光纖光柵傳感器的優(yōu)勢和應用

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1、光纖光柵傳感器的優(yōu)勢和應用一、光纖光柵傳感器的優(yōu)勢與傳統(tǒng)的傳感器相比,消防器材中的光纖光柵傳感器具有自己獨特的優(yōu)點:(1)傳感頭結構簡單、體積小、重量輕、外形可變,適合埋入大型結構中,可測量結構內部的應力、應變及結構損傷等,穩(wěn)定性、重復性好;(2)與光纖之間存在天然的兼容性,易與光纖連接、低損耗、光譜特性好、可靠性高;(3)具有非傳導性,對被測介質影響小,又具有抗腐蝕、抗電磁干擾的特點,適合在惡劣環(huán)境中工作;(4)輕巧柔軟,可以在一根光纖中寫入多個光柵,構成傳感陣列,與波分復用和時分復用系統(tǒng)相結合,實現(xiàn)分布式傳感;(5)測量信息是波長編碼的,所以,光纖光柵傳感器不受光源的光強波

2、動、光纖連接及耦合損耗、以及光波偏振態(tài)的變化等因素的影響,有較強的抗干擾能力;(6)高靈敏度、高分辯力。正是由于具有這么多的優(yōu)點,近年來,光纖光柵傳感器在大型土木工程結構、航空航天等領域的健康監(jiān)測,以及能源化工等領域得到了廣泛的應用。光纖光柵傳感器無疑是一種優(yōu)秀的光纖傳感器，尤其在測量應力和應變的場合，具有其它一些傳感器無法比擬的優(yōu)點，被認為是智能結構中最有希望集成在材料內部，作為監(jiān)測材料和結構的載荷，探測其損傷的傳感器。二、光纖光柵傳感器的應用1、土木及水利工程中的應用土木工程中的結構監(jiān)測是光纖光柵傳感器應用最活躍的領域。力學參量的測量對于橋梁、礦井、隧道、大壩、建筑物等的維

3、護和健康狀況監(jiān)測是非常重要的.通過測量上述結構的應變分布,可以預知結構局部的載荷及健康狀況.。光纖光柵傳感器可以貼在結構的表面或預先埋入結構中,對結構同時進行健康檢測、沖擊檢測、形狀控制和振動阻尼檢測等,以監(jiān)視結構的缺陷情況.。另外,多個光纖光柵傳感器可以串接成一個傳感網絡,對結構進行準分布式檢測,可以用計算機對傳感信號進行遠程控制。(1)在橋梁安全監(jiān)測中的應用目前,應用光纖光柵傳感器最多的領域當數(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鍵受力構件,其他土木工程結構的預應力錨固體系,如結構加固采用的錨索、錨桿也是關鍵的受力構件。上述受力構

4、件的受力大小及分布變化最直接地反映結構的健康狀況,因此對這些構件的受力狀況監(jiān)測及在此基礎上的安全分析評估具有重大意義。加拿大卡爾加里附近的BeddingtonTrail大橋是最早使用光纖光柵傳感器進行測量的橋梁之一(1993年),16個光纖光柵傳感器貼在預應力混凝土支撐的鋼增強桿和炭纖復合材料筋上,對橋梁結構進行長期監(jiān)測,而這在以前被認為是不可能。德國德累斯頓附近A4高速公路上有一座跨度72m的預應力混凝土橋,德累斯頓大學的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,并且用常規(guī)的應變測量儀器作了對比試驗,證實了光纖光柵傳感器的應用可行性。瑞

5、士應力分析實驗室和美國海軍研究實驗室,在瑞士洛桑附近的Vaux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靜態(tài)應變進行了監(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)進行信號解調。2003年6月，同濟大學橋梁系史家均老師主持的盧浦大橋健康檢測項目中，采用了上海紫珊光電的光纖光柵傳感器，用于檢測大橋在各種情況下的應力應變和溫度變化情況。施工情況:整個檢測項目的實施主要包括傳感器布設、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了8個光纖光柵應變傳感器和4個光纖光柵溫度傳感器，其中8個光纖光柵應變傳感器串接為1路，4個溫度傳感器串接

6、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絡分析儀，完成橋梁的動態(tài)應變測試。(2)在混凝土梁應變監(jiān)測中的應用1989年,美國BrownUniversity的Mendez等人首先提出把光纖傳感器埋入混凝土建筑和結構中,并描述了實際應用中這一研究領域的一些基本設想。此后,美國、英國、加拿大、日本等國家的大學、研究機構投入了很大力量研究光纖傳感器在智能混凝土結構中的應用。在混凝土結構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

7、訊光纖上,其質地脆,易斷裂,為適應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構應變時,應采取適當保護措施。一種可行的方案是:在鋼筋籠中布置好混凝土應變傳感器的光纖線路后,將混凝土應變傳感器用鐵絲等按照預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。而對粘貼式鋼筋應變傳感器一般則用外涂膠層進行保護。2003年9月，上海紫珊光電技術有限公司自主研發(fā)的光纖光柵傳感應變計埋設于混凝土中對北京中關村某標志性建筑進行靜態(tài)應變測量。上海紫珊光電技術有限公司自主研發(fā)的光線光柵應變計具有