光纖應變傳感器在土木工程結構監測中的應用解決方案

2022-04-07 13:58

大型土木工程結構和基礎設施，如橋梁、超高層建筑、人跨空間結構、大型水壩、核電站、海洋采油平臺以及輸油、供水．供氣等生命線系統，由于環境荷載作用，在其服役過程中一旦發生災害，將給人民的生命和財產造成巨大的損失。因此，對重要結構的無損檢測與無損評價顯得越來越重要。然而，由于土木工程結構和基礎設施體積人、跨度長、分布面積人、使用期限長，傳統的傳感設備紐成的監測系統的穩定性和耐久性都不能很好地滿足工程實際的需要。

隨著科技的不斷發展，近幾年國際上新興的一門智能結構系統是多學科交叉發展的前沿研究領域，它是將具有仿生命功能的材料融合于基體材料中，使之成為具有人們所期望的智能功能的結構智能結構集成有傳感、作動和控制系統，能夠進行自我感知自我診斷和自我調節，從而使結構能夠對內部狀態的變化和外部環境的激勵作出恰當的反應。如今將其集成或應用于傳統的土木工程結構中，就會使土木工程結構具有像智能結構那樣的自感知和自適應等諸多智能屬性的可能也成為現實。

智能材料結構系統中常用的傳感材料主要有壓電、形狀記憶合金和光導纖維材料。由于光導纖維材料具有徑細柔韌、體積小質量輕、靈敏度高抗電磁干擾能力強能耗小、造價低廉便于實現分布式和準分布式檢測、集信息傳輸和傳感于一體等特點，加之寬頻帶和高數據傳輸率以及耐高溫、抗腐蝕等優良特性，一直被認為是智能結構系統中的首選傳感材料，并已經開始應用于土木工程結構中的“神經元”。其基本原理和應用特點是在土木工程結構中（或在其表面）埋入（或粘貼）光纖傳感器，通過分析光的傳輸特性，如光強、相位和波長等，就可獲得光纖周圍材料的應力、壓強、電場、磁場密度溫度、化學成分、x射線和V射線等量的變化，從而實現對土木工程結構的健康狀態參數和安全可靠性進行實時、在線動態監測與控制，為人工智能和神經網絡技術在土木工程中的應用奠定了堅實的物質基礎。

光纖傳感技術之所以適用于土木工程，主要是基于它與傳統的電測傳感器相比，具有如下的優越性能耐腐蝕、耐久性好；體積小、重量輕、結構簡單，埋入土木工程結構對基體材料幾乎沒有影響；能避免電磁場的干擾，電絕緣性好；信號可多路傳輸，便于與計算機連接，易于實現分布式測量；單位長度上信號衰減小，傳輸距離可以很長；靈敏度與精度高；頻帶寬；信噪比高等。工采網提供的加拿大FISO 光纖應變傳感器光纖傳感器－ SFO－W主要針對土木工程應用，如水壩、橋梁、隧道和其他結構的監控。

光纖應變傳感器在土木工程結構監測中的應用解決方案

如今，制造商、土木建筑設計者和研發工程師們可能需要通過監控土木結構的性能來改善結構技術。在一段時間內監控特定的性能將幫助提高結構的安全性和耐久性。通過合理地在結構中布局SFO－W光纖應變傳感器，用戶可以獲得傳感器提供的關于施工中和完工后的建筑物、橋梁、隧道襯砌及支承結構應變的精確改變信息。使用SFO－W光纖應變傳感器可以在最具挑戰的環境中對目標展開全面的應力／應變分析。

SFO－W光纖應變傳感器由一個焊在鋼片上直徑較小的不銹鋼管構成，適合點焊在不銹鋼表面。具備尺寸小、精度高、不受EMI／RFI干擾、耐腐蝕和耐高溫的特點。另一方面SFO－W光纖應變傳感器的具備滿量程0．01％的靈敏度和精度，同時它的測量上限達2000 μ 。此傳感器主要基于突破光纖傳感的獨特光纖應變傳感器技術。非固有的 Fabry－Perot 應變傳感器嵌于鋼管內部，因此可以監控點焊傳感器的拉伸或壓縮運動。FISO的光纖技術已獲專利，基于此專利技術，SFO－W光纖應變傳感器可安裝在距離信號調理器3km的地方。這使得光纖傳感器成為監控土建結構的zui佳選擇。

設計SFO－W傳感器的目的之一是使之安裝方便，無需熟練的焊工幫助。使用SFO－W傳感器可以對不同的構筑物進行長期和準確地應變測量。可將其安裝在平整表面或者圓柱體表面。

原文標題 : 光纖應變傳感器在土木工程結構監測中的應用解決方案