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光纤光栅传感器在桥梁安全监测中的应用
日期:2018-07-21

关于光纤光栅传感器在桥梁安全监测中的应用这个问题徐州子墨公司的小编来说一下。

首先我们要先了解一下光纤光栅传感器是什么?

光纤光栅传感器可以实现对温度、应变等物理量的直接测量。由于光纤光栅波长对温度与应变同时敏感,即温度与应变同时引起光纤光栅耦合波长移动,使得通过测量光纤光栅耦合波长移动无法对温度与应变加以区分。因此,解决交叉敏感问题,实现温度和应力的区分测量是传感器实用化的前提。通过一定的技术来测定应力和温度变化来实现对温度和应力区分测量。这些技术的基本原理都是利用两根或者两段具有不同温度和应变响应灵敏度的光纤光栅构成双光栅温度与应变传感器,通过确定2个光纤光栅的温度与应变响应灵敏度系数,利用2个二元一次方程解出温度与应变。区分测量技术大体可分为两类,即,多光纤光栅测量和单光纤光栅测量[1] 。
多光纤光栅测量主要包括混合FBG/长周期光栅(long period grating)法、双周期光纤光栅法、光纤光栅/F-P腔集成复用法、双FBG重叠写入法。各种方法各有优缺点。FBG/LPG法解调简单,但很难保证测量的是同一点,精度为9×10-6,1.5℃。双周期光纤光栅法能保证测量位置,提高了测量精度,但光栅强度低,信号解调困难。光纤光栅/F-P腔集成复用法传感器温度稳定性好、体积小、测量精度高,精度可达20×10-6,1℃,但F-P的腔长调节困难,信号解调复杂。双FBG重叠写入法精度较高,但是,光栅写入困难,信号解调也比较复杂。

单光纤光栅测量主要包括用不同聚合物材料封装单光纤光栅法、利用不同的FBG组合和预制应变法等。用聚合物材料封装单光纤光栅法是利用某些有机物对温度和应力的响应不同增加光纤光栅对温度或应力灵敏度,克服交叉敏感效应。这种方法的制作简单,但选择聚合物材料困难。利用不同的FBG组合法是把光栅写于不同折射率和温度敏感性或不同温度响应灵敏度和掺杂材料浓度的2种光纤的连接处,利用不同的折射率和温度灵敏性不同实现区分测量。这种方法解调简单,且解调为波长编码避免了应力集中,但具有损耗大、熔接处易断裂、测量范围偏小等问题。预制应变法是首先给光纤光栅施加一定的预应变,在预应变的情况下将光纤光栅的一部分牢固地粘贴在悬臂梁上。应力释放后,未粘贴部分的光纤光栅形变恢复,其中心反射波长不变;而粘贴在悬臂梁上的部分形变不能恢复,从而导致了这部分光纤光栅的中心反射波长改变,因此,这个光纤光栅有2个反射峰,一个反射峰(粘贴在悬臂梁上的部分)对应变和温度都敏感;另一个反射峰(未粘贴部分)只对温度敏感,通过测量这2个反射峰的波长漂移可以同时测量温度和应变。

它的特点是:

(1)抗电磁干扰:一般电磁辐射的频率比光波低许多,所以在光纤中传输的光信号不受电磁干扰的影响。

(2)电绝缘性能好,安全可靠:光纤本身是由电介质构成的,而且无需电源驱动,因此适宜于在易燃易爆的油、气、化工生产中使用。
(3)耐腐蚀,化学性能稳定:由于制作光纤的材料一石英具有极高的化学稳定性,因此光纤传感器适宜于在较恶劣环境中使用。
(4)体积小、重量轻,几何形状可塑。
(5)传输损耗小:可实现远距离??丶嗖?。
(6)传输容量大:可实现多点分布式测量。
(7)测量范围广:可测量温度、压强、应变、应力、流量、流速、电流、 电压、液位、液体浓度、成分等。

光纤光栅湿度传感器

光纤光栅传感器

目前, 应用光纤光栅传感器最多的领域当数桥梁的安全监测。斜拉桥斜拉索、悬索桥主缆及吊杆和系杆拱桥系杆等是这些桥梁体系的关键受力构件,其他土木工程结构的预应力锚固体系,如结构加固采用的锚索、锚杆也是关键的受力构件。上述受力构件的受力大小及分布变化最直接地反映结构的健康状况,因此对这些构件的受力状况监测及在此基础上的安全分析评估具有重大意义。
加拿大卡尔加里附近的Beddington Trail 大桥是最早使用光纤光栅传感器进行测量的桥梁之一(1993 年), 16 个光纤光栅传感器贴在预应力混凝土支撑的钢增强杆和炭纤复合材料筋上,对桥梁结构进行长期监测, 而这在以前被认为是不可能。德国德累斯顿附近A 4 高速公路上有一座跨度72 m的预应力混凝土桥, 德累斯顿大学的Meis-sner 等人将布拉格光栅埋入桥的混凝土棱柱中, 测量荷载下的基本线性响应, 并且用常规的应变测量仪器作了对比试验, 证实了光纤光栅传感器的应用可行性。瑞士应力分析实验室和美国海军研究实验室, 在瑞士洛桑附近的V aux 箱形梁高架桥的建造过程中, 使用了32个光纤光栅传感器对箱形梁被推拉时的准静态应变进行了监测, 32个光纤光栅分布于箱形梁的不同位置、用扫描法- 泊系统进行信号解调。
2003年6月,同济大学桥梁系史家均老师主持的卢浦大桥健康检测项目中,采用了上海紫珊光电的光纤光栅传感器,用于检测大桥在各种情况下的应力应变和温度变化情况。
施工情况:整个检测项目的实施主要包括传感器布设、数据测量和数据分析三大步。在卢浦大桥选定的端面上布设了8个光纤光栅应变传感器和4个光纤光栅温度传感器,其中8个光纤光栅应变传感器串接为1路,4个温度传感器串接为1路,然后通过光纤传输到桥管所,实现大桥的集中管理。数据测量的周期根据业主的要求来确定,通过在桥面加载的方式,利用光纤光栅传感网络分析仪,完成桥梁的动态应变测试。

徐州专业的光纤光栅传感器生产公司落户于无锡新区国家级高新技术创业园区的530项目科技型企业。公司管理团队成员来自于美国,德国,加拿大的博士并有在北美和欧洲的著名的高技术企业十多年的工作经验和一流的技术水平。公司的多个光电产品均为自主首创或国际领先水平。公司将携先进的光电器件和仪器的生产技术,聚焦于传感网,生物医疗 ,光通信和工业自动化的领域和市场。公司是集研发生产销售为一体的科技创新型企业。


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