光纤感测系统( 二 )

套用光纤感测技术在结构工程检测中的套用钢筋混凝土是目前非常广泛套用的材料，将光纤材料直接埋入混凝土结构内或贴上在表面，是光纤的主要套用形式，可以检测热应力和固化、挠度、弯曲以及应力和应变等。混凝土在凝固时由于水化作用会在内部产生一个温度梯度，如果其冷却过程不均匀。热应力会使结构产生裂缝，採用光纤感测器埋入混凝土可以监测其内部温度变化，从而控制冷却速度。混凝土构件的长期挠度和弯曲是人们感兴趣的一个力学问题，为此已研製出能测量结构弯曲和挠度的微弯应变光纤感测器，并用一根光纤连线整个结构不同位置上的感测器进行同时监测，每个感测器的位置可用OTDR来识别。光纤感测器还能探测混凝土结构内部损伤。在正常荷载作用下，由于钢筋阻止乾化收缩或温度引起的体积变化都会引起裂缝，裂缝的出现和发展可以通过埋入的光纤中光传播的强度变化而测得。光纤感测技术在桥樑检测中的套用桥樑是一个国家的经济命脉，桥樑的建造和维护是一个国家基础设施建设的重要部分。利用光纤感测器测量振动，主要可得到桥樑的振动回响参数如频率、振幅等，其方法是：将信号光纤贴上于桥樑内部，它随着桥樑的振动而产生振动回响，输出光的相位作周期性的变化，则光电探测器接收到的光强也作周期性的变化。成功的案例有：加拿大在1993年将光纤感测器预装到一座碳纤维预应力混凝土公路桥上，在桥开通后连续监测了8个月，测量了混凝土内部的整体分布应变，并用动态规化理论处理数据，準确而又快速的评估了桥樑的使用状态及寿命。1996年，美国海军实验研究中心研製了新墨西哥州I -10桥健康检测系统，它由60个FBG感测器组成，可实现动态与静态应变测量。光纤感测技术在岩土力学与工程中的套用岩土工程检测具有长时效性、环境複杂、具有时空限制、施工环境制约等特点，其检测工作一直是等待解决的难题。目前已有的常规的测试技术在长期的工程套用中表明，满足上述测试要求十分困难。而由于光纤感测器体积小、质量轻、不导电、反应快、抗腐蚀等诸多优良特性，使用它成为岩土力学工程的检测工具成为学者们的研究对象。三峡大坝坝体内部靠近上游面埋设有点式温度计，因埋设点位于坝体内，所测温度与实际库水温度存在一定的差异。为了能更真实地反映库水温度的变化规律，长江科学院结合坝前水温观测的实际现状，在左厂14-2坝段布设1条测温垂线，採取光纤Bargg光栅温度感测器进行监测，通过实际工程套用，光纤Bargg光栅温度感测器测量水温，可以满足水温监测的要求，且与水银温度计直接测量水温相比，结果较好。光纤感测技术在军事上的套用光纤感测技术在军事上同样套用广泛。光纤陀螺仪经过30多年的发展，已经广泛套用与民航机，无人机，飞弹的定位和控制中。光纤水听器可以用于船舶军舰收集声音，探测越来越先进的潜艇。且近几年来，基于光纤感测技术的光纤网路安全警戒系统开始在边防及重点区域防卫中得到推广套用。目前，世界上已开发国家使用的安全防卫系统就是基于分散式光纤感测网路系统的安全防卫技术。石油和天然气：油藏监测井下的P / T感测、地震阵列、能源工业、发电厂、锅炉及蒸汽涡轮机、电力电缆、涡轮机运输、炼油厂；航空航天：喷气发动机、火箭推进系统、机身；民用基础建设：桥樑、大坝、道路、隧道、滑坡；交通运输：铁路监控、运动中的重量、运输安全；生物医学：医用温度压力、颅内压测量、微创手术、一次性探头。研究进展光纤光栅感测器光纤光栅感测器是目前国内研究的热点之一。FBG感测器具有灵敏度高，易构成分散式结构，在一根光纤内可实现多点测量。满足“智慧型结构”对感测器的要求，可对大型构件进行实时安全监测；也可以代替其他类型结构的光纤感测器，用于化学、压力和加速度感测中。但是温度、应力交叉敏感是其实用化的最大限制。目前，随着实用、廉价的波长解调技术进一步发展完善，光纤光栅感测技术已经向成熟阶段接近，部分也已经商用化。但在性能和功能方面需要提高。阵列复用感测系统列阵复用感测系统将单点光纤感测器阵列化，实现空间多点的同时或分时感测，也称为準分散式系统。目前，套用最为广泛的是光纤光栅阵列感测和基于干涉结构的阵列光纤感测系统。阵列化光纤感测的优点是可以实现大範围、长距离多点感测，是大规模光纤感测的一个重要发展趋势。阵列化的发展方向也对各个感测元的灵敏度、稳定性、批量製作可重複性、解调的快捷準确等提出新的要求。分散式光纤感测系统分散式光纤感测系统是根据沿线光波分布参量，同时获取在感测光纤区域内随时间和空间变化的被测量的分布信息，可以实现长距离、大範围的连续、长期感测。