光纖傳感技術在橋梁檢測中的應用研究

陳嬋玥

（廣東榮駿建設工程檢測股份有限公司，廣東 廣州510000）

0 引言

光纖傳感技術作為當前一種新型的檢測技術，對保證和提高橋梁施工的質量具有重要的作用。盡管當前光纖傳感技術已經能夠滿足大部分橋梁工程的檢測要求，但不同情況下的橋梁工程對檢測工作的開展要求不同，因而光纖傳感器在檢測范圍、距離以及應對各種復雜地質環境方面仍有較大的發展空間。通過對光纖傳感技術在實際橋梁檢測中的應用進行分析，研究光纖傳感技術未來的發展方向和趨勢，能夠為光纖傳感技術的深入研究和優化提供一定的思路。

1 光纖傳感技術

1.1 光纖傳感技術的應用原理

光纖傳感技術從本質上來說是一種轉換技術，能夠利用光纖來將環境中的物理量轉換為檢測信號，從而實現對被測物體檢測的相關要求。光纖是光線傳播的主要介質，光線攜帶的光波振幅、光波波長等特征數據能夠通過光纖進行傳播。光纖傳感器是光纖傳感技術應用的主要工具，一般由光源、光纖和探測器三個部分組成。在實際應用中，光源發出的光能夠以耦合的方式進入光纖，再經由光纖傳播到傳感器內部的調制區，調制區內部的光信號會受到外界光源產生的被測參數影響，在光的強度、頻率、相位等方面發生變化，形成被調制后的信號光，然后再利用光纖將光線傳輸到光探測器中，由探測器呈現出檢測的具體結果。當前，以光纖傳感技術為主要原理的光纖傳感器已經在橋梁工程的檢測中得到了較為廣泛的應用。

1.2 光纖傳感技術的應用優勢

在各種實際的場景應用中，光線傳播本身很容易受到溫度、壓力、磁場等方面變化的影響而導致檢測結果發生變化。應用光纖傳感技術，能夠讓光線始終在一個較為穩定的環境中進行傳播，不僅不會受到各種環境因素的干擾，也不會與電磁波發生對沖，能夠有效保障光纖傳感技術的實際應用效果。而基于現代橋梁工程的復雜施工環境條件，光纖能夠以其自身良好的柔韌性來克服各種情況下現場檢測的困難，擺放成符合現場檢測要求的形狀。同時，光纖傳感器的測量頻帶也比較寬，且能夠依據現場檢測的實際條件進行調整，傳感器的動態響應范圍也比較大，能夠依據現場檢測的要求，制成針對聲場、磁場、壓力等不同物理量進行檢測的傳感器，也能夠與計算機進行連接，以系統控制的方式滿足遠程對傳感器進行操控的要求。

2 光纖傳感技術在橋梁檢測中的應用分析

現代橋梁工程施工技術水平不斷提高，對橋梁建設的要求也越來越細化，精度要求也在不斷提高。其中，橋梁工程的承重能力是關系到整個項目施工質量的主要因素。應用光纖傳感技術，能夠以更加先進的方式，滿足不同環境、不同建設要求下橋梁檢測的施工要求，為橋梁工程的建設工作提供保障。在對橋梁檢測中應用的光纖傳感技術進行分析時，主要可以從以下幾個方面入手：

2.1 在橋梁應變檢測中的應用

對于橋梁工程的施工建設，首先需要考慮的一點就是橋梁結構能夠承受的應力情況。如果橋梁受到的應力大小超過橋梁自身承載的最大標準，就會導致橋梁結構出現變形的情況，嚴重時甚至會影響到橋梁結構整體的安全性和穩定性。基于保障橋梁工程施工質量安全的要求，需要在實際施工中對橋梁結構的應變情況進行檢測。在橋梁應變檢測中應用光纖傳感技術，主要以在橋梁結構中安裝光纖傳感器的方式，配合明確的應變標注，實現對橋梁在施工建設中呈現的應力變化情況。在整個檢測的過程中，需要及時對應力的變化情況進行記錄，從而為判斷橋梁本身的應變情況提供更加科學準確的依據。結合當前部分橋梁工程中應用光纖傳感技術的經驗，對于橋梁結構質量的檢測，依據結構部位的不同有一定的差異。對橋梁局部結構應力的檢測，一般應用E-P光纖傳感器來實現；而對于橋梁結構分布應力的檢測，則主要由光纖布拉格光柵傳感器來滿足應變檢測的相關要求。

具體而言，在橋梁應變檢測中應用光纖傳感技術，需要在安裝光纖傳感器之前，對橋梁工程現場的環境條件進行勘查，判斷工程現場的靜態環境條件是否符合光纖傳感技術的應用標準，并依據現場的整體情況來選擇合適的傳感器設備類型。對于光纖傳感器安裝觀測點的選擇，不僅需要保證觀測點分布的均勻性，還需要能夠覆蓋到整個橋梁工程的施工范圍，保證測點分布的全面性。在實際對橋梁工程進行檢測時，需要依據光纖傳感器自身的標準量來開展應力輸入的工作，將輸入和輸出的數據實時記錄。在每次檢測之前都需要手動將傳感器的輸入值歸零，然后重新依據傳感器輸入和輸出的量進行記錄。在得到檢測的相關數據之后，還需要依據相關的數據公式對檢測得到的數據進行處理并繪制曲線，從而得到在不同應變情況下橋梁結構的應變值，以此來判斷橋梁結構施工建設的穩定性和質量安全是否符合要求。

2.2 在橋梁振動檢測中的應用

對于橋梁工程的振動檢測，主要針對橋梁投入使用后的情況而言。橋梁工程的施工建設能夠滿足連接兩個地區之間的交通需求，且對于一些地質環境條件較為復雜的地區而言，橋梁工程的施工建設不僅能夠滿足地區之間的交通通行要求，還能夠對促進地區的經濟發展起到有效的作用。基于這一前提，橋梁工程往往會在投入使用后擁有較大的交通量。而過往車輛，尤其是一些大型貨車在行駛過程中會導致橋梁產生振動的情況，在投入使用一段時間之后，這種振動會嚴重影響到橋梁結構整體的穩定性和安全性。在橋梁振動檢測中應用光纖傳感技術，能夠通過對橋梁使用過程中橋梁結構的振幅、頻率等相關參數的檢測來測定橋梁結構發生振動的情況。

具體而言，在橋梁振動檢測中應用光纖傳感技術，首先需要在橋梁結構的表層或內部選擇合適的位置安裝信號光纖，由信號光纖來感受橋梁在使用中受到振動的情況，并及時做出振動響應。經由信號光纖和傳感器來對獲取到的信息進行處理之后，就可以在傳感器終端輸出得到光信號參數。通常情況下，由檢測得到的光信號參數會呈現出周期性的變化趨勢。在將這些光信號參數進一步傳遞給處理系統之后，就可以通過FFT來對這些光信號參數所反映的橋梁結構振動周期和頻率進行分析。橋梁振動情況很容易影響到正常通車以及行車的安全性和舒適性。現有的光纖傳感技術大多只應用于整體橋梁結構的檢測，在現代橋梁工程施工建設越來越復雜的情況下，對于橋梁振動情況的檢測還需要能夠從橋梁的局部位置入手，對相關位置的振動頻率和振幅進行檢測，才能夠更有針對性地采取措施來緩解橋梁產生的振動情況。因而在實際應用光纖傳感技術的過程中，光纖傳感技術還需要進行優化創新，讓檢測技術能夠直接對橋梁的局部結構振動情況進行檢測，從而更好地保障橋梁結構安全性和穩定性的建設要求。

2.3 在橋梁混凝土結構檢測中的應用

混凝土是橋梁工程施工建設應用的主要材料之一，混凝土結構的施工建設需要滿足承載力、混凝土強度以及穩固性等方面的要求，才能夠確保實際的施工建設質量。而橋梁工程在投入使用一段時間之后，混凝土結構很容易因遭到侵蝕而出現裂紋，就會給車輛的正常行駛以及橋梁結構埋下安全隱患。結合橋梁工程的實際建設經驗，橋梁混凝土結構容易出現的裂縫一般包括貫穿裂縫和深裂縫兩種情況。貫穿裂縫會嚴重影響到橋梁結構的使用性能，許多橋梁的安全事故都是由于貫穿裂縫導致的；深裂縫的尺寸一般能夠達到0.2～0.3m，如果沒有及時采取措施進行修補，就很容易誘發嚴重的橋梁坍塌事故，影響過往車輛的行駛安全，也會嚴重破壞橋梁整體的結構。

基于這一情況，可以在橋梁混凝土結構檢測中應用光纖傳感技術，依據更準確的檢測結果來對橋梁混凝土結構進行調整，讓混凝土結構的性能能夠在橋梁使用中得到充分的發揮。當前橋梁混凝土結構檢測中應用的光纖傳感技術以分布式的檢測技術為主，在實際應用該技術時，需要提前在混凝土結構中預埋光纖傳感器，從而實現對混凝土結構強度、耐久性等參數的檢測。從實際的應用情況來看，應用光纖傳感技術不會對已經施工完成的混凝土結構造成破壞，且能夠依據橋梁混凝土結構類型的不同，選擇合適的檢測位置，具有更大的靈活性，能夠適應不同條件下的橋梁檢測需求。而分布式光纖傳感技術能夠覆蓋到橋梁混凝土結構的所有范圍，避免在實際檢測中出現漏檢或錯檢的情況。

同時，考慮到當前橋梁工程中應用的混凝土結構以鋼筋混凝土為主，而鋼筋在實際的使用中也會由于受到環境的影響而出現腐蝕的情況，這時就可以應用光纖傳感技術對鋼筋的腐蝕情況進行檢測。鋼筋本身作為橋梁混凝土結構的主承力構件，其重要性不言而喻。如果鋼筋在實際使用中受到較為嚴重的腐蝕，會直接影響到整個橋梁結構的安全性。針對鋼筋腐蝕情況應用的光纖傳感技術，以光纖腐蝕傳感器為主。在實際應用該技術時，需要讓傳感器的頻帶光源發出的光進入測試光纖當中，并從測試光纖的開窗區射出。在這個過程中，如果光纖和鋼筋之間距離沒有超過10mm，光信號在照亮鋼筋之后，鋼筋表面的局部區域能夠對照射的光信號進行顏色調制。經由調制后得到的光信號能夠通過標準分光儀傳感器來進行傳感，如果傳感后輸入光的顏色發生明顯的變化，就證明鋼筋已經存在腐蝕的情況。基于這一前提，可以在同一根光纖上開設多個窗口，并配合時分復用系統來對光纖不同開窗區反映腐蝕情況的信息進行判別，從而提高對鋼筋腐蝕情況進行檢測的準確性。但從實際光纖傳感技術的應用情況來看，當前對于鋼筋腐蝕部分應用光纖傳感技術的經驗和研究都比較少，且由于受到光纖保護問題的限制，即便對鋼筋腐蝕檢測中應用光纖傳感技術的情況進行研究，也大多只能在實驗室進行，難以在全國范圍內的橋梁工程檢測中廣泛應用。因而在未來的發展中，需要基于橋梁工程的實際情況，對鋼筋腐蝕檢測要求下的光纖傳感技術進行更深入的研究，不斷提高鋼筋腐蝕檢測結果的準確性。

2.4 在橋梁其他檢測中的應用

光纖傳感技術作為一種新型的檢測技術，能夠有效滿足對整個橋梁工程進行質量參數檢測的要求。因而其除了能夠被應用到一些橋梁工程的重點施工內容之外，還能夠被應用到其他一些部位的質量檢測當中。例如，對于橋梁工程而言，橋梁結構整體的受力情況直接關系到橋梁結構的質量安全，應用光纖傳感技術，能夠通過對拱橋系桿、吊桿等橋梁受力結構附件應用情況的檢測，判斷橋梁結構的質量安全。橋梁工程中的預應力錨固構件也會影響到橋梁結構整體的穩定性。應用光纖傳感技術，能夠通過對錨桿、錨索等預應力錨固構件的質量檢測來判斷橋梁結構是否符合質量標準要求。

在實際應用中，光纖傳感技術主要能夠通過對構件受力大小、得到的檢測值以及橋梁受力分布情況進行分析，更全面準確地反映出橋梁工程實際的使用性能。而考慮到現代橋梁工程現場實際的環境條件和施工建設要求不同，光纖傳感技術的應用也需要能夠結合橋梁工程的實際情況，選擇合適的光纖傳感技術來制定對橋梁工程進行檢測的方法，并在應用技術的過程中嚴格按照相關的步驟和程序，確保應用檢測技術的準確性，從而有效保障橋梁工程施工建設的質量安全。

從光纖傳感技術的實際應用情況來看，光纖傳感器具有成本低、應用范圍廣的特點，既能夠滿足大部分橋梁工程施工建設的要求，也能夠用于其他一些工程項目的檢測當中。伴隨著現代橋梁工程項目施工建設的不斷發展，基于光纖傳感器的光纖傳感技術也需要進行不斷的優化和創新，讓光纖傳感技術能夠成為推動橋梁工程結構不斷完善的有效工具，在推動橋梁整體結構不斷完善的同時，也能夠有效保障橋梁工程施工建設的質量安全。因而從整體來看，光纖傳感技術在現代橋梁工程的施工建設中有著廣闊的應用前景。

3 結語

綜上所述，光纖傳感技術能夠被廣泛地應用于橋梁工程的多種檢測工作中，并保證橋梁工程的施工質量。光纖傳感技術所擁有的應用優勢，使其比以往的檢測技術擁有更大的檢測范圍，能夠滿足大部分橋梁檢測的應用要求。在現代橋梁工程施工建設要求和環境條件越來越復雜的情況下，光纖傳感技術的研究重點需要放到克服各種實際施工環境和改善橋梁工程內部結構質量上，不斷提高橋梁檢測的質量效果，為橋梁工程施工提供更加準確的依據。