光纤光栅传感器在桥梁工程中的应用与研究现状

概述了光纤Bragg光栅传感器的基本原理及特点。介绍了目前光纤Bragg光栅传感器在国外、国内桥梁结构健康监测中的研究及应用情况;探讨了光纤Bragg光栅传感器在研究和应用过程中存在的问题及解决办法;展望了光纤光栅传感器技术在桥梁结构健康监测领域的应用前景。     

光纤布喇格光栅传感器用于桥梁监测

光纤布喇格光栅（Fiber-optic Bragg Grating，以下简称FBG）应变传感器具有极其优良的稳定性，已被证实适用于长期监测，在结构监测领域具有非常广泛的应用前景。对许多其它光纤传感技术和电子传感技术而言，信号强度的波动一直是困扰人们的难题，而FBG传感器所运用的光谱调制技术，具有内在的、抗信号强度波动的能力，这保证了测试的稳定性以及导线与接头的非敏感性，这些都是在确保高分辨率与高精度的前提下，进行长期和间歇监测的必要条件。介绍光纤光栅传感技术及其在桥梁监测中的应用情况。     

光纤光栅传感技术在桥梁结构健康监测中的应用

概述了光纤Bragg光栅传感器的基本原理及特点。介绍了目前光纤Bragg光栅传感器在国外、国内桥梁结构健康监测中的研究及应用情况。指出了光纤Bragg光栅传感器在桥梁结构健康监测领域的应用前景。     

光纤Bragg光栅传感器在冷饭盒大桥的应用

分析了光纤Bragg光栅波长变化与应变的关系，通过等强度梁试验具体验证了这种关系；研究了光纤Bragg光栅传感器的布设工艺，并在冷饭盒大粱的施工过程中成功地布设了100多个光纤Bragg光栅应变传感器与20个温度传感器；布设的传感器监测了施工过程的钢筋应变历程，监测结果表明埋入的光纤Bragg光栅传感器可以方便地监测，具有良好的稳定性与耐久性，为桥梁结构的健康诊断提供可靠的依据。     

基于光纤Bragg光栅的缆索和索端锚头应力测量方法

为了防止缆索护栏由于索端锚头或缆索松动而不能起到应有的保护作用,采用一种基于光纤Bragg光栅非电量测量方法对其所受应力进行测量。将光纤Bragg光栅分别布设于缆索护栏的索端锚头刻槽内和缆索钢丝表面,通过破坏性拉伸试验与压力试验,得到应力与光纤Bragg光栅中心波长移位的数学关系。结果表明：拉伸时索端锚头处光纤Bragg光栅灵敏度为2×10-6μm.kN-1,缆索处光纤Bragg光栅灵敏度为6×10-6μm.kN-1;受压时索端锚头处光纤Bragg光栅传感器灵敏度为4×10-6μm.kN-1;光纤Bragg光栅传感器的测量量程和测量精度均能满足对缆索护栏监测的要求。     

边坡岩土体变形监测的光纤光栅测斜仪研发与工程应用

针对目前测斜仪存在的不足,利用光纤光栅传感技术的优势,研究开发了一种监测岩土体内部变形的光纤光栅测斜仪,并成功应用于某公路膨胀土边坡的坡体位移变形监测。工程现场边坡监测结果表明:该光纤光栅测斜仪监测的结果与常规测斜仪监测的结果比较吻合,验证了该光纤光栅测斜仪工作的可靠性。该测斜仪可和其它量测边坡参数的光纤光栅传感器组网成为一个监测系统,可实现对高边坡岩土体内部变形情况进行长期在线监测和安全预警预报。     

分布式长标距FBG传感技术在桥梁结构监测中的应用研究

为了在桥梁健康监测中准确获得结构变形,对基于分布式长标距光纤光栅(FBG)传感技术进行研究。该方法对FBG传感器进行二次开发,增长其测量标距,采用耐久、力学性能良好的封装材料对其进行封装;根据共轭梁法原理,利用FBG测量到的应变分布计算结构变形。在试验用混凝土"T"梁上安装标距长度为50cm的长标距FBG分布式传感器,并同时安装百分表实测挠度,两者测量结果表明:分布式长标距FBG传感技术可有效监测结构的受力和变形,与百分表所测到的挠度值误差在5%之内。     

一种新型平行钢丝智能拉索

在制备纤维增强塑料(FRP)筋的过程中,沿筋长度方向埋入光纤Bragg光栅传感器,制成了光纤光栅-纤维增强塑料复合筋(FRP-OFBG筋)。拉索制作过程中,将FRP-OFBG筋布设到平行钢丝拉索中,并利用冷铸锚锚杯内的环氧砂浆固定FRP筋的两端,得到一种新型平行钢丝智能拉索。利用智能筋与平行钢丝的协调变形,实现拉索的应力应变测量,监测拉索的工作状态。试验结果证明,该方法是可行的、有效的,且采用光栅传感器测量拉索应变测量精度较高。     

钢-混凝土组合桥面板模型混凝土顶裂缝损伤全过程检测

利用光纤Bragg光栅(FBG)传感器与电阻应变片同时监测,完成了钢-混凝土组合桥面板模型混凝土顶裂缝损伤检测。模型试验经历了静载、疲劳(300万次)和破坏3个阶段。测试结果表明无纵向承载裂缝出现时,FBG传感器测得相应位置的应变值。在破坏阶段,传感器布控区域相继出现裂缝损伤。利用FBG传感器测得了经历300万次疲劳循环后钢-混凝土组合桥面板模型混凝土顶发生裂缝损伤的临界应变值并追踪裂缝损伤的发展。与传统电测方式相比,FBG传感器显示了灵敏度高、精度高、测试范围大等优点。     

钢-混凝土组合桥面板裂缝的光纤光栅传感检测

采用光纤Bragg光栅(FBG)传感器完成了钢-混凝土组合桥面板模型试验的裂缝检测。试验经历了静载、300万次疲劳和破坏3个阶段。在静载和疲劳阶段并未发生裂缝损伤,测得在300万次疲劳试验后,桥面板混凝土开裂的临界应变值为87!"。试验表明FBG传感器可检测并追踪裂缝的发生发展。与传统电测方式相比,FBG传感器显示了灵敏度高,精度高,测试范围大等优点,这为组合结构的优化设计提供了可靠的信息依据和科学基础。结果表明了FBG裂缝传感器应用于桥梁健康监测的可行性和先进性。     

光纤布喇格光栅传感器在桥梁应力监测中的实效性研究

分析了光纤布喇格光栅传感器的基本工作原理,利用光纤布喇格光栅传感器对悬臂施工的混凝土箱梁截面应变进行了短期的监测,监测结果同钢弦应变计的监测结果及数值模型的分析结果进行了对比。分析表明:光纤布喇格光栅传感器成活率高,可信性高。     

锂离子电池安全检测传感器研究进展

近年来, 由于热失控引发的锂离子电池安全事故频繁发生, 严重影响了新能源汽车运行安全, 作为保障车辆运行安全的有效手段, 对电池系统进行安全检测尤为重要。为提高锂离子电池的性能、延长循环寿命, 减少热失控安全事故的发生, 需要利用传感器技术对电池工作状态进行实时监控和检测。根据电池正常和异常工作状态下各物理量的变化, 常用的安全检测信号有应力应变、温度以及特征气体等。目前, 用于检测上述信号的安全检测传感器在电池状态检测方面已得到了广泛的应用。然而, 传统的传感器存在着体积大、灵敏度低、不耐电解液腐蚀等问题。对新型光纤布拉格光栅传感器、柔性薄膜传感器以及半导体式气体传感器的工作原理进行概述, 总结了上述3种传感器在锂离子电池应力应变、温度和气体检测的应用现状, 并从稳定性以及灵敏度等角度指出当前研究的不足, 如光纤布拉格光栅传感器电池体系适用性差, 插入式薄膜传感器影响电池性能, 半导体气体传感器精度和寿命低等问题。如何以经济、安全和实用的方式将传感器安装到电芯中, 减轻实际应用中传感器对电池循环性能的影响以及提高传感器信号传递的稳定性、精度、灵敏度, 是锂离子电池安全传感器开发面临的挑战, 仍然需要在传感器、电池设计等方面开展大量实验研究。      

内置光纤光栅传感器的智能缆索

采用特制光纤光栅应变传感器,将其埋植于缆索的连接筒部位的外层钢丝上、以实现对缆索整体索力的测量。通过独特的传感器封装结构设计、特制的机械连接固定方式、埋植过程中的可靠操作工艺,有效地保证了光纤光栅的存活率;有效地保证了传感器在大应力状态下测试的长期可靠性、稳定性。内置光纤光栅传感器的智能缆索工艺在长约400 m的253丝实索上进行了验证。经过有效的工艺验证及试验结果,智能索制作工艺方案可靠,传感器成活率高。研发的智能缆索可实现对整索索力进行在线监测,满足大型桥梁健康监测要求。     

光纤光栅技术在桥梁测试中的应用研究

光纤光栅技术是一种新型的桥梁测试技术.概述光纤光栅传感器的基本原理、特点以及国内外研究应用情况;研究光纤光栅技术在拉索索力长期监测中的应用,开发了长期稳定性好、不受电磁场干扰、可实现分布式测量以及适宜远距离传输的光纤光栅测力环,并将成果应用于郑西客运专线提篮拱桥拉索索力长期监测;研究光纤光栅技术在大跨度桥梁动应力测试中的应用,选用灵敏度高、动态性能好的夹持式光纤光栅应变传感器,用于武汉天兴洲长江大桥通车鉴定试验动应力测试中.工程实例显示测试效果较好.同时,探讨光纤光栅传感器在桥梁应用过程中存在的问题并展望其应用前景.     

基于分布式传感光纤的隧道二次衬砌全寿命应力监测方法

应用气吹灌浆铺设技术将分布式光纤传感器埋入二次衬砌混凝土内部,并将光纤传感器时变应力场监测结果与施工初期埋入的传统传感器初始应力场叠加,得到隧道二次衬砌的长期真实应力水平;通过对采用气吹灌浆铺设的光纤传感器进行标定试验,对二次衬砌长期应力场的监测断面进行应力水平分析,提出将时间序列分析方法应用于所有监测断面健康状态评估。结果表明:所提出的方法能够实现对隧道二次衬砌的全寿命健康诊断与评估。     

光纤传感技术在城市地铁工程监测中的应用

以广州地铁五号线小北站工程为例,介绍光纤传感技术的基本原理及光纤传感监测系统的组成,阐述其在城市地铁工程监测的应用方法和监测成果,通过对温度、混凝土应变规律、钢筋应变计的监测结果分析,表明光纤传感器耐腐蚀,反应灵敏且数据稳定,能够细微地反映出各种变化,在地下工程监测中具有广阔的应用前景,但由于首次将光纤传感器应用在地下工程监测,还存在测点选择不典型、光纤传感器对应变和温度交叉感应、对测点保护不够等不足之处。     

基于光纤光栅传感的铁路异物侵限监测系统研究

随着我国铁路建设进入快速发展时期,对铁路安全运输提出了更高的要求,建立铁路异物侵限监测系统显得很有必要。由此提出用光纤布喇格光栅应力传感器替代传统的电类传感器,分析了光纤布喇格光栅应力传感器的工作原理,设计了基于光纤光栅传感的铁路异物侵限监测系统并分析了预警过程。所设计的铁路异物侵限监测系统实现了分布式测量、光缆传输、系统集成、实时监测、在线控制等功能,为列车安全运行提供了可靠保障。     

基于分布式光纤传感器的预应力管道压浆质量检测

现有预应力管道压浆质量检测方法多为点式测量，检测效率低，对检测环境要求高，并且易造成压浆缺陷漏检。为了弥补这一问题，提出一种基于分布式光纤传感器的预应力管道压浆质量检测方法。通过对预应力管道内压浆缺陷进行热力学分析，探讨与压浆密实度相关的热力学指标及其求解方法，并通过物理模拟开展试验研究，将设计的加热型分布式光纤传感器布设于预应力管道内部，采集加热后分布式光纤传感器的温度数据，识别温度分布曲线中的温度峰，计算各温度峰位置所对应的缺陷截面等效导热系数，分析该系数与压浆密实度的相关关系。研究结果表明：通过识别分布式光纤传感器温度分布曲线中的温度峰，可以将预应力管道中所有压浆缺陷准确识别出；缺陷截面的等效导热系数可以作为压浆密实度的评价指标，根据实测结果所得各位置的等效导热系数，可以近似求解出所对应的压浆密实度。