光纖傳感技術在結構工程檢測中的應用研究

■冷凌暉

江西省國防工業設計院

光纖傳感技術在結構工程檢測中應用變得更加廣泛，其主要檢測結構工程的外部荷載，測量外部荷載引起的損傷、應力大小、內部溫度變化以及應變情況。光纖傳感技術作為新時代的產物，其在我們實際應用中正在不斷擴大，光纖傳感技術在結構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。光纖傳感技術作為一種遙測遙控技術，其具有容易被監測、體積小、質量輕、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律變化監測出外界信號的變化。光纖感知到強度、波長、頻率、偏振狀態以及相位等發生變化，測量的參量變化就會造成感知外界信號變化，光纖傳感技術感知的外界信號對光纖傳播光波進行實時調制。傳輸主要指光纖受到外界信號調制光波，傳輸到光探測器進行檢測，將外界信號提取出來，然后進行數據處理從而達到一種解調。光纖傳感技術包含了解調和調制兩個方面的技術，即外界信號（被測量）如何調制光纖中的光波參量的調制技術（或加載技術）及如何從被調制的光波中提取外界信號（被測量）的解調技術（或檢測技術）。

2 光纖傳感技術在結構工程中檢測的相關應用

土木工程建設中廣泛應用了結構材料，將光纖材料直接埋入到混凝土結構之中，已經成了當前土木工程建設的重要形式。光纖傳感技術對結構工程檢測主要包含養護期熱應變、結構震動參數、溫度、內部應變力、結構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。對大體積混凝土結構來講，如果檢測不到位很可能會產生比較嚴重的問題。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裂縫。利用光線傳感器可以檢測大體積混凝土的內部溫度分布情況，然后根據實際情況進行施工調整，為安全施工提供重要支持。

2.2 結構工程內部應力與應變檢測

結構內部的應變和應力檢測功能是光纖材料埋入混凝土結構的重要應用，根據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構內部應變、應力變化傳遞至光纖。雙折射光纖內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構應力應變。

2.3 結構偏振測量

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。工程結構的偏振檢測可以通過多模光纖測量振動方法，多模光纖內模間干涉多模光纖存在著一定的振動關系，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系。

2.4 裂縫監測與結構整體性評估

工程結構檢測中將裂縫的寬度監測作為工程結構整體性評估的標準，通過檢測埋入工程結構中的光纖輸出強度變化體現出裂縫發生于擴展。裂縫監測與結構的整體性評估，作為光纖傳感技術在工程結構檢測的重要內容，為工程結構建設施工提供了重要性支撐。

3 光纖傳感技術在工程檢測中的注意事項

光纖傳感技術在工程結構檢測中雖然已經得到了廣泛的應用，但是在具體的實際工作中必須要注意一些問題。光纖傳感技術在工程結構檢測中如何將光纖無損埋入工程結構，確保光纖組件和宿主組件可以完整的結合在一起，為后續的光纖傳感技術在結構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構中的耐久性一直都是光纖傳感技術檢測核心技術，選擇符合質量要求的粘貼膠，可以確保光纖傳感檢測系統持續工作幾十年，乃至上百年仍然可以正常使用，為我們提供正確的檢測數據。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構的動態應變時，必須要檢測光纖、粘貼膠等是否可以滿足長期的健康監測需求。目前我們的光纖傳感技術仍然處于初始階段，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據更能確保工程檢測的準確性。即便在很惡劣的環境下進行光纖傳感檢測，也可以對工程項目中的混凝土結構應力、應變、裂縫以及溫度等進行實時檢測。

4 結束語

近年來，我國光纖傳感技術飛速發展，在結構工程檢測領域已經被廣泛應用。光纖傳感技術對結構工程的檢測可以適應非常惡劣的環境，且光纖傳感技術可以實現實時檢測，獲取的數據更加精準。本文針對光纖傳感技術相關原理、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，為相關研究者提供參考。