橋梁檢測光纖傳感技術應用分析

黃禮和 文少忠

摘 要：橋梁檢測工程屬于系統性的工程，在進行橋梁檢測的過程中，采用光纖傳感技術能夠提高整體橋梁的檢測強度，對提高項目的開展有著積極的作用。基于此本文立足于實際，以光纖傳感技術為研究背景，在分析光纖傳感器的類型以及特點的基礎上總結了我國橋梁檢測的現狀，并且對光纖傳感技術的應用領域進行了研究探討，希望可以給相關工作人員提供參考。

關鍵詞：橋梁工程;檢測;光纖傳感技術;應用

中圖分類號：U446 文獻標識碼：A

1 光纖傳感器的類型及特點

光纖傳感器的具體類型是非常多的，根據光纖傳感器中所使用的光纖作用不同主要有傳感型與傳光型兩種形式。前者一般也可以叫做是功能性光纖傳感器，應用的是單模光纖的形式，其不僅可以實現傳光作用，這是極為敏感性的元件，是通過光纖自身的傳輸特性是利用被測之下所能夠形成的變化特點，利用光波導的特點來實現調制。傳感型的光纖傳感器來說，因為其光纖也屬于一種性能比較好的敏感元件，所以其比較長的光纖能夠達到較高的敏感度，保證信號的傳輸更加的真實和準確。該種傳光型的光纖傳感器通常也可以稱之為非功能性的光纖傳感器的形式，其是利用被檢測對象所形成的調制信號傳輸到光纖內，然后利用在輸出一側的位置上進行光信號的檢測來完成測量的。這種傳感器在應用中，光纖部分僅僅是傳光元件，要使用能夠達到光纖傳遞光的調制敏感元件來形成所需要的傳感元件。其中，分布式光纖傳感器最佳的組成結構形式就是應變分布監測器，其在結構達到完整性的標準之下，能夠快速的進行物理量、擾動以及位置等方面的檢測。通常情況下，分布式光纖傳感器主要是利用檢測確定散射回來的能量能夠掌握具體的數據變化，從而可以通過應用其內部組成的各個結構部件以掌握被檢測數據的變化[1]。

2 我國橋梁檢測現狀

2.1 檢測范圍小

近年來我國經歷了快速的發展，很多橋梁工程項目開工建設，能夠有效的促進各個地區的交通發展，實現了不同地區的經濟交流和連續，尤其是一些偏遠地帶的城鎮，發展速度是非常驚人的。但是隨著橋梁工程建設數量、規模的增大，如果沒有做好質量管理和控制，就會導致工程質量出現嚴重的問題，給社會的發展產生非常不利的影響。因此，要深入的分析橋梁質量檢測的問題，選擇合理的檢測技術，以實現有效的改善，給今后的橋梁工程質量提升奠定基礎。從當前的實際情況分析，檢測范圍內是比較常見的問題，也是我們需要提起注意的。首先對于橋梁檢測中，所分析的影響因素是比較少的，僅僅是考慮到應付上級單位的檢查，所以并未做好各項技術參數的分析和整理使用，并不能充分的掌握橋梁檢測中的具體內容，導致了檢測工作停留在表面，一些質量隱患無法及時消除，導致橋梁在投入運營之后會產生嚴重的問題，造成嚴重的交通事故發生。其次，橋梁在經過了時代的發展變革之后，必須要結合實際情況進行檢測技術的改進，擴大檢測范圍是非常有必要的，同時還應該分析時間、資金等各個方面的因素。有些橋梁工程為了能夠降低成本，直接忽略了檢測工作，沒有發現檢測的問題，導致了在后續的運營中有著很多的問題，比如坍塌、損毀等，導致嚴重事故的發生，給人們的生命財產與安全產生非常嚴重的負面影響，危害極其嚴重。

2.2 檢測針對性差

當前的橋梁工程建設中，人們的關注度是比較高的，要想使得工程的質量合格，就要做好檢測技術的分析與應用，可以提升檢測針對性。我國是發展中國家，城鎮化發展比較高，城市化發展速度非常快，而各個城市之間的差距在逐步的增多。從一線、二線的城市中分析，橋梁工程的檢測中有著很多的問題，這是無法避免存在的，但是從整體上來說，都能夠達到國家標準的要求，基本上不會出現很大的問題[2]。而對于三線或者以下的城市中，橋梁工程建設中還主要使用的是傳統檢測技術，檢測內容、標準等都沒有發生變化，依然停留在落后的局面中，沒有綜合分析當地的特殊情況因素，造成了很多質量管理都有著嚴重的問題，極大的影響橋梁的正常使用。第二，在重點檢測指標發布后，橋梁檢測工作僅僅是按照規定的幾項內容來進行，無論是檢測方式、檢測手段，還是檢測技術方面，都沒有按照要求來進行，所以容易引發嚴重的安全隱患，造成了巨大的經濟損失，產生的損失是無法估量的。第三，橋梁檢測中，針對性是非常差的，沒有結合實際情況來作出檢測，造成了后續的維護與管理中都有著很大的問題，給橋梁工程的正常使用所產生的影響是深遠的，要提起足夠的重視。

3 光纖傳感技術在橋梁檢測中的應用

光纖傳感技術能夠應用比較大的范圍內，針對于橋梁工程的檢測來說，具體是如下幾個方面：橋梁結構施工環節中的質量監測;當前橋梁結構運營狀態監測;運營時間比較長的橋梁工程進行運行狀態監測。

3.1 對應變的光纖傳感測量方法

按照光纖傳感器的工作原理，把光纖應變傳感器實施必要的初始標定之后就能夠開始進行測量作業，該工作的目的就是能夠獲取光纖應變測量儀與傳統電阻應變片式的傳感器比例參數所存在的關系。結合具體的情況展開分析，可以利用靜態標定的方式來實現。傳感器的靜態特性方面進行分析，就是在靜態的條件之下來實施標定，就是在沒有加速度、振動、沖擊等各種不良情況的影響之下，并且環境溫度是室溫條件，即20℃±5℃，相對濕度控制在85%以下，大氣壓為1.01 MPa±0.07 MPa的情況。在實施傳感器的靜態標定作業環節，首先要明確具體的標定標準環節，其次就是在確定的標定傳感器精度之下應該選擇合適要求的儀器設備來實現。做出這些工作后，就能夠實現傳感器的靜態標定處理。標定設施是通過金屬片來進行實現的，絲杠直接推進下壓杠桿的結構，然后讓金屬片拉伸之下就能夠形成一定的應變。通過應用電阻式應變儀來進行標定，要保證該設備的精度符合技術標準要求，具體的標定要通過下述幾項工作來進行：

a）傳感器實現全程測量，主要是通過設定間距相同的多個點來進行的。

b）按照具體的量程點的分布設置，從大到小來實現逐個標準兩側，然后是記錄和各個輸入量相應的輸出值參數。

c）把輸入參數從大到小逐步的降低，然后就是記錄好各個和輸入量相應的輸出值參數。

d）按b）、c）中的數據來進行多次的測試，要按照技術標準實現各個數據的處理，處理完成之后要根據具體的處理結果可以實現傳感器的線性度、靈敏度、滯后與重復性等方面的參數來進行分析。按照以上的各項測量數據與方法，就能夠獲取具體的標定曲線。根據標定曲線中所展現出來的斜率能夠獲取光纖應變測量儀和電阻式應變儀來實現應變參數的測量的應對系數關系[3]。

3.2 光纖傳感技術在橋梁動測中的應用

通過使用光纖傳感器裝置中所存在的測量振動方面，具體就是通過構件中的振動響應數據，比如頻率、振幅等方面的數據，主要的方法如下所示：把信號光纖直接粘貼到需要檢測的構件表面，其會因為構件所產生的振動而發生一定的振動響應，從而產生某種變化。輸出光的相位會隨著其信號變化出現周期性的反應，光電探測器能夠直接接收到相應的光強數據也會出現周期性的變化。將該振動信號進行FFT（Fast Fourier Transform）計算后，就能夠獲取了該構件的振動頻譜，然后能夠明確具體的振動周期。同時在具體操作的過程中，對于橋梁動車的檢測狀態而言，光纖傳感技術它具備自身的科技感，能夠通過計算機網絡的應用之后實現橋梁振動的檢測，從而實現相應的共振頻率變化，探尋出橋梁存在的病害。

3.3 檢測橋梁振動

通過應用光纖傳感器能夠直接檢測確定橋梁的振動參數，然后就能夠獲取了具體的橋梁部分或者整體的振動參數，比如頻率、振幅等等。主要的檢測方法如下所示：信號光纖直接安裝到橋梁表層或者埋設到其結構內部，然后其會隨著光纖的振動而發生振動反應，終端輸出光的一些參數都會表現出周期性變化的形式，光電探測器也能夠接收到光強就能夠發生周期性的變化，然后處理系統可以通過接收的信號實施FFT（Fast Fourier Transform）分析后，最終能夠掌握了振動頻率、周期等方面的信息[4-5]。

3.4 檢測橋梁結構應力、應變情況

橋梁結構的內應力也是當前工程質量檢測中極為重要的一項技術參數，必須要做好細節部分的檢測，這是非常重要的一部分工作。目前該參數的檢測主要是通過F-P光纖傳感器及光纖布拉格光柵傳感器等設備來實現的。前者能夠實現橋梁的局部應力檢測和應用，后者則是進行橋梁分布應力方面的檢測。比如某橋梁項目在運行中，處于黃河流域內，日均車流量近4萬輛次。使用F-P光纖傳感器對于該橋梁進行靜、動態的監測，光纖傳感器分辨率為0.13 με， 能夠達到檢測標準的要求，同時也能夠準確的掌握各個時間段內的橋梁內應力變化情況，為橋梁的運營與維護管理提供良好的基礎。

3.5 砼結構檢測

砼是橋梁結構的主要組成部分，但是經過長期的應用，會導致侵蝕、裂縫等問題的出現。按照不同的形式，一般可以分為貫穿縫與深縫兩種形式。貫穿縫會給橋梁運行安全性產生直接的影響，導致其承載性能下降。裂縫是極為嚴重的橋梁病害問題，也是引發橋梁坍塌事故的主要誘導因素，根據損傷物理學的基本原理進行分析，工程在出現了損傷并且嚴重到一定的程度，就是說裂縫損傷到某種程度會有一個特定信號的發出，所以需要通過檢測該信號以做好安全性的預警。光纖傳感器技術較之傳統檢測技術有著非常明顯的優勢，那就是其能夠在橋梁工程中實現整體分布式檢測，能夠消除傳統檢測方式之下所存在的不連續問題，并且不會有漏報、誤報等情況的發生。

4 結語

光纖傳感器操作非常便捷，檢測成本也比較低，尤其是應用到大型橋梁項目中，有著非常好的優勢，為橋梁工程質量提升起到積極的作用。光纖檢測技術的穩步發展，使得橋梁監測變動更加的方便、準確，使得橋梁可以更加安全的應用。同時光纖檢測技術隨著科學技術的發展在不斷的進步，讓橋梁設計與更加更趨完善，為交通領域的穩步發展起到了積極的推動作用。

參考文獻：

[1]白萬鵬，徐博文.在役橋梁病害機理及檢測技術研究[J].交通企業管理，2012，27（09）：52-53.

[2]單寧.基于光纖聲發射傳感技術的橋梁監測實驗研究[J].壓電與聲光，2011，33（02）：182-184+187.

[3]宋培芬.基于無線傳感器網絡的橋梁監測系統研究[J].微計算機信息，2010，26（22）：85-86+111.

[4]殷中輝.光纖傳感技術在橋梁監測中的應用[J].交通標準化，2014，42（18）：93-95.

[5]賈琦.光纖傳感技術的發展及應用[J].中國包裝工業，2014，23（08）：73.