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第 ３５ 卷 Ｖｏｌ．３５

第 １１ 期 Ｎｏ．１１

鐵 道 技 術(shù) 監(jiān) 督
ＲＡＩＬＷＡＹ ＱＵＡＬＩＴＹ ＣＯＮＴＲＯＬ

監(jiān)督檢驗
ＳＵＰＥＲＶＩＳＩＯＮ ＡＮＤ ＩＮＳＰＥＣＴＩＯＮ

光纖光柵傳感器在橋梁缺陷檢測和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用
黃艷紅 ， 高曉蓉 ，

杜路泉
（ 西南交通大學(xué)光電工程研究所 ， 四川 成都 ６１００３１ ）

摘

要 ： 闡述了橋梁缺陷檢測和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的背景和意義 ， 介紹了橋梁主要缺陷和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測內(nèi)容 ，

并對光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)、 工作原理、 應(yīng)用特點及其在國內(nèi)外實際工程中的應(yīng)用進(jìn)行了概述 ， 最 后 給 出 了 光 纖光柵傳感器在橋梁缺陷檢測和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞 ： 橋梁缺陷檢測 ； 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測 ； 光纖光柵傳感器 ； 光纖光柵信號解調(diào)儀 中圖分類號 ： Ｕ２４６．３ 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ： Ｂ 文章編號 ： １００６－ ９１７８ （ ２００７ ） １１－ ００１７－ ０４

Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ａｎｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅｓ ｄｅｆｅｃｔ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｈｅａｌｔｈ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｒｅ ｉｌｌｕｓｔｒａｔ－ ｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ． Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅｓ ａｎｄ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｈｅａｌｔｈ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃ－ ｔｕｒｅ， ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ， ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｂｒｏａｄ ａｎｄ ａｔ ｈｏｍｅ． Ｆｉｎａｌｌｙ ｉｔ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｂｅｒ ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ ｓｅｎｓｏｒｓ ｉｎ ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｆｅｃｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｈｅａｌｔｈ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： Ｂｒｉｄｇｅ Ｄｅｆｅｃｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ； Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｈｅａｌｔｈ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ； Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｓｅｎｓｏｒ； Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｓｉｇｎａｌ Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ

１

引言
橋梁在一個國家的交通運(yùn)輸和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有

工程領(lǐng)域特別是橋梁檢測領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。 因此 ， 研 究開發(fā)新型的基于光纖光柵傳感器的橋梁缺陷檢測 和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)具有十分重要的意義。

重要位置 ， 橋梁缺陷檢測和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是保證橋 梁安全運(yùn)營的重要手段。 為了保障結(jié)構(gòu)的安全性、 完 整性、 適用性與耐久性 ， 對重大橋梁工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行缺 陷檢測 ， 并且增設(shè)長期的健康監(jiān)測系統(tǒng) ， 以實時監(jiān)測 橋梁服役期間的安全狀況 ， 避免重大事故的發(fā)生。 因 而成功開發(fā)橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)將起到確保橋梁安全 運(yùn)營、 延長橋梁使用壽命的作用。 同時通過早期橋梁 病害的發(fā)現(xiàn)能大大節(jié)約橋梁的維修費用 ， 避免因頻 繁大修關(guān)閉交通而引起的重大損失。 傳統(tǒng)的橋梁缺陷檢測主要采用電類傳感器的應(yīng) 變測量技術(shù) ， 這種方法存在易受電磁干擾、布線復(fù) 雜、 時效性低等問題 ， 并且所測量的瞬時結(jié)果不能準(zhǔn) 確連續(xù)預(yù)報橋梁工作狀態(tài)。光纖光柵 （ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ

２
２．１

橋梁主要缺陷和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測內(nèi)容
橋梁主要缺陷 （ １ ） 外觀缺陷 ； 沉降裂縫、 溫 （ ２ ） 裂縫 ： 施工期主要有收縮裂縫、

度作用產(chǎn)生的裂縫 ， 在使用期主要是受力裂縫 ，， 隨時 間發(fā)展的耐久性裂縫有縱向銹蝕裂縫、凍融循環(huán)作 用引起的裂縫、 堿骨料反應(yīng)引起的裂縫、 鹽類及酸類 侵蝕引起的裂縫等 ； （ ３ ） 內(nèi)部缺陷 ； （ ４ ） 混凝土碳化 ： 混凝土的中性化 ； （ ５ ） 鋼筋銹蝕。

２．２

橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測內(nèi)容 （ １ ） 橋梁結(jié)構(gòu)在正常環(huán)境與交通條件下運(yùn)營的

ｇｒａｔｉｎｇ， ＦＢＧ） 傳感器相對于傳統(tǒng)的電檢測技術(shù)主要
優(yōu)點表現(xiàn)為 ： 耐久性好 ， 適于長期監(jiān)測 ； 無火花 ， 適于 特殊監(jiān)測領(lǐng)域 ； 既可以實現(xiàn)點測量 ， 也可以實現(xiàn)準(zhǔn)分 布式測量等。這些優(yōu)點使光纖光柵傳感器受到土木
收稿日期 ： ２００７－ ０９－ ０６ 作者簡介 ： 黃艷紅 ， 碩士研究生 ； 高曉蓉 ， 教授 ； 杜路泉 ， 碩士研究生

物理與力學(xué)狀態(tài) ； （ ２ ） 橋梁重要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和附屬設(shè)施的工作狀 態(tài)； （ ３ ） 結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性 ； （ ４ ） 大橋所處環(huán)境條件等。 ? １７ ?

２００７ 年 １１ 月 （ 總第 ２５３ 期 ）

監(jiān)督檢驗

光纖光柵傳感器在橋梁缺陷檢測和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用

３
３．１

光纖光柵傳感器簡介
光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 光纖光柵是通過改變光纖芯區(qū)折射率 ， 產(chǎn)生小
－５

多值函數(shù)問題 ， 與光源、 傳輸和連接件的損耗等強(qiáng)度 信息沒有關(guān)系， 因而對環(huán)境干擾不敏感［３］； （ ６ ） 光纖光柵可以單端輸入和單端檢測 ， 減少了 埋入光纖與探測元件的數(shù)量 ， 特別適于物理量 （ 如應(yīng) 變和溫度場等 ） 的測量。 盡管光纖光柵傳感器具有上述許多優(yōu)點 ， 但是 在實際應(yīng)用中還是存在一些問題。 目前 ， 限制光纖光 柵傳感器應(yīng)用的最主要障礙是傳感信號的解調(diào)即光 纖光柵傳感器分析儀 ， 正在研究的解調(diào)方法很多 ， 但 能夠?qū)嶋H應(yīng)用的解調(diào)產(chǎn)品并不多 ， 而且價格較高 ， 如 果用于多點監(jiān)測的分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中成本將 更高。光纖光柵傳感器應(yīng)用中的問題如下 ：
［２］

的周期性調(diào)制而形成的 ， 其折射率變化通常在 １０ ～

１０ 之間 ， 通過紫外光曝光的方法將入射光的相干
－３

場圖形寫入纖芯 ， 在纖芯內(nèi)產(chǎn)生沿纖芯軸向的折射 率周期性變化 ， 從而形成永久性空間的相位光柵 ， 其 作用實質(zhì)上是在纖芯內(nèi)形成一個窄帶的濾波器或反 射鏡。光纖芯中的折射率調(diào)制周期 Λ由下式給出 ： 是２ Λ ＝λ ／２） ， 式中 λ ｕｖ／２ ｓｉｎ （ θ ｕｖ 是紫外光源波長 ， θ 相干光束之間的夾角 。
［１］

光纖光柵是利用光纖中的光敏性制成的 。光 敏性是指激光通過摻雜光纖時 ， 光纖的折射率將隨 光強(qiáng)的空間分布發(fā)生相應(yīng)變化的特性。而在纖芯內(nèi) 形成的空間相位光柵 ， 其實質(zhì)就是在纖芯內(nèi)形成一 個窄帶的 （ 透射或反射 ） 濾波器或反射鏡。利用光纖 材料的光敏性 ， 通過紫外激光在光纖纖芯上刻寫一 段光柵 ， 當(dāng)光源發(fā)出的連續(xù)寬帶光通過傳輸光纖射 入時 ， 在光柵處有選擇地反射回一個窄帶光 ， 其余寬 帶光繼續(xù)透射過去 ， 在下一個具有不同中心波長的 光纖光柵處反射。當(dāng)光纖光柵所處環(huán)境的溫度、 應(yīng) 力、 應(yīng)變等物理量發(fā)生變化時 ， 光柵周期或纖芯折射 率隨之發(fā)生變化 ， 使反射光波長發(fā)生變化 ， 通過測量 變化前后反射光波長的變化 ， 就可以獲得待測物理 量的變化情況。 制；

（ １ ） 由于光源帶寬有限 ， 而應(yīng)用中一般要求光柵 的反射譜不能重疊 ， 因此 ， 可復(fù)用光柵的數(shù)目受到限 （ ２） 如何實現(xiàn)在復(fù)合材料中同時測量多軸向的 應(yīng)變 ， 以再現(xiàn)被測體的多軸向應(yīng)變形貌 ； 高精度、 快速實時測量 ； （ ３ ） 如何實現(xiàn)大范圍、 （ ４ ） 當(dāng)溫度和應(yīng)變同時發(fā)生變化時 ， 傳感器本身 無法分辨出兩者分別引起的反射中心波長的變化 ； 如何正確地分辨光柵波長變化是由溫度變化引起的 還是由應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變引起的 ， 也即是如何消除或 區(qū)分應(yīng)變及溫度交叉敏感問題 ； （ ５ ） 光纖光柵傳感器制作材料比較脆弱 ， 所以它 在使用過程中容易損壞 ； 需要對其進(jìn)行封裝處理 ， 研 究開發(fā)出耐久性好的材料對其進(jìn)行封裝很有必要 ， 以延長傳感器的使用壽命 ； （ ６ ） 目前 ， 普通的光纖光柵傳感器的檢測精度較 傳統(tǒng)的應(yīng)變電類檢測傳感器相對要低些 ， 研制開發(fā) 出檢測精度更高的適合橋梁的專用光纖光柵傳感器 勢在必行 ， 也是其廣泛應(yīng)用于未來橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān) 測系統(tǒng)的前提。 有效地解決上述問題對于實現(xiàn)廉價、 穩(wěn)定、 高分 辨率、 大測量范圍、 多光柵復(fù)用的傳感系統(tǒng)具有重要 意義。

３．２

光纖光柵傳感器的應(yīng)用特點 光纖光柵傳感器作為一種新型光纖傳感器 ， 對

大多數(shù)物理量直接感應(yīng) ， 可同時感應(yīng)溫度和應(yīng)變 ， 還 可以進(jìn)行多個物理量的同時測量 ， 其應(yīng)用領(lǐng)域非常 廣泛。 同時 ＦＢＧ 傳感器陣列可以實現(xiàn)分布式的傳感 網(wǎng)絡(luò) ， 對物體進(jìn)行多點測量 ， 提取相關(guān)的信號 ， 進(jìn)行 狀態(tài)分析 ， 達(dá)到示警以及故障診斷的目的。 其主要技 術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢包括 ： 測量精度高 ， 單路光纖上可以制 （ １） 可靠性好、 作多個光柵的能力可以對大型工程進(jìn)行分布式測 量 ， 其測量點多 ， 測量范圍大 ； （ ２） 抗電磁干擾能力強(qiáng) ； （ ３） 光纖光柵是無源傳感器，不受電磁場的影響， 也不發(fā)熱，特別適于電磁場強(qiáng)烈的環(huán)境 ； （ ４ ） 光纖光柵的材料是非金屬材料 ， 耐腐蝕能力 強(qiáng)； （ ５ ） 光纖光柵傳感器調(diào)制的是波長信號 ， 不存在 ? １８ ?

３．３

光纖光柵傳感器在國內(nèi)外實際工程中的應(yīng)用 隨著高智能傳感材料和傳感器解調(diào)技術(shù)的發(fā)

展 ， 光纖光柵傳感器系統(tǒng)的成本將降低 ， 而光纖光柵 傳感器由于其具有很多的技術(shù)優(yōu)勢 ， 因而是土木工 程領(lǐng)域研究的熱點。目前在國內(nèi)外都有光纖光柵傳 感器應(yīng)用工程的成功案例 ， 并且證實監(jiān)測結(jié)果比較 理想。目前 ， 應(yīng)用光纖光柵傳感器最多的領(lǐng)域當(dāng)數(shù) 橋梁的安全監(jiān)測。

鐵道技術(shù)監(jiān)督

第 ３５ 卷

第 １１ 期

３．３．１

國內(nèi)應(yīng)用案例 （ １） 南京長江第三大橋施工監(jiān)測 南京三橋深水基礎(chǔ)施工監(jiān)測項目中共布設(shè)了

３９７ 個光纖光柵應(yīng)變和溫度傳感器 ， 是目前國際上
施工控制中布設(shè)光纖光柵應(yīng)變和溫度傳感器最多的 橋梁。該監(jiān)測項目將光纖光柵溫度傳感器應(yīng)用于南 京三橋承臺大體積混凝土溫度場監(jiān)測中取得了良好 的控制效果 ， 帶來了顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益 ， 具有重 要的推廣應(yīng)用價值。 （ ２） 哈爾濱四方臺松花江大橋 該監(jiān)測項目在橋上共布設(shè)了 ６０ 只光纖光柵傳 感器。 歷經(jīng)近 ３ 年的考驗 ， 光纖光柵應(yīng)變和溫度傳感 器的成活率達(dá)到 ９０％以上。在大橋成橋試驗和運(yùn)營 階段 ， 該監(jiān)測系統(tǒng)較好地監(jiān)測了結(jié)構(gòu)的局部應(yīng)變 ， 為 成橋質(zhì)量評價和運(yùn)營階段的安全評價提供了可靠的 數(shù)據(jù)。

圖１

光纖光柵應(yīng)變傳感器 （ 裂縫計 ）

器 （ 撓度計 ） ［８］， 該傳感器具有安裝方便、 線性度和重 復(fù)性好、 精度較高、 成本低等優(yōu)點。其最大量程可調(diào) （ 一 般 為 １０ ～ ２０ ｃｍ） ， 精 度 可 達(dá) ０．０１ ｍｍ， 光 纖 光 柵 位移傳感器如圖 ２ 所示。

圖２

光纖光柵位移傳感器 （ 撓度計 ）

３．３．２

國外應(yīng)用案例 （ １ ） 加拿大卡爾加里附近的 Ｂｅｄｄｉｎｇｔｏｎ Ｔｒａｉｌ 大

４．３

混凝土表面應(yīng)變測試 高耐久性焊接式光纖光柵應(yīng)變傳感器主要應(yīng)用

橋是最早使用光纖光柵傳感器進(jìn)行測量的橋梁之一 （ １９９３ 年 ）
［４］

于混凝土表面應(yīng)變測試 ， 該傳感器可以根據(jù)要求任 意改變標(biāo)距長度 ， 最小可達(dá) １ ～ ２ ｃｍ， 具有工程布設(shè) 簡單、 可拆換、 量程大、 耐久性好、 布線方便、 精度高 等突出優(yōu)點 ， 其主要性能指標(biāo) ： 量程 ＞ ５ ０００ Ｍｅ； 精 度為 １～ ２ Ｍｅ； 遲滯系數(shù) ＜ ０．５％ ＦＳ； 重復(fù)性＜１．０％ ＦＳ； 靈敏度系數(shù)為 ： ７．８× １０－７ Ｍｅ－１； 線性度系數(shù)＜ ０．５％ ＦＳ。

， 共 安 裝 了 １６ 個 光 纖 光 柵 傳 感 器 對 橋

梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行長期監(jiān)測。 （ ２） 德累斯頓大學(xué)的 Ｍｅｉｓｓｎｅｒ 等人將布拉格光 柵埋入橋的混凝土棱柱中 ， 測量荷載下的線性響應(yīng) ， 并用常規(guī)的應(yīng)變測量儀器作了對比試驗 ， 證實了光 纖光柵傳感器的應(yīng)用可行性［５］。 （ ３） 瑞士應(yīng)力分析實驗室和美國海軍研究實驗 室 ， 在瑞士洛桑附近的 Ｖａｕｘ 箱形梁高架橋的建造 過程中 ， 使用了 ３２ 個光纖光柵傳感器對箱形梁被 推拉時的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)變進(jìn)行了監(jiān)測 ， ３２ 個光纖光柵分 布于箱形梁的不同位置 ， 用法布里 － 珀羅濾波器進(jìn) 行信號解調(diào) 。為了獲得受損橋梁應(yīng)變分布的更詳
［６］

４．４

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋的應(yīng)變測量 高耐久性封裝光纖光柵鋼筋計 ， 采用隔離封裝

技術(shù) ， 制作的應(yīng)變傳感器對鋼筋受力沒有加強(qiáng)作用 ， 可以準(zhǔn)確測得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的平均應(yīng)變 ， 具有布設(shè)方便、 性能穩(wěn)定、 串連成網(wǎng)、 測試準(zhǔn)確、 精度 高、 便于長期監(jiān)測等優(yōu)點。

細(xì)信息 ， 美國海軍研究實驗室在一座 １６４ 比例橋梁 模型中埋入了 ６０ 個光纖光柵的傳感系統(tǒng) ， 對模型進(jìn) 行了破壞測試［７］。

５ 應(yīng)用光纖光柵傳感器的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān) 測系統(tǒng)
橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)是一個以橋梁結(jié)構(gòu)為平臺 ， 應(yīng)用現(xiàn)代傳感、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ， 優(yōu)化組合結(jié)構(gòu)監(jiān) 測、 環(huán)境監(jiān)測、 交通監(jiān)測、 設(shè)備監(jiān)測、 綜合報警、 信息 網(wǎng)絡(luò)分析處理和橋梁養(yǎng)護(hù)管理各功能子系統(tǒng)為一體 的綜合監(jiān)測系統(tǒng) ， 它實時監(jiān)測橋梁在各種環(huán)境、 荷載 等因素作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng) ， 并能有效地提供橋梁養(yǎng) 護(hù)管理的科學(xué)依據(jù) ， 顯著提高橋梁的整體管理水平 ， 從而能夠最大限度地確保橋梁安全運(yùn)營、預(yù)診斷橋 梁病害和延長橋梁使用壽命。 梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)主要由光纖光柵傳感器網(wǎng) ? １９ ?

４
４．１

應(yīng)用光纖光柵傳感器檢測橋梁主要缺陷
混凝土表面和鋼結(jié)構(gòu)表面的裂紋信息監(jiān)測 裂紋信息監(jiān)測主要選用光纖光柵大應(yīng)變傳感器

（ 裂 縫 計 ） ， 該 傳 感 器 量 程 可 達(dá) １００ ０００ Ｍｅ， 可 以 直 接用于小于 ２０ ｍｍ 的裂縫監(jiān)測 ， 精度可達(dá) ０．００２ ｍｍ， 如圖 １ 所示。

４．２

位移 （ 或大裂紋 ） 信息監(jiān)測 大裂紋或位移監(jiān)測可以選用光纖光柵位移傳感

監(jiān)督檢驗

光纖光柵傳感器在橋梁缺陷檢測和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用

絡(luò)與集成系統(tǒng)、 數(shù)據(jù)處理與存儲子系統(tǒng)、 結(jié)構(gòu)安全評 定子系統(tǒng)、 有線／無線遠(yuǎn)距離傳輸子系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)測 與數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)組成。

態(tài)和整個監(jiān)測系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實時監(jiān)測和管理功能 ， 為 結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營提供技術(shù)保障 ， 實現(xiàn)現(xiàn)場用戶和異 地專家對結(jié)構(gòu)進(jìn)行實時安全評定 ， 提高安全評定的 準(zhǔn)確性和可靠性。

５．１

光纖光柵傳感器網(wǎng)絡(luò)與集成系統(tǒng) 橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的大規(guī)模光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)

與集成系統(tǒng)一般由光纖光柵傳感器、光纖光柵信號 解調(diào)儀、 光開關(guān)或光合波器、 光纖跳線、 光纖適配器、 傳輸光纜等部分組成 ， 其中光纖光柵信號解調(diào)儀、 光 開關(guān) （ 合波器 ） 與系統(tǒng)軟件 （ 包括與結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系 統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的通訊部分 ） 是核心部分 ， 系統(tǒng)構(gòu)建如圖 ３ 所示。

６

結(jié)論
橋梁缺陷檢測及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中 ， 傳統(tǒng)的

監(jiān)測方法一般采用在橋梁表面安裝應(yīng)變片的方式 ； 應(yīng)變片的技術(shù)已相當(dāng)成熟 ， 但暴露出很多不足的地 方 ， 例如 ： 布線繁雜 ， 不易組網(wǎng) ， 易受電磁干擾等 ； 目 前國內(nèi)外大量橋梁監(jiān)測實例表明 ， 光纖光柵傳感器 由于測試精度高 ， 耐久性和 重復(fù)性好 ， 抗電磁 干 擾 能 力 強(qiáng)， 耐腐蝕性能高， 已經(jīng)成 為橋梁缺陷檢測和結(jié)構(gòu)健 康監(jiān)測的重要測試手段。它 把原本沒有生命的橋梁被 賦予自 感 知 與 自 診 斷 能 力， 對于橋梁的施工和監(jiān)測具 有重大意義。 隨著智能傳感技術(shù)的 不斷成熟 ， 光纖光 柵 傳 感 器 解調(diào)技術(shù)的進(jìn)步 ， 橋 梁 缺 陷 檢測和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)

系統(tǒng)中的光纖光柵傳感器主要包括光纖光柵應(yīng) 變傳感器和溫度傳感器 ， 光纖光柵壓力傳感器等用 于橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測的各種傳感器。

的成本將大大降低 ， 其應(yīng)用前景也將更加廣闊。 參考文獻(xiàn) ：
［１］ 王建平 ． 光纖光柵傳感器在土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的 應(yīng) 用 ． 貴
州工業(yè)大學(xué)學(xué)報 （自然科學(xué)版 ）， ２００４ ， ３３ （ １ ） ： ７７－ ８０．

５．２

數(shù)據(jù)處理與存儲子系統(tǒng) 整個系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲 ２ 個部分。

［２］ 烏 建 中 ， 張 學(xué) 俊 ． 基 于 光 纖 光 柵 技 術(shù) 的 大 型 鋼 結(jié) 構(gòu) 安 裝 監(jiān) 測 系
統(tǒng) ． 中國工程機(jī)械學(xué)報 ， ２００６ ， ４ （ ３ ） ：３２２－ ３２６．

其中 ， 數(shù)據(jù)處理是對信號進(jìn)行 ＦＦＴ、 濾波去噪、 去除 異常值等處理 ； 數(shù)據(jù)存儲是將獲得的數(shù)據(jù)以文本文 件或是二進(jìn)制文件的形式存儲在計算機(jī)中或是直接 存儲在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中以便于日后的數(shù)據(jù)分析或是 安全評定。

［３］ 周智 ， 田石柱 ， 趙 雪 峰 ， 武 湛 君 ， 歐 進(jìn) 萍 ． 光 纖 布 拉 格 光 柵 應(yīng) 變
與溫度傳感特性及其實驗分析 ． 功能材料 ， ２００２ ， ３３（５）：５５１－ ５５４．

［４］ Ｆｒｉｅｂｅｌｅ Ｐ， ｅｔ ａｌ． Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ ｓｔｒａｉｎ ｓｅｎｓｏｒｓ： ｐｒｅｓｅｎｔ ａｎｄ ｆｕ－ ｔｕｒｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｓｍａｒｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ［Ｊ］． Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｎｅｗｓ， １９９８， （ ９ ） ： ３３－ ３７． ［５］ Ｓｌｏｗ ｉｋ Ｖ ， ｅｔ ａ１． Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｓｅｎｓｏｒｓ ｉｎ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｔｅｃｈｎｏ ｌｏｇｙ ［Ｊ］． ＬＡＣＥＲ ， １９９８ ， （ ３ ） ： １０９－ １１９． ［６］ Ｎｅｌｌｅｎ Ｐ Ｍ， ｅｔ ａｌ． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｂｅｒ ｏｐｔｉｃａｌ ａｎｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｓｔｒａｉｎ ｇａｕｇｅｓ ｆｏｒ ｌｏｎｇ ｔｅｒｍ ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ ｏｆ ｃｉｖｉ１ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ［Ａ］． Ｐｒｏｃ． ＳＰ ＩＥ ［Ｃ］． １９９７， ３０４３： ７７－ ８６． ［７］ Ｋｅｒｓｅｙ Ａ Ｄ， ｅｔ ａｌ． Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｔｏｗａｒｄｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｓ ［Ａ］ ． Ｐｒｏｃ． ＳＰ ＩＥ ［Ｃ］． １９９６ ， ２８３９：４０－ ６３． ［８］ 周 智 ， 歐 進(jìn) 萍 ． 光 纖 光 柵 傳 感 器 及 其 在 橋 梁 結(jié) 構(gòu) 健 康 監(jiān) 測 中 的 應(yīng)
用．

５．３

結(jié)構(gòu)安全評定子系統(tǒng) 將獲得的數(shù)據(jù)通過相關(guān)的模態(tài)分析算法分析當(dāng)

前結(jié)構(gòu)的健康狀況。

５．４

有線／ 無線遠(yuǎn)距離傳輸子系統(tǒng) 通過有線 ／ 無線網(wǎng)絡(luò)的搭建實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn) 距 離

傳輸。

５．５

遠(yuǎn)程監(jiān)測與數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng) 通過數(shù)字信號傳輸網(wǎng)絡(luò) ， 實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的健康狀

? ２０ ?



  本文關(guān)鍵詞：光纖光柵傳感器在橋梁缺陷檢測和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。