Comparison of different fiber coatings for distributed strain measurement in cementitious matrices

Abstract

Abstract. Distributed fiber optic strain measurement based on Rayleigh scattering has recently become increasingly popular in automotive and mechanical engineering for strain monitoring and in the construction industry, especially structural health monitoring. This technology enables the monitoring of strain along the entire fiber length. This article addresses integrating optical fibers of different coatings into the concrete matrix to measure the shrinkage deformations. However, previous studies do not give a clear statement about the strain transfer losses of fiber optic sensors in this application. In this context, three different coating types were investigated regarding their strain transfer. The fibers were integrated into fine-grained concrete prisms, and the shrinkage strain was compared with a precise dial gauge. The analysis shows a high correlation between the reference method and the fiber measurement, especially with the ORMOCER® coating. The acrylate coating used is also consistent in the middle area of the specimen but requires a certain strain introduction length to indicate the actual strain. The main result of this study is a recommendation for fiber coatings for shrinkage measurement in fine-grain concretes using the distributed fiber optic strain measurement. In addition, the advantages and disadvantages of the measurement method are presented.

Distributed fiber optic sensors for measuring strains of concrete, steel, and textile reinforcement: Possible fields of application

“…These intermediate layers are characterized by different bonding and mechanical properties which influence the results of the measurements. 3,10,[23][24][25] The most common coatings are polyimide, acrylate and nylon coatings, further also cables with steel or composite protective layers are available.…”

Validierung verteilter faseroptischer Sensorik zur Dehnungsmessung im Betonbau

“…Eine eigens entwickelte Software wurde verwendet, um einerseits die Datenmengen zu reduzieren und andererseits die Informationen statistisch aufzubereiten [3, 11, 12]. Die Software approximiert mögliche Messfehler mittels des Interpolationsverfahrens nach Akima und fasst die Matrizen der einzelnen Lastniveaus entsprechend Gl.…”

“…Im Vergleich zu punktuell messenden Verfahren, wie Dehnungsmessstreifen (DMS), Wegaufnehmern (LVDT) oder Faser‐Bragg‐Gitter‐Sensoren (FBG), kann jeder Bereich der Messfaser zur Dehnungsmessung herangezogen werden, wodurch sich Dehnungsverläufe innerhalb der Messlänge abbilden lassen [10]. Die optische Faser lässt sich entweder auf das Bauteil aufkleben oder in dessen Baustoffmatrix integrieren [11, 12]. Damit kann die Faser nicht nur Belastungszustände infolge äußerer Lasten, sondern auch Verformungen durch Schwinden oder Quellen aufzeichnen, was unter anderem bei massiven Betonbauteilen von Bedeutung sein kann.…”

“…Darüber hinaus lassen sich vorgefertigte Bauteile im Werk mit Messfasern ausstatten. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit von On‐Demand‐Messungen; kontinuierliche Aufzeichnungen sind nicht notwendig [12]. Das Messsystem vergleicht dazu die Rückstreuspektren der unbelasteten Referenzmessung mit Aufnahmen eines späteren Zeitpunkts [2].…”

Application of fiber optic measurement in textile‐reinforced concrete testing

“…Conventional single‐mode optical fibers can be used to construct measuring sensors. Different coatings enhance robustness but may have a negative influence on the measuring results, respectively, strain transfer losses 34 . In combination with an optical frequency domain reflectometer (OFDR 35 ), high spatial resolution measurements and simultaneously high sampling rates become possible.…”