光纖光柵傳感器的各種應(yīng)用范圍

光纖光柵傳感器屬于光纖傳感器的一種，基于光纖光柵的傳感過(guò)程是通過(guò)外界物理參量對(duì)光纖布拉格波長(zhǎng)的調(diào)制來(lái)獲取傳感信息，是一種波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器。

1、土木及水利工程中的應(yīng)用

土木工程中的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)是光纖光柵傳感器應(yīng)用最活躍的領(lǐng)域。力學(xué)參量的測(cè)量對(duì)于橋梁、礦井、隧道、大壩、建筑物等的維護(hù)和健康狀況監(jiān)測(cè)是非常重要的.通過(guò)測(cè)量上述結(jié)構(gòu)的應(yīng)變分布,可以預(yù)知結(jié)構(gòu)局部的載荷及健康狀況.。光纖光柵傳感器可以貼在結(jié)構(gòu)的表面或預(yù)先埋入結(jié)構(gòu)中,對(duì)結(jié)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行健康檢測(cè)、沖擊檢測(cè)、形狀控制和振動(dòng)阻尼檢測(cè)等,以監(jiān)視結(jié)構(gòu)的缺陷情況.。另外,多個(gè)光纖光柵傳感器可以串接成一個(gè)傳感網(wǎng)絡(luò),對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)分布式檢測(cè),可以用計(jì)算機(jī)對(duì)傳感信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

2、在橋梁安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

目前, 應(yīng)用光纖光柵傳感器最多的領(lǐng)域當(dāng)數(shù)橋梁的安全監(jiān)測(cè)。斜拉橋斜拉索、懸索橋主纜及吊桿和系桿拱橋系桿等是這些橋梁體系的關(guān)鍵受力構(gòu)件,其他土木工程結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力錨固體系,如結(jié)構(gòu)加固采用的錨索、錨桿也是關(guān)鍵的受力構(gòu)件。上述受力構(gòu)件的受力大小及分布變化最直接地反映結(jié)構(gòu)的健康狀況,因此對(duì)這些構(gòu)件的受力狀況監(jiān)測(cè)及在此基礎(chǔ)上的安全分析評(píng)估具有重大意義。

加拿大卡爾加里附近的Beddington Trail 大橋是最早使用光纖光柵傳感器進(jìn)行測(cè)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(zhǎng)期監(jiān)測(cè), 而這在以前被認(rèn)為是不可能。德國(guó)德累斯頓附近A 4 高速公路上有一座跨度72 m的預(yù)應(yīng)力混凝土橋, 德累斯頓大學(xué)的Meis-sner 等人將布拉格光柵埋入橋的混凝土棱柱中, 測(cè)量荷載下的基本線性響應(yīng), 并且用常規(guī)的應(yīng)變測(cè)量?jī)x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)力分析實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室, 在瑞士洛桑附近的V aux 箱形梁高架橋的建造過(guò)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(cè), 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)行信號(hào)解調(diào)。

施工情況:整個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目的實(shí)施主要包括傳感器布設(shè)、數(shù)據(jù)測(cè)量和數(shù)據(jù)分析三大步。在盧浦大橋選定的端面上布設(shè)了8個(gè)光纖光柵應(yīng)變傳感器和4個(gè)光纖光柵溫度傳感器，其中8個(gè)光纖光柵應(yīng)變傳感器串接為1路，4個(gè)溫度傳感器串接為1路，然后通過(guò)光纖傳輸?shù)綐蚬芩?，?shí)現(xiàn)大橋的集中管理。數(shù)據(jù)測(cè)量的周期根據(jù)業(yè)主的要求來(lái)確定，通過(guò)在橋面加載的方式，利用光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)分析儀，完成橋梁的動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試。

3、在混凝土梁應(yīng)變監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

1989年, 美國(guó)Brown University 的Mendez 等人首先提出把光纖傳感器埋入混凝土建筑和結(jié)構(gòu)中, 并描述了實(shí)際應(yīng)用中這一研究領(lǐng)域的一些基本設(shè)想。此后, 美國(guó)、英國(guó)、加拿大、日本等國(guó)家的大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)投入了很大力量研究光纖傳感器在智能混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

在混凝土結(jié)構(gòu)澆注時(shí)所遇到的一個(gè)非常棘手的問(wèn)題是: 如何才能在混凝土澆搗時(shí)避免破壞傳感器及光纜。光纖Bragg光柵通常寫(xiě)于普通單模通訊光纖上, 其質(zhì)地脆, 易斷裂, 為適應(yīng)土木工程施工粗放性的特點(diǎn), 在將其作為傳感器測(cè)量建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)變時(shí),應(yīng)采取適當(dāng)保護(hù)措施。

一種可行的方案是:在鋼筋籠中布置好混凝土應(yīng)變傳感器的光纖線路后, 將混凝土應(yīng)變傳感器用鐵絲等按照預(yù)定位置固定在鋼筋籠中, 然后將中間段用紗布纏繞并用膠帶固定。而對(duì)粘貼式鋼筋應(yīng)變傳感器一般則用外涂膠層進(jìn)行保護(hù)。

4、在水位遙測(cè)中的應(yīng)用

在光纖光柵技術(shù)平臺(tái)上研制出的高精度光學(xué)水位傳感器專(zhuān)門(mén)用于江河、湖泊以及排污系統(tǒng)水位的測(cè)量。傳感器的精度可以到達(dá)±0.1%F·S。光纖安裝在傳感器內(nèi)部，由于光纖纖芯折射率的周期性變化形成了FBG，并反射符合布拉格條件的某一波長(zhǎng)的光信號(hào)。當(dāng)FBG與彈性膜片或其它設(shè)備連接在一起時(shí)，水位的變化會(huì)拉伸或壓縮FBG。而且，反射波長(zhǎng)會(huì)隨著折射率周期性變化而發(fā)生變化。那么，根據(jù)反射波長(zhǎng)的偏移就可以監(jiān)測(cè)出水位的變化。

5、在公路健康檢測(cè)中的應(yīng)用

公路健康監(jiān)測(cè)必要性:

交通是與人們息息相關(guān)的事情，同樣也是制約城市發(fā)展的主要因素，可以說(shuō)交通的好壞可以直接決定一個(gè)城市的發(fā)展命運(yùn)。每年國(guó)家都要投入大量資金用在公路修建以及維護(hù)上，其中維護(hù)費(fèi)用占據(jù)了很大一部分。即便是這樣，每年仍然有大量公路遭到破壞，公路的早期損壞已成為影響高速公路使用功能的發(fā)揮和誘發(fā)交通事故的一大病害。，而破壞一般都是因?yàn)槠?chē)超載，超速以及自然原因引起的，并且也和公路修建的質(zhì)量有很大關(guān)系。所以在公路施工過(guò)程以及使用過(guò)程中進(jìn)行健康檢測(cè)是非常有必要的?，F(xiàn)在的公路一般分三層進(jìn)行施工，分為底基層、普通層和瀝青層，在施工過(guò)程中埋入溫度以及應(yīng)變傳感器可以及時(shí)得到溫度以及應(yīng)變的變化情況，對(duì)公路質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。詳細(xì)了解施工材料的特點(diǎn)以及影響施工質(zhì)量的因素