光纤检测技术在岩土工程信息化施工中的应用

苏建宽 刘亚勋

摘要：随着我国城市化建设进程的不断加快，建筑行业也得到了快速的发展，其中，岩土工程作为建筑工程的基础工程，对于整个建筑施工项目是一个十分重要的。伴随着建筑行业的发展，岩土工程也将得到更加广阔的发展空间，而且人们对其施工质量的要求也会越来越高，所以将新技术运用到岩土工程施工上来不仅仅可以提高岩土工程等施工质量，还能为施工企业带来更大等经济效益。随着信息化时代的到来，岩土工程施工信息化也将会变成今后岩土工程施工的主要发展方向，而且将光线检测技术运用到岩土工程上可以更加快速、准确的检测出岩土工程施工现场的环境及其他数据，更加有效的提高岩土工程施工质量。本文主要对光纤检测技术在岩土工程信息化施工中的应用进行了探析。

关键词：光纤检测技术；岩土工程；信息化；施工

前言：

岩土工程作为建筑工程的基础施工工程，岩土工程施工质量的好坏直接关系到整个建筑工程的安全性、稳定性、耐久性、适应性等，从而影响到整个建筑工程的质量。岩土工程所包含的学科也有很多种，比如：地质学、土力学、岩石学等。随着我国城市化建设进程的不断加快，建筑行业得到了快速的发展，所以，岩土工程也随之得到了更加广阔的发展空间，岩土工程的定义越来越广泛，各个领域也越来越依靠岩土工程，比如：城市建设、交通运输、能源电力等，越来越多等行业领域都需要岩土工程。

一、传统工程结构安全检测手段

1.电阻式传感器

电阻式传感器的基本原理是将被测量的变化转变为传感器电阻的变化，经过转换电路以电信号的方式将此变化输出，其核心部分是电阻应变片。它最早出现在1930年左右，其测量方法到现在已经发展的很成熟了。

2.振弦式应变计

振弦式应变计是一种频率敏感传感器，利用张紧振弦的谐振频率与所受张力的变化关系来测量应变计所在点的应力或应变。最早出现在20世纪30年代。振弦式应变计制作出厂后，其刚弦具有一定的初始拉力，从而具有一定的初始频率。将应变计埋入混凝土中后，应变筒会随着混凝土变形而变形，造成筒中钢弦的拉力发生变化，其谐振频率相应发生改变，通过测量弦的谐振频率变化，可测出相应的应变。振弦式应变计的测量主要取决于钢弦材料的质量，一般依赖于进口，由于钢弦蠕变的原因，其长期稳定性欠缺，它不能用于高速测量，测量精度偏低。

二、光纤检测技术应用现状

由于岩土工程的主要研究对象是岩体和土体，所以，岩土工程施工的隐蔽性和复雜性是岩土工程的施工特点。这就意味着岩土工程的施工质量很难得到保障，随着信息化时代的到来，将岩土工程施工信息化可以有效的提高岩土工程的施工质量，如果将光纤检测技术运用到信息化管理等岩土工程，那么于岩土工程的施工质量无疑将会得到巨大的提升。

1.将通信用光纤直接或外加某种保护后埋入待测体中

当待测体承受的应力或者应变发生改变时，使光纤本身发生微弯，所传输的光信号在该处损耗增大，利用光时域反射计（OTDR）可测得该处的位置及损耗，再通过计算得到相应的应变（或应力）。

2.利用Bragg光纤光栅

因为Bragg光栅本身对特定波长的光有反射。当外部应力或应变使Bragg光栅的光栅周期发生改变时，其所反射的波长也相应改变。利用光纤光栅解调仪测量反射波长的改变，再通过计算得到相应的应变（或应力）。

3.利用偏振保持光纤

偏振保持光纤所传播的光波的电场信号方向是不变的。外部施加应力时会使其所传播的光波的电场信号方向发生改变。从而测得相应的应力（或应变）。

4.基于光的干涉原理的F-P传感器

它主要由两个镜面组成，分别反射的波向干涉。当外部应力改变时，两镜面的距离发生改变，从而使干涉条纹发生改变。根据干涉条纹移动的距离可测得相应的应力（或应变）。

5.其它光纤传感器

利用光的衍射等原理。其中直接利用通信光纤传感原理制成的分布式光纤温度传感（DTS）系统，是国内外近年发展起来的一种用于实时监控温度场的新技术。它集光、机、电、计算机、弱信号检测为一体，可广泛的应用于火灾报警、过程监控、气体液体的泄漏监测以及故障诊断等方面。分布光纤温度传感器（DTS）系统主要由两部分组成：传感光缆和主机。依据光纤的光时域反射（OTDR）和光纤的背向拉曼散射温度效应：激光脉冲射入光纤内部，光子与光纤材料分子在内部相互作用，一部分光被反射回来，光纤是温度敏感材料，反射光携带着被散射光子运动的热信息。因此，反射光的光谱携带了光纤的温度信息，可以测量沿光纤每一点的温度。不同位置反射回来的时间不一样，这样就实现了真正的分布式的测量。

三、光纤技术存的不足及未来展望

传统的光纤传感器绝大部分都是“光强型”和“干涉型”的。前者的信息读取是测量光强度大小，例如直接将通信用光纤用做传感器件。这种情况下光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和探测器老化等因素会影响测量精度。后者的信息读取是观测干涉条纹的变化，如法布里·泊罗（F-P）传感器，这就要求干涉条纹清晰，从而要求两路干涉光的光强相等，使光纤光路的灵活和连接的方便等优点大打折扣，而且它是一种过程传感器，而不是状态传感器，必须要有一个固定参考点，这样就给传统光纤传感器的应用带来了难度。利用光纤的布里渊散射测应变，在光纤传感器的研究领域出现较晚，它具有光纤传感器的所有优点，与FBG传感器相比，其突出优点在于无需对传感器进行加工，光纤既用作传输信号，又用于传感，是真正意义上的分布式测量。但由于BOTDR测的值是一定距离内的平均值，无法精确的定位某一点的确切值；同时，其研究起步较晚，目前解调仪——布里渊光时域反射计费用昂贵，难以普及。另外，在光纤传感器的布设方面，目前所采用的方式基本上是根据经验来布设，或者在所测范围内采用多点布设，以降低漏测几率，提高精度。显而易见的缺点是造成成本提高，信息采集效率不高。光纤光缆埋设时的存活率也有待提高。

作为一种新兴的检测技术，光纤检测技术的理论研究仍在进行，以后的发展趋势应该在于，能够在实际工程中普遍应用的，且满足工程检测要求的传感器的制造方面。而且，对于光纤及传感器的埋设方式，也需要进一步的研究，在这些方面，具有较大的发展空间。

总结：

随着岩土工程越来越得到广泛的应用，其施工质量也更加的得到了关注，而且伴随着信息化时代的到来，将信息化管理运用到岩土工程施工中来可以有效等提高其施工质量，也能为施工企业带来更加大的经济效益。但是，岩土施工本身也是一个隐蔽性强、复杂性高的施工工程，如果继续运用传统的检测技术，远远达不到当代等施工要求，也会严重影响岩土工程的施工质量，如果采用新的科学技术对岩土工程进行检测，那么对岩土工程今后的发展会起到积极作用，将光线检测技术运用到现代的岩土工程信息化管理中来，不仅仅能够有效等提高岩土工程的施工质量，对于今后岩土工程的发展也会起到非常重要等作用。

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