光纖傳感技術(shù)在結(jié)構(gòu)工程檢測(cè)中的應(yīng)用研究

■冷凌暉

江西省國(guó)防工業(yè)設(shè)計(jì)院

光纖傳感技術(shù)在結(jié)構(gòu)工程檢測(cè)中應(yīng)用變得更加廣泛，其主要檢測(cè)結(jié)構(gòu)工程的外部荷載，測(cè)量外部荷載引起的損傷、應(yīng)力大小、內(nèi)部溫度變化以及應(yīng)變情況。光纖傳感技術(shù)作為新時(shí)代的產(chǎn)物，其在我們實(shí)際應(yīng)用中正在不斷擴(kuò)大，光纖傳感技術(shù)在結(jié)構(gòu)工程檢測(cè)中取得了重要的應(yīng)用地位。

1 光纖傳感應(yīng)用原理

光纖發(fā)源于20世紀(jì)，其主要成分為二氧化硅，一般的光纖導(dǎo)管直徑在100到125μm之間。光纖傳感技術(shù)作為一種遙測(cè)遙控技術(shù)，其具有容易被監(jiān)測(cè)、體積小、質(zhì)量輕、抗電磁干擾強(qiáng)等特性。光纖傳感包括外界信號(hào)感知以及信號(hào)傳輸兩種功能，外界信號(hào)感知其主要是按照規(guī)律變化監(jiān)測(cè)出外界信號(hào)的變化。光纖感知到強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、偏振狀態(tài)以及相位等發(fā)生變化，測(cè)量的參量變化就會(huì)造成感知外界信號(hào)變化，光纖傳感技術(shù)感知的外界信號(hào)對(duì)光纖傳播光波進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)制。傳輸主要指光纖受到外界信號(hào)調(diào)制光波，傳輸?shù)焦馓綔y(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，將外界信號(hào)提取出來(lái)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理從而達(dá)到一種解調(diào)。光纖傳感技術(shù)包含了解調(diào)和調(diào)制兩個(gè)方面的技術(shù)，即外界信號(hào)（被測(cè)量）如何調(diào)制光纖中的光波參量的調(diào)制技術(shù)（或加載技術(shù)）及如何從被調(diào)制的光波中提取外界信號(hào)（被測(cè)量）的解調(diào)技術(shù)（或檢測(cè)技術(shù)）。

2 光纖傳感技術(shù)在結(jié)構(gòu)工程中檢測(cè)的相關(guān)應(yīng)用

土木工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用了結(jié)構(gòu)材料，將光纖材料直接埋入到混凝土結(jié)構(gòu)之中，已經(jīng)成了當(dāng)前土木工程建設(shè)的重要形式。光纖傳感技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)工程檢測(cè)主要包含養(yǎng)護(hù)期熱應(yīng)變、結(jié)構(gòu)震動(dòng)參數(shù)、溫度、內(nèi)部應(yīng)變力、結(jié)構(gòu)整體性評(píng)估以及裂縫寬度等。

2.1 光纖傳感對(duì)熱應(yīng)變與溫度檢測(cè)

混凝土施工一般養(yǎng)護(hù)期為28天左右，混凝土水化熱釋放部位不一樣，混凝土各部分的溫度不一樣。對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)講，如果檢測(cè)不到位很可能會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的問(wèn)題。混凝土的應(yīng)變不一致加上混凝土的抗拉強(qiáng)度不通，可能會(huì)造成混凝土出現(xiàn)裂縫。利用光線傳感器可以檢測(cè)大體積混凝土的內(nèi)部溫度分布情況，然后根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行施工調(diào)整，為安全施工提供重要支持。

2.2 結(jié)構(gòu)工程內(nèi)部應(yīng)力與應(yīng)變檢測(cè)

結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)變和應(yīng)力檢測(cè)功能是光纖材料埋入混凝土結(jié)構(gòu)的重要應(yīng)用，根據(jù)光纖傳感原理進(jìn)行檢測(cè)可以大致分為下面幾種檢驗(yàn)：光纖微損耗問(wèn)題、應(yīng)變檢測(cè)等均通過(guò)輔助變形裝置將工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)變、應(yīng)力變化傳遞至光纖。雙折射光纖內(nèi)兩偏振光干涉應(yīng)變和應(yīng)力檢測(cè)、兩根光纖輸出光相互干涉、里層與表層不一致造成檢測(cè)結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變。

2.3 結(jié)構(gòu)偏振測(cè)量

光纖傳感器具有其固有的抗電磁干擾能力，傳輸距離更遠(yuǎn)，因此光纖傳感可以遠(yuǎn)距離地檢測(cè)振動(dòng)。工程結(jié)構(gòu)的偏振檢測(cè)可以通過(guò)多模光纖測(cè)量振動(dòng)方法，多模光纖內(nèi)模間干涉多模光纖存在著一定的振動(dòng)關(guān)系，通過(guò)光纖傳感檢測(cè)多模光纖輸出光斑部分，可以有效測(cè)出光強(qiáng)度與光纖受到振動(dòng)的關(guān)系。

2.4 裂縫監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)整體性評(píng)估

工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)中將裂縫的寬度監(jiān)測(cè)作為工程結(jié)構(gòu)整體性評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)檢測(cè)埋入工程結(jié)構(gòu)中的光纖輸出強(qiáng)度變化體現(xiàn)出裂縫發(fā)生于擴(kuò)展。裂縫監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)的整體性評(píng)估，作為光纖傳感技術(shù)在工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)的重要內(nèi)容，為工程結(jié)構(gòu)建設(shè)施工提供了重要性支撐。

3 光纖傳感技術(shù)在工程檢測(cè)中的注意事項(xiàng)

光纖傳感技術(shù)在工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)中雖然已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是在具體的實(shí)際工作中必須要注意一些問(wèn)題。光纖傳感技術(shù)在工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)中如何將光纖無(wú)損埋入工程結(jié)構(gòu)，確保光纖組件和宿主組件可以完整的結(jié)合在一起，為后續(xù)的光纖傳感技術(shù)在結(jié)構(gòu)工程中的檢測(cè)提供準(zhǔn)確的檢測(cè)信息。光纖傳感檢測(cè)中解決光纖在工程結(jié)構(gòu)中的耐久性一直都是光纖傳感技術(shù)檢測(cè)核心技術(shù)，選擇符合質(zhì)量要求的粘貼膠，可以確保光纖傳感檢測(cè)系統(tǒng)持續(xù)工作幾十年，乃至上百年仍然可以正常使用，為我們提供正確的檢測(cè)數(shù)據(jù)。疲勞損傷一直都是光纖傳感檢測(cè)的重要問(wèn)題，光纖傳感檢測(cè)工程結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)，必須要檢測(cè)光纖、粘貼膠等是否可以滿(mǎn)足長(zhǎng)期的健康監(jiān)測(cè)需求。目前我們的光纖傳感技術(shù)仍然處于初始階段，我們?cè)诠饫w檢測(cè)過(guò)程中還必須要解決一系列的問(wèn)題。由于光纖傳感不會(huì)受到電磁干擾，其測(cè)量的精度較高，且光線單端的輸入和輸出數(shù)據(jù)更能確保工程檢測(cè)的準(zhǔn)確性。即便在很惡劣的環(huán)境下進(jìn)行光纖傳感檢測(cè)，也可以對(duì)工程項(xiàng)目中的混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變、裂縫以及溫度等進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)光纖傳感技術(shù)飛速發(fā)展，在結(jié)構(gòu)工程檢測(cè)領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。光纖傳感技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)工程的檢測(cè)可以適應(yīng)非常惡劣的環(huán)境，且光纖傳感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)，獲取的數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)。本文針對(duì)光纖傳感技術(shù)相關(guān)原理、檢測(cè)應(yīng)用以及在實(shí)際工作中的一些注意事項(xiàng)進(jìn)行分析討論，為相關(guān)研究者提供參考。