黃銘良 葸瑞涵 劉 凱

南京郵電大學(xué)，江蘇 南京 210023

光纖傳感技術(shù)在橋梁檢測(cè)中的運(yùn)用探析

黃銘良 葸瑞涵 劉 凱

南京郵電大學(xué)，江蘇 南京 210023

光纖傳感器是通過(guò)運(yùn)用光纖傳感技術(shù)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的一種元器件，其無(wú)論是從技術(shù)上還是從應(yīng)用上都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)傳感器。在現(xiàn)時(shí)代的橋梁檢測(cè)之中，人們對(duì)于光纖傳感技術(shù)的依賴越來(lái)越強(qiáng)，其與傳統(tǒng)的電力檢測(cè)技術(shù)相比，不僅測(cè)量的數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)，而且在橋梁結(jié)構(gòu)的安全設(shè)置方面以及橋梁的維護(hù)管理方面都有著很強(qiáng)的推動(dòng)作用，所以光纖傳感技術(shù)在橋梁檢測(cè)方面攻占的領(lǐng)地也在不斷擴(kuò)大。

橋梁的監(jiān)管以及維護(hù)保養(yǎng)中，最常應(yīng)用的是電力傳感測(cè)量技術(shù)，比如對(duì)電阻應(yīng)變片、振弦式傳感器等的使用，通過(guò)這些來(lái)開(kāi)展橋梁結(jié)構(gòu)的安全檢測(cè)工作。但電磁干擾或者空氣濕度等原因經(jīng)常導(dǎo)致電類傳感器設(shè)備出現(xiàn)靈敏故障而產(chǎn)生精度報(bào)告問(wèn)題，因此對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)不能達(dá)到嚴(yán)密的要求。光纖傳感器技術(shù)是一種新技術(shù)，在橋梁安全檢測(cè)方面做出了重大貢獻(xiàn)，其在橋梁檢測(cè)中的運(yùn)用造就了橋梁發(fā)展史上又一個(gè)傲人的里程碑。

1 深入認(rèn)識(shí)理解光纖傳感技術(shù)

1.1 光纖傳感器的認(rèn)識(shí)

光纖傳感器是光纖技術(shù)的新產(chǎn)物，是區(qū)別于傳統(tǒng)傳感器的新型產(chǎn)品。其耐腐蝕性能很高，對(duì)介質(zhì)的影響微乎其微，并且對(duì)于電磁干擾有著很強(qiáng)的抵御性能。較之傳統(tǒng)傳感器，光纖傳感器的信息載體進(jìn)化成了光，利用光纖來(lái)傳遞敏感信息，因此同時(shí)具備了光纖和光學(xué)測(cè)量的特征。這種新科技的研發(fā)為我國(guó)的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，并在我國(guó)很多領(lǐng)域得到了廣泛傳播。光纖傳感器網(wǎng)一般包括單點(diǎn)式傳感器、多點(diǎn)式傳感器和智能光纖傳感器。

1.2 光纖傳感技術(shù)原理

光纖傳感器先是把光源光通過(guò)光纖輸送到調(diào)制器，使待測(cè)參數(shù)和進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光發(fā)生反應(yīng)，從而促使光的有關(guān)性質(zhì)發(fā)生改變，包括光強(qiáng)的改變、光的波長(zhǎng)改變、光的頻率改變等。經(jīng)過(guò)以上變化的光叫作被調(diào)制的信號(hào)光。這些信號(hào)光接著經(jīng)光纖輸送到光探測(cè)器，通過(guò)被測(cè)量對(duì)光的傳輸特征加以影響，最終達(dá)到測(cè)量的目的，從而獲取被測(cè)量的相關(guān)參數(shù)[1]。光纖有其特殊優(yōu)點(diǎn)，比如：能夠?qū)闺姶乓约霸虞椛涞母蓴_；在機(jī)械性能方面，光纖具有直徑極小、材質(zhì)柔軟、重量特別輕的優(yōu)點(diǎn)。此外，光纖的化學(xué)性能也很強(qiáng)，耐水、耐高溫、抗腐蝕，并且具備絕緣、無(wú)感應(yīng)的電氣性能。對(duì)于人們無(wú)法觸及的區(qū)域以及對(duì)人體有危害的環(huán)境，可以利用光纖傳感技術(shù)為人們采集相關(guān)數(shù)據(jù)，并且它還可以躍居人類的生理極限之上，可以收取人類感官所不能接收的信息。在橋梁建設(shè)中，光纖傳感技術(shù)利用光纖檢測(cè)某些特定的物理量的敏感特性，可以將外界物理量轉(zhuǎn)換成可以直接測(cè)量的信號(hào)，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成高精度的測(cè)量數(shù)據(jù)以供人類在橋梁建設(shè)時(shí)參考。

2 橋梁檢測(cè)內(nèi)容報(bào)告

2.1 橋梁健康檢測(cè)技術(shù)的主要內(nèi)容

橋梁對(duì)于水路、陸路等的連接有著關(guān)鍵的樞紐作用。橋梁的安全性、可靠性的高低不僅對(duì)橋梁本身至關(guān)重要，還對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全有著重要的影響。橋梁的內(nèi)部如果出現(xiàn)損傷，勢(shì)必會(huì)造成橋梁的質(zhì)量下降，并使其不能夠安全有保障地被使用。因此，健康檢測(cè)和安全測(cè)評(píng)是橋梁建造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)橋梁的安全使用和管理有著重要的指引作用。首先，檢測(cè)該橋梁的使用設(shè)計(jì)載荷壓力，簡(jiǎn)而言之就是逐步向檢測(cè)的橋梁添加壓力直到設(shè)計(jì)承載負(fù)荷。如果在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)該橋梁沒(méi)有出現(xiàn)任何裂縫、破損、塌陷等質(zhì)量問(wèn)題，說(shuō)明該橋梁處于安全使用狀態(tài)。此外，在檢測(cè)過(guò)程中，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)多發(fā)問(wèn)題，比如橋梁結(jié)構(gòu)中的鋼筋裸露問(wèn)題、孔洞問(wèn)題等。最后，也不能忽視對(duì)橋梁鋼筋的檢測(cè)。

2.2 橋梁健康檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)評(píng)估

橋梁健康檢測(cè)技術(shù)的評(píng)估包括對(duì)橋梁內(nèi)部損傷的檢測(cè)，以及對(duì)橋梁具體性能的整體、全面的檢測(cè)?，F(xiàn)在多是利用光纖傳感技術(shù)來(lái)實(shí)施此項(xiàng)評(píng)估。一則檢測(cè)評(píng)估橋梁主體構(gòu)架，對(duì)其品質(zhì)進(jìn)行測(cè)評(píng)檢驗(yàn)，以此測(cè)評(píng)結(jié)果判斷是否需要進(jìn)行維護(hù)修繕等工作；二則在橋梁使用過(guò)程中評(píng)估檢測(cè)其性能，以此判斷橋梁的建造是否達(dá)標(biāo)、是否符合使用要求[2]。

3 光纖傳感技術(shù)在橋梁檢測(cè)中的具體運(yùn)用

3.1 橋梁構(gòu)架方面的檢測(cè)

對(duì)橋梁構(gòu)架實(shí)施檢測(cè)可以具體化橋梁健康狀況?，F(xiàn)在行業(yè)內(nèi)應(yīng)用最廣的是F?P光纖傳感器與光纖光柵傳感器，二者分別用于檢測(cè)橋梁的局部承載能力和分布承載能力。

3.2 對(duì)混凝土裂縫的檢測(cè)

為防止因混凝土中散發(fā)的大量熱量而導(dǎo)致的溫度應(yīng)力和裂縫問(wèn)題，通常在現(xiàn)有的橋梁結(jié)構(gòu)上埋入或粘貼光纖傳感器時(shí)刻檢測(cè)橋梁建設(shè)狀況。光纖傳感器直徑和體積都非常小，并且質(zhì)量輕、絕緣、耐腐蝕，能夠進(jìn)行傳感傳輸，還能夠抗干擾。這些優(yōu)勢(shì)都決定了其在橋梁檢測(cè)中的地位越來(lái)越高，對(duì)橋梁檢測(cè)工作能夠有更好的保障。

3.3 鋼索應(yīng)力及變形檢測(cè)

橋梁工程師在設(shè)計(jì)構(gòu)建拉鎖式橋梁的時(shí)候，一般會(huì)把光纖預(yù)先鋪設(shè)于樹(shù)脂以及其他的纖維之中，并且利用鋼索束捆。通過(guò)光纖傳感技術(shù)可以檢測(cè)鋼索應(yīng)力和變形狀況、檢測(cè)錨索承載力等，以保證橋梁建設(shè)的質(zhì)量和安全。

4 結(jié)語(yǔ)

光纖傳感技術(shù)在橋梁檢測(cè)中日益成熟，能評(píng)估判斷橋梁的安全性，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁狀態(tài)，更有助于深入研究橋梁結(jié)構(gòu)，完善橋梁設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)橋梁使用年限。光纖傳感技術(shù)的優(yōu)越性一定會(huì)在橋梁檢測(cè)體系中得到廣泛的使用。

[1]劉亞昌.淺談橋梁的檢測(cè)與維修加固[J].交通科技，2013（1）：33-34.

[2]張森，王臻，劉孟華，等.光纖傳感技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù)，2007（3）：1-3.

Application of Optical Fiber Sensing Technology in Bridge Detection

Huang Mingliang Xi Ruihan Liu Kai
Nanjing University of Posts and Telecommunications, Jiangsu Nanjing 210023

Optical fiber sensor is a component that uses optical fiber sensing technology to detect, and it is superior to traditional sensors both in technology and in applications. In the present era of bridge detection, the dependence of people on optical fiber sensing technology becomes stronger. Compared with the traditional power detection technology,it is not only the measurement data is more accurate, but also the maintenance management in the safety of the bridge structure and the setting of the bridges has a strong role in promotion. So the optical fiber sensing technology in the bridge detection territory is also expanding.

optical fiber sensing technology; bridge detection; application

鍵詞：光纖傳感技術(shù)；橋梁檢測(cè)；應(yīng)用

U446

A

1009-6434（2017）7-0047-02

黃銘良（1995—），男，漢族，廣東肇慶人，本科學(xué)歷。葸瑞涵（1996—），男，漢族，寧夏固原人，本科學(xué)歷。劉凱（1994—），男，漢族，陜西渭南人，本科學(xué)歷。