光纤传感技术在桥梁检测中的应用研究

陈婵玥

（广东荣骏建设工程检测股份有限公司，广东 广州510000）

0 引言

光纤传感技术作为当前一种新型的检测技术，对保证和提高桥梁施工的质量具有重要的作用。尽管当前光纤传感技术已经能够满足大部分桥梁工程的检测要求，但不同情况下的桥梁工程对检测工作的开展要求不同，因而光纤传感器在检测范围、距离以及应对各种复杂地质环境方面仍有较大的发展空间。通过对光纤传感技术在实际桥梁检测中的应用进行分析，研究光纤传感技术未来的发展方向和趋势，能够为光纤传感技术的深入研究和优化提供一定的思路。

1 光纤传感技术

1.1 光纤传感技术的应用原理

光纤传感技术从本质上来说是一种转换技术，能够利用光纤来将环境中的物理量转换为检测信号，从而实现对被测物体检测的相关要求。光纤是光线传播的主要介质，光线携带的光波振幅、光波波长等特征数据能够通过光纤进行传播。光纤传感器是光纤传感技术应用的主要工具，一般由光源、光纤和探测器三个部分组成。在实际应用中，光源发出的光能够以耦合的方式进入光纤，再经由光纤传播到传感器内部的调制区，调制区内部的光信号会受到外界光源产生的被测参数影响，在光的强度、频率、相位等方面发生变化，形成被调制后的信号光，然后再利用光纤将光线传输到光探测器中，由探测器呈现出检测的具体结果。当前，以光纤传感技术为主要原理的光纤传感器已经在桥梁工程的检测中得到了较为广泛的应用。

1.2 光纤传感技术的应用优势

在各种实际的场景应用中，光线传播本身很容易受到温度、压力、磁场等方面变化的影响而导致检测结果发生变化。应用光纤传感技术，能够让光线始终在一个较为稳定的环境中进行传播，不仅不会受到各种环境因素的干扰，也不会与电磁波发生对冲，能够有效保障光纤传感技术的实际应用效果。而基于现代桥梁工程的复杂施工环境条件，光纤能够以其自身良好的柔韧性来克服各种情况下现场检测的困难，摆放成符合现场检测要求的形状。同时，光纤传感器的测量频带也比较宽，且能够依据现场检测的实际条件进行调整，传感器的动态响应范围也比较大，能够依据现场检测的要求，制成针对声场、磁场、压力等不同物理量进行检测的传感器，也能够与计算机进行连接，以系统控制的方式满足远程对传感器进行操控的要求。

2 光纤传感技术在桥梁检测中的应用分析

现代桥梁工程施工技术水平不断提高，对桥梁建设的要求也越来越细化，精度要求也在不断提高。其中，桥梁工程的承重能力是关系到整个项目施工质量的主要因素。应用光纤传感技术，能够以更加先进的方式，满足不同环境、不同建设要求下桥梁检测的施工要求，为桥梁工程的建设工作提供保障。在对桥梁检测中应用的光纤传感技术进行分析时，主要可以从以下几个方面入手：

2.1 在桥梁应变检测中的应用

对于桥梁工程的施工建设，首先需要考虑的一点就是桥梁结构能够承受的应力情况。如果桥梁受到的应力大小超过桥梁自身承载的最大标准，就会导致桥梁结构出现变形的情况，严重时甚至会影响到桥梁结构整体的安全性和稳定性。基于保障桥梁工程施工质量安全的要求，需要在实际施工中对桥梁结构的应变情况进行检测。在桥梁应变检测中应用光纤传感技术，主要以在桥梁结构中安装光纤传感器的方式，配合明确的应变标注，实现对桥梁在施工建设中呈现的应力变化情况。在整个检测的过程中，需要及时对应力的变化情况进行记录，从而为判断桥梁本身的应变情况提供更加科学准确的依据。结合当前部分桥梁工程中应用光纤传感技术的经验，对于桥梁结构质量的检测，依据结构部位的不同有一定的差异。对桥梁局部结构应力的检测，一般应用E-P光纤传感器来实现；而对于桥梁结构分布应力的检测，则主要由光纤布拉格光栅传感器来满足应变检测的相关要求。

具体而言，在桥梁应变检测中应用光纤传感技术，需要在安装光纤传感器之前，对桥梁工程现场的环境条件进行勘查，判断工程现场的静态环境条件是否符合光纤传感技术的应用标准，并依据现场的整体情况来选择合适的传感器设备类型。对于光纤传感器安装观测点的选择，不仅需要保证观测点分布的均匀性，还需要能够覆盖到整个桥梁工程的施工范围，保证测点分布的全面性。在实际对桥梁工程进行检测时，需要依据光纤传感器自身的标准量来开展应力输入的工作，将输入和输出的数据实时记录。在每次检测之前都需要手动将传感器的输入值归零，然后重新依据传感器输入和输出的量进行记录。在得到检测的相关数据之后，还需要依据相关的数据公式对检测得到的数据进行处理并绘制曲线，从而得到在不同应变情况下桥梁结构的应变值，以此来判断桥梁结构施工建设的稳定性和质量安全是否符合要求。

2.2 在桥梁振动检测中的应用

对于桥梁工程的振动检测，主要针对桥梁投入使用后的情况而言。桥梁工程的施工建设能够满足连接两个地区之间的交通需求，且对于一些地质环境条件较为复杂的地区而言，桥梁工程的施工建设不仅能够满足地区之间的交通通行要求，还能够对促进地区的经济发展起到有效的作用。基于这一前提，桥梁工程往往会在投入使用后拥有较大的交通量。而过往车辆，尤其是一些大型货车在行驶过程中会导致桥梁产生振动的情况，在投入使用一段时间之后，这种振动会严重影响到桥梁结构整体的稳定性和安全性。在桥梁振动检测中应用光纤传感技术，能够通过对桥梁使用过程中桥梁结构的振幅、频率等相关参数的检测来测定桥梁结构发生振动的情况。

具体而言，在桥梁振动检测中应用光纤传感技术，首先需要在桥梁结构的表层或内部选择合适的位置安装信号光纤，由信号光纤来感受桥梁在使用中受到振动的情况，并及时做出振动响应。经由信号光纤和传感器来对获取到的信息进行处理之后，就可以在传感器终端输出得到光信号参数。通常情况下，由检测得到的光信号参数会呈现出周期性的变化趋势。在将这些光信号参数进一步传递给处理系统之后，就可以通过FFT来对这些光信号参数所反映的桥梁结构振动周期和频率进行分析。桥梁振动情况很容易影响到正常通车以及行车的安全性和舒适性。现有的光纤传感技术大多只应用于整体桥梁结构的检测，在现代桥梁工程施工建设越来越复杂的情况下，对于桥梁振动情况的检测还需要能够从桥梁的局部位置入手，对相关位置的振动频率和振幅进行检测，才能够更有针对性地采取措施来缓解桥梁产生的振动情况。因而在实际应用光纤传感技术的过程中，光纤传感技术还需要进行优化创新，让检测技术能够直接对桥梁的局部结构振动情况进行检测，从而更好地保障桥梁结构安全性和稳定性的建设要求。

2.3 在桥梁混凝土结构检测中的应用

混凝土是桥梁工程施工建设应用的主要材料之一，混凝土结构的施工建设需要满足承载力、混凝土强度以及稳固性等方面的要求，才能够确保实际的施工建设质量。而桥梁工程在投入使用一段时间之后，混凝土结构很容易因遭到侵蚀而出现裂纹，就会给车辆的正常行驶以及桥梁结构埋下安全隐患。结合桥梁工程的实际建设经验，桥梁混凝土结构容易出现的裂缝一般包括贯穿裂缝和深裂缝两种情况。贯穿裂缝会严重影响到桥梁结构的使用性能，许多桥梁的安全事故都是由于贯穿裂缝导致的；深裂缝的尺寸一般能够达到0.2～0.3m，如果没有及时采取措施进行修补，就很容易诱发严重的桥梁坍塌事故，影响过往车辆的行驶安全，也会严重破坏桥梁整体的结构。

基于这一情况，可以在桥梁混凝土结构检测中应用光纤传感技术，依据更准确的检测结果来对桥梁混凝土结构进行调整，让混凝土结构的性能能够在桥梁使用中得到充分的发挥。当前桥梁混凝土结构检测中应用的光纤传感技术以分布式的检测技术为主，在实际应用该技术时，需要提前在混凝土结构中预埋光纤传感器，从而实现对混凝土结构强度、耐久性等参数的检测。从实际的应用情况来看，应用光纤传感技术不会对已经施工完成的混凝土结构造成破坏，且能够依据桥梁混凝土结构类型的不同，选择合适的检测位置，具有更大的灵活性，能够适应不同条件下的桥梁检测需求。而分布式光纤传感技术能够覆盖到桥梁混凝土结构的所有范围，避免在实际检测中出现漏检或错检的情况。

同时，考虑到当前桥梁工程中应用的混凝土结构以钢筋混凝土为主，而钢筋在实际的使用中也会由于受到环境的影响而出现腐蚀的情况，这时就可以应用光纤传感技术对钢筋的腐蚀情况进行检测。钢筋本身作为桥梁混凝土结构的主承力构件，其重要性不言而喻。如果钢筋在实际使用中受到较为严重的腐蚀，会直接影响到整个桥梁结构的安全性。针对钢筋腐蚀情况应用的光纤传感技术，以光纤腐蚀传感器为主。在实际应用该技术时，需要让传感器的频带光源发出的光进入测试光纤当中，并从测试光纤的开窗区射出。在这个过程中，如果光纤和钢筋之间距离没有超过10mm，光信号在照亮钢筋之后，钢筋表面的局部区域能够对照射的光信号进行颜色调制。经由调制后得到的光信号能够通过标准分光仪传感器来进行传感，如果传感后输入光的颜色发生明显的变化，就证明钢筋已经存在腐蚀的情况。基于这一前提，可以在同一根光纤上开设多个窗口，并配合时分复用系统来对光纤不同开窗区反映腐蚀情况的信息进行判别，从而提高对钢筋腐蚀情况进行检测的准确性。但从实际光纤传感技术的应用情况来看，当前对于钢筋腐蚀部分应用光纤传感技术的经验和研究都比较少，且由于受到光纤保护问题的限制，即便对钢筋腐蚀检测中应用光纤传感技术的情况进行研究，也大多只能在实验室进行，难以在全国范围内的桥梁工程检测中广泛应用。因而在未来的发展中，需要基于桥梁工程的实际情况，对钢筋腐蚀检测要求下的光纤传感技术进行更深入的研究，不断提高钢筋腐蚀检测结果的准确性。

2.4 在桥梁其他检测中的应用

光纤传感技术作为一种新型的检测技术，能够有效满足对整个桥梁工程进行质量参数检测的要求。因而其除了能够被应用到一些桥梁工程的重点施工内容之外，还能够被应用到其他一些部位的质量检测当中。例如，对于桥梁工程而言，桥梁结构整体的受力情况直接关系到桥梁结构的质量安全，应用光纤传感技术，能够通过对拱桥系杆、吊杆等桥梁受力结构附件应用情况的检测，判断桥梁结构的质量安全。桥梁工程中的预应力锚固构件也会影响到桥梁结构整体的稳定性。应用光纤传感技术，能够通过对锚杆、锚索等预应力锚固构件的质量检测来判断桥梁结构是否符合质量标准要求。

在实际应用中，光纤传感技术主要能够通过对构件受力大小、得到的检测值以及桥梁受力分布情况进行分析，更全面准确地反映出桥梁工程实际的使用性能。而考虑到现代桥梁工程现场实际的环境条件和施工建设要求不同，光纤传感技术的应用也需要能够结合桥梁工程的实际情况，选择合适的光纤传感技术来制定对桥梁工程进行检测的方法，并在应用技术的过程中严格按照相关的步骤和程序，确保应用检测技术的准确性，从而有效保障桥梁工程施工建设的质量安全。

从光纤传感技术的实际应用情况来看，光纤传感器具有成本低、应用范围广的特点，既能够满足大部分桥梁工程施工建设的要求，也能够用于其他一些工程项目的检测当中。伴随着现代桥梁工程项目施工建设的不断发展，基于光纤传感器的光纤传感技术也需要进行不断的优化和创新，让光纤传感技术能够成为推动桥梁工程结构不断完善的有效工具，在推动桥梁整体结构不断完善的同时，也能够有效保障桥梁工程施工建设的质量安全。因而从整体来看，光纤传感技术在现代桥梁工程的施工建设中有着广阔的应用前景。

3 结语

综上所述，光纤传感技术能够被广泛地应用于桥梁工程的多种检测工作中，并保证桥梁工程的施工质量。光纤传感技术所拥有的应用优势，使其比以往的检测技术拥有更大的检测范围，能够满足大部分桥梁检测的应用要求。在现代桥梁工程施工建设要求和环境条件越来越复杂的情况下，光纤传感技术的研究重点需要放到克服各种实际施工环境和改善桥梁工程内部结构质量上，不断提高桥梁检测的质量效果，为桥梁工程施工提供更加准确的依据。