光纤应变传感器在土木工程结构监测中的应用解决方案

大型土木工程结构和基础设施,如桥梁、超高层建筑、人跨空间结构、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人、跨度长、分布面积人、使用期限长，传统的传感设备纽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。

 

随着科技的不断发展，近几年国际上新兴的一门智能结构系统是多学科交叉发展的前沿研究领域,它是将具有仿生命功能的材料融合于基体材料中,使之成为具有人们所期望的智能功能的结构智能结构集成有传感、作动和控制系统,能够进行自我感知自我诊断和自我调节,从而使结构能够对内部状态的变化和外部环境的激励作出恰当的反应。如今将其集成或应用于传统的土木工程结构中,就会使土木工程结构具有像智能结构那样的自感知和自适应等诸多智能属性的可能也成为现实。

 

智能材料结构系统中常用的传感材料主要有压电、形状记忆合金和光导纤维材料。由于光导纤维材料具有径细柔韧、体积小质量轻、灵敏度高抗电磁干扰能力强能耗小、造价低廉便于实现分布式和准分布式检测、集信息传输和传感于一体等特点,加之宽频带和高数据传输率以及耐高温、抗腐蚀等优良特性,一直被认为是智能结构系统中的首选传感材料,并已经开始应用于土木工程结构中的“神经元”。其基本原理和应用特点是在土木工程结构中(或在其表面)埋入(或粘贴)光纤传感器,通过分析光的传输特性,如光强、相位和波长等,就可获得光纤周围材料的应力、压强、电场、磁场密度温度、化学成分、x射线和V射线等量的变化,从而实现对土木工程结构的健康状态参数和安全可靠性进行实时、在线动态监测与控制,为人工智能和神经网络技术在土木工程中的应用奠定了坚实的物质基础。

 

光纤传感技术之所以适用于土木工程,主要是基于它与传统的电测传感器相比,具有如下的优越性能耐腐蚀、耐久性好;体积小、重量轻、结构简单，埋入土木工程结构对基体材料几乎没有影响;能避免电磁场的干扰,电绝缘性好;信号可多路传输,便于与计算机连接,易于实现分布式测量;单位长度上信号衰减小,传输距离可以很长;灵敏度与精度高;频带宽;信噪比高等。

 

工采网提供的加拿大FISO 光纤应变传感器 光纤传感器 - SFO-W主要针对土木工程应用，如水坝、桥梁、隧道和其他结构的监控。

 

如今，制造商、土木建筑设计者和研发工程师们可能需要通过监控土木结构的性能来改善结构技术。在一段时间内监控特定的性能将帮助提高结构的安全性和耐久性。通过合理地在结构中布局SFO-W光纤应变传感器，用户可以获得传感器提供的关于施工中和完工后的建筑物、桥梁、隧道衬砌及支承结构应变的精确改变信息。使用SFO-W光纤应变传感器可以在最具挑战的环境中对目标展开全面的应力/应变分析。

 

SFO-W光纤应变传感器由一个焊在钢片上直径较小的不锈钢管构成，适合点焊在不锈钢表面。具备尺寸小、精度高、不受EMI/RFI干扰、耐腐蚀和耐高温的特点。另一方面SFO-W光纤应变传感器的具备满量程0.01%的灵敏度和精度，同时它的测量上限达2000 μ 。此传感器主要基于突破光纤传感的独特光纤应变传感器技术。非固有的 Fabry-Perot 应变传感器嵌于钢管内部，因此可以监控点焊传感器的拉伸或压缩运动。FISO的光纤技术已获专利，基于此专利技术，SFO-W光纤应变传感器可安装在距离信号调理器3km的地方。这使得光纤传感器成为监控土建结构的zui佳选择。

 

设计SFO-W传感器的目的之一是使之安装方便，无需熟练的焊工帮助。使用SFO-W传感器可以对不同的构筑物进行长期和准确地应变测量。可将其安装在平整表面或者圆柱体表面。