关于桥梁检测中光纤传感技术的运用论述

周志强（甘肃省交通科学研究院有限公司，甘肃兰州7300500

关于桥梁检测中光纤传感技术的运用论述

周志强
（甘肃省交通科学研究院有限公司，甘肃兰州7300500

针对用于桥梁检测过程中的新型技术—光纤传感技术进行原理分析和阐述，并在此基础上，提出此项技术与传统桥梁检测技术之间所展现的优势，最后结合自身多年的工作经验以及相关学术资料，简述光纤传感技术在使用过程中的具体细节，笔者希望凭借自身多年从事桥梁检修的相关经验，给与从事该行业的相关从业人员提供一些有价值的参考，并以此起到抛砖引玉的作用。

桥梁检测；光纤传感技术；运用

在我国范围内，因为存在有较多的河流水域，因此针对桥梁开展的工程施工是我国进行基础设施修建的十分重要的部分。所以，针对桥梁自身安全性的质量检验，是关系到国家发展和人民生命安全的重要事项。笔者从多年从事桥梁检测的经验出发，认为当下我国在进行桥梁检测的过程中，绝大多数是采用了较为传统的电检测方法，使用这种方法进行桥梁检测的过程当中，往往出现有很多问题。例如相关仪器设备容易受到电磁的干扰，仪器不能在潮湿的环境中过长时间运行。并且在使用该方法进行桥梁检测的过程当中，需要在桥梁的诸多位置放置数量极多的传感器，在进行放置的过程当中，往往需要消耗大量的人力、物力以及财力。而使用光纤传感技术就可以很好的避免上述问题，并且检测结果也更加精准，因此值得大力推广。

1　关于光纤传感技术和传统电检测技术的比较

1）桥梁的检测方法。

在我国，开展桥梁检测一般来说都是使用较为传统电检测的办法，即在桥梁当中的某一部当中进行电阻片的粘贴，并在此基础上进行应变测量。该方法的科学根据是将电阻片安装为桥式结构，并由此对桥梁发生的变化进行感应，通过电能传导的方式，使应变变化△ε和电阻片当中电阻大小发生的变化△R的关系用公式△R=α△ε进行表示，其中α代表应变率，以此进行桥梁的检测工作。

而光线传感技术是使用光纤针对指定的物理量较为敏感的特点，把外界的相关物理量直接转变为可以通过检测得到的信号的一种手段。因为光纤不但能够成为光线的传播介质，并且在光线进行传播的过程中，会带有该光线的特征数据。例如，光波的振幅、光波的波长以及光波的相位等信息。而光线中的这些信息往往很容易受到外界原因的干扰而产生变化，这些干扰包括有温度、压力、磁场、位移、电场等。由此，技术人员就可以通过光纤当中光线所带有的信息进行相关物理量的检测，这就是光纤传感技术的技术原理，如图1所示。

图1　光纤传感技术原理

光纤传感器能够从光纤的信号调节方法、所检测物质和光纤的作用等不同的类别进行分类。如果从光纤的作用类别进行分类，光纤传感器就可以分成功能传感器与非功能传感器两种类别，其中功能传感器不但可以实现光线的传递功能，还能够针对所传递的信息进行分析，而非功能传感器就只能进行光线的传递。当下，在国际范围，针对光纤传感器的研发主要是从精确性和多功能的角度开展。

如果是由光线信号的调节方式的层面开展分类，光纤传感器又可以分成相位调节类、光强调节类和偏振调节类。在此之中光强调节类在用于工程测量的过程中，因为自身拥有较为简易的构造，同时还有较广泛的使用空间，因此被工程测量行业广泛使用。而面对有较高精度需求的测量行业当中，就需要使用偏振调节或者相位调节，伴随着科技水平的不断提升，在工程检测的过程当中，施工法对于精度有着越来越高的要求。所以，偏振调节与相位调节是从事光纤传感器研发的主要研究方向，在针对梁桥的检测作业中，一般是使用相位调节型光纤传感器。

2）光纤传感技术在进行桥梁检测中的优点。

（1）光纤传感技术有较强的抗电磁能力，并且材料乃腐蚀能力强，安全系数高。

（2）光纤传感器及相关设备同传统仪器相比，质量较轻，占地面积小，外形有极强可塑性。

（3）对于桥梁产生的损坏很小。

（4）拥有远高于传统桥梁检测方法的辨识率及灵敏度。

（5）可以和当下存在的光纤通讯技术进行组合，成为检测网络。

2　光纤传感技术在桥梁中检测的使用

1）使用范围。在桥梁检测的过程当中，光纤传感技术的具体使用范围为以下三个部分，分别是既有桥梁构造的工作性能的检测、桥梁构造的施工检测、使用较长时间的桥梁的结构损坏检测。

2）针对应变光纤传感的检测方法。按照光纤传感过程中的科学原理，把光纤应变传感器安装在初始位置并进行标注之后，便可以开展对于应变的测量工作。进行标注的作用是获取光纤应变检测设备和传统的电阻片式传感器之间的数据关系，按照实际状况，使用静态标注的办法。这里所说到的传感器的静态特点，就是开展测量工作时，周边的环境必须在静态的标准下开始标注。就是在检测过程中，不会出现加速度、震动和剧烈冲击（上述参数为待测物理量的情况除外），且温度需要控制在15～25摄氏度之间，空气相对湿度需要小于85%，大气压在1.01MPa±0.07MPa的环境中开展检测工作。

针对传感器的静态特点进行标注，第一步是要针对静态环境的标准条件进行判定。再有就是选择出和被标注光纤传感器之间精确性为同一等级的标注用机械设备，之后方能开展针对传感器的静态特征标注工作。

进行静态标注的具体环节如图2所示。

图2　传感器标注曲线

（1）把光纤传感器的检测信息范围，分为多个间距相同的点。

（2）按照光纤传感器检测信息范围的具体状况，从零开始在每一个间距点当中进行标准量的输入工作，并在输入的过程中针对输入量与输出量开展记录工作。

（3）把所输入值从最大值到0逐渐降低，并且再一次针对输入量和输出量进行记录。

（4）重复步骤2和步骤3多次，并进行对所得数据的处理。按照处理之后的最终数据结果就能够对光纤传感器的灵敏性、线性度、滞后性与重复性等静态指标进行判定。

依照笔者所阐述的测量步骤和测量方式，能够得出光纤传感器的标注曲线为如图2所示，由标注曲线的斜率能够得出电阻是应变仪和光纤应变检测仪之间的相对应的系数关系。在图2中，实际测得的点按照曲线的方程式为y=0.3658x-1.8302（其中y表示为光纤传感器经过测量得到的应变值，x表示为使用电阻应变器测量得到的应变值。

3）桥梁动测过程中光纤传感技术的使用。使用光纤传感器进行桥梁震动数据的检测，主要能够得出桥梁振动所对应的相关数据包括有振动的频率、振幅等。具体检测方法是：把信号检测光纤粘贴在桥梁的测量区域表面，或者埋入测量区域当中，信号检测光纤能够随着桥梁产生的震动进行光纤信号相响应，并进行光的相位输出作为光的周期性变化，在此时相关光纤探测设备所收到的信息也是呈现周期变化的。把所得到的震动数据进行FFT运算之后，就能够得出桥梁的震动频谱，由此得知桥梁的震动周期。

3　结语

自20世纪70年代，光纤传感技术问世至今，在全球范围了，该项技术已经得到了飞速的发展，针对工程中的各种参数进行测量的光纤传感器由此而诞生。在进行光纤传感技术使用的过程当中，其设备往往体积很小，一般来说一个光纤传感器的长度最短不足1cm，并且有着很高的准确性和抗干扰性，因此值得大力推广和使用。但是在中国范围内，笔者发现此项技术尽管已经问世40多年，但是

仍旧没有进行大范围的使用，这是值得反思的。让许多更有优势性的技术在我国工程施工行业中引进来，才是让我国始终保持快速发展的核心理念。

［1］毕卫红，郎利影.光纤传感技术在桥梁检测中的应用［J］.仪表技术与传感器，2002，06：49-51.

［2］毕卫红，郎利影.桥梁检测中光纤传感技术的研究综述［J］.传感器世界，2002，06：1-5.

［3］ 宋沛.光纤传感技术与城市桥梁检测［J］.中国招标，2011，38：55-57.

［4］殷中辉.光纤传感技术在桥梁监测中的应用［J］.交通标准化，2014，18：93-95.

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