光纤光栅传感器在水布垭面板坝平安监测中的应用.docx

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1、光纤光栅传感器在水布垭面板坝平安监测中的应用光纤光栅传感器在水布垭面板坝平安监测中的应用ronggang导语：本文分析了光纤光栅传感的根本原理，在坝体模拟槽试验中详细验证了波长变化与温度的关系;通过建立中的清江水布垭面板坝工程摘要：本文分析了光纤光栅传感的根本原理，在坝体模拟槽试验中详细验证了波长变化与温度的关系;通过建立中的清江水布垭面板坝工程，研究了用于大坝监测的光纤光栅传感器的系统构成，并成功地大规模布设了光栅应变传感器与温度传感器;监测结果说明光纤Bragg光栅传感器监测系统具有良好的稳定性与耐久性，为建筑构造的安康诊断提供可靠的根据。关键词：光纤光栅传感器;大坝监测;应变监测大坝的投

2、资大、效益高、在国民经济开展中起着举足轻重的作用，与人民的生活也休戚相关。一个庞大的水库，一旦失事，造成人民生命财产的损失是宏大的。本文对光纤Bragg光栅的温度/应变传感特性进展分析和试验研究;探究其布设工艺以及在大坝施工经过、长期应变监测中的技术。1.光纤光栅应变传感特性光纤Bragg光栅传感技术是通过对在光纤内部写入的光栅反射或者透射波长光谱的检测，实现被测构造的应变和温度量值的绝对测量，其传感原理如图1所示。而光纤光栅的反射或者透射波长光谱主要取决于光栅周期L和反向耦合模的有效折射率neff，任何使这两个参量发生改变的物理经过都将引起反射或者透射波长的漂移即有：DlB=2neffDL1

3、align=center图1.光纤布喇格光栅传感原理/align在所有引起光栅Bragg波长漂移的外界因素中，最直接的为应变参量，由于无论是对光栅进展拉伸还是压缩，都势必导致光栅周期L变化，并且光纤本身所具有弹光效应使得有效折射率neff也随外界应力状态的变化而变化，这为采用光纤Bragg光栅制成光纤应变传感器提供了最根本的物理特性。2.光纤光栅温度传感试验2.1试验设备及材料本文采用的是武汉理工大学光纤传感技术中心消费的光纤Bragg光栅应变传感器。接头采用通用的光纤FC/APC跳线头。Bragg中心波长识别系统采用美国MicronOptics公司消费的FBG-ISFiberBraggGra

4、tingInterrogationSystem光纤光栅解调器。该仪器基于F-PFabry-Perrot干预原理对Bragg反射谱中心波上进行解调，波长分辨率为1pm，扫描范围为1283-1312nm,扫描频率：50Hz。2.2应变传感试验原理及结果分析水库大坝周边缝某处出现渗漏时，该处的水将会通过坝体外表的缝隙浸透到坝体内，并在坝体内沿缝隙流动。水在流动经过中，导致此处坝体的温度发生改变，利用光纤光栅温度传感器检测出这个温度变化即可判定出渗漏点发生的位置。采用多个光纤光栅温度传感器可以构成分布传感网络，进而实现对整个大坝周边缝渗流监测。本试验模型平面示意图如图2所示，将光纤光栅传感器铺设于试验

5、水槽下方，水槽采用坝体附近的土石以尽量接近实际效果。试验模型断面示意图如图3所示。将中心波长为1296.5、1298.5nm的光纤Bragg光栅应变传感器用102胶粘剂粘贴于发热电缆上，并在相应位置布设高精度电阻应变片，通过砝码加载。align=center图2试验模型平面示意图图3试验模型断面示意图/align本次模拟试验选择三个渗流点进展二次试水试验观察渗流点处探头试水前后温度变化经过试验数据记录如图4。其中2-1;2-2;2-3;2-4;2-5分别是处于一根单模光纤上不同位置的Bragg光栅所反映出来的温度变化曲线。align=center图42#通道测试点温度/align从试验结果可以

6、看出，当发生渗流时，由于温度变化使其中心波长与温度的相关系数很高，并没有迟滞现象，它们存在很好的线性关系。证实了光纤Bragg光栅是一种特别理想的温度传感元件;这与理论分析结果吻合很好。而且传感器的一致性良好，非常有效于大面积贴片测量，实现工程构造的测量。3.光纤光栅安康监测系统构成光纤智能安康监测系统主要由以下三局部构成：光纤传感器系统，信号传输与收集系统，数据处理与监测系统。如图5align=center图5光纤Bragg光栅传感器FBG桥梁构造监测系统/align进展监测时，光纤传感器测量到的坝体实时状态信号经过信号传输与收集系统送到监测中心，进展相应的处理和判定，进而对坝体的安康状态进

7、展评估。假设监测到的关键安康参数超过设定的阀值，那么通过即时信息通知相关的治理机构，以便采取相应的应急措施。4.光纤光栅传感器在面板坝工程平安监测中的应用水布垭大坝作为目前世界第一高度混凝土面板堆石坝，其中的很多工程技术问题都是世界性难题，要探究并解决这些难题需要采用大量的先进技术和工艺。在大坝的平安监测方面，经过综合比拟，最终确定采用武汉理工大学具有自主知识产权的光纤光栅渗流温度/面板应变监测系统。该系统是一套完好的、具有当代化监测和治理程度的平安监测系统，加强事故检测及缓解措施，充分表达运行可靠，反响及时，监控准确的特点本文成功地将光纤Bragg光栅温度传感器和应变传感器应用到大坝的施工监

8、测中，为进一步的工程应用积累了珍贵的经历，监测的结果说明：光纤光栅应变传感用具有优越的传感性能，十分是在长期稳定性方面，非常合适大坝、桥梁等工程长期监测的需要。光纤Bragg光栅应变传感器可以有效地监测大坝的施工经过，在实现对大坝整个生命周期的监测，大坝的长期安康监测和平安评估方面具有极大的应用潜力和前景。参考文献：1NellenM.,etal.,“OpticalfiberBragggratingforstructuralmonitoringincivilengineering.16thCongressofIABSEonStructuralEngineeringforMeetingUrbanT

9、ransportationChallenges,20002SchulzW.L.etal.,ProgressonMonitoringofAdhesiveJointsusingMultiaxisFiberGratingSensors,SPIESmartStructuresConference,NewportBeach.March2000.3BrnnimannR。etal。，“Applicationofopticalfibersensorsonthepowerdamofluzzone。SPIE1998，3407，386-3914姜德生，RichardO.Claus.智能材料器件构造与应用武汉工业大学出版社2000. 3