基于光纤光栅传感技术的桥梁施工监控.doc

基于光纤光栅传感技术的桥梁施工监控 ?? 一、引言 顶推法是近年来发展迅速的大型桥梁施工工艺，过去由于缺少先进的测量手段，国内在桥梁顶推施工时，往往采用经纬仪或全站仪进行人工监测，效率低、速度慢、精度差，实际效果很不理想，难以保证施工安全和桥梁宏观质量。工业发达国家一般都要求对顶推施工过程进行自动监控。随着交通事业的快速发展，我国对桥梁顶推过程自动监控也越来越重视，2004年，交通部西部交通建设科技项目招标中就有墩梁受力变形安全控制的内容。 传统的机电类传感器在抗干扰、耐潮湿、持久稳定等方面的性能已经不能适应桥梁顶推施工监控的复杂要求和施工现场的恶劣环境。因此，研究光纤光栅传感技术在桥梁施工监控中的应用是工程实践的紧迫要求。测试系统要求测量应变的范围为±1000 x10 -6，应变的分辨力为±1x10-6。为了快速组建智能化的施工监控系统，将系统构建在目前逐渐成为测控领域主流技术的虚拟仪器平台上，充分利用现代信息技术的优势，在同一个系统中，集成光纤光栅传感解调和顶推施工过程监控。 二、光纤光栅传感器结构原理 光纤光栅传感器是二十世纪末才发展起来的一种新型光纤传感器，它采用波长调制，因此，克服了传统的光强型和干涉型光纤传感器测量精度受光纤弯曲和连接损耗影响、相位测量模糊等缺陷。光纤光栅传感器的原理如图1所示。利用光纤材料的光敏性，通过紫外激光在光纤纤芯上刻写一段光栅，当光源发出的连续宽带光li通过传输光纤射人时，在光栅处有选择的反射回一个窄带光lr，其余宽带光lt继续透射过去，在下一个具有不同中心波长的光纤光栅处进行反射，多个光纤光栅阵列形成光纤光栅传感网络。 各光纤光栅反射光的中心波长λ为 式中n为纤芯的有效折射率；Λ为纤芯折射率的调制周期。目前，在结构变形和温度监测中，普遍采用周期Λ＜1 μm的短周期光纤光栅传感器，其反射波长人称为Bragg波长，这种传感器称为FBG传感器。 根据式（1），解调出反射光波长即可以寻址到FBG传感网络中每个传感器。 反射回来的窄带光的中心波长随着作用于FBG的温度和应变成线性变化，中心波长的变化量为 式中ε为应变量；Δt为温度变化量，℃。 由式（2）可知，FBG反射光中心波长同时受温度和应变的影响，交叉敏感的问题是目前FBG应用研究的一个热点，比较成熟的方法是采用同种温度环境下的FBG温度补偿传感器进行克服。这样，也满足了很多场合下温度和应变同时测量的要求。 1 / 1 1 / 1