光纤光栅传感器的应用

光纤光栅传感器的应用

光纤布拉格光栅传感器的应用

1。光纤光栅传感器

的优点与传统传感器相比，光纤光栅传感器有其独特的优点:(1)传感头结构简单，体积小，重量轻，形状可变，适合嵌入大型结构中，能够测量结构内部的应力、应变和结构损伤，具有良好的稳定性和重复性；

(2)与光纤自然兼容，易于与光纤连接，损耗低，光谱特性好，可靠性高；

(3)不导电，对被测介质影响小，具有耐腐蚀和抗电磁干扰的特点，适合在恶劣环境下工作；

(4)轻便灵活，可在一根光纤中写入多个光栅组成传感阵列，结合波分复用和时分复用系统实现分布式传感；

(5)测量信息为波长编码，因此光纤光栅传感器不受光源光强波动、光纤连接和耦合损耗以及光波偏振态变化的影响，抗干扰能力强。

(6)高灵敏度和分辨率

正是因为它的许多优点。近年来，光纤光栅传感器已经广泛应用于大型土木工程结构、航空航天等领域的健康监测，以及能源和化工等领域。

光纤光栅传感器无疑是一种优秀的光纤传感器，特别是在测量应力和应变的情况下，具有其他传感器无法比拟的优势。它被认为是智能结构中最有前途的集成在材料内部的传感器，作为监测材料和结构的

载荷和检测其损伤的传感器。

2，光纤光栅的传感应用

1，在土木和水利工程中的应用

土木工程中的结构监测是光纤光栅传感器应用最活跃的领域

力学参数的测量对于桥梁、矿山、隧道、大坝、建筑物等的维护和健康监测非常重要。通过测量上述结构的应变分布，可以预测结构的局部载荷和健康状况。光纤布拉格光栅传感器可以预先附着在结构表面或嵌入结构中，同时对结构进行健康检测、冲击检测、形状控制和减振检测，监测结构的缺陷。

另外，多个光纤光栅传感器可以串联成传感网络，对结构进行准分布式检测，传感信号可以由计算机远程控制

(1)在桥梁安全监测中的应用目前，光纤光栅传感器应用最广泛的领域是桥梁安全监测

斜拉桥的斜拉索、悬索桥的主缆和吊杆、系杆拱桥的系杆是这些桥梁体系的关键受力构件，其他土木工程结构的预应力锚固系统，如用于结构加固的锚索和锚杆，也是关键受力构件上述受力构件的应力大小和分布变化最直接地反映了结构的健康状况，因此监测这些构件的应力状态并以此为基础进行安全分析和评价具有重要意义。加拿大卡尔加里附近的

199贝丁顿小道桥是最早使用光纤光栅传感器进行测量的桥梁之一(1993)。16个光纤光栅传感器连接到预应力混凝土支撑的钢筋和碳纤维复合材料钢筋上，对桥梁结构进行长期监测，这在以前被认为是不

可能的。德国德累斯顿附近的A 4高速公路上有一座72米跨度的预应力混凝土桥。德累斯顿大学的迈斯纳等人将布拉格光栅埋入桥梁的混凝土棱柱体中，测量荷载作用下的基本线性响应，并与常规应变测量仪器进行对比试验，证实了光纤光栅传感器应用的可行性。瑞士应力分析实验室和美国海军研究实验室使用了32个光纤光栅传感器来监测瑞士洛桑附近的辅助箱梁高架桥施工期间箱梁被推拉时的准静态应变。32个光纤光栅分布在箱梁的不同位置，信号由扫描系泊系统解调。

XXXX年6月，上海紫山光电光纤光栅传感器应用于同济大学桥梁系史家俊先生主持的卢普大桥健康检测项目

，检测桥梁在各种条件下的应力、应变和温度变化。建设情况:整个测试项目的实施主要包括三个主要步骤:传感器布局、数据测量和数据分析在卢浦大桥选定的端面上安装

八个光纤光栅应变传感器和四个光纤光栅温度传感器，其中八个光纤光栅应变传感器串联成一个通道，四个温度传感器串联成一个通道，通过光纤传输到桥管站，实现对大桥的集中管理

数据测量的周期根据业主的要求确定。通过桥面加载，利用光纤光栅传感器网络分析仪完成桥梁的动态应变测试。

(2)在混凝土梁应变监测中的应用

1989，美国布朗大学的Mendez等人首次提出在混凝土建筑物和结构中嵌入光纤传感器，并描述了该研究领域在实际应用中的一些基本

思想。此后，美国、英国、加拿大、日本等国家的大学和研究机构都投入了大量的精力来研究光纤传感器在智能混凝土结构中的应用

在浇筑混凝土结构时遇到了一个非常困难的问题:在浇筑混凝土时如何避免损坏传感器和光缆光纤布拉格光栅通常写在普通单模通信光纤上，其结构易碎且易断裂。为了适应土木工程施工的广泛特点，在作为传感器测量建筑结构应变时，应采取适当的防护措施。

一种可行的方案是:将混凝土应变传感器的光纤线路放入钢筋笼后，用铁丝等将混凝土应变传感器按预定位置固定在钢筋笼内，然后中间段用纱布缠绕并用胶带固定然而，粘合增强应变传感器通常由外部涂层保护

9 XXXX年9月，上海紫山光电科技有限公司自主研发的光纤光栅传感应变仪埋入混凝土中，对北京中关村标志性建筑的静态应变进行测量上海紫山光电科技有限公司自主研发的光栅应变仪具有精度高(一般为1με，小范围测量可达0.5με)、可靠性高、安装方式多样、使用方便等优点。该系统成功应用于北京中关村的一座标志性建筑，并被放置在钢梁上，埋入混凝土中，用于监测柱钢梁的施工过程。

埋入混凝土前

埋入混凝土后

(3)在水位遥测中的应用

在光纤光栅技术平台上研制的高精度光学水位传感器专门用于河

流、湖泊和污水系统的水位测量传感器的精度可以达到0.1% f . s光纤安装在传感器内部。FBG是由于光纤芯的折射率的周期性变化而形成的，并且反射满足布拉格条件的特定波长的光信号。当FBG与弹性隔膜或其他设备连接时，水位的变化将拉伸或压缩FBG。此外，反射波长会随着折射率的周期性变化而变化。然后，可以根据反射波长的偏差来监测水位的变化

(4)在公路健康监测中的应用公路健康监测的必要性:

交通与人密切相关，也是制约城市发展的主要因素。可以说，交通质量可以直接决定一个城市的发展命运国家每年都投入大量资金用于公路建设和养护，其中养护费用占很大一部分。尽管如此，每年仍有大量的公路遭到破坏，公路的早期破坏已成为影响公路功能和引发交通事故的主要疾病。这种破坏一般是由超载、超速和自然原因造成的，也与公路建设质量密切相关。因此，在公路建设和使用过程中进行健康检查是非常必要的。目前，公路一般分为三层，包括底基层、普通层和沥青层。在施工过程中嵌入温度和应变传感器，可以及时获得温度和应变的变化，实时监控公路质量。详细了解建筑材料的特性和影响施工质量的因素传感器设计方案:

由于公路施工条件恶劣，主要问题如下:1 .沥青层摊铺时，温度可达160℃2.在施工过程中，每一层楼的压力都达到了XXXX航空航天领域。1979年，美国国家航空航天局启动了光纤智能结构和蒙皮计划，首次将光纤传感器嵌入先进的聚合物复合蒙皮中，以监测复合材料的应变和温度。