光纤光栅技术在玻璃幕墙边缘检测应用研究

张智能

（广东省有色工业建筑质量检测站有限公司，广东 广州 510725）

1 光纤光栅技术相关内容论述

1.1 基本特点

光纤传感器属于新型传感器，有质量更轻、对高温与腐蚀的耐受力高、不受电磁干扰影响以及防水防潮等优点，这些优点使得光纤传感器能够应用于极端恶劣环境中。除具有上述优点外，光纤光栅技术还具有以下特点：光纤是系统中唯一的传感元件，同时又作为传输媒介存在；信号处理系统必须具备高信噪比，以匹配微弱的检测信号；系统空间分辨力数量级一般为100m，小于此量级的变化量难以准确测量；每次测量都能获得传输媒介周围所有被测量的分布状态；每次测量都需要经过大量信号处理，这使得完整测量耗时较长。

1.2 应用原理

从实际应用情况来看，光纤光栅技术在应用中具有测点密集度高、内容分辨率高、灵敏度高等应用优势，对此可以将光纤光栅技术应用到玻璃幕墙边缘检测中，即将感应器与会直接安装到的玻璃幕墙上，这样子面板结构在耦合效应下，会出现扰度变化的情况，此时，结构也会出现相应的弯曲应变。利用传感器采集信息，此时拉格袋光栅结构的反射中心的波长也会因此出现漂移的问题，同时也可以检测到结构应变力的变化情况，而结构相互之间的关系还可以简化为以下公式：ΔλB/λB=（1-p）k，其中p表示玻璃幕墙结构的弹光系数；k表示玻璃幕墙结构位置处的应变系数；λB表示结构的波长长度；ΔλB表示波长长度的漂移值。另外，在结构布置处理过程中，会将传感器结构沿着玻璃幕墙的纵轴和横轴进行布置，这样也可以顺利获取到的薄板结构的受力模型，以直角坐标系的形式确定初始位置坐标，随后采用安全区法来完成应力结果的处理工作，从而评估数据应用结果的可靠性。

2 光纤光栅技术发展现状分析

2.1 基于后向Rayleigh scattering的技术

在光纤光栅技术体系发展过程中，经常使用到的结构便是利用后向Rayleigh scattering来完成参数梳理。该技术在应用过程中的基础原理在于，如果传输介质中所能传递的粒子长度不足入射波长的1/10时，此时，入射到玻璃幕墙上的光线也会和玻璃幕墙之间出现碰撞的情况，此时散光的光强正比数值为1/λ4，此时结构的入射频率也会和结构入射光之间保持较高的同步性，从而得到相应的光学现象（即Rayleigh scattering）。在该技术的应用过程中，会依托此类机理条件，借助OTDR结构来完成坐标数据的定位处理，而且散热光在实际应用中的调制机制又可以细分为强度状态调制以及偏振态调制，在前者的应用中，其主要采集的内容是对散射光强度进行采集，而后者在应用中，主要采集的数据信息是散射光本身的偏振态情况，同时也会采集相应的延迟时间，以满足信息梳理的基础要求。

2.2 基于Raman scattering 的技术

在光纤光栅技术体系发展过程中，经常使用到的结构便是利用Raman scattering来完成参数模型处理。该技术在应用过程中的基础原理在于，如果传输介质中所能传递的粒子长度与入射光出现了碰撞问题（非弹性碰撞）时，此时入射到玻璃幕墙上的光线强度，也会大于散热光的强度，同时也存在着一小部分散射光波长也会大于入射光波长，此类情况则会被称作是Stokes light，波长此时可以记录为λ，此时，结构的入射频率也会和结构入射光之间保持较高的同步性。在该技术的应用过程中，会依托此类机理条件，借助OTDR结构来完成温度数据信息的定位处理，而且散热光在实际应用中的温度变化情况，并且在应用中，主要采集的数据信息是散射光温度变化数据，了解整体温度的变化情况，而且这些产品内容也可以利用相应传感器来完成记录，同时加强相应的梳理工作，得到所需要的技术参数，评估光参数的变化情况。

2.3 基于 Brillouin scattering 的技术

除了前两种传感技术类型外，在光纤光栅技术体系发展过程中，也会使用Brillouin scattering 来完成参数模型处理。该技术在应用过程中的基础原理在于，如果传输介质中所能传递的粒子长度与入射光出现了非弹性碰撞，此时，入射到玻璃幕墙上的光线强度，也会大于散热光的强度，同时，也存在光子与声子之间的相互作用，而使用到的散热光频率也和光纤材料特性保持相应的关联性，同时光纤材料的应用特性也容易受到外界温度带来的影响，此时，则可以利用相应公式进行计算，得到所需要的光学现象。此类情况则会被称作Brillouin scattering。在该技术的应用过程中，会依托于此类机理条件，借助OTDR结构来完成温度数据信息以及应变参数的定位处理，而且散热光在实际应用中的温度变化和应变变化情况，并且在应用中，因为传输距离和传输速率的数值处于不断增加的情况，因此在应用中得到的发射功率数值也会出现增大的情况，基于此加强相应的梳理工作，得到所需要的技术参数，评估光参数的变化情况。

3 光纤光栅技术在玻璃幕墙边缘检测中的具体应用

3.1 实验条件分析

在光纤光栅技术应用过程中，首要任务便是加强实验条件的分析工作，通常情况下，在具体的分析过程中，会借助有限元模型来完成玻璃面板的实验处理，同时，利用模拟的方法得到相应的边界约束信息。在具体的应用过程中，可以借助重力作用，在结构位置处设置重量为5.1kg砝码，借此来模拟50N的均布载荷（为方便计算，在g值的选择中，使用9.8N/kg作为基础值）。根据该模拟条件，也可以针对玻璃幕墙结构胶是否存在失效问题、结构脱落等问题，这样也可以更好地确定所需要的性能指标。同时在施工过程中，也会根据实际状态下的工况情况，基于实际要求完成支撑架的安装处理，而且玻璃试件在安装过程中，也会和现场实际情况保持一致，随后将传感器放置在玻璃幕墙的边缘位置，利用中心波长在1534mm的反射光参与实验中，从而得到所需要的玻璃参数信息，便于后续分析工作的顺利进行。

3.2 实验结果分析

为了满足具体的实验需求，在具体的应用过程中，会借助有限元模型来完成玻璃面板不同边界模态量状态下，结构胶所存在的松动损伤情况，此时可以借助重力作用，搭配结构位置处设置重量为5.1kg砝码带来的重力影响，针对玻璃面板边缘所存在的应变状态进行数据采集，从而得到精准测量数据，满足后续数据分析的基础。同时在实验过程中，也会借助有限元模型完成玻璃面板边缘的应变测试参数，借此完成实物测试，并且在边界约束的状态下，也会借助力学理论和仿真受力内容关联在一起，从而得到所需要的静态分析结果，而且在具体的分析过程中，还需要注意有限元仿真值的分类状态，基于相应的边界条件，根据参数同步变化情况来完成参数梳理工作。

3.3 玻璃面板多模态测试值分析

在施工过程中，需要根据实际状态下的工况情况，基于实际要求来完成支撑架的安装处理，而且玻璃试件在安装过程中，也会和现场实际情况保持一致，利用传感器进行参数信息采集，从而得到玻璃面板多模态测试值，同时绘制相应的应变误差图，了解参数信息的变化状态。基于误差分析图中的相关信息，可以了解到在实验过程中所涉及到的边界条件会满足模拟态的相关要求，这样也可以更好地完成有限元模型搭建，得到具备应用价值的测量数据，而且面板的边缘位置也处于一致状态，其受力状态的均匀性较强，而且在固定边数逐渐减少的情况下，其应变情况也会保持变化的情况，以满足具体的应用需求。

3.4 玻璃面板划分安全区间方法分析

基于不同边界的约束条件带来的影响性，玻璃面板所出现的受力状态也会出现较大的变动性，具体变动内容总结后如下：第一，在模态保持在E状态时，此时在玻璃面板中，其中某一边界位置容易出现较大的应变力，而且扰度值也会处于较大的变动状态，但是，此状态下的玻璃面板也处于比较不安全的情况。第二，在模态保持在B状态时，此时，在玻璃面板中，所有位置受到的应变力比较均匀，但是依旧存在一些不稳定因素，这也需要借助模态数据进行分析，得到更可靠的应用数据。

4 结语

综上所述，在玻璃幕墙边缘稳定性检测中，光纤光栅技术有着良好的应用价值，通过梳理该技术在实际应用中需要注意的相关内容，对于加快问题发现速度、提升数据分析结果可靠性有着积极的意义。