鋼筋計(jì)尚無國家或交通行業(yè)計(jì)量檢定規(guī)程，一些生產(chǎn)廠家和檢測

單位對(duì)儀器計(jì)量性能指標(biāo)做了相關(guān)規(guī)定，但未能達(dá)成一致，不能用于光纖光柵式

鋼筋計(jì)的整體工作性能評(píng)價(jià)。水利部水文儀器及巖土工程儀器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試

中心的陳欣剛等參照GB/T13606-2007《巖土工程儀器振弦式傳感器通用技術(shù)條

件》對(duì)光纖光柵傳感器的非線性度、不重復(fù)度、滯后、綜合誤差及滿量程輸出等

計(jì)量性能指標(biāo)進(jìn)行了試驗(yàn)。但是，由于兩者在工作原理、性能指標(biāo)要求上存在著

較大區(qū)別，振弦式鋼筋計(jì)的計(jì)量方法不能完全體現(xiàn)光纖光柵式鋼筋計(jì)所有的計(jì)量

性能，不能對(duì)儀器的生產(chǎn)廠家進(jìn)行有效的質(zhì)量控制，無法保證出廠產(chǎn)品質(zhì)量以及

儀器使用工程的安全。

光纖光柵式鋼筋計(jì)已被列入交通運(yùn)輸部《水運(yùn)工程試驗(yàn)檢測儀器設(shè)備計(jì)量管

理目錄》（交辦科技【2016】56號(hào)）中，面對(duì)水運(yùn)工程領(lǐng)域碼頭基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、橋梁、

油罐、路基等結(jié)構(gòu)物內(nèi)部長期測量時(shí)對(duì)光纖光柵式鋼筋計(jì)的量值溯源需求，有必

2

要開展光纖光柵式鋼筋計(jì)的部門計(jì)量檢定規(guī)程編制工作，為光纖光柵式鋼筋計(jì)使

用過程中的質(zhì)量控制提供技術(shù)支撐，為水運(yùn)工程建設(shè)、養(yǎng)護(hù)提供有利保障，推動(dòng)

水運(yùn)工程計(jì)量事業(yè)的發(fā)展。

（二）工作原理

1.光纖傳感原理

光纖布喇格光柵（FiberBraggGrating，F(xiàn)BG）的傳感原理為：外界物理量導(dǎo)

致光纖光柵中心波長的變化，通過解調(diào)布喇格光柵中心波長實(shí)現(xiàn)被測量的測量，

如圖2所示。

（a）光纖布喇格光柵結(jié)構(gòu)示意圖

（b）光波通過布喇格光柵能量分配示意圖

圖2光纖布喇格光柵結(jié)構(gòu)及其反射和投射特性

FBG的λb與其有效折射率neff、周期Λ的關(guān)系有：

λb=2neffΛ（2-1）

不考慮波導(dǎo)效應(yīng)，光纖光柵具有以下應(yīng)變感知特性：

?λn2

beff（）

=1?[p12?ν(p11+p12)]ε2-2

λb2

式中，為波長變化，、為光彈常數(shù)；為泊松比，為應(yīng)變。

?λbp11p12vε

n2

令應(yīng)變傳感靈敏度系數(shù)eff，公式（）即為：

αε=1?[p12?ν(p11+p12)]λb2-2

2

?λb=αεε（2-3）

公式（2-3）即為假定沒有溫度作用的光纖光柵中心波長變化與應(yīng)變增量的關(guān)

系，對(duì)于纖芯是純石英的光纖情況，neff=1.456，p11=121.0，p12=270.0，υ=17.0，

3

若分別取中心波長為1545nm、1550nm、1555nm，可得應(yīng)變傳感靈敏度系數(shù)分

別為1.205pm/με、1.209pm/με、1.212pm/με。由此表明：中心波長變化不大時(shí)，

每微應(yīng)變產(chǎn)生的波長約為1.2pm，即αε=pm/2.1με左右。由于采用的光纖不同、

寫入光柵的工藝不同以及退火工藝的差別，不同光纖光柵的傳感靈敏度會(huì)有差異，

因此不同的光纖光柵必須經(jīng)過標(biāo)定才能用作實(shí)際測量。

2.光纖光柵解調(diào)技術(shù)

光纖Bragg光柵傳感器以波長編碼方式實(shí)現(xiàn)傳感，波長解調(diào)是對(duì)Bragg光柵

中心反射波長的微小偏移量進(jìn)行精確測量，其測量精度直接影響整個(gè)傳感系統(tǒng)的

檢測精度，因此是光纖光柵傳感器系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的部分。目前已有的解調(diào)方法

有：匹配光柵濾波法、非平衡M-Z干涉儀法、可調(diào)諧光源檢測法、可調(diào)諧F-P濾

波器法等，其中可調(diào)諧F-P濾波器法以其調(diào)諧范圍寬、精度高、體積小、穩(wěn)定性

好等優(yōu)點(diǎn)，成為目前解調(diào)技術(shù)中應(yīng)用較為廣泛的解調(diào)方案，其工作原理如圖3所

示。

圖3基于可調(diào)諧F-P濾波器法解調(diào)的系統(tǒng)原理框圖

圖3中，寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)光隔離器進(jìn)入F-P濾波器，進(jìn)而經(jīng)3dB耦合器

進(jìn)入傳感光柵陣列，由信號(hào)處理與控制系統(tǒng)產(chǎn)生的鋸齒波信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換、濾波

放大后形成鋸齒波掃描電壓，在其驅(qū)動(dòng)下，F(xiàn)-P濾波器內(nèi)部壓電陶瓷伸縮使得濾波

器透射波長在一定光譜范圍內(nèi)掃描，應(yīng)變變化引起傳感光柵中心波長發(fā)生偏移，

當(dāng)濾波器投射波長和光柵傳感器反射中心波長相匹配時(shí)，光電探測器可探測到最

大光強(qiáng)值，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，最后將測量結(jié)果顯

示在計(jì)算機(jī)屏幕上。

4

事先標(biāo)定F-P濾波器透射波長λ與驅(qū)動(dòng)電壓V之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過查詢光

電探測器探測到最大光強(qiáng)值時(shí)施加在F-P濾波器上的驅(qū)動(dòng)電壓，即可間接獲得傳

感光柵反射中心波長；而傳感光柵在制作完成后會(huì)通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)定得到其中心

波長與應(yīng)變之間的特性方程，該方程將存儲(chǔ)于信號(hào)處理模塊，然后信號(hào)處理模塊

自動(dòng)將獲得的傳感光柵反射中心波長轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的應(yīng)變值，完成解調(diào)。

3.光纖光柵鋼筋計(jì)受力分析

光纖光柵傳感器在鋼筋上的安裝固定方式如圖4所示。

圖4光纖光柵應(yīng)變傳感器安裝工藝原理圖

圖2-3中，夾持部件將光纖光柵固定在支點(diǎn)之間。夾持部件與光纖光柵之間用

粘接劑固定（忽略粘接劑與光纖光柵之間的作用）；夾持部件所選材料為空心鋼管，

直徑為d；設(shè)兩端夾持部件的支點(diǎn)之間的距離為L，夾持部件內(nèi)側(cè)之間的距離為Lf；

當(dāng)整個(gè)機(jī)構(gòu)受到外力作用時(shí)，機(jī)構(gòu)整體會(huì)發(fā)生變形，設(shè)兩端夾持部件支點(diǎn)之間的

軸向變形為?L，根據(jù)材料力學(xué)基本原理和假設(shè)，?L由兩部分組成，分別為夾持

部件和光纖的軸向變形和：

?Ls?Lf

PsLs（）

?Ls=2-4

EsAs

PfLf

?Lf=（2-5）

EfAf

式中，Ps和Pf為傳感器結(jié)構(gòu)內(nèi)力，As和Af分別為鋼管和光纖的截面積；Es和

Ef分別為鋼和光纖的彈性模量。根據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力處處相等的原則：

?Ls

LEA

s=ff（2-6）

?

LfEsAs

Lf

即：

5

εEA

s=ff（2-7）

εfEsAs

傳感器各項(xiàng)參數(shù)如表1所示。

表1光纖和中間層的機(jī)械性質(zhì)

材料參數(shù)符號(hào)數(shù)值范圍單位

10

光纖的彈性模量Ef7.2×10Pa

11

夾持部件（鋼管）的彈性模量Es2.1×10Pa

夾持部件（鋼管）的直徑ds0.8mm

光纖的直徑df0.125mm

將表2-1中的參數(shù)代入公式（2-7），可得：

ε

s=0.0084（2-8）

εf

由公式（2-8）可以看出，鋼管的應(yīng)變遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光纖光柵的應(yīng)變，因此，可以

認(rèn)為在整個(gè)光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)中，可以忽略夾持部件的應(yīng)變。夾持部件支點(diǎn)

之間產(chǎn)生的形變主要是由光纖的形變引起的。

（三）國內(nèi)外概況

光纖光柵式鋼筋計(jì)以光纖光柵傳感器作為敏感元件。在諸多類光纖光柵傳感

器中，應(yīng)變傳感器是主打產(chǎn)品。由于封裝材質(zhì)、封裝結(jié)構(gòu)的關(guān)系，光纖光柵應(yīng)變

傳感器與裸光柵（只帶有涂覆層的光纖光柵，由于沒有防護(hù)，脆弱易折，常用于

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境）的應(yīng)變傳感特性有所不同。

1.國外光纖光柵式鋼筋計(jì)研究及應(yīng)用概況

1978年，加拿大的K.O.Hill等人首次在試驗(yàn)中觀察到了摻鍺光纖中的光致光

柵效應(yīng)，并制作出世界上第一根光纖布喇格光柵。由于這種光柵的入射效率低及

其響應(yīng)波長受激光寫入波長限制等因素的影響，在相當(dāng)長的時(shí)間里，這一極具開

發(fā)潛力的光子器件及其制作技術(shù)，沒有得到人們的足夠重視。

1989年，美國的G.Meltz等人發(fā)明了紫外側(cè)寫入技術(shù)，他們利用兩束干涉的

紫外光從光纖的側(cè)面寫入了光柵。這項(xiàng)技術(shù)不僅大大提高了光柵寫入效率，而且

可以通過改變兩束相干光的夾角，改變柵格周期，從而達(dá)到控制布喇格波長的目

的。紫外側(cè)寫入技術(shù)問世后，世界各國對(duì)光纖光柵及其應(yīng)用的研究迅速開展起來，

6

光纖光柵的制作以及光纖敏化技術(shù)不斷發(fā)展。

1993年，K.O.Hill等人提出了相位掩模寫入技術(shù)，利用紫外激光經(jīng)過位相掩

模衍射后的±1級(jí)衍射光形成的干涉條紋對(duì)光纖曝光寫入光纖光柵。此技術(shù)的提出

極大地放寬了對(duì)寫入光源相干性的要求，使得光纖光柵的制作更加容易，并使光

纖光柵的批量生產(chǎn)成為可能。同年，P.J.Lemaire等人提出了一種提高光纖光敏性的

簡單有效方法——低溫高壓載氫技術(shù)，使光纖光敏性提高近兩個(gè)量級(jí)。載氫技術(shù)

極大地降低了光柵制作成本，人們可以不必使用價(jià)格昂貴的高濃度摻鍺光纖，在

普通通信光纖上就可以很容易的寫制出高反射率的光纖布喇格光柵。

隨著光纖光柵寫入技術(shù)的逐漸完善，世界各地掀起了光纖光柵技術(shù)的研究熱

潮，各種基于光纖光柵的有源、無源器件也不斷涌現(xiàn)，光纖光柵被廣泛應(yīng)用于光

纖通信、光纖傳感和光信息處理等領(lǐng)域。在傳感領(lǐng)域，自1989年美國的Morey等

人首次進(jìn)行光纖光柵的應(yīng)變與溫度傳感研究以來（Morey，1989），世界各國都對(duì)

其十分關(guān)注并開展了廣泛的應(yīng)用研究，光纖光柵已成為傳感領(lǐng)域發(fā)展最快的技術(shù)，

并在很多領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用。

加拿大卡爾加里附近的BeddingtonTrail大橋是最早使用光纖光柵傳感器進(jìn)行

測量的橋梁之一（1993年），16個(gè)光纖光柵傳感器貼在預(yù)應(yīng)力混凝土支撐的鋼增

強(qiáng)桿和炭纖復(fù)合材料筋上，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行長期監(jiān)測。在美國新墨西哥LasCruces

10號(hào)州際高速公路的一座鋼結(jié)構(gòu)橋梁上，1998年夏安裝了120個(gè)光纖光柵傳感器。

德國德累斯頓附近A4高速公路上有一座跨度72m的預(yù)應(yīng)力混凝土橋，德累斯頓

大學(xué)的Meissner等人將布喇格光柵埋入橋的混凝土棱柱中,測量荷載下的基本線

性響應(yīng)，并且用常規(guī)的應(yīng)變測量儀器作了對(duì)比試驗(yàn)，證實(shí)了光纖光柵傳感器的應(yīng)

用可行性。瑞士應(yīng)力分析試驗(yàn)室和美國海軍研究試驗(yàn)室，在瑞士洛桑附近的Vaux

箱形梁高架橋的建造過程中，使用了32個(gè)光纖光柵傳感器對(duì)箱形梁被推拉時(shí)的準(zhǔn)

靜態(tài)應(yīng)變進(jìn)行了監(jiān)測，32個(gè)光纖光柵分布于箱形梁的不同位置、用掃描法-泊系統(tǒng)

進(jìn)行了信號(hào)解調(diào)。

國外部分廠家生產(chǎn)的光纖光柵傳感器的規(guī)格型號(hào)如表2所示。

表2國外光纖光柵應(yīng)變計(jì)性能參數(shù)

廠家應(yīng)變量程（με）分辨力（με）尺寸（mm）封裝及安裝方式

美國微光（MOI）非金屬封裝，表貼

±5000≤125×6×1

Si425型式

7

標(biāo)準(zhǔn)FRP封裝，表

英國SmartFibres/0.4120×20

貼式

加拿大FISO/0.58.5埋入式

德國HBM對(duì)稱嵌入到復(fù)合材料中（專利）

2.國內(nèi)光纖光柵式鋼筋計(jì)研究及應(yīng)用概況

目前，國內(nèi)的清華大學(xué)、重慶大學(xué)、南開大學(xué)、武漢理工大學(xué)、北京交通大

學(xué)、香港理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等單位對(duì)光纖光柵傳感器的應(yīng)用研究非常重

視，投入了大量的人力和物力，得到了系列研究成果，并已經(jīng)在一些重點(diǎn)示范工

程上得到了較大范圍的應(yīng)用。

武漢理工大學(xué)光纖傳感技術(shù)國家重點(diǎn)工業(yè)性試驗(yàn)基地在光纖光柵傳感器的理

論和應(yīng)用技術(shù)研究方面在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，已研制出了光纖光柵應(yīng)力、溫度、

振動(dòng)、加速度、化學(xué)等多種傳感器，并已成功應(yīng)用于多項(xiàng)工程。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

在歐進(jìn)萍院士的領(lǐng)導(dǎo)下，對(duì)光纖光柵傳感技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，獲得了系列成果，

并從2001年開始，采用光纖光柵傳感器進(jìn)行了10余項(xiàng)重大工程的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，

主要有勝利油田CB32A海洋平臺(tái)、山東東營黃河公路大橋、黑龍江呼蘭河大橋、

黑龍江牛頭山大橋、山東濱州黃河公路大橋、南京長江第三大橋、湖南茅草街大

橋、重慶廣陽島大橋、四川峨邊大渡河大橋、黑龍江松花江大橋、奧林匹克游泳

中心“水立方”等。

在水運(yùn)工程建設(shè)領(lǐng)域，深圳簡測科技有限公司研制的光纖光柵式鋼筋計(jì)用于

混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測過程中，如圖5所示。光纖光柵傳感器適用于混凝土結(jié)構(gòu)（包

括預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)）內(nèi)部和表面的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度和位移等物理量的監(jiān)測，

有利于實(shí)現(xiàn)水運(yùn)工程建筑結(jié)構(gòu)智能化，節(jié)約成本。

8

圖5光纖光柵傳感器碼頭樁監(jiān)測

國內(nèi)廠家生產(chǎn)的光纖光柵式鋼筋計(jì)規(guī)格和技術(shù)性能如表3所示。

9

表3國內(nèi)光纖光柵式鋼筋計(jì)規(guī)格和性能

北京希卓信息技

上海拜安傳感技深圳賽昂斯科技武漢翀遠(yuǎn)監(jiān)測技北京品傲光電科

術(shù)有限公司歐美大地

序號(hào)參數(shù)術(shù)有限公司有限公司術(shù)有限公司技有限公司

SuperHawk3002SEBA-OFG100

BA-OFG100SCI-BGJ100SBG-04PI-FBG-S300

I

拉伸：0～300拉伸：0～400拉伸：0～300拉伸：0～300；拉伸：0～200；

1量程（MPa）-300～+300

壓縮：0～160壓縮：0～320壓縮：0～160壓縮：0～160壓縮：0～100

2分辨率（%F?S）0.10.10.010.01≤0.10.1

3精度（%F?S）0.50.30.50.511

4溫度漂移系數(shù)（%F?S）0.5~1/0.5～10.5～1//

5光柵中心波長（nm）1525～15651525～15651525～15651525～1565/1525～1565

6光柵反射率（%）≥90≥80≥90≥90/

7工作溫度范圍（℃）-50~80-20~80-50~80-50~80-30~85-30~80

適用鋼筋/錨桿規(guī)

適用鋼筋/錨桿規(guī)適用鋼筋/錨桿規(guī)適用鋼筋/錨桿規(guī)φ12/φ20/φ25/φ28直徑22、25、40

8規(guī)格尺寸（mm）格：

格：Ф18~Ф32格：Φ10~Φ40格：Ф20~Ф40mm（尺寸可定制）

Ф20mm-Ф40mm

9封裝方式鎧裝/鎧裝鎧裝//

兩端焊接/螺紋連兩端焊接/螺紋連兩端焊接/螺紋連

10安裝方式焊接//

接/并置式埋入接/并置式埋入接/并置式埋入

FC/APC接頭，雙

鎧裝光纜，左右鎧裝光纜，左右1.5m耐高溫鎧裝1.5米耐高溫鎧

11傳感頭引出線/端為1m鎧裝光

各為1.5m±0.1m各為1m±0.1m電纜裝光纜

纜

光纜熔接或防水光纜熔接或防水光纜熔接或防水

串聯(lián)/法蘭盤連接

12傳感頭之間級(jí)聯(lián)方式型FC/PC光接頭/型FC/PC光接頭型FC/PC光接頭/

/光纜熔接

連接連接連接

10

表3國內(nèi)光纖光柵式鋼筋計(jì)規(guī)格和性能（續(xù)）

北京卓川電子科

北京為韻科技有天津求實(shí)飛博科北京儀器北京睿光通科技南京格能儀器科

技有限公司SOIL

序號(hào)參數(shù)限公司

SS.49-FBG-4911-技有限公司有限公司有限公司技有限公司

MWY-FBG-480GFBG-S-R1BSIL-GS900FBG5300GFR

210/300/400J-210/300/400

0~2100~2100～210(以應(yīng)力

拉伸：0~250200MPa

1量程（MPa）0~3000~300計(jì)、另有特殊量±1500με

壓縮：0~150300MPa

0~4000~400程可選)

2分辨率（%F?S）0.10.10.10.1/0.1με

3精度（%F?S）0.50.31/0.3/

4溫度漂移系數(shù)（%F?S）//////

5光柵中心波長（nm）//1525-1568//1525～1565

6光柵反射率（%）//≥80///

7工作溫度范圍（℃）-30~80-30~80-30~80-30~80-30~80-30~120

12、16、18、20、12、16、18、20、12、16、18、20、12，16，18，20，

8規(guī)格尺寸（mm）22、25、28、32、22、25、28、32、Φ15×15022、25、28、32、22，25，28，32，/

36、40、44、4836、4036、4036，40mm

9封裝方式//////

兩端焊接/并置式

10安裝方式焊接焊接///

埋入

11傳感頭引出線兩端各1.2m鎧裝///單芯鎧裝光纜/

11

光纜

熔接、防水型

12傳感頭之間級(jí)聯(lián)方式/////

FC/APC接頭

900mm或由客900mm或由客戶800mm或客戶指

13標(biāo)距///

戶指定指定定

14非線性（%）////≤1.0/

15靈敏度（%F?S）////0.1/

16溫度補(bǔ)償//////

表3國內(nèi)光纖光柵式鋼筋計(jì)規(guī)格和性能（續(xù)）

無錫布里淵光纖傳感公司山東圣海光纖科技有限公杭州聚華光電科技有限公

序號(hào)參數(shù)北京基康

測溫司司

BLY-FL3001JST-GSGJ100JH-FGS-F2

拉伸：0~250（0~200）

1量程（MPa）300(其他量程可定制)210；300；400

壓縮：0~150（0~300）

2分辨率（%F?S）＜0.1/0.10.1

3精度（%F?S）＜1≤1.01/

4溫度漂移系數(shù)（%F?S）////

5光柵中心波長（nm）1500~1580/1528-1563/

6光柵反射率（%）//≥80/

7工作溫度范圍（℃）-30~80-30~80-30~80-30~80

12

傳感器長度900mm或客戶

12、14、18、20、22、25、

8規(guī)格尺寸（mm）/訂制，鋼筋直徑按國標(biāo)鋼筋Φ15×150

28、32、36、40

直徑制造

螺紋鋼/鈦圓鋼/錳鋼（不同

9封裝方式///

量程對(duì)應(yīng)不同材料封裝）

10安裝方式//兩端焊接/并置式埋入/

雙端出纖，長度可定制（標(biāo)耐腐蝕PU披覆鎧裝，兩端

11傳感頭引出線//

準(zhǔn)配置為1.2米各1.5m，可定制

12傳感頭之間級(jí)聯(lián)方式//熔接、防水型FC/APC接頭/

13標(biāo)距////

14非線性（%）線性擬合R2>0.999//≤1

15靈敏度（%F?S）/0.1//

16溫度補(bǔ)償外部補(bǔ)償///

13

三、編制過程

2019年03月~2019年09月，成立《光纖光柵式鋼筋計(jì)》部門計(jì)量檢定規(guī)程

編寫組，調(diào)研光纖光柵式鋼筋計(jì)國內(nèi)外研究進(jìn)展及應(yīng)用情況，基本掌握了國內(nèi)主

要生產(chǎn)廠家、產(chǎn)品情況、性能指標(biāo)及市場占有情況，并對(duì)國內(nèi)試驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)的產(chǎn)

品使用情況進(jìn)行了解，調(diào)研單位及部分參考標(biāo)準(zhǔn)匯總見表4。

表4參考文件匯總

調(diào)研單位

序號(hào)單位名稱備注

1深圳簡測科技智能技術(shù)有限公司

2北京卓川電子科技有限公司生產(chǎn)研究單位

3天津求實(shí)飛博科技有限公司

4廣東交科檢測有限公司使用單位

部分參考標(biāo)準(zhǔn)

序號(hào)標(biāo)準(zhǔn)名稱備注

1GB/T33213-2016無損檢測基于光纖傳感技術(shù)的應(yīng)力監(jiān)測方法國家標(biāo)準(zhǔn)

2DL/T1736-2017光纖光柵儀器基本技術(shù)條件

3JG/T422-2013土木工程用光纖光柵應(yīng)變傳感器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

4SL363-2006大壩觀測儀器錨桿測力計(jì)

5CECS333：2012結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)其它標(biāo)準(zhǔn)

2019年10月~2019年12月，進(jìn)行計(jì)量技術(shù)指標(biāo)與量傳溯源方法研究，進(jìn)行

相關(guān)試驗(yàn)，制定技術(shù)方案和量值溯源路線。

2020年01月~2020年06月，開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，修改和驗(yàn)證主要計(jì)量技術(shù)

指標(biāo)，完成規(guī)程征求意見稿和編制說明。

規(guī)程主要起草人、參加起草人及其所做工作見表5。

表5規(guī)程起草人及其所做工作

序號(hào)姓名職稱單位所做工作

交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工統(tǒng)籌規(guī)程編制，負(fù)責(zé)統(tǒng)稿和技術(shù)把

1李紹輝高工

程科學(xué)研究所關(guān)

交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工

2趙暉助工負(fù)責(zé)調(diào)研及試驗(yàn)統(tǒng)籌

程科學(xué)研究所

交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工

3曹玉芬副研對(duì)規(guī)程（全文）形式和內(nèi)容審核

程科學(xué)研究所

交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工負(fù)責(zé)第3章計(jì)量性能要求中參數(shù)及

4竇春暉高工

程科學(xué)研究所相關(guān)技術(shù)要求的確定

14

序號(hào)姓名職稱單位所做工作

5王子彬高工廣東交科檢測有限公司負(fù)責(zé)第5章溫度參數(shù)的試驗(yàn)論證

助理工交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工

6張旭負(fù)責(zé)第5章力值部分的試驗(yàn)論證

程師程科學(xué)研究所

交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工

7周振杰助工負(fù)責(zé)第5章力值部分的試驗(yàn)論證

程科學(xué)研究所

深圳簡測科技智能技術(shù)

8劉倩工程師參與起草第5章計(jì)量器具控制部分

有限公司

交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工

9張樂暉助工參與起草第2章概述部分

程科學(xué)研究所

四、編寫依據(jù)

本規(guī)程主要依據(jù)JJF1002-2010《國家計(jì)量檢定規(guī)程編寫規(guī)則》進(jìn)行編寫，并

在編寫中參考了以下有關(guān)文件：

GB/T33213-2016《無損檢測基于光纖傳感技術(shù)的應(yīng)力監(jiān)測方法》、JJF1034

《聲學(xué)計(jì)量術(shù)語及定義》和JJF1059.1-2012《測量不確定度評(píng)定與表示》共同構(gòu)成

規(guī)程制定的基礎(chǔ)性系列規(guī)范。

規(guī)程在編制的過程中，遵循以下原則：

a）協(xié)調(diào)性原則，與現(xiàn)行的法律法規(guī)協(xié)調(diào)一致；

b）適用性原則，儀器設(shè)備規(guī)程中技術(shù)指標(biāo)，符合當(dāng)前的技術(shù)水平，技術(shù)指標(biāo)

的確定需要符合當(dāng)前廠家所能達(dá)到的技術(shù)水平；

c）科學(xué)性原則，電阻式鋼筋計(jì)規(guī)程中關(guān)于儀器設(shè)備性能試驗(yàn)的內(nèi)容，符合國

家標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)要求；

d）溯源性原則，電阻式鋼筋計(jì)作為試驗(yàn)檢測設(shè)備，屬于計(jì)量器具，因此該儀

器檢測方法，參考國家量值溯源系統(tǒng)表，以量值溯源鏈的完整以及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可

靠。

五、主要技術(shù)內(nèi)容

本規(guī)程包括：范圍，概述，計(jì)量性能要求，通用技術(shù)要求，計(jì)量技術(shù)器具控

制，附錄A、B、C。

15

（一）范圍

本規(guī)程規(guī)定的范圍“本規(guī)程適用于光纖光柵式鋼筋計(jì)的首次檢定、后續(xù)檢定和

使用中檢查”。

（二）概述

根據(jù)編寫組調(diào)研的情況，將光纖光柵式鋼筋計(jì)概述描述為：

光纖光柵式鋼筋計(jì)(以下簡稱鋼筋計(jì))是一種利用光纖光柵反射光中心波長與

外界應(yīng)變的線性變化關(guān)系來測量鋼筋混凝土或其它結(jié)構(gòu)物軸向形變的傳感器。

鋼筋計(jì)由光纖保護(hù)管、鎧裝電纜、不銹鋼套管、護(hù)帽、鋼筋和光纖光柵組成，

結(jié)構(gòu)示意圖見圖6。

鋼筋計(jì)的工作原理為：在軸向荷載作用下，鋼筋產(chǎn)生的微小變形（伸長或縮

短）引起光纖光柵傳感器中心波長發(fā)生偏移，其偏移量與施加的荷載成比例，通

過解調(diào)光纖光柵中心波長變化量，即可按公式計(jì)算出鋼筋產(chǎn)生的應(yīng)變，以及相應(yīng)

的應(yīng)力。

1234

圖6鋼筋計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

1——鋼筋；2——光纖光柵傳感器；3——光纖保護(hù)管；4——傳感器光纜。

（三）計(jì)量性能要求

1.線性度

16

DL/T1736-2017《光纖光柵儀器基本技術(shù)條件》中對(duì)光纖光柵儀器的非線性度

要求為≤1.5%F·S，通過調(diào)研光纖光柵鋼筋計(jì)生產(chǎn)廠家，目前市場上生產(chǎn)的光纖光

柵式鋼筋計(jì)線性度均優(yōu)于1.0%F·S，線性相關(guān)系數(shù)均＞99.9%以上，因此，將線性

度計(jì)量性能指標(biāo)設(shè)定為≤±1.0F·S。

2.滯后

DL/T1736-2017《光纖光柵儀器基本技術(shù)條件》中對(duì)光纖光柵儀器的滯后計(jì)量

性能指標(biāo)要求為≤1.5%F·S，綜合考慮市場上光纖光柵式鋼筋計(jì)生產(chǎn)廠家給出的的

儀器性能參數(shù)指標(biāo)和水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)物、基礎(chǔ)設(shè)施健康監(jiān)測需求，其正反行程的滯

后誤差設(shè)定為≤1.5%F·S。

3.重復(fù)性

JG/T422-2013《土木工程用光纖光柵應(yīng)變傳感器》中規(guī)定光纖光柵式鋼筋計(jì)

的重復(fù)性誤差≤0.5%F·S，DL/T1736-2017《光纖光柵儀器基本技術(shù)條件》中規(guī)定

光纖光柵式鋼筋計(jì)的重復(fù)性誤差≤1.0%F·S，綜合考慮市場上光纖光柵式鋼筋計(jì)生

產(chǎn)廠家給出的的儀器性能參數(shù)指標(biāo)和水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)物、基礎(chǔ)設(shè)施健康監(jiān)測需求，

將光纖光柵式鋼筋計(jì)的綜合誤差設(shè)定為≤0.5%F·S。

4.綜合誤差

JG/T422-2013《土木工程用光纖光柵應(yīng)變傳感器》中規(guī)定光纖光柵式鋼筋計(jì)

的綜合誤差≤±1.0%F·S，DL/T1736-2017《光纖光柵儀器基本技術(shù)條件》中規(guī)定光

纖光柵式鋼筋計(jì)的綜合誤差≤2%F·S，綜合考慮市場上光纖光柵式鋼筋計(jì)生產(chǎn)廠家

給出的的儀器性能參數(shù)指標(biāo)和水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)物、基礎(chǔ)設(shè)施健康監(jiān)測需求，將光纖

光柵式鋼筋計(jì)的綜合誤差設(shè)定為≤±1.5%F·S。

5.分辨力

DL/T1736-2017《光纖光柵儀器基本技術(shù)條件》中鋼筋應(yīng)力計(jì)的分辨力要求為

≤0.1%F·S，JG/T422-2013《土木工程用光纖光柵應(yīng)變傳感器》中對(duì)光纖光柵應(yīng)變

傳感器的分辨力要求為≤0.1%F·S，通過調(diào)研光纖光柵式鋼筋計(jì)生產(chǎn)廠家和試驗(yàn)檢

17

測機(jī)構(gòu)，給出的光纖光柵式鋼筋計(jì)參數(shù)指標(biāo)/技術(shù)要求均為≤0.1%F·S，結(jié)合水運(yùn)工

程結(jié)構(gòu)物和基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測需求，將分辨力計(jì)量性能指標(biāo)設(shè)定為≤0.1%F·S。

6.溫度補(bǔ)償誤差

JG/T422-2013《土木工程用光纖光柵應(yīng)變傳感器》中規(guī)定光纖光柵式鋼筋計(jì)

經(jīng)過溫度修正后，由于溫度引起的額外測量誤差不應(yīng)大于0.05%F·S/℃，DL/T

1736-2017《光纖光柵儀器基本技術(shù)條件》中規(guī)定帶有溫度補(bǔ)償功能的光纖光柵式

儀器，在測量范圍內(nèi)，修正后的溫度影響誤差應(yīng)不大于0.1%F·S/℃，綜合考慮市

場上光纖光柵式鋼筋計(jì)生產(chǎn)廠家給出的的儀器性能參數(shù)指標(biāo)和水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)物、

基礎(chǔ)設(shè)施健康監(jiān)測需求，將光纖光柵式鋼筋計(jì)的綜合誤差設(shè)定為≤±0.05%F·S/℃。

（四）通用技術(shù)要求

1.外觀

鋼筋計(jì)外觀應(yīng)無變形，外表面光潔，無銹斑及裂痕，傳感器光纜無損傷，緊

固件無松動(dòng)。

2.銘牌

鋼筋計(jì)應(yīng)有清晰的銘牌，標(biāo)明制造廠或廠標(biāo)、型號(hào)、測量范圍、出廠編號(hào)及

出廠日期等內(nèi)容。

（五）計(jì)量器具控制

檢定環(huán)境為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境，所提指標(biāo)滿足具體要求。檢定設(shè)備組成及技術(shù)要

求提出依據(jù)見表6，表中所提內(nèi)容均經(jīng)過評(píng)審會(huì)專家組嚴(yán)格審核。

表6檢定設(shè)備組成及性能要求

檢定設(shè)備性能要求

力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)測量范圍應(yīng)覆蓋被檢定的鋼筋計(jì)量程，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.1級(jí)

波長分辨力為1pm，波長掃描范圍為