光纤传感器在土木工程中的应用.pdf

第卷第期建筑结构年月
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光纤传感器在土木工程中的应用!
周智田石柱欧进萍
(哈尔滨工业大学土木工程学院)
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[提要] 对光纤传感器的基本原理和在土木工程中常用的强度调制型、干涉型、光栅型等传感器进行了介绍。
对光纤传感器在土木工程中的应用作了较为详细的综述,探讨了光纤传感器用于土木工程监测(检测)时存在
的一些问题,提出了拟解决的思路,指明其广阔的应用前景。
[关键词] 光纤传感器土木工程结构检测(监测)
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一、前言
大型土木工程结构和基础设施,如桥梁、超高层建
筑、大跨空间结构、大型水坝、核电站、海洋采油平台以
及输油、供水、供气等生命线系统,由于环境荷载作用,
图光纤的基本结构
在其服役过程中一旦发生灾害,将给人民的生命和财(
产造成巨大的损失。因此,对重要结构的无损检测与光纤传感器的工作原理是用被测的物理量调制传
无损评价显得越来越重要。然而,由于土木工程结构输光光波的某一参数,使之随其变化,然后对已调制的
和基础设施体积大、跨度长、分布面积大、使用期限长, 光信号进行检测,从而得到被测量。因此,光调制技术
[ ]
传统的传感设备组成的监测系统的稳定性和耐久性都是光纤传感器的关键技术& 。由于土木工程中应用光
不能很好地满足工程实际的需要。纤传感器的特殊性,这里介绍常用于土木工程研究的
年美国布朗大学的等人首次提出将几种传感器。
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强度调制光纤传感器
光纤传感器埋入混凝土结构中进行安全监测。随后美(F
国、欧洲、日本等国家的一些学者开始将这一高新技术强度调制光纤传感器的基本原理是待测物理量引
[ ,]
应用于土木工程的研究,并取得了很好的成果#& 。起光纤中的传输光光强发生变化,通过检测光强的变
化实现对被测量的测量,原理如图所示。
光纤传感技术之所以适用于土木工程,主要是基"
于它与传统的电测传感器相比,具有如下的优越性
[ ,]
能 D# :耐腐蚀、耐久性好;体积小、重量轻、结构简单,
埋入土木工程结构对基体材料几乎没有影响;能避免
电磁场的干扰,电绝缘性好;信号可多路传输,便于与
计算机连接,易于实现分布式测量;单位长度上信号衰
减小,传输距离可以很长;灵敏度与精度高;频带宽;信图强度调制机理
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噪比高等。
一恒定光源发出强度为的光注入传感头,在传
二、光纤传感器的基本原理!2
感头内,光在被测信号的作用下强度发生变化,即受到
光纤的基本结构如图所示。光是电磁波,所