光纖傳感技術(shù)在結(jié)構(gòu)工程檢測中的應用研究

■冷凌暉

江西省國防工業(yè)設計院

光纖傳感技術(shù)在結(jié)構(gòu)工程檢測中應用變得更加廣泛，其主要檢測結(jié)構(gòu)工程的外部荷載，測量外部荷載引起的損傷、應力大小、內(nèi)部溫度變化以及應變情況。光纖傳感技術(shù)作為新時代的產(chǎn)物，其在我們實際應用中正在不斷擴大，光纖傳感技術(shù)在結(jié)構(gòu)工程檢測中取得了重要的應用地位。

1 光纖傳感應用原理

光纖發(fā)源于20世紀，其主要成分為二氧化硅，一般的光纖導管直徑在100到125μm之間。光纖傳感技術(shù)作為一種遙測遙控技術(shù)，其具有容易被監(jiān)測、體積小、質(zhì)量輕、抗電磁干擾強等特性。光纖傳感包括外界信號感知以及信號傳輸兩種功能，外界信號感知其主要是按照規(guī)律變化監(jiān)測出外界信號的變化。光纖感知到強度、波長、頻率、偏振狀態(tài)以及相位等發(fā)生變化，測量的參量變化就會造成感知外界信號變化，光纖傳感技術(shù)感知的外界信號對光纖傳播光波進行實時調(diào)制。傳輸主要指光纖受到外界信號調(diào)制光波，傳輸?shù)焦馓綔y器進行檢測，將外界信號提取出來，然后進行數(shù)據(jù)處理從而達到一種解調(diào)。光纖傳感技術(shù)包含了解調(diào)和調(diào)制兩個方面的技術(shù)，即外界信號（被測量）如何調(diào)制光纖中的光波參量的調(diào)制技術(shù)（或加載技術(shù)）及如何從被調(diào)制的光波中提取外界信號（被測量）的解調(diào)技術(shù)（或檢測技術(shù)）。

2 光纖傳感技術(shù)在結(jié)構(gòu)工程中檢測的相關(guān)應用

土木工程建設中廣泛應用了結(jié)構(gòu)材料，將光纖材料直接埋入到混凝土結(jié)構(gòu)之中，已經(jīng)成了當前土木工程建設的重要形式。光纖傳感技術(shù)對結(jié)構(gòu)工程檢測主要包含養(yǎng)護期熱應變、結(jié)構(gòu)震動參數(shù)、溫度、內(nèi)部應變力、結(jié)構(gòu)整體性評估以及裂縫寬度等。

2.1 光纖傳感對熱應變與溫度檢測

混凝土施工一般養(yǎng)護期為28天左右，混凝土水化熱釋放部位不一樣，混凝土各部分的溫度不一樣。對大體積混凝土結(jié)構(gòu)來講，如果檢測不到位很可能會產(chǎn)生比較嚴重的問題。混凝土的應變不一致加上混凝土的抗拉強度不通，可能會造成混凝土出現(xiàn)裂縫。利用光線傳感器可以檢測大體積混凝土的內(nèi)部溫度分布情況，然后根據(jù)實際情況進行施工調(diào)整，為安全施工提供重要支持。

2.2 結(jié)構(gòu)工程內(nèi)部應力與應變檢測

結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應變和應力檢測功能是光纖材料埋入混凝土結(jié)構(gòu)的重要應用，根據(jù)光纖傳感原理進行檢測可以大致分為下面幾種檢驗：光纖微損耗問題、應變檢測等均通過輔助變形裝置將工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部應變、應力變化傳遞至光纖。雙折射光纖內(nèi)兩偏振光干涉應變和應力檢測、兩根光纖輸出光相互干涉、里層與表層不一致造成檢測結(jié)構(gòu)應力應變。

2.3 結(jié)構(gòu)偏振測量

光纖傳感器具有其固有的抗電磁干擾能力，傳輸距離更遠，因此光纖傳感可以遠距離地檢測振動。工程結(jié)構(gòu)的偏振檢測可以通過多模光纖測量振動方法，多模光纖內(nèi)模間干涉多模光纖存在著一定的振動關(guān)系，通過光纖傳感檢測多模光纖輸出光斑部分，可以有效測出光強度與光纖受到振動的關(guān)系。

2.4 裂縫監(jiān)測與結(jié)構(gòu)整體性評估

工程結(jié)構(gòu)檢測中將裂縫的寬度監(jiān)測作為工程結(jié)構(gòu)整體性評估的標準，通過檢測埋入工程結(jié)構(gòu)中的光纖輸出強度變化體現(xiàn)出裂縫發(fā)生于擴展。裂縫監(jiān)測與結(jié)構(gòu)的整體性評估，作為光纖傳感技術(shù)在工程結(jié)構(gòu)檢測的重要內(nèi)容，為工程結(jié)構(gòu)建設施工提供了重要性支撐。

3 光纖傳感技術(shù)在工程檢測中的注意事項

光纖傳感技術(shù)在工程結(jié)構(gòu)檢測中雖然已經(jīng)得到了廣泛的應用，但是在具體的實際工作中必須要注意一些問題。光纖傳感技術(shù)在工程結(jié)構(gòu)檢測中如何將光纖無損埋入工程結(jié)構(gòu)，確保光纖組件和宿主組件可以完整的結(jié)合在一起，為后續(xù)的光纖傳感技術(shù)在結(jié)構(gòu)工程中的檢測提供準確的檢測信息。光纖傳感檢測中解決光纖在工程結(jié)構(gòu)中的耐久性一直都是光纖傳感技術(shù)檢測核心技術(shù)，選擇符合質(zhì)量要求的粘貼膠，可以確保光纖傳感檢測系統(tǒng)持續(xù)工作幾十年，乃至上百年仍然可以正常使用，為我們提供正確的檢測數(shù)據(jù)。疲勞損傷一直都是光纖傳感檢測的重要問題，光纖傳感檢測工程結(jié)構(gòu)的動態(tài)應變時，必須要檢測光纖、粘貼膠等是否可以滿足長期的健康監(jiān)測需求。目前我們的光纖傳感技術(shù)仍然處于初始階段，我們在光纖檢測過程中還必須要解決一系列的問題。由于光纖傳感不會受到電磁干擾，其測量的精度較高，且光線單端的輸入和輸出數(shù)據(jù)更能確保工程檢測的準確性。即便在很惡劣的環(huán)境下進行光纖傳感檢測，也可以對工程項目中的混凝土結(jié)構(gòu)應力、應變、裂縫以及溫度等進行實時檢測。

4 結(jié)束語

近年來，我國光纖傳感技術(shù)飛速發(fā)展，在結(jié)構(gòu)工程檢測領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛應用。光纖傳感技術(shù)對結(jié)構(gòu)工程的檢測可以適應非常惡劣的環(huán)境，且光纖傳感技術(shù)可以實現(xiàn)實時檢測，獲取的數(shù)據(jù)更加精準。本文針對光纖傳感技術(shù)相關(guān)原理、檢測應用以及在實際工作中的一些注意事項進行分析討論，為相關(guān)研究者提供參考。