基于光纖光柵傳感技術(shù)的橋梁施工監(jiān)控.pdf

《基于光纖光柵傳感技術(shù)的橋梁施工監(jiān)控.pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、???????????????????????精品資料推薦???????????????????基于光纖光柵傳感技術(shù)的橋梁施工監(jiān)控一、引言頂推法是近年來發(fā)展迅速的大型橋梁施工工藝，過去由于缺少先進(jìn)的測量手段，國內(nèi)在橋梁頂推施工時(shí)，往往采用經(jīng)緯儀或全站儀進(jìn)行人工監(jiān)測，效率低、速度慢、精度差，實(shí)際效果很不理想，難以保證施工安全和橋梁宏觀質(zhì)量。工業(yè)發(fā)達(dá)國家一般都要求對(duì)頂推施工過程進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控。隨著交通事業(yè)的快速發(fā)展，我國對(duì)橋梁頂推過程自動(dòng)監(jiān)控也越來越重視，2004年，交通部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目招標(biāo)中就有墩梁受力變形安全控制的內(nèi)容。傳統(tǒng)的機(jī)電類傳感器在

2、抗干擾、耐潮濕、持久穩(wěn)定等方面的性能已經(jīng)不能適應(yīng)橋梁頂推施工監(jiān)控的復(fù)雜要求和施工現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。因此，研究光纖光柵傳感技術(shù)在橋梁施工監(jiān)控中的應(yīng)用是工程實(shí)踐的緊迫要求。測試系統(tǒng)要求測量應(yīng)變的范圍為±1000x10-6，應(yīng)變的分辨力為±1x10-6。為了快速組建智能化的施工監(jiān)控系統(tǒng)，將系統(tǒng)構(gòu)建在目前逐漸成為測控領(lǐng)域主流技術(shù)的虛擬儀器平臺(tái)上，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在同一個(gè)系統(tǒng)中，集成光纖光柵傳感解調(diào)和頂推施工過程監(jiān)控。二、光纖光柵傳感器結(jié)構(gòu)原理光纖光柵傳感器是二十世紀(jì)末才發(fā)展起來的一種新型光纖傳感器，它采用波長調(diào)制，因此，克服了傳統(tǒng)的光強(qiáng)型和干

3、涉型光纖傳感器測量精度受光纖彎曲和連接損耗影響、相位測量模糊等缺陷。光纖光柵傳感器的原理如圖1所示。利用光纖材料的光敏性，通過紫外激光在光纖纖芯上刻寫一段光柵，當(dāng)光源發(fā)出的連續(xù)寬帶光li通過傳輸光纖射人時(shí)，在光柵處有選擇的反射回一個(gè)窄帶光lr，其余寬帶光lt繼續(xù)透射過去，在下一個(gè)具有不同中心波長的光纖光柵處進(jìn)行反射，多個(gè)光纖光柵陣列形成光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)。各光纖光柵反射光的中心波長λ為式中n為纖芯的有效折射率；Λ為纖芯折射率的調(diào)制周期。目前，在結(jié)構(gòu)變形和溫度監(jiān)測中，普遍采用周期Λ＜1μm的短周期光纖光柵傳感器，其反射波長人稱為Bragg波長，這種

4、傳感器稱為FBG傳感器。根據(jù)式（1），解調(diào)出反射光波長即可以尋址到FBG傳感網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)傳感器。反射回來的窄帶光的中心波長隨著作用于FBG的溫度和應(yīng)變成線性變化，中心波長的變化量為1???????????????????????精品資料推薦???????????????????式中ε為應(yīng)變量；Δt為溫度變化量，℃。由式（2）可知，F(xiàn)BG反射光中心波長同時(shí)受溫度和應(yīng)變的影響，交叉敏感的問題是目前FBG應(yīng)用研究的一個(gè)熱點(diǎn)，比較成熟的方法是采用同種溫度環(huán)境下的FBG溫度補(bǔ)償傳感器進(jìn)行克服。這樣，也滿足了很多場合下溫度和應(yīng)變同時(shí)測量的要求。波長編碼的解調(diào)

5、是FBG傳感器應(yīng)用中的關(guān)鍵問題。在各種波長解調(diào)技術(shù)中，可調(diào)諧F-P腔濾波法體積小、價(jià)格低、靈敏度高，是一種很有工程實(shí)用價(jià)值的方法。這種方法利用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)F-P腔長變化改變其透射光波長，當(dāng)透射波長與FBG反射波長一致時(shí)，光探測器檢測到最大光強(qiáng)，此時(shí)，壓電陶瓷的驅(qū)動(dòng)電壓即對(duì)應(yīng)傳感光柵波長。2在虛擬儀器平臺(tái)上開發(fā)光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)虛擬儀器技術(shù)是微計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于測控領(lǐng)域的優(yōu)秀成果，自20世紀(jì)80年代以來，隨著世界范圍內(nèi)采用虛擬儀器開發(fā)的工程與科研成功實(shí)例大量涌現(xiàn)，虛擬儀器已經(jīng)逐步成為測控領(lǐng)域的主流技術(shù)。虛擬儀器技術(shù)可以采用基本相同的硬件結(jié)構(gòu)完成測控系

6、統(tǒng)的通用任務(wù)，由用戶通過修改軟件來定制儀器的具體功能。目前，最流行的虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境LabVIEW采用高效率的圖形編程語言，提供了幾乎所有經(jīng)典信號(hào)處理的函數(shù)和大量高級(jí)信號(hào)分析工具；LabVIEW程序非常容易和各種數(shù)據(jù)采集硬件集成，極大地方便了測控系統(tǒng)的開發(fā)；LabVIEW本身提供了一種叫做Datasocket的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以非常方便靈活地與Internet和Intranet連接，實(shí)現(xiàn)測控系統(tǒng)信息共享；LabVIEW可以快速的與SQL-Server等大型數(shù)據(jù)庫鏈接，便于測試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理；由于虛擬儀器在信號(hào)的分析、處理、顯示、存儲(chǔ)和傳輸?shù)确矫?/p>

7、的巨大優(yōu)勢(shì)，極大地強(qiáng)化了FBG傳感網(wǎng)絡(luò)的功能。FBG傳感器與虛擬儀器相結(jié)合，豐富了虛擬儀器的硬件結(jié)構(gòu)類型?；贔BG傳感網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀器結(jié)構(gòu)如圖2所示。數(shù)據(jù)采集卡采用NI-4472多通道同步卡，它不僅能保持參考光和FBG反射光的正確相位關(guān)系，而且，內(nèi)部帶有抗混濾波器和高達(dá)24位的分辨力，可以實(shí)現(xiàn)精密的測量；每通道200k的采用率足夠滿足應(yīng)變和溫度的測試速度要求。數(shù)據(jù)采集卡將對(duì)應(yīng)FBG波長的電信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)過LabVIEW軟件轉(zhuǎn)換為波長值。根據(jù)參考光信息解算出的FBG波長變化，與被測量的應(yīng)變和溫度信號(hào)直接有線性的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在虛擬儀器平臺(tái)上得

8、到被測量物理量的實(shí)際值以后進(jìn)行信號(hào)的進(jìn)一步分析處理，開發(fā)符合工程要求的應(yīng)用系統(tǒng)。三、橋墩變形監(jiān)測系統(tǒng)2???????????????????????精