光纤传感器不同布设方式对应变传递的影响分析

周芸旭

摘要：依据应变传递理论知识，光纤传感器的不同布设方式会影响光线传递系数和工程的测量精确度，因此，光纤传感器根据应变传递方式的不同整体也分为不同的种类。目前世界上多个国家也都通过采取各种各样的措施优化光纤传感器应变传递的技术方式，以达到更高的信息传递质量。光纤传感器的不同布设方式作为影响应变传递方式的重要因素，本文就将围绕光纤传感器不同布设方式对应变传递的影响展开分析探究。

关键词：光纤传感器的现状;多样布设方式;影响分析

近年来随着光纤技术的不断创新突破，光纤传感器越来越被广泛地应用到各个领域当中，尤其是对于土木工程以及建工质量检测方面，光纤传感器凭借着耐腐蚀、密度小、适应性强等优势发挥了不可取代的作用，也为我国的工程建设领域做出了重要的贡献。但由于我国目前对于光纤传感器领域的技术还在不断地开发研究中，而光纤传感器内部的结构、设计较复杂、研发难度大，所以相关的设计方式也并不完善，同时会存在着许多问题有待解决。光纤的成分十分脆弱，也就导致极易可能在施工过程中损坏光纤传感器，那么提高光纤传感器的传递精度、稳定性就显得非常重要，而改变传感器的布设方式就是有效解决这一问题的关键途径之一。要改善光纤传感器的布设方式就要充分考虑光纤感应范围、感应器层次结构、粘贴厚度等等因素，以感应应变传递理论为基础，结合反复实验的实际结果，对传感器的应变传递方式进行优化，本文就将对此领域进行探究，以为相关从事人员提供参考价值。

一、我国光纤传感器的传递现状

受世界光纤传感器发展大环境的影响，现今我国光纤传感器主要存在着测评不准确、持续性差和稳定性弱的劣势，这些不足主要由两个原因引起：1、我国对于光纤传感器的开发研究还并不完全，缺少相关的统一标准以及设计规范。2、对传感器的工程设计理论知识的了解还不够深入并且对力学的研究还不够透彻，导致不能正确掌握光纤的感知作用机理，因此研发者不能准确判断光纤传感器的关键作用位置而不能进行精化优化，而裸露在外的光纤传感器部分性质较差，无法适应恶劣的环境，一旦周围对传感器的压力增大，可能会影响传感器的工作质量，甚至对光纤传感器造成损坏。从市场需求的角度来说，光纤传感器的维持保养需要花费大量的资金，尤其对于那些在特殊环境下工作的光纤传感器来说，维持它们的工作效率每年需要花费几十亿元，即使这样，它们的使用寿命也仍然很短，长时间的适用会导致光纤传感器的应变传递效率下降，因此需要定时更换。而对于一些工作要求较高的领域，例如石油化工、生物医学、水质监测等等更加需要传感器应变传递的精确性和稳定性，因此通过改变光纤传感器的布设方式来提高应变传递的质量就显得更有重要意义。

二、不同布设方式对传感器传递的影响

目前我国常用的光纤传感器形式有以下几种：外贴式光纤传感器、埋入式光纤传感器、内置式光纤传感器，接下来就将对这三种传感器进行详细的说明研究。

2.1外贴式光纤传感器

外贴式传感器不同于其他的传感器，有两种传递方式，它可以通过接触界面的变化而进行信息的传递，还可以感应夹持块之间的距离来传递信息，其中第一种在工程建设中被应用的更加广泛，在多数情况下，依据应变传递的理论公式可以推导出，第一种传递方式的作用效果更加有效，在建设过程中，产生的工作误差也更小，无论是在点式还是分布式的实验测试当中，都呈现出更好的效果，但是这种传递方式对于光纤传感器的物理性质及各项数据等都提出了更高的要求。外贴式光纤传感器相较于其他类型的传感器而言，最大的优势就是对于光纤的保护能力更加强，由于粘贴层附着于光纤的表面，所以对于外界环境具有一定的抵抗作用，同时也具有更好的持续性和稳定性，对于光纤的表层材料，需要选用高性能的复合材料，再根据理论公式不断对其进行优化设计。

2.2埋入式光纤传感器

为了便于测量地层内混凝土以及其他物质的成分结构，需要采用埋入式光纤传感器。同样根据不同的作用机理，埋入式传感器也有系统分类，分别可以在不同的地下环境中进行工作，其中，依靠接触界面传递作用的粘贴式传感器受应变传递的影响效果最大，埋入式传感器不能调控局部的光纤传递效率，只能通过对整体的调控进行改变应变传递质量，实现对于光纤传感器的优化设计。埋入式传感器对土木建设过程中的各种压力抵抗性更强，对于光纤传感器整体稳定性的提高效果更好，降低了施工过程中对于传感器的干扰，不影响其基本的性能，同时埋入式传感器对于温度变化同样具有较强的适应能力，在一定的温度变化范围内可以保证传感器的工作弹性，不会造成大幅度的变化。但是要精确地确定传感器所需要的尺寸，合理调整过渡层材料的成分特征，对于刚性材料可以采用相似的材料进行代替、混合使用。

2.3内置式光纤传感器

目前，光纤传感器主要有分布式和光栅光纤式两种内置光纤传感器，这两种光纤传感器都可以有效内置于混凝土结构当中发挥作用。混凝土的工程氛围很多个阶段，但是传感器并不适于分段粘合，这样很可能会产生断裂、环绕的情况，地下的结构的成分又非常复杂，所以这也增加了传感器建设的难度，而内置式光纤传感器便可以有效解决这一问题，可以在混凝土结构中增加开槽，便于光纤智能筋的固定，保证工作顺利开展。为了避免光纤传感器在受压时发生弯折而影响应变传递效率，内置式光纤传感器可以保证在一定压力范围之内，对压缩量进行缓冲，减少压力的瞬间释放量，同时这也是保证光纤传感器在混凝土结构中发挥作用的重要基础保障。

結束语

综上所述，光纤传感器的不同布设方式会对应变传递造成重要的影响，因此，应该加大对于此领域研究的力度，提高重视程度。我国在完善传感器应变传递技术方向上还有很大的进步空间，通过不断的努力创新以及对国外优秀传感器技术的经验借鉴，相信在不久的将来一定实现对于光纤传感器性能使用的优化设计，提高光纤传感器的应变传递质量水平。

参考文献：

[1] 毛宁宁，苏怀智，李鹏鹏.光纤传感器不同布设方式对应变传递的影响分析[J].水电能源科学，2019，37（09）：120-123+146.

[2] 宫语含.基于鲁棒性的光纤传感网布设方法研究[D].天津大学，2014.

[3] 林美金.基于分布式光纤光栅传感技术盾构隧道纵向沉降和水平位移监测研究[D].福州大学，2013.

[4] 曹茜.横向传感的光子晶体光纤结构优化分析与设计[D].北京交通大学，2012.

（作者单位：哈尔滨理工大学）