光纤传感技术在结构工程检测中的应用研究

■冷凌晖

江西省国防工业设计院

光纤传感技术在结构工程检测中应用变得更加广泛，其主要检测结构工程的外部荷载，测量外部荷载引起的损伤、应力大小、内部温度变化以及应变情况。光纤传感技术作为新时代的产物，其在我们实际应用中正在不断扩大，光纤传感技术在结构工程检测中取得了重要的应用地位。

1 光纤传感应用原理

光纤发源于20世纪，其主要成分为二氧化硅，一般的光纤导管直径在100到125μm之间。光纤传感技术作为一种遥测遥控技术，其具有容易被监测、体积小、质量轻、抗电磁干扰强等特性。光纤传感包括外界信号感知以及信号传输两种功能，外界信号感知其主要是按照规律变化监测出外界信号的变化。光纤感知到强度、波长、频率、偏振状态以及相位等发生变化，测量的参量变化就会造成感知外界信号变化，光纤传感技术感知的外界信号对光纤传播光波进行实时调制。传输主要指光纤受到外界信号调制光波，传输到光探测器进行检测，将外界信号提取出来，然后进行数据处理从而达到一种解调。光纤传感技术包含了解调和调制两个方面的技术，即外界信号（被测量）如何调制光纤中的光波参量的调制技术（或加载技术）及如何从被调制的光波中提取外界信号（被测量）的解调技术（或检测技术）。

2 光纤传感技术在结构工程中检测的相关应用

土木工程建设中广泛应用了结构材料，将光纤材料直接埋入到混凝土结构之中，已经成了当前土木工程建设的重要形式。光纤传感技术对结构工程检测主要包含养护期热应变、结构震动参数、温度、内部应变力、结构整体性评估以及裂缝宽度等。

2.1 光纤传感对热应变与温度检测

混凝土施工一般养护期为28天左右，混凝土水化热释放部位不一样，混凝土各部分的温度不一样。对大体积混凝土结构来讲，如果检测不到位很可能会产生比较严重的问题。混凝土的应变不一致加上混凝土的抗拉强度不通，可能会造成混凝土出现裂缝。利用光线传感器可以检测大体积混凝土的内部温度分布情况，然后根据实际情况进行施工调整，为安全施工提供重要支持。

2.2 结构工程内部应力与应变检测

结构内部的应变和应力检测功能是光纤材料埋入混凝土结构的重要应用，根据光纤传感原理进行检测可以大致分为下面几种检验：光纤微损耗问题、应变检测等均通过辅助变形装置将工程结构内部应变、应力变化传递至光纤。双折射光纤内两偏振光干涉应变和应力检测、两根光纤输出光相互干涉、里层与表层不一致造成检测结构应力应变。

2.3 结构偏振测量

光纤传感器具有其固有的抗电磁干扰能力，传输距离更远，因此光纤传感可以远距离地检测振动。工程结构的偏振检测可以通过多模光纤测量振动方法，多模光纤内模间干涉多模光纤存在着一定的振动关系，通过光纤传感检测多模光纤输出光斑部分，可以有效测出光强度与光纤受到振动的关系。

2.4 裂缝监测与结构整体性评估

工程结构检测中将裂缝的宽度监测作为工程结构整体性评估的标准，通过检测埋入工程结构中的光纤输出强度变化体现出裂缝发生于扩展。裂缝监测与结构的整体性评估，作为光纤传感技术在工程结构检测的重要内容，为工程结构建设施工提供了重要性支撑。

3 光纤传感技术在工程检测中的注意事项

光纤传感技术在工程结构检测中虽然已经得到了广泛的应用，但是在具体的实际工作中必须要注意一些问题。光纤传感技术在工程结构检测中如何将光纤无损埋入工程结构，确保光纤组件和宿主组件可以完整的结合在一起，为后续的光纤传感技术在结构工程中的检测提供准确的检测信息。光纤传感检测中解决光纤在工程结构中的耐久性一直都是光纤传感技术检测核心技术，选择符合质量要求的粘贴胶，可以确保光纤传感检测系统持续工作几十年，乃至上百年仍然可以正常使用，为我们提供正确的检测数据。疲劳损伤一直都是光纤传感检测的重要问题，光纤传感检测工程结构的动态应变时，必须要检测光纤、粘贴胶等是否可以满足长期的健康监测需求。目前我们的光纤传感技术仍然处于初始阶段，我们在光纤检测过程中还必须要解决一系列的问题。由于光纤传感不会受到电磁干扰，其测量的精度较高，且光线单端的输入和输出数据更能确保工程检测的准确性。即便在很恶劣的环境下进行光纤传感检测，也可以对工程项目中的混凝土结构应力、应变、裂缝以及温度等进行实时检测。

4 结束语

近年来，我国光纤传感技术飞速发展，在结构工程检测领域已经被广泛应用。光纤传感技术对结构工程的检测可以适应非常恶劣的环境，且光纤传感技术可以实现实时检测，获取的数据更加精准。本文针对光纤传感技术相关原理、检测应用以及在实际工作中的一些注意事项进行分析讨论，为相关研究者提供参考。