光纤光栅传感器及其在土木工程中的发展应用

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光纤光栅传感技术在土木工程中的应用研究

光纤光栅传感技术在土木工程中的应用研究第一章引言随着土木工程的不断发展，对土木工程的质量要求越来越高。

传统的土木工程检测方法无法满足这一需求，故需要采用先进的传感技术，来提高土木工程的质量和安全性。

光纤光栅传感技术作为一种先进的测量技术，可以非常好地用于土木工程领域，逐渐被研究和应用。

第二章光纤光栅传感技术概述2.1 光纤光栅传感技术简介光纤光栅传感技术可以通过在光纤芯中的定期反射响应来实现测量传感，可以测量温度、压力、重力、力学振动、弯曲强度等多种物理量。

但是，在土木工程领域，主要应用于土木结构的形变测量、监测和力学分析。

2.2 光纤光栅传感技术优势光纤光栅传感技术具有高灵敏度、高精度、抗干扰能力强、体积小、本征安全可靠等特点，适用于土木工程领域对传感技术精度和实时性要求高的要求。

2.3 光纤光栅传感技术分类光纤光栅传感技术可以分为两类：分布式光纤传感和局部化光纤传感。

其中，分布式光纤传感技术主要应用于土木结构中的温度、变形、裂缝扩展等参数测量，而局部化光纤传感技术适用于沉降等点测量。

第三章光纤光栅传感技术在土木工程中的应用研究3.1 土木结构形变监测土木结构的形变与结构的安全性密切相关，因此进行土木结构变形监测是非常重要的。

光纤光栅传感技术可以通过测量光纤长度发生的变化，来判断土木结构的变形程度。

近年来，通过在桥梁、隧道结构、地铁车站等建筑物中应用光纤光栅传感技术进行形变监测的研究取得了很大成功。

3.2 风载荷作用下的土木结构监测另外，风载荷也是土木结构所需考虑的因素之一。

由于不同区域风速不同，所以风场会对土木结构产生不同的荷载作用。

光纤光栅传感技术可以实时监测结构体积的变化大小，以及在不同区域受外力的不同响应，从而有效评估土木结构的安全性。

3.3 土木路基沉降监测光纤光栅传感技术还可以应用于道路基础沉降监测中。

以黄河大桥为例，研究人员将光纤光栅传感技术与传统的放射线测量方法进行对比，结果表明光纤光栅传感技术可以准确地监测道路基础的沉降状态，具有更为显著的精度优势。

光纤光栅传感器应用于土木工程检测的实验研究

第31卷第8期中南林业科技大学学报 V o l.31 No.8 2011年8月Journal of Central South University of Forestry&Technology A ug.2011光纤光栅传感器应用于土木工程检测的实验研究覃银辉1,刘文吉3,蒋华4,刘付华2(1.中南林业科技大学土木建筑与力学学院,湖南长沙410004; 2.中机国际工程设计研究院,湖南长沙410004;3.中山市建筑设计院有限公司设计三所,广东中山528400;4.广东省中山市房屋安全鉴定所,广东中山528403)摘要: 在两个钢梁-混凝土墙节点中的同一位置分别设置光纤光栅传感器与应变片,通过对比光纤光栅传感器与应变片显示的应变结果,对整个试件的受力过程进行测量和分析。

结果表明:光纤光栅传感器比应变片的效果更好,测得的数据更准确,从而证明了光纤光栅传感器在土木工程检测应用中的可行性。

关键词: 光纤光栅传感器;应变片;应变;钢梁;混凝土墙中图分类号: T U317文献标志码: A文章编号: 1673-923X(2011)08-0157-06 Application of FBG sensor in civil engineering detectionQI N Y in-hui1,L IU Wen-ji3,JIA NG Hua4,L IU F u-hua2(1.Schoo l o f Civil Eng ineering and M echanics,Central South U niversit y of Science and T echno log y,Changsha410004,H unan,China; 2.China M achiner y Internatio na l Eng ineering Design and R esear ch Institute, Changsha410004,H unan,China; 3.Zhongshan A rchitectur e Co.L td.,Zho ngshan528400,G uang do ng,China; 4.Zhong shan H ousing Safety A ppr aisal O ffice of G uang dongP ro vince,Zhong shan528403,Guangdong,China)Abstract:FBG senso rs and st rain gauges wer e set r espectiv ely at the same locatio n between tw o r igid conjunction no des of steel beam and concrete w all.T he strain values o f the test specimen wer e measur ed throug h the sensor s and gauges.T he force pro cess of the entir e specimen w as ana lyzed.T he F BG senso rs has bet ter measuring effect than stra in g auges,and the measured data ar e mo re accurate,thus pro ving the feasibility of F BG senso rs fo r civ il eng ineer ing detection.Key words:F BG sensor s;strain g aug es;str ain;steel beam;concrete w all光纤是光导纤维的简称,它是工作在光波波段的一种介质波导,通常为圆矩形。

光纤传感技术在土木工程中的应用

光纤传感技术在土木工程中的应用摘要：光纤传感技术在建筑以及工业领域得到了广泛的应用，而且其技术也不断地成熟。

为了了解土木工程内部结构的形态，往往需要在结构的表面或者内部安放相应的传感器，对建筑结构进行测试。

光纤传感技术具有抗腐蚀、抗干扰等一系列的优势，是土木工程结构检测中的有效手段，因此应当加强其应用的研究。

关键词：土木工程；光纤传感技术；应用在土木工程项目施工的过程中，某些建筑结构体积过大，难以用传统地方式进行检测，如果其内部结构不合理，往往会影响到建筑物的质量和寿命，从而造成比较严重的安全事故。

同时建筑材料在应用的过程中都会出现一定的疲劳断裂现象，有必要加强对建筑内部结构的监测，及时发现建筑结构内部破坏情况，并且做出相应的维护措施。

光纤传感技术在土木工程中得到了广泛的应用，它能够实现对建筑结构的无损化监测，从而判别建筑结构的具体状态，确保建筑物的安全。

1.光纤传感技术简介光纤一般由纤芯、包层、涂覆层以及护套等组成，其结构如下图所示。

光纤传感技术是随着光纤通信技术以及光导纤维技术的发展而出现的一种新技术，光纤传感技术借助了光的作用，利用光纤作为媒介，从而来感测外界信号的传感技术。

在光纤传播的过程中，由于外界物质的不同作用，从而导致光波的物理参量发生变化，例如光在传播中的频率、相位、功率、偏振态等参数都会发生变化，光纤在传播的过程中有光探测器进行检测，然后将外界的变化情况提取出来并且转换为数据，以便分析建筑结构的内部情况。

近年来为了满足土木工程建设的需要，开发了许多针对建筑物结构的监测系统。

分布式光纤传感技术能够实现同时对两个以上的物理量进行监测，在具体的应用中具有良好的优势。

分布式光纤传感器能够实现传感和传输的一体化，最终能够对物理量进行连续测定，所以其信息量比较大。

光纤传感器能够根据土木工程的需要，实现在线实时监测，并且控制多种参数，实现远程自动化控制。

现在已经研发出了体积小、结构简单的传感器探头，能够深入到土木工程的结构内部而不破坏结构的性能，其应用也更加的方便。

光纤传感技术在土木工程监测中的应用研究

光纤传感技术在土木工程监测中的应用研究引言:光纤传感技术是一种基于光纤的传感器技术，利用光纤的光学特性来实现对环境参数的实时监测和测量。

近年来，光纤传感技术在土木工程监测领域得到了广泛的应用和研究。

本文将详细探讨光纤传感技术在土木工程监测中的应用，包括结构健康监测、地下水位监测、地下管道监测和地基沉降监测等方面。

一、结构健康监测结构健康监测一直是土木工程领域的重要课题，光纤传感技术为其提供了一种高精度、实时和可靠的监测方案。

通过在结构中嵌入光纤传感器，可以对结构的应力、温度和变形等重要参数进行实时监测。

光纤传感器的高灵敏度和快速响应能力使得它们特别适用于监测结构的动态响应，如地震、风载等。

此外，光纤传感器还可以远程监测大型桥梁和高楼大厦等复杂结构的健康状态，提前预警潜在的结构问题，从而保证工程的安全性和可靠性。

二、地下水位监测地下水位是土木工程中的重要监测参数，特别是在城市地下管网、地铁和基础设施等工程中。

传统的地下水位监测方法需要埋设大量的传感器和数据采集设备，而光纤传感技术能够通过单条光纤或光纤网络实现多点同时监测。

采用光纤传感器可以准确测量地下水位的变化，并实现远程数据的实时监测和分析。

此外，光纤传感器还可以监测地下水位的临界水位，一旦超过临界水位，系统会自动发出告警信号，以保障工程的安全。

三、地下管道监测地下管道的安全和稳定性对城市基础设施的运行至关重要。

然而，现有的地下管道监测方法通常需要大量的人力和物力，而且监测精度和可靠性有限。

光纤传感技术通过在管道上嵌入光纤传感器，可以实现对地下管道的温度、应变和压力等参数的实时监测。

光纤传感器的高灵敏度和快速响应能力使得它们能够迅速发现管道的异常情况，并及时预警潜在的问题。

此外，光纤传感器还可以实现对地下管道的泄漏检测，一旦发生泄漏，系统会自动报警，以便及时采取措施进行修复，避免事故的发生。

四、地基沉降监测地基沉降是土木工程中常见的问题之一，特别是在软土地区。

光纤传感技术在土木工程监测中的应用

光纤传感技术在土木工程监测中的应用近年来，随着科技和技术的迅速发展，光纤传感技术已经被广泛应用于各个领域。

在土木工程监测中，光纤传感技术的应用也开始逐渐增多，其具有高灵敏度、高精度、高稳定性等优势，成为土木工程监测中不可或缺的重要手段。

一、光纤传感技术的基本原理光纤传感技术是一种利用光纤作为传感器的技术，在土木工程监测中应用广泛。

基本原理是通过在光纤中注入光信号，并通过光学传输来检测物理量的变化，将信号转化成电信号并进行测量和处理。

光纤传感技术包括光纤布拉格光栅传感技术、拉曼光纤传感技术、微变分光光纤传感技术、光时域反射技术和光时域反射频域光纤传感技术等多种类型。

其中，光时域反射光纤传感技术和布拉格光栅技术应用较为广泛。

二、光纤传感技术在土木工程监测中的应用1、桥梁监测光纤传感技术可以实现对桥梁的动态和静态监测，包括桥梁的振动、温度、湿度、风速等参数的测量，为桥梁结构的健康状况监测提供了准确可靠的数据支持。

2、地下管线监测利用光纤传感技术可以对地下管线进行实时监测，如燃气管道、水管道等，在防止自然灾害、事故以及各种人为因素的干扰下保障城市基础设施的安全稳定运行。

3、地质灾害监测在地质灾害监测方面，光纤传感技术可以实现对山体、高边坡、高填方等地质情况进行实时监测，确保隐患及时被发现和处理，避免不可挽回的损失的发生。

4、建筑结构监测利用光纤传感技术可以对建筑结构进行实时监测，如楼房、大跨度桥梁、地铁车站等，对温度、湿度、振动等参数进行测量，确保建筑物能够长期安全稳定地运营。

三、光纤传感技术在土木工程监测中的优势1、高灵敏度对于很多土木工程中需要监测的参数，传统的监测方法往往无法达到足够的灵敏度。

而光纤传感技术可以提高灵敏度，对于土木工程中的各种参数监测能够提供更加精确和准确的数据。

2、高精度随着通讯技术的发展以及光纤传感技术的不断进步，光纤传感技术已经能够实现高精度的监测，并且具有误差范围低的特点。

土木工程中的光纤传感技术应用

土木工程中的光纤传感技术应用在当今土木工程领域，科技的不断进步为工程的设计、施工和监测带来了诸多创新和突破。

其中，光纤传感技术作为一种先进的监测手段，正逐渐展现出其独特的优势和广泛的应用前景。

光纤传感技术的原理基于光的全反射和干涉现象。

当光在光纤中传播时，外界物理量的变化会引起光纤中光的特性（如波长、强度、相位等）发生改变。

通过对这些光信号的检测和分析，就能获取到相应的物理量信息。

在土木工程中，光纤传感技术的应用涵盖了多个方面。

首先，在桥梁工程中，它可以用于监测桥梁的结构健康状况。

桥梁在长期使用过程中，会受到车辆荷载、风荷载、温度变化等多种因素的影响，可能出现裂缝、变形等问题。

通过在桥梁的关键部位（如主梁、桥墩等）布设光纤传感器，能够实时监测这些部位的应变、位移和振动情况。

一旦监测数据出现异常，就可以及时采取措施进行修复和加固，保障桥梁的安全运行。

在隧道工程中，光纤传感技术同样发挥着重要作用。

隧道在施工和运营期间，面临着地质条件复杂、围岩压力变化等挑战。

利用光纤传感器，可以对隧道围岩的变形、应力以及隧道衬砌的结构状态进行监测。

这有助于及时发现潜在的安全隐患，如围岩失稳、衬砌开裂等，从而采取有效的支护和加固措施，确保隧道的稳定性和安全性。

在高层建筑中，光纤传感技术能够对建筑结构的动态响应进行监测。

例如，在地震或强风作用下，建筑结构会产生振动。

通过光纤传感器，可以准确测量结构的振动频率、振幅等参数，评估结构的抗震性能和抗风性能。

这对于提高高层建筑的安全性和舒适性具有重要意义。

此外，在道路工程中，光纤传感技术可以用于监测道路的车流量、车速以及路面的应变情况。

这有助于交通管理部门优化交通流量，同时也为道路的养护和维修提供了科学依据。

在水利工程中，如大坝、河堤等结构的监测，光纤传感技术能够实时监测水位变化、坝体变形和渗流情况，保障水利设施的安全运行。

与传统的监测技术相比，光纤传感技术具有诸多优点。

首先，光纤传感器体积小、重量轻，对被测结构的影响极小，几乎可以实现无损监测。

浅谈光纤传感器在土木工程方面的应用

谢谢大家
2、干涉型光纤传感器
干涉型光纤传感器的基本原理是通过被测能量场的作用，使光纤内传输的光波相位发生变化，从而产生干涉，再用干涉测量技术把相位变化转化为强度变化，检测出待测的物理量。
迈克尔逊干涉传感器
马赫-泽德光纤干涉传感器
3、光栅传感器光栅传感器的基本原理是在光纤芯内制成折射率周期分布的传感区,输入光在这个区域内反射,反射信号的波长随折射率变化的周期和大小而变化。通过光谱分析仪对光波长的检测就可以获得待测量
裂纹探测与结
构健康监测
应力、应变检测
振动检测
温度检测
腐蚀检测
2.光纤传感器在国内的应用
在国内，我们将光纤传感器用于土木工程中起步较晚,但也取得了一些阶段性的成果。刘浩吾、杨朝晖用F-P光纤传感器对混凝土的应变测量进行了实验研究;蔡德所用斜交分布式光纤传感器技术对三峡古洞口面板堆石坝工程进行了现场实验,对其裂缝进行了检测。重庆大学黄尚廉、赵延超等人发展了一种新颖的光纤模域振动传感器,并构建了一种机敏桥面铺装结构,将其成功地用于虎门大桥桥面铺装结构模型实验中。
涂覆层包层护套
纤芯
2.光纤的原理其基本原理是将光源的光经入射光纤送人调制区，光在调制区内与外界被测参数相互作用，使光的光学性质发生变化而成为被调制的信号光，再经出射光纤送入光探测器、解调器而获得被测参数。
传感型（功能型）传感器
传光型（非功能型）传感器
光纤传感器的特点
灵敏度高、、响应速度快抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、本质安全测量速度快信息容量大适用于恶劣环境

光纤传感器的主要应用领域
由于光纤传感器具有如上所述的特点，可以用来解决许多传统传感器无法解决的测量问题，所以自从它问世以来，就被广泛地用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、航空航天、地质和岩土工程等各个领域。

光纤光栅传感技术在土木工程中的应用现状

ｓｎｓｎｏ）ｉｅｓｒｏ
ＪｎｔａＡ．ｅｎｏａｈｎＧｒｅｅ
方法：１光纤光栅传感器套上金属导管。（）并与导管一起置于
混凝土结构中。混凝土捣实后，在混凝土固结前将金属导管
取出，这样光纤光栅传感器与混凝土很好地固结在一起。（）２将光纤光栅传感器直接粘贴于钢筋上，或在钢筋表面开
维普资讯
光纤光栅传感技术在土木工程中的应用现状
周美军韩卫华刘永辉孙汝蛟，，，
（、安市公路局，１泰山东泰安２１０）７００（泰安市水利与渔业局，２、山东泰安２１０；、７００３同济大学，上海２０９）００２
其实质是在纤芯内形成一个窄带的滤光器或反射镜。其制作方法如图１，传感原理如图２。
栅的中心波长的改变量，即可计算应变和（）或温度。因此有
时需要使它们的效应互相区分开，以便测量各个物理参数或
பைடு நூலகம்
嘞耐测量两个参数。通过适当转换，还可以用来传感多种物
圈１光纤光栅制作示意图
由于光纤光栅传感器难以适应混凝土结构的粗放式施
［收稿日期］０５— ８—１２００５［作者简介］周美军（９４～）男，１７，山东泰安人，中专，助工。
光纤光栅属于反射型工作器件，当光源发出的连续宽带光（２中Ｉ通过传输光纤射ＡＨ，图ｉ）－，它与光场发生耦合作ｔ
【摘要】在光纤传感领域，纤光栅传感技术是十多年来发展最为迅速的技术之一，光传感系统本身和

光纤传感器在土木工程中的应用_张建平

甘肃科技纵横2009年（第38卷）第2期工业科技摘要：在土木工程领域，光纤智能检测方法是结构健康监测中一种新的方法。

自光纤光栅传感器于1990年首次埋入环氧纤维复合材料中，以及1992年首次埋入混凝土梁中以来，该技术已大量在桥梁、水坝、管线、隧道、核存储容器、天然气压力罐、以及道路等基础结构的力学参数测量、状态监测中得到应用。

本文阐述了光纤传感器的性能、工作原理后，具体介绍了光纤传感器在桥梁、边坡、基坑、隧道中的应用。

关键词:光纤传感器土木工程智能检测方法在大型土木工程中如果发生事故,极易造成重大的经济损失和人员伤亡,所以工程安全性成为工程设计者及科研人员极为关注和重视的问题。

但由于土木工程结构的设计基准期较长,使用环境比较恶劣,并且在其使用过程中,外界环境荷载的作用、疲劳效应以及腐蚀和材料老化等不利因素的影响,结构将不可避免的产生损伤累积和抗力衰减,从而导致灾难性突发事故的发生。

能及时对结构性能进行检测和诊断,发现结构的损伤,对可能出现的灾害进行预测,评估其安全性已经成为未来工程的必然要求,也是土木工程学科发展的一个重要领域。

但一般而言,土木工程结构和重大基础设施都具有体积大、跨度大、分布面积较广和使用期限较长等特点,因此由传统的传感器件(如电应变片)组成的监测系统在性能稳定性、耐久性和分布范围等方面都难以满足实际工程结构智能健康监测的需要。

国内外研究和工程实践表明:光纤光栅传感器满足了土木工程测量的高精度、远距离、分布式和长期性的技术要求,为解决上述关键问题提供了良好的技术手段。

光纤光栅主要分两大类:一是Bragg光栅(也称为反射或短周期光栅);二是透射光栅(也称为长周期光栅)。

光纤光栅从结构上可分为周期性结构和非周期性结构,从功能上还可分为滤波型光栅和色散补偿型光栅,色散补偿型光栅是非周期光栅,又称为啁啾光栅(chirp光栅)。

2.1Bragg光纤光栅传感器的工作原理λB=2n·∧（1）Bragg光纤光栅满足Bragg条件：λBr=2n r·∧，λBl=2n l·∧（2）式中，λB为Bragg波长，n为有效折射率，Λ为光栅周期。

光纤光栅传感器在土木工程健康监测中的应用研究

光纤光栅传感器在土木工程健康监测中的应用研究摘要：本文阐述了土木工程结构进行健康监测的必要性，介绍了应用于土木工程中的光纤传感器，并对光纤光栅传感器的研究应用、发展现状、存在的问题及应用前景作了总结和分析。

关键词：光纤光栅传感器；健康监测；土木工程1、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、供气等管网系统，它们的使用年限都长达几十年，甚至上百年。

在其服役过程中，由于环境荷载作用、疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等不利因素的影响，结构不可避免地产生损伤累积、抗力减小，甚至因此而导致像重庆虹桥坍塌等灾难性突发事故的发生[1]。

如不能对结构健康可靠度及时进行评价，采取相应措施。

一旦事故发生，将造成生命财产的重大损失。

近年来，实时在线的结构健康监测受到人们广泛的重视，在土木工程中健康监测是指利用现场的、无损伤的监测方式获得结构内部信息，分析包括结构反应在内的各种特征，以便了解结构因损伤或者退化而造成的改变。

人们关心的问题是，结构损伤到什么程度才能危及其安全性能。

因此，健康监测的一个目标就是在这个临界点到来之前提早检测出结构的损伤，这是个实时在线监测过程。

但是由于土木工程的大体积、施工工艺相对粗糙等特点与传统传感器及无损检测方法性能之间的矛盾使得这方面的发展也受到了限制[2]。

因此，对结构性能进行监测和诊断，及时地发现结构的损伤，对可能出现的灾害进行预测，评估其安全性，趋利避害已经成为未来工程的必然要求，也是土木工程学科发展的一个重要领域。

2、新型光纤传感器新型的智能传感器包括光纤传感器、压电材料、电磁致伸缩材料制成的传感器等。

其中光纤传感器由于体积小、重量轻、结构简单、无电磁干扰、灵敏度与精度高、频带宽、单位长度上信号衰减小等众多优点，日益受到各行业的关注[3]。

光纤传感器按照是否对所测量的信号进行调制可分为：非本征型和本征型。

非本征光纤传感器不与结构一起变形，只起信号传输作用，由另外的装置对载波光进行强度调制获取信号。

智能光纤传感技术在土木工程中的应用

智能光纤传感技术在土木工程中的应用随着科学技术的发展，听到什么智能、光纤等词语已经不足为奇。

然而，智能光纤传感技术却是一项非常有前景的技术，尤其在土木工程中有着广泛的应用。

本文将依次从智能光纤的基本原理、土木工程中智能光纤传感技术的应用、智能光纤传感技术发展趋势这三个方面入手。

智能光纤传感技术的基本原理智能光纤传感技术是基于光纤在水平、垂直和环境等多个方面对损伤进行敏感探测的技术。

智能光纤的原理是利用光谱分析和最小值搜索，通过纤维布构造出的感应芯片的方式，实现非接触、长周期和位置精确的传感测量。

传感信号的处理和分析，是通过智能光纤的分布网络和结构谐振干涉技术(OTDR)的方式，在传感地点由光纤传感器进行传输。

智能光纤传感技术在土木工程中的应用，主要体现在结构安全性能、监测地震波、固结和承载力等方面。

智能光纤传感技术在“古稀街”地铁隧道工程中得到了广泛的应用。

该隧道工程是成都地铁3号线的建设项目之一，建成后将缓解成都市区“双楠、高家庄、双流机场”等区域的交通拥堵状况。

在工程建设中，地下隧道的施工质量和通行安全性是两个关键因素。

基于这两个因素，智能光纤传感技术成为了现场工程实践的重要工具。

智能光纤传感技术在该项目工程中主要发挥的作用是在地铁隧道中安装智能光纤传感器，进行地质环境、温湿度、风速等方面的实时监控。

在穿越成都的著名地质活动带——融水断裂带的时候，智能光纤传感技术可以检测到隧道的破裂与变形，为工程提供一定的预警和实时监测数据。

通过这些技术的应用，成都地铁3号线“古稀街”站的建设安全性得以保障，保障了日常出行的安全。

智能光纤传感技术在土木工程中的应用不仅仅局限于此，如在地震工程领域中，智能光纤传感技术也能够监测到地震波的某些摆动情况，从而对于地震构造的研究有着重要的意义。

在道路、桥梁和隧道中，智能光纤传感器也可以检测材料的强度状态和重量分布，帮助工程师们进行工程设计，更好的进行工程施工等等。

智能光纤传感技术发展趋势在当前时代中，智能光纤传感技术在土木工程领域中发展速度逐年加快。

新型光纤光栅渗压传感器及其在土木工程中的应用

第26卷第4期2005年　8月河南科技大学学报(自然科学版)Journal of Henan University of Science and T echnology (Natural Science )V ol.26N o.4Aug.2005基金项目:国家自然科学基金资助项目(50179029);国家博士点基金资助项目(20010497003)作者简介:梁　磊(1963-),男,湖北洪湖人,教授,主要从事光纤传感技术和智能材料的研究.收稿日期:2005-03-07文章编号:1672-6871(2005)04-0058-03新型光纤光栅渗压传感器及其在土木工程中的应用梁　磊1,2,左　军1,2,南秋明1,2,罗铁亮1,2(1.武汉理工大学光纤传感技术研究中心,湖北武汉430070;2.光纤传感技术国家重点工业性试验基地,湖北武汉430070)摘要:基于光纤光栅传感原理研制出一种监测孔隙水压力的新型光纤Bragg 光栅渗压传感器,并进行了室内标定和现场试验。

该传感器可将过滤后进入传感器腔体的水压引起的光栅反射光波长的变化灵敏直观地显示出来,从而实现孔隙水压力的实时监测。

与常规的电类检测仪器进行的对比试验表明:该传感器不仅能达到常规仪器的监测效果,而且具有绝对数值测量,抗干扰能力强,结构简单,长期稳定性高,能很好地实现对土木建筑结构的实时、在线监测等独特的性能,在土木工程界具有广泛的应用前景。

关键词:光纤光栅渗压传感器;孔隙水压力;安全监测;土木工程中图分类号:T U196;TP212.14文献标识码:A0　前言在大型土石方工程中,都要对孔隙水压力和渗流状态进行监测。

通过埋设在土体中的孔隙水压力计观测水压力的变化,掌握地基在不同排水条件、不同附加应力状态时的固结状态,进而分析地基的固结程度及地基处理效果[1,2],为工程施工进度提供依据,为工程质量评价提供技术指标。

据国内外统计,在大坝、交通软土路基及滑坡体失事中,因渗流问题引起的占40%以上,例如法国的Malpasset 混凝土拱坝和美国T eton 土坝的失事都是渗流引起的[1]。

光纤传感技术在土木工程中的应用研究

光纤传感技术在土木工程中的应用研究引言：随着科学技术的发展，光纤传感技术逐渐应用于各个领域，其中包括土木工程。

光纤传感技术以其高灵敏度、长寿命和抗干扰性能等优势，在土木工程中起到了重要作用。

本文将针对光纤传感技术在土木工程中的应用研究进行探讨。

一、光纤传感技术在土木结构监测中的应用1. 简介：土木结构的长期使用会导致一些潜在问题，如应力集中、裂缝、材料老化等。

对这些问题的及时监测可以防止严重的事故发生，而光纤传感技术正是一种非常有效的监测手段。

2. 应变监测：通过在结构物内嵌入光纤传感器，可以实时监测结构物的应变情况。

光纤传感器具有高灵敏度和长寿命的特点，可以准确测量细小的应变变化，并能够提供连续的数据。

这对于结构物的健康监测和性能评估非常重要。

3. 裂缝监测：光纤传感器可以以分布式方式进行裂缝监测，通过监测光纤传感器上的光学信号的变化来实时检测结构物中裂缝的位置和大小。

与传统的电阻应变计相比，光纤传感器不需外部电源供应，具有更高的可靠性和稳定性。

4. 温度监测：通过在光纤传感器中引入布拉格光栅等结构，可以实现对结构物温度的实时监测。

这对于保证结构物的稳定性和安全性非常重要，尤其是在极端温度环境下。

5. 监测数据分析：将光纤传感器获取的监测数据传输至数据分析中心，可以通过对数据的分析和处理获得结构物的健康状态和性能，为土木工程师制定相关维护计划提供依据。

二、光纤传感技术在地质灾害监测中的应用1. 简介：地质灾害对土木工程造成了严重的威胁，如果不及时监测和预警，将会导致重大的安全事故。

光纤传感技术在地质灾害监测中也发挥了重要作用。

2. 地下水位监测：地下水位的变化对于地质灾害的发生有一定的影响。

光纤传感器可以嵌入到土壤中，通过监测光纤传感器上的光学信号的变化来实时监测地下水位的变化，提供给土木工程师关于地下水位的重要信息。

3. 地面位移监测：地面位移是地质灾害的一种常见形式，如滑坡、坍塌等。

光纤传感技术可以通过监测光纤传感器上的应变情况，判断地面是否发生位移，并提供及时预警信息。

光纤传感器在土木工程中的应用研究

光纤传感器在土木工程中的应用研究引言：光纤传感器是一种基于光路的传感器技术，通过光纤的传输介质来实时监测物理量的变化。

在土木工程中，光纤传感器的应用得到了广泛的关注和研究。

本文将从结构健康监测、地下管线监测和地震预警等几个方面展开，探讨光纤传感器在土木工程中的应用研究。

1. 结构健康监测土木工程中的建筑物和桥梁长期承受着重力、震动、温度等外界力和环境条件的作用，往往存在结构安全隐患。

光纤传感器作为一种高灵敏度、远距离传输的传感技术，在结构健康监测中发挥了重要的作用。

光纤传感器可以实时监测建筑物和桥梁的振动、应变、温度和湿度等参数。

通过在结构中布置光纤传感器，可以实现对结构变形及其引起的应力、振动的监测。

这些数据可以帮助工程师及时发现潜在的结构问题，并做出相应的维修和加固措施，确保建筑物和桥梁的结构安全。

此外，光纤传感器还可以用于对结构的长期监测。

通过长期的结构监测，可以获得结构的工作状态和演化规律，为结构的维修和养护提供科学依据。

2. 地下管线监测地下管线是城市基础设施的重要组成部分，包括供水管道、燃气管道、电力电缆等。

由于地下环境的复杂性和隐蔽性，地下管线的定位、监测和维护一直是土木工程领域的难题。

光纤传感器的应用为地下管线的监测带来了新的解决方案。

利用光纤传感器技术，可以实现对地下管线的温度、应变、振动等参数的实时监测。

通过在光纤上布置光栅、光干涉等传感器装置，可以对地下管线的状态进行连续监测，及时发现管道的泄漏、变形等问题。

光纤传感器还可以用于地下管道的定位。

通过在光纤中嵌入反射点，利用光时间域反射技术，可以实现对光纤传感器沿管线的位置识别。

这样就可以准确地定位地下管线的故障点，为修复提供了准确的参考。

3. 地震预警地震是一种常见的地质灾害，对土木工程造成了严重的破坏。

地震预警技术的发展对于减少地震灾害的影响具有重要意义。

光纤传感器作为一种高精度、高分辨率的物理传感器，可以实现地震监测和预警。

土木工程施工过程的光纤光栅监控技术探讨

土木工程施工过程的光纤光栅监控技术探讨摘要：光纤光栅技术是土木工程施工过程中应用较多的一种技术，在土木工程的施工全过程中都有着广泛的应用。

本文主要针对土木工程施工中的光纤光栅监控技术进行探讨，首先分析了土木工程光纤光栅传感技术应用要点，而后针对其在土木工程施工中的具体应用进行了详细分析，对于土木工程的施工管理具有一定的参考意义。

关键词：施工监控；光纤光栅；土木工程从当前的发展形势来看，土木工程的结构越来越精细，无论是道路、桥梁还是建筑物的施工，复杂程度和综合程度越来越高，因此为了满足施工需求，很多新型的施工辅助工具应运而生。

土木工程在使用时间较长之后容易出现一些问题，可能会存在一定的危险性，需要通过监测技术进行监测，了解其使用安全性。

光纤光栅技术即是一种用来监测土木工程的新型技术，其性能好、监测全面，因此在土木工程施工中的应用较为广泛。

一、土木工程光纤光栅监测技术应用要点（一）光纤光栅传感器保护材料的选取光纤光栅技术对土木工程实施监控主要是通过传感器来进行的，因此传感器保护材料的选取就显得尤为重要，在选择过程中应重点考虑以下几点：第一，光纤光栅保护材料强度应当符合标准，防止对接口造成损伤；第二，保护材料应当具备一定厚度，光纤光栅传感器需要埋入地下，因此保护材料应当具有防腐蚀性；第三，保护材料的质地应当符合土木工程施工标准。

（二）工艺研究由于土木工程施工的各个环节都有可能会用到光纤光栅监控技术，因此对光纤光栅材料的需求量较大，在工艺设计中应注意保证实现材料的可批量生产。

光纤光栅监控系统与土木工程施工设备进行连接的过程中，应当避免对设备产生负面影响。

确认光纤光栅监控系统的接触良好，对固化工艺进行改造，防止在固化操作过程中对光纤光栅监控系统形成超负荷应力。

（三）光纤光栅交叉敏感的消除光纤光栅监控系统能够对各种类型的传感变量进行监控，如应变力、温度等。

单个光纤光栅监控系统可能用于多个参量的监控，此时应注意做好增敏和去敏。

光纤光栅传感器及其在土木工程中的发展应用

目前土木工程监测研究最多的项目之一是索力的监测。就目前FRP-OFBG传感筋在索力监测运用状况[17,183看，钢绞线锚索采用FRP一0 jG筋传感器进行受力监测的方式大体有两种：一种是直接增加FRP-OFBG筋法，在索体中，利用锚具内的环氧砂浆固定FRP-CIFBG筋的两端，或是使用夹具等将传感筋的两端与钢绞线绑在一起，使FRP-OFBG筋和钢绞线变形一致，组成自监测智能钢拉索;另一种是直接增加FRP-OFBG智能钢绞线法，用FRP-OFBG筋替换普通钢绞线的中丝得到智能钢绞线，在索体中部分采用智能钢绞线便可实现锚索的自监测。
[3] K Sehroeder，W.Eeke，R.Mueller，et a1.A fiber Bmgg gratingrefractometer[J].Meas.Sci.Teehnol，2001(12)：757764.
[4] 姜德生，何伟。光纤光栅传感器的应用概况[J].光电子激光，2002，13(4)：420428.
在地下工程等方面也有一些应用。石家庄铁道学院的研究人员Ill J将光纤光栅温度传感器用于青藏铁路多年冻土区路基稳定性的长期监测，验证了光纤光栅传感器的测试精度和长期稳定性。2006年8月，哈尔滨工业大学的陈风晨等人在北京某已建高速公路上实地埋设了光纤光栅应变传感器，对沥青路面进行结构的应变场测试。北京地铁国贸站项目[13 J将光纤光栅传感器、光纤光栅一纤维复合筋(FI .0lFBG)应用到地铁车站的健康监测中，为地铁车站结构的理论研究和设计方法的完善打下牢固的基础。
武汉理工大学光纤传感国家工业试验基地发展了多种形式的桥梁用光纤Bragg光栅传感器和光纤Bragg光栅解调器以及相应的监测系统，并构建了一套完整的光纤光栅传感器的埋设工艺，都取得了良好的经济和社会效益。
哈尔滨工业大学欧进萍院士及其课题组在国家863项目、国家自然科学基金等较多重大项目的支持下，从2001年开始，采用光纤光栅传感器进行了山东东营黄河公路大桥、黑龙江呼兰河大桥等10余项桥梁工程的结构健康监测【10]。

光纤传感器在土木工程结构安全监测中的应用

光纤传感器在土木工程结构安全监测中的应用摘要：土木工程结构的安全监测对于保障人们的生命财产安全至关重要。

传统的监测方法存在一些局限性，而光纤传感器作为一种新兴的监测技术，展现了巨大的潜力。

本文将介绍光纤传感器的原理、分类和应用于土木工程结构安全监测中的案例，并探讨其在未来的发展前景。

1. 引言土木工程结构安全监测是保障人们生命财产安全的重要手段。

传统的监测方法多数采用传感器布置较为有限、仅能针对特定部位进行监测且难以实现远程监测等问题。

而光纤传感器的出现为土木工程结构安全监测带来了新的解决方案。

2. 光纤传感器原理和分类光纤传感器以光纤为传感元件，通过光纤内的光信号的改变来实现对物理量的测量。

根据传感原理的不同，光纤传感器可以分为光纤光栅传感器、光纤拉曼散射传感器和光纤振动传感器等。

2.1 光纤光栅传感器光纤光栅传感器是一种通过对光纤中周期性折射率变化进行测量的传感器。

它具有体积小、抗电磁干扰能力强、可以实现远程监测和多点监测等优点。

在土木工程结构安全监测中，光纤光栅传感器可以被应用于裂缝监测、变形监测和温度监测等。

2.2 光纤拉曼散射传感器光纤拉曼散射传感器是一种通过测量光纤中的拉曼散射信号来实现对物理量的测量。

它具有对光纤温度和应变敏感、测量精度高等特点。

在土木工程结构安全监测中，光纤拉曼散射传感器可以被应用于温度和应力监测，以及对结构材料的损伤检测等。

2.3 光纤振动传感器光纤振动传感器是一种通过测量光纤中的弯曲、拉伸等振动引起的光信号变化来实现对振动的测量。

它具有高灵敏度、多点分布和抗干扰等优势。

在土木工程结构安全监测中，光纤振动传感器可以被应用于地震监测和结构安全性评估等。

3. 光纤传感器在土木工程结构安全监测中的应用案例3.1 裂缝监测裂缝监测是土木工程结构安全监测中的重要任务之一。

传统的裂缝监测方法需要人工巡视，监测效率低且受环境条件影响较大。

而利用光纤光栅传感器进行裂缝监测可以实现远程监测和多点监测，提高监测效率和准确性。

光纤传感监测技术在我国建筑结构及各种土木工程中的应用

光纤传感监测技术在我国建筑结构及各种土木工程中的应用摘要：光纤传感技术与常规监测方法相比具有很大的优越性，如分布式、长距离、高精度、实时性、抗干扰性和耐腐蚀性等，可满足大型建筑结构、基坑工程、隧道工程、桥梁、边坡工程等安全监测。

本文介绍了两种应用较为广泛的光纤传感技术：布里渊光时域反射（botdr）和布拉格光纤光栅（fbg），并进一步就国内在 botdr 和fbg在我国土木工程中的应用做了较详尽的综述。

关键词：光纤传感技术；结构健康监测；botdr；fbg引言随着我国经济建设的快速发展，各类土建工程纷纷上马，其中不乏很多大型工程结构和基础设施，如超高层建筑、水坝、桥梁、隧道、地下人防工程等。

这些大型工程结构往往服役时间较长，在其使用期内由于地震、洪水和台风等环境因素的作用不可避免的要产生损伤。

这些大型结构的健康监测工作因而变得十分重要，工程监测也已发展成为一个重要的研究课题。

目前广泛用于工程结构上的检测系统，主要由若干种传感器构成。

这些传感器布设在结构中，采集应力、应变、位移、温度等物理力学参数。

常规的传感器有差动电阻式、电阻应变计式、电感式、弦式等，其中最常用的是差动电阻式及弦式传感器。

常规传感器有着悠久的使用历史和广泛的应用；在大量的使用过程中，工程人员也积累了许多实际经验，因而仍是目前建构健康监测的主力。

但是另一方面，常规传感器在实践过程中也包露出其局限性，主要表现在[1]：1.点式检测，监测范围小，连续性不好。

常规传感器的点式布置方法决定了其在空间分布上的不连续性，这种不连续带有一定的随意性，最危险的部位常常会被遗漏；由于传感器在结构物中不能无限地布设，因而实际检测效果要大打折扣。

2.传感器成活率低、稳定性差。

常用的传感器多为橡胶导线、金属封装，在恶劣的环境中橡胶老化、金属氧化腐蚀，接触不良、线路断裂更时有发生，导致传感器实际成活率和稳定性均不高。

3.自动化程度低、覆盖率有限、集成度差。

光纤传感技术在土木工程结构监测中的应用

光纤传感技术在土木工程结构监测中的应用光纤传感技术是一种基于光纤的传感原理，利用光的传输特性进行信号的监测和检测的技术。

其在土木工程结构监测中的应用，为工程监测提供了一种高效、精确的手段。

本文将重点探讨光纤传感技术在土木工程结构监测中的应用，并分析其优势和发展前景。

土木工程结构监测是指对土木工程中各种结构的变形、运动、应力及环境参数的实时监测与分析。

传统的土木工程监测方法主要依靠传感器和数据采集系统，但这些方法存在着布设不便、接口复杂、维护困难等问题。

光纤传感技术的出现和应用，有效解决了传统方法的不足之处，并在土木工程结构监测领域取得了显著的成果。

首先，光纤传感技术具有高灵敏度和高分辨率的特点，能够实时监测和测量土木工程结构的变形和位移。

通过将光纤传感器布设在工程结构中，可以实时采集结构的变形和位移信息，并且可以将传感器布设在结构的各个关键部位，对工程结构进行全方位、连续性的监测。

这种高灵敏度和高分辨率的特点，使得光纤传感技术能够对结构的微小变化进行及时捕捉，从而可以提前发现并采取相应的措施，避免潜在的风险和危害。

其次，光纤传感技术在土木工程结构监测中具有较高的安全性和可靠性。

光纤传感器作为一种光学传感器，不需要电气源和电流，具有高抗干扰性和抗腐蚀性，不易受到外界环境的影响。

与传统的电气传感器相比，光纤传感器不会受到电磁干扰和腐蚀侵蚀，因此具有更好的稳定性和可靠性，可以长期运行在恶劣条件下。

这种特点使得光纤传感技术在土木工程监测中具有较高的安全性和可靠性，能够为工程施工和运营提供有效的技术支持。

此外，光纤传感技术在土木工程结构监测中还具有较低的成本和易于安装维护的特点。

光纤传感器的制造和安装成本相对较低，而且光纤本身具有较长的寿命和良好的抗老化性能，可以长期使用而不需要经常更换和维护。

同时，光纤传感器的布设方式也相对简单方便，可以根据结构的需要进行布设，并与常规施工流程相结合，不会给施工和运营带来额外的困扰和成本。

光纤传感器在土木工程中的应用_周智

第32卷第5期建筑结构2002年5月*国家杰出青年科学基金资助项目(59625815)与国家高技术应用基金项目。

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 150090)[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)T he the ory of optical fibe r sensors and their applications in civil e ngineering are clarified.Some problems in present are a nalyzed and some possible answ e rs to them are also given.Finally,the wonderful prospect is set forth.K eyword s:optic al fiber sensor;civil engineering;structural testing;nondestruc t ive testing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,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无损评价显得越来越重要。

然而,由于土木工程结构和基础设施体积大、跨度长、分布面积大、使用期限长,传统的传感设备组成的监测系统的稳定性和耐久性都不能很好地满足工程实际的需要。

1989年美国布朗大学的M endez 等人首次提出将光纤传感器埋入混凝土结构中进行安全监测。