光纖光柵傳感器用于鋼筋混凝土結構健康監(jiān)測實驗

依據結構健康監(jiān)測的基本概念,闡述了光纖光柵的構造和傳感原理,列舉了采用光纖光柵封裝傳感器的三種工藝,介紹光纖光柵傳感網絡系統(tǒng)原理以及光纖光柵傳感器發(fā)展歷程和在健康監(jiān)測中的應用。

文章介紹了光纖布拉格光柵傳感器的原理和發(fā)展，列舉分析其目前應用于路橋隧領域的研究及工程實例。文章著重闡述光纖光柵傳感器在結構健康監(jiān)測中的應用價值，并剖析光纖光柵傳感器在道路應用方面存在的問題。

結構健康監(jiān)測(簡稱shm)是指利用現場的無損傳感技術,通過包括結構響應在內的結構系統(tǒng)特性分析,達到監(jiān)測結構損傷或退化的目的。傳統(tǒng)傳感器下的健康監(jiān)測系統(tǒng)普遍存在著穩(wěn)定性與耐久性差、抗干擾性(包括電磁、噪音、光強)差、布設工藝復雜、成活率低等缺點,也是土木工程界迫切需要解決的難題。本文將光纖光柵傳感器引入健康監(jiān)測系統(tǒng)的傳感系統(tǒng),為解決這一難題指明了新的思路,并在實踐中得到有效驗證。

本文對目前國內外光纖光柵傳感器在橋梁結構健康監(jiān)測中的應用做了簡要概述。

光纖光柵傳感器具有體積小、質量輕、靈敏度高、耐腐蝕、抗電磁干擾、傳輸頻帶較寬和容易進行分布式測量等諸多傳統(tǒng)傳感器所不具備的優(yōu)點,更適用于大型復雜結構的現場的長期健康監(jiān)測。文章研究了光纖光柵傳感器在大型鋼吊車梁健康監(jiān)測中的應用狀況,介紹了監(jiān)測系統(tǒng)的組成,傳感器的構造和布置,并進行了實驗,實驗測試結果和有限元分析結果基本上一致。

本文通過對光纖結構及原理的了解,解釋了光纖中光波傳播的主要特點。在了解了光纖光柵傳感器構造及工作原理的同時,以鋼板-混凝土結構材料為實驗模型,利用光纖光柵傳感器作為檢測儀器,通過在鋼板-混凝土材料構成的橋面上布置不同數量和種類的fbg,同時認為施加不同載荷,觀察fbg的檢測結果和檢測數據。實驗證明,光纖光柵傳感器對于鋼板-混凝土組成的結構進行的無損檢測,其安全系數和檢測效率較其他無損檢測技術具有明顯的優(yōu)勢。

光纖光柵傳感器介紹

光纖光柵傳感器的應用 一、光纖光柵傳感器的優(yōu)勢 與傳統(tǒng)的傳感器相比,光纖bragg光柵傳感器具有自己獨特的優(yōu)點: (1)傳感頭結構簡單、體積小、重量輕、外形可變,適合埋入大型結構中, 可測量結構內部的應力、應變及結構損傷等,穩(wěn)定性、重復性好; (2)與光纖之間存在天然的兼容性,易與光纖連接、低損耗、光譜特性 好、可靠性高; (3)具有非傳導性,對被測介質影響小,又具有抗腐蝕、抗電磁干擾的特 點,適合在惡劣環(huán)境中工作; (4)輕巧柔軟,可以在一根光纖中寫入多個光柵,構成傳感陣列,與波分 復用和時分復用系統(tǒng)相結合,實現分布式傳感; (5)測量信息是波長編碼的,所以,光纖光柵傳感器不受光源的光強波 動、光纖連接及耦合損耗、以及光波偏振態(tài)的變化等因素的影響,有較強的抗 干擾能力; (6)高靈敏度、高分

基于壓電陶瓷的光纖光柵傳感器的設計。主要方法是利用改變壓電陶瓷的相關封裝的新結構,再結合光纖光柵而制成的電壓傳感器。由實驗結果得出:在0～160v的電壓范圍內,中心波長的變化與該傳感器兩端的電壓的改變有很好的線性關系,線性擬合度可達0.99,線性調諧的波長范圍約為1.6nm。

光纖光柵傳感器是20世紀90年代光纖傳感器領域最主要的發(fā)明,它是一種光纖無源器件,具有可靠性好,測量精密度高,抗電磁干擾強等特點。光纖光柵的發(fā)明,在光纖傳感領域引起了革命性的變化,突顯出它在信息領域的重要地位。本文著重介紹了光纖光柵的發(fā)展過程、光纖光柵傳感器的原理、以及在傳感方面的現狀和運用,并分析光纖光柵傳感器在實際工程應用中的一些瓶頸之處,且提出了相關的看法。

光纖光柵傳感器是20世紀90年代光纖傳感器領域最主要的發(fā)明,它是一種光纖無源器件,具有可靠性好,測量精密度高,抗電磁干擾強等特點。光纖光柵的發(fā)明,在光纖傳感領域引起了革命性的變化,突顯出它在信息領域的重要地位。本文著重介紹了光纖光柵的發(fā)展過程、光纖光柵傳感器的原理、以及在傳感方面的現狀和運用,并分析光纖光柵傳感器在實際工程應用中的一些瓶頸之處,且提出了相關的看法。

文章根據光纖傳感器的基本原理,闡述選用兩根豎向預應力粗鋼筋,分別在其表面粘貼片式光纖光柵傳感器和裸光纖光柵傳感器,同時用普通電測系統(tǒng)監(jiān)測預應力筋中的張拉應力進行試驗。試驗發(fā)現,這兩種光纖光柵傳感器波長移動量同應力應變具有良好的線性關系,可應用于工程實際。

地鐵隧道是現代城市中一項重要的基礎設施,因此對其進行施工期的安全性監(jiān)測也變得必不可少。采用光纖光柵傳感器對上海市軌道交通6號線地鐵隧道管片在施工過程中進行了監(jiān)測,監(jiān)測內容包括管片的鋼筋應力和管片表面應變,在實際監(jiān)測過程中充分體現了光纖光柵傳感器具有的高精度測量、分布式測量的優(yōu)點。最后對監(jiān)測結果進行了分析,得出了一些有用的結論,同時表明利用光纖光柵傳感器監(jiān)測盾構隧道管片具有很好的效果。

隨著中國地下工程的快速發(fā)展,深基坑安全監(jiān)測及變形預測已成為巖土工程領域的重要課題之一,以太原火車站調蓄池項目為例,為了能夠在基坑施工中進行實時監(jiān)測預警,及時加強防護,將光纖光柵傳感器用于基坑深層水平位移監(jiān)測,截取2017年11月份上旬的監(jiān)測數據,結果表明,該基坑深層水平位移變化值隨著開挖深度的增加而增大,最大值為18.6mm,同時1號測點和3號測點變化值大致相同,而2號測點變化值相對較大.

分析了光纖光柵傳感的優(yōu)勢及其系統(tǒng)組成,它采用波長調制,與光強調制和干涉調制相比,檢測結果更加精確。同時利用波分復用等技術,串聯多個布喇格光柵進行準分布式監(jiān)測,對智能化建筑的實現很有幫助,并具體應用到一種力學模型—懸臂梁。

鋼筋腐蝕是導致鋼筋混凝土結構耐久性劣化的最重要因素之一。鋼筋腐蝕將導致鋼筋體積大大增加,混凝土保護層開裂、剝落,結構承載力下降,甚至倒塌。基于光纖布拉格光柵應變傳感器的原理,根據鋼筋腐蝕體積膨脹,提出了一種新的鋼筋腐蝕光纖光柵傳感器及溫度補償方法。傳感器構造是在兩根緊靠的鋼筋中心附近粘貼光纖光柵,由于鋼筋腐蝕體積膨脹,鋼筋直徑增加將轉變成布拉格光纖光柵的應變,從而實現對鋼筋腐蝕程度及速率的監(jiān)測。傳感器的監(jiān)測原理是設置一個鋼筋腐蝕光纖光柵傳感器來監(jiān)測由于鋼筋腐蝕和溫度變化引起的光柵應變,同時單獨設置一個不銹鋼光纖光柵傳感器來測量溫度引起的光柵應變。這兩個光纖光柵傳感器的應變監(jiān)測,可分離出鋼筋由于腐蝕所引起的體積變化。在混凝土結構中埋入封裝的傳感器,通過監(jiān)測光纖光柵波長的漂移可以直接測量鋼筋腐蝕程度,而且不受腐蝕因素的影響,可用于混凝土結構中鋼筋腐蝕的早期監(jiān)測。最后通過實驗標定了鋼筋腐蝕率與光柵波長位移的關系。

將加熱電纜和光纖光柵溫度傳感器一起埋入堆石料,在現場進行升溫和降溫試驗。試驗表明,大壩堆石料在加熱過程中溫升隨時間變化基本呈上升趨勢,在降溫過程中溫差隨時間變化基本呈下降趨勢,加熱過程的溫升變化規(guī)律比降溫過程更明顯;當滲漏發(fā)生時,單位時間內溫升很小,基本不變化;如果監(jiān)測的溫度突然降低且降低后溫升很小甚至不再升高,表明有滲漏發(fā)生。通過這些規(guī)律,利用光纖光柵傳感器對大壩滲漏進行連續(xù)安全監(jiān)測,對大壩安全管理有著重要的現實意義。

光纖光柵傳感器實時解調系統(tǒng)

(完整版)光纖光柵傳感器的應用

光纖光柵是一種新型的無源光子器件,可用來精確測量微應變和溫度等多種物理量,在光傳感領域發(fā)揮著愈來愈重要的作用。

作為性能優(yōu)良的敏感元件,均勻光纖布拉格光柵、啁啾光纖布拉格光柵等多種傳感器已經有了更多的應用領域。通過光纖布拉格光柵內部寫入、干涉法側面寫入、相位模版法寫入等制作技術的原理說明和對比評介,通過光纖光柵傳感器對所在環(huán)境的應變、應力、溫度變化和動態(tài)磁場的感應原理分析,以及對光纖光柵傳感器在復合材料、電力系統(tǒng)、石油天然氣井和建筑結構中的應用工程的綜述,闡明了這一類傳感器件在單參數傳感測量,特別是多參數傳感測量中還有很大的發(fā)展空間,值得進一步研究。

研究并實現了一種基于雙衍射光柵的光纖布拉格光柵(fbg)傳感器解調系統(tǒng)。該解調系統(tǒng)的光路由準直鏡、衍射光柵、柱面反射鏡和光電探測器等器件組成。通過準直鏡后不同波長的平行光束經過衍射光柵后在空間展開,通過柱面反射鏡聚焦在光電探測器成像面上。該光路通過采用兩塊衍射光柵的方法在減小解調系統(tǒng)尺寸的同時提高光學空間分辨力,采用線陣探測器替代掃描機構從而簡化系統(tǒng)結構。從理論上分析了光束經過該系統(tǒng)后的空間光強分布,根據光強的高斯分布采用多項式擬合的方法實現了反射光譜峰值定位算法。通過與高精度光譜儀的測量結果對比表明,該解調方法具有較高的波長解調精度和穩(wěn)定性。