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程是通過外界物理參量對光纖布拉格波長的調(diào)制來獲取傳感信息，是一種波長調(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)參量的測量對于橋梁、礦井、隧道、大壩、建筑物等的維護和健康狀況監(jiān)測是非常重要的.通過測量上述結(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,對結(jié)構(gòu)同時進(jìn)行健康檢測、沖擊檢測、形狀控制和振動阻尼檢測等,以監(jiān)視結(jié)構(gòu)的缺陷情況.。另外,多個光纖光柵傳感器可以串接成一個傳感網(wǎng)絡(luò),對結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)分布式檢測,可以用計算機對傳感信號進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

2、在橋梁安全監(jiān)測中的應(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。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,因此對這些構(gòu)件的受力狀況監(jiān)測及在此基礎(chǔ)上的安全分析評估具有重大意義。

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)行測量的橋梁之一(1993 年), 16 個光纖光柵傳感器貼在預(yù)應(yīng)力混凝土支撐的鋼增強桿和炭纖復(fù)合材料筋上,對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行長期監(jiān)測, 而這在以前被認(rèn)為是不可能。德國德累斯頓附近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, 測量荷載下的基本線性響應(yīng), 并且用常規(guī)的應(yīng)變測量儀器作了對比試驗, 證實了光纖光柵傳感器的應(yīng)用可行性。瑞士應(yīng)力分析實驗室和美國海軍研究實驗室, 在瑞士洛桑附近的V aux 箱形梁高架橋的建造過程中, 使用了32個光纖光柵傳感器對箱形梁被推拉時的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)變進(jìn)行了監(jiān)測, 32個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)行信號解調(diào)。

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

3、在混凝土梁應(yīng)變監(jiān)測中的應(yīng)用

1989年, 美國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, 并描述了實際應(yīng)用中這一研究領(lǐng)域的一些基本設(shè)想。此后, 美國、英國、加拿大、日本等國家的大學(xué)、研究機構(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)澆注時所遇到的一個非常棘手的問題是: 如何才能在混凝土澆搗時避免破壞傳感器及光纜。光纖Bragg光柵通常寫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, 在將其作為傳感器測量建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)變時,應(yīng)采取適當(dāng)保護措施。

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。而對粘貼式鋼筋應(yīng)變傳感器一般則用外涂膠層進(jìn)行保護。

4、在水位遙測中的應(yīng)用

在光纖光柵技術(shù)平臺上研制出的高精度光學(xué)水位傳感器專門用于江河、湖泊以及排污系統(tǒng)水位的測量。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的光信號。當(dāng)FBG與彈性膜片或其它設(shè)備連接在一起時，水位的變化會拉伸或壓縮FBG。而且，反射波長會隨著折射率周期性變化而發(fā)生變化。那么，根據(jù)反射波長的偏移就可以監(jiān)測出水位的變化。

5、在公路健康檢測中的應(yīng)用

公路健康監(jiān)測必要性:

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，可以說交通的好壞可以直接決定一個城市的發(fā)展命運。每年國家都要投入大量資金用在公路修建以及維護上，其中維護費用占據(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。，而破壞一般都是因為汽車超載，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。所以在公路施工過程以及使用過程中進(jìn)行健康檢測是非常有必要的。現(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，在施工過程中埋入溫度以及應(yīng)變傳感器可以及時得到溫度以及應(yīng)變的變化情況，對公路質(zhì)量進(jìn)行實時監(jiān)控。詳細(xì)了解施工材料的特點以及影響施工質(zhì)量的因素