光纖光柵技術在玻璃幕墻邊緣檢測應用研究

張智能

（廣東省有色工業建筑質量檢測站有限公司，廣東 廣州 510725）

1 光纖光柵技術相關內容論述

1.1 基本特點

光纖傳感器屬于新型傳感器，有質量更輕、對高溫與腐蝕的耐受力高、不受電磁干擾影響以及防水防潮等優點，這些優點使得光纖傳感器能夠應用于極端惡劣環境中。除具有上述優點外，光纖光柵技術還具有以下特點：光纖是系統中唯一的傳感元件，同時又作為傳輸媒介存在；信號處理系統必須具備高信噪比，以匹配微弱的檢測信號；系統空間分辨力數量級一般為100m，小于此量級的變化量難以準確測量；每次測量都能獲得傳輸媒介周圍所有被測量的分布狀態；每次測量都需要經過大量信號處理，這使得完整測量耗時較長。

1.2 應用原理

從實際應用情況來看，光纖光柵技術在應用中具有測點密集度高、內容分辨率高、靈敏度高等應用優勢，對此可以將光纖光柵技術應用到玻璃幕墻邊緣檢測中，即將感應器與會直接安裝到的玻璃幕墻上，這樣子面板結構在耦合效應下，會出現擾度變化的情況，此時，結構也會出現相應的彎曲應變。利用傳感器采集信息，此時拉格袋光柵結構的反射中心的波長也會因此出現漂移的問題，同時也可以檢測到結構應變力的變化情況，而結構相互之間的關系還可以簡化為以下公式：ΔλB/λB=（1-p）k，其中p表示玻璃幕墻結構的彈光系數；k表示玻璃幕墻結構位置處的應變系數；λB表示結構的波長長度；ΔλB表示波長長度的漂移值。另外，在結構布置處理過程中，會將傳感器結構沿著玻璃幕墻的縱軸和橫軸進行布置，這樣也可以順利獲取到的薄板結構的受力模型，以直角坐標系的形式確定初始位置坐標，隨后采用安全區法來完成應力結果的處理工作，從而評估數據應用結果的可靠性。

2 光纖光柵技術發展現狀分析

2.1 基于后向Rayleigh scattering的技術

在光纖光柵技術體系發展過程中，經常使用到的結構便是利用后向Rayleigh scattering來完成參數梳理。該技術在應用過程中的基礎原理在于，如果傳輸介質中所能傳遞的粒子長度不足入射波長的1/10時，此時，入射到玻璃幕墻上的光線也會和玻璃幕墻之間出現碰撞的情況，此時散光的光強正比數值為1/λ4，此時結構的入射頻率也會和結構入射光之間保持較高的同步性，從而得到相應的光學現象（即Rayleigh scattering）。在該技術的應用過程中，會依托此類機理條件，借助OTDR結構來完成坐標數據的定位處理，而且散熱光在實際應用中的調制機制又可以細分為強度狀態調制以及偏振態調制，在前者的應用中，其主要采集的內容是對散射光強度進行采集，而后者在應用中，主要采集的數據信息是散射光本身的偏振態情況，同時也會采集相應的延遲時間，以滿足信息梳理的基礎要求。

2.2 基于Raman scattering 的技術

在光纖光柵技術體系發展過程中，經常使用到的結構便是利用Raman scattering來完成參數模型處理。該技術在應用過程中的基礎原理在于，如果傳輸介質中所能傳遞的粒子長度與入射光出現了碰撞問題（非彈性碰撞）時，此時入射到玻璃幕墻上的光線強度，也會大于散熱光的強度，同時也存在著一小部分散射光波長也會大于入射光波長，此類情況則會被稱作是Stokes light，波長此時可以記錄為λ，此時，結構的入射頻率也會和結構入射光之間保持較高的同步性。在該技術的應用過程中，會依托此類機理條件，借助OTDR結構來完成溫度數據信息的定位處理，而且散熱光在實際應用中的溫度變化情況，并且在應用中，主要采集的數據信息是散射光溫度變化數據，了解整體溫度的變化情況，而且這些產品內容也可以利用相應傳感器來完成記錄，同時加強相應的梳理工作，得到所需要的技術參數，評估光參數的變化情況。

2.3 基于 Brillouin scattering 的技術

除了前兩種傳感技術類型外，在光纖光柵技術體系發展過程中，也會使用Brillouin scattering 來完成參數模型處理。該技術在應用過程中的基礎原理在于，如果傳輸介質中所能傳遞的粒子長度與入射光出現了非彈性碰撞，此時，入射到玻璃幕墻上的光線強度，也會大于散熱光的強度，同時，也存在光子與聲子之間的相互作用，而使用到的散熱光頻率也和光纖材料特性保持相應的關聯性，同時光纖材料的應用特性也容易受到外界溫度帶來的影響，此時，則可以利用相應公式進行計算，得到所需要的光學現象。此類情況則會被稱作Brillouin scattering。在該技術的應用過程中，會依托于此類機理條件，借助OTDR結構來完成溫度數據信息以及應變參數的定位處理，而且散熱光在實際應用中的溫度變化和應變變化情況，并且在應用中，因為傳輸距離和傳輸速率的數值處于不斷增加的情況，因此在應用中得到的發射功率數值也會出現增大的情況，基于此加強相應的梳理工作，得到所需要的技術參數，評估光參數的變化情況。

3 光纖光柵技術在玻璃幕墻邊緣檢測中的具體應用

3.1 實驗條件分析

在光纖光柵技術應用過程中，首要任務便是加強實驗條件的分析工作，通常情況下，在具體的分析過程中，會借助有限元模型來完成玻璃面板的實驗處理，同時，利用模擬的方法得到相應的邊界約束信息。在具體的應用過程中，可以借助重力作用，在結構位置處設置重量為5.1kg砝碼，借此來模擬50N的均布載荷（為方便計算，在g值的選擇中，使用9.8N/kg作為基礎值）。根據該模擬條件，也可以針對玻璃幕墻結構膠是否存在失效問題、結構脫落等問題，這樣也可以更好地確定所需要的性能指標。同時在施工過程中，也會根據實際狀態下的工況情況，基于實際要求完成支撐架的安裝處理，而且玻璃試件在安裝過程中，也會和現場實際情況保持一致，隨后將傳感器放置在玻璃幕墻的邊緣位置，利用中心波長在1534mm的反射光參與實驗中，從而得到所需要的玻璃參數信息，便于后續分析工作的順利進行。

3.2 實驗結果分析

為了滿足具體的實驗需求，在具體的應用過程中，會借助有限元模型來完成玻璃面板不同邊界模態量狀態下，結構膠所存在的松動損傷情況，此時可以借助重力作用，搭配結構位置處設置重量為5.1kg砝碼帶來的重力影響，針對玻璃面板邊緣所存在的應變狀態進行數據采集，從而得到精準測量數據，滿足后續數據分析的基礎。同時在實驗過程中，也會借助有限元模型完成玻璃面板邊緣的應變測試參數，借此完成實物測試，并且在邊界約束的狀態下，也會借助力學理論和仿真受力內容關聯在一起，從而得到所需要的靜態分析結果，而且在具體的分析過程中，還需要注意有限元仿真值的分類狀態，基于相應的邊界條件，根據參數同步變化情況來完成參數梳理工作。

3.3 玻璃面板多模態測試值分析

在施工過程中，需要根據實際狀態下的工況情況，基于實際要求來完成支撐架的安裝處理，而且玻璃試件在安裝過程中，也會和現場實際情況保持一致，利用傳感器進行參數信息采集，從而得到玻璃面板多模態測試值，同時繪制相應的應變誤差圖，了解參數信息的變化狀態。基于誤差分析圖中的相關信息，可以了解到在實驗過程中所涉及到的邊界條件會滿足模擬態的相關要求，這樣也可以更好地完成有限元模型搭建，得到具備應用價值的測量數據，而且面板的邊緣位置也處于一致狀態，其受力狀態的均勻性較強，而且在固定邊數逐漸減少的情況下，其應變情況也會保持變化的情況，以滿足具體的應用需求。

3.4 玻璃面板劃分安全區間方法分析

基于不同邊界的約束條件帶來的影響性，玻璃面板所出現的受力狀態也會出現較大的變動性，具體變動內容總結后如下：第一，在模態保持在E狀態時，此時在玻璃面板中，其中某一邊界位置容易出現較大的應變力，而且擾度值也會處于較大的變動狀態，但是，此狀態下的玻璃面板也處于比較不安全的情況。第二，在模態保持在B狀態時，此時，在玻璃面板中，所有位置受到的應變力比較均勻，但是依舊存在一些不穩定因素，這也需要借助模態數據進行分析，得到更可靠的應用數據。

4 結語

綜上所述，在玻璃幕墻邊緣穩定性檢測中，光纖光柵技術有著良好的應用價值，通過梳理該技術在實際應用中需要注意的相關內容，對于加快問題發現速度、提升數據分析結果可靠性有著積極的意義。