光纖光柵技術(shù)在玻璃幕墻邊緣檢測(cè)應(yīng)用研究

張智能

（廣東省有色工業(yè)建筑質(zhì)量檢測(cè)站有限公司，廣東 廣州 510725）

1 光纖光柵技術(shù)相關(guān)內(nèi)容論述

1.1 基本特點(diǎn)

光纖傳感器屬于新型傳感器，有質(zhì)量更輕、對(duì)高溫與腐蝕的耐受力高、不受電磁干擾影響以及防水防潮等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使得光纖傳感器能夠應(yīng)用于極端惡劣環(huán)境中。除具有上述優(yōu)點(diǎn)外，光纖光柵技術(shù)還具有以下特點(diǎn)：光纖是系統(tǒng)中唯一的傳感元件，同時(shí)又作為傳輸媒介存在；信號(hào)處理系統(tǒng)必須具備高信噪比，以匹配微弱的檢測(cè)信號(hào)；系統(tǒng)空間分辨力數(shù)量級(jí)一般為100m，小于此量級(jí)的變化量難以準(zhǔn)確測(cè)量；每次測(cè)量都能獲得傳輸媒介周圍所有被測(cè)量的分布狀態(tài)；每次測(cè)量都需要經(jīng)過大量信號(hào)處理，這使得完整測(cè)量耗時(shí)較長(zhǎng)。

1.2 應(yīng)用原理

從實(shí)際應(yīng)用情況來看，光纖光柵技術(shù)在應(yīng)用中具有測(cè)點(diǎn)密集度高、內(nèi)容分辨率高、靈敏度高等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，對(duì)此可以將光纖光柵技術(shù)應(yīng)用到玻璃幕墻邊緣檢測(cè)中，即將感應(yīng)器與會(huì)直接安裝到的玻璃幕墻上，這樣子面板結(jié)構(gòu)在耦合效應(yīng)下，會(huì)出現(xiàn)擾度變化的情況，此時(shí)，結(jié)構(gòu)也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的彎曲應(yīng)變。利用傳感器采集信息，此時(shí)拉格袋光柵結(jié)構(gòu)的反射中心的波長(zhǎng)也會(huì)因此出現(xiàn)漂移的問題，同時(shí)也可以檢測(cè)到結(jié)構(gòu)應(yīng)變力的變化情況，而結(jié)構(gòu)相互之間的關(guān)系還可以簡(jiǎn)化為以下公式：ΔλB/λB=（1-p）k，其中p表示玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的彈光系數(shù)；k表示玻璃幕墻結(jié)構(gòu)位置處的應(yīng)變系數(shù)；λB表示結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)長(zhǎng)度；ΔλB表示波長(zhǎng)長(zhǎng)度的漂移值。另外，在結(jié)構(gòu)布置處理過程中，會(huì)將傳感器結(jié)構(gòu)沿著玻璃幕墻的縱軸和橫軸進(jìn)行布置，這樣也可以順利獲取到的薄板結(jié)構(gòu)的受力模型，以直角坐標(biāo)系的形式確定初始位置坐標(biāo)，隨后采用安全區(qū)法來完成應(yīng)力結(jié)果的處理工作，從而評(píng)估數(shù)據(jù)應(yīng)用結(jié)果的可靠性。

2 光纖光柵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析

2.1 基于后向Rayleigh scattering的技術(shù)

在光纖光柵技術(shù)體系發(fā)展過程中，經(jīng)常使用到的結(jié)構(gòu)便是利用后向Rayleigh scattering來完成參數(shù)梳理。該技術(shù)在應(yīng)用過程中的基礎(chǔ)原理在于，如果傳輸介質(zhì)中所能傳遞的粒子長(zhǎng)度不足入射波長(zhǎng)的1/10時(shí)，此時(shí)，入射到玻璃幕墻上的光線也會(huì)和玻璃幕墻之間出現(xiàn)碰撞的情況，此時(shí)散光的光強(qiáng)正比數(shù)值為1/λ4，此時(shí)結(jié)構(gòu)的入射頻率也會(huì)和結(jié)構(gòu)入射光之間保持較高的同步性，從而得到相應(yīng)的光學(xué)現(xiàn)象（即Rayleigh scattering）。在該技術(shù)的應(yīng)用過程中，會(huì)依托此類機(jī)理?xiàng)l件，借助OTDR結(jié)構(gòu)來完成坐標(biāo)數(shù)據(jù)的定位處理，而且散熱光在實(shí)際應(yīng)用中的調(diào)制機(jī)制又可以細(xì)分為強(qiáng)度狀態(tài)調(diào)制以及偏振態(tài)調(diào)制，在前者的應(yīng)用中，其主要采集的內(nèi)容是對(duì)散射光強(qiáng)度進(jìn)行采集，而后者在應(yīng)用中，主要采集的數(shù)據(jù)信息是散射光本身的偏振態(tài)情況，同時(shí)也會(huì)采集相應(yīng)的延遲時(shí)間，以滿足信息梳理的基礎(chǔ)要求。

2.2 基于Raman scattering 的技術(shù)

在光纖光柵技術(shù)體系發(fā)展過程中，經(jīng)常使用到的結(jié)構(gòu)便是利用Raman scattering來完成參數(shù)模型處理。該技術(shù)在應(yīng)用過程中的基礎(chǔ)原理在于，如果傳輸介質(zhì)中所能傳遞的粒子長(zhǎng)度與入射光出現(xiàn)了碰撞問題（非彈性碰撞）時(shí)，此時(shí)入射到玻璃幕墻上的光線強(qiáng)度，也會(huì)大于散熱光的強(qiáng)度，同時(shí)也存在著一小部分散射光波長(zhǎng)也會(huì)大于入射光波長(zhǎng)，此類情況則會(huì)被稱作是Stokes light，波長(zhǎng)此時(shí)可以記錄為λ，此時(shí)，結(jié)構(gòu)的入射頻率也會(huì)和結(jié)構(gòu)入射光之間保持較高的同步性。在該技術(shù)的應(yīng)用過程中，會(huì)依托此類機(jī)理?xiàng)l件，借助OTDR結(jié)構(gòu)來完成溫度數(shù)據(jù)信息的定位處理，而且散熱光在實(shí)際應(yīng)用中的溫度變化情況，并且在應(yīng)用中，主要采集的數(shù)據(jù)信息是散射光溫度變化數(shù)據(jù)，了解整體溫度的變化情況，而且這些產(chǎn)品內(nèi)容也可以利用相應(yīng)傳感器來完成記錄，同時(shí)加強(qiáng)相應(yīng)的梳理工作，得到所需要的技術(shù)參數(shù)，評(píng)估光參數(shù)的變化情況。

2.3 基于 Brillouin scattering 的技術(shù)

除了前兩種傳感技術(shù)類型外，在光纖光柵技術(shù)體系發(fā)展過程中，也會(huì)使用Brillouin scattering 來完成參數(shù)模型處理。該技術(shù)在應(yīng)用過程中的基礎(chǔ)原理在于，如果傳輸介質(zhì)中所能傳遞的粒子長(zhǎng)度與入射光出現(xiàn)了非彈性碰撞，此時(shí)，入射到玻璃幕墻上的光線強(qiáng)度，也會(huì)大于散熱光的強(qiáng)度，同時(shí)，也存在光子與聲子之間的相互作用，而使用到的散熱光頻率也和光纖材料特性保持相應(yīng)的關(guān)聯(lián)性，同時(shí)光纖材料的應(yīng)用特性也容易受到外界溫度帶來的影響，此時(shí)，則可以利用相應(yīng)公式進(jìn)行計(jì)算，得到所需要的光學(xué)現(xiàn)象。此類情況則會(huì)被稱作Brillouin scattering。在該技術(shù)的應(yīng)用過程中，會(huì)依托于此類機(jī)理?xiàng)l件，借助OTDR結(jié)構(gòu)來完成溫度數(shù)據(jù)信息以及應(yīng)變參數(shù)的定位處理，而且散熱光在實(shí)際應(yīng)用中的溫度變化和應(yīng)變變化情況，并且在應(yīng)用中，因?yàn)閭鬏斁嚯x和傳輸速率的數(shù)值處于不斷增加的情況，因此在應(yīng)用中得到的發(fā)射功率數(shù)值也會(huì)出現(xiàn)增大的情況，基于此加強(qiáng)相應(yīng)的梳理工作，得到所需要的技術(shù)參數(shù)，評(píng)估光參數(shù)的變化情況。

3 光纖光柵技術(shù)在玻璃幕墻邊緣檢測(cè)中的具體應(yīng)用

3.1 實(shí)驗(yàn)條件分析

在光纖光柵技術(shù)應(yīng)用過程中，首要任務(wù)便是加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)條件的分析工作，通常情況下，在具體的分析過程中，會(huì)借助有限元模型來完成玻璃面板的實(shí)驗(yàn)處理，同時(shí)，利用模擬的方法得到相應(yīng)的邊界約束信息。在具體的應(yīng)用過程中，可以借助重力作用，在結(jié)構(gòu)位置處設(shè)置重量為5.1kg砝碼，借此來模擬50N的均布載荷（為方便計(jì)算，在g值的選擇中，使用9.8N/kg作為基礎(chǔ)值）。根據(jù)該模擬條件，也可以針對(duì)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠是否存在失效問題、結(jié)構(gòu)脫落等問題，這樣也可以更好地確定所需要的性能指標(biāo)。同時(shí)在施工過程中，也會(huì)根據(jù)實(shí)際狀態(tài)下的工況情況，基于實(shí)際要求完成支撐架的安裝處理，而且玻璃試件在安裝過程中，也會(huì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況保持一致，隨后將傳感器放置在玻璃幕墻的邊緣位置，利用中心波長(zhǎng)在1534mm的反射光參與實(shí)驗(yàn)中，從而得到所需要的玻璃參數(shù)信息，便于后續(xù)分析工作的順利進(jìn)行。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為了滿足具體的實(shí)驗(yàn)需求，在具體的應(yīng)用過程中，會(huì)借助有限元模型來完成玻璃面板不同邊界模態(tài)量狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)膠所存在的松動(dòng)損傷情況，此時(shí)可以借助重力作用，搭配結(jié)構(gòu)位置處設(shè)置重量為5.1kg砝碼帶來的重力影響，針對(duì)玻璃面板邊緣所存在的應(yīng)變狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而得到精準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)，滿足后續(xù)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過程中，也會(huì)借助有限元模型完成玻璃面板邊緣的應(yīng)變測(cè)試參數(shù)，借此完成實(shí)物測(cè)試，并且在邊界約束的狀態(tài)下，也會(huì)借助力學(xué)理論和仿真受力內(nèi)容關(guān)聯(lián)在一起，從而得到所需要的靜態(tài)分析結(jié)果，而且在具體的分析過程中，還需要注意有限元仿真值的分類狀態(tài)，基于相應(yīng)的邊界條件，根據(jù)參數(shù)同步變化情況來完成參數(shù)梳理工作。

3.3 玻璃面板多模態(tài)測(cè)試值分析

在施工過程中，需要根據(jù)實(shí)際狀態(tài)下的工況情況，基于實(shí)際要求來完成支撐架的安裝處理，而且玻璃試件在安裝過程中，也會(huì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況保持一致，利用傳感器進(jìn)行參數(shù)信息采集，從而得到玻璃面板多模態(tài)測(cè)試值，同時(shí)繪制相應(yīng)的應(yīng)變誤差圖，了解參數(shù)信息的變化狀態(tài)。基于誤差分析圖中的相關(guān)信息，可以了解到在實(shí)驗(yàn)過程中所涉及到的邊界條件會(huì)滿足模擬態(tài)的相關(guān)要求，這樣也可以更好地完成有限元模型搭建，得到具備應(yīng)用價(jià)值的測(cè)量數(shù)據(jù)，而且面板的邊緣位置也處于一致狀態(tài)，其受力狀態(tài)的均勻性較強(qiáng)，而且在固定邊數(shù)逐漸減少的情況下，其應(yīng)變情況也會(huì)保持變化的情況，以滿足具體的應(yīng)用需求。

3.4 玻璃面板劃分安全區(qū)間方法分析

基于不同邊界的約束條件帶來的影響性，玻璃面板所出現(xiàn)的受力狀態(tài)也會(huì)出現(xiàn)較大的變動(dòng)性，具體變動(dòng)內(nèi)容總結(jié)后如下：第一，在模態(tài)保持在E狀態(tài)時(shí)，此時(shí)在玻璃面板中，其中某一邊界位置容易出現(xiàn)較大的應(yīng)變力，而且擾度值也會(huì)處于較大的變動(dòng)狀態(tài)，但是，此狀態(tài)下的玻璃面板也處于比較不安全的情況。第二，在模態(tài)保持在B狀態(tài)時(shí)，此時(shí)，在玻璃面板中，所有位置受到的應(yīng)變力比較均勻，但是依舊存在一些不穩(wěn)定因素，這也需要借助模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到更可靠的應(yīng)用數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

綜上所述，在玻璃幕墻邊緣穩(wěn)定性檢測(cè)中，光纖光柵技術(shù)有著良好的應(yīng)用價(jià)值，通過梳理該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中需要注意的相關(guān)內(nèi)容，對(duì)于加快問題發(fā)現(xiàn)速度、提升數(shù)據(jù)分析結(jié)果可靠性有著積極的意義。