文档介绍：第 28卷第 4期河南科技大学学报: 自然科学版 Vol. 28 No. 4
2007年 8月 Journal of Henan University of Science and Technology: Natural Science Aug. 2007
文章编号: 1672 - 6871 (2007) 04 - 0046 - 04
光纤光栅传感技术在特大跨桥梁施工监测中的应用
王佶 a ,南秋明 b ,李跃 a
(武汉理工大学 a. 道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室; b. 光纤传感技术研究中心,湖北武汉 430070)
摘要:本文在光纤 B ragg光栅理论研究基础上,结合理论计算,着重对光纤传感技术在特大跨桥梁施工监测中
的应用进行了系统的研究,论证了光纤光栅用于大型桥梁施工监测的优越性,具有广阔的应用前景。
关键词:光纤光栅;桥梁;施工监测
中图分类号: TP212. 14; U448 文献标识码: A
0 前言
近几十年来,我国的桥梁建设突飞猛进,仅就公路桥梁而言,到 20世纪 90年代末,全国总数已达
22万多座,其中有许多是在交通运输中占有重要地位的大型桥梁,如黄河和长江上就已经有 110余座
各类结构的大桥。多年来,如何实现对特大型混凝土桥梁施工阶段的健康监测,如何才能掌握大桥施工
过程中各个施工阶段混凝土中的应力变化情况,一直是桥梁工程师们普遍关心的问题[ 1 - 4 ] 。
由于缺乏可靠、方便、可以实现长期自动监测的结构状况信息采集技术,对于特大型桥梁健康状况
的监测与评定至今尚未得到很好的解决。传统的监测手段(如电阻应变片、钢弦等测量技术)日益暴露
出灵敏度低、长期稳定性差、寿命短等缺点,无法满足监测长期稳定的要求,很难用来完成大桥施工过程
中结构应力的监测。国内外工程实践表明[ 5 - 9 ] :光纤光栅传感是当今工程结构中首选的传感方式,它能
满足对结构监测的高精度、远距离、分布式和长期性的技术要求。本文结合理论计算对比,着重对光纤
传感技术在特大跨桥梁施工监测中的应用进行了系统的研究,论证了光纤光栅用于大型桥梁施工监测
的优越性。
1 光纤光栅传感机理
如图 1 所示,光纤光栅传感的基本原理
是:当光栅周围的温度、应变、应力或其它待测
物理量发生变化时,将导致光栅周期Λ或纤芯
折射率 neff的变化,从而使光纤光栅的中心波
长产生位移ΔλB ,通过检测光栅波长的位移情
况,即可获得待测物理量的变化情况。
光纤传感技术是在光电子技术、工程结构
无损检测技术、计算机技术、在线监测技术的
基础上发展起来的跨学科工程研究领域。是
继电测技术之后传感技术发展的新阶段。光图 1 光纤光栅传感原理
纤传感器与传统的机电类传感器相比具有很多优势: (1)长期稳定性好; (2)测量精度高; (3)实现多点
分布式测量; (4)实现远距离遥控监测; (5)安全可靠、耐腐蚀; (6)体积小,重量轻,几何形状可塑; (7)
测量范围广。
同时由于光纤传感具有集成化、本征性、低成本的特点,能串接复用、通过一根光纤能提供各种物理
参量的精确和绝对测量的优点,并且它们的物理载面和力学强度小,在粘贴或嵌入到主体中不会对其性
基金项目:湖北省交通厅科技