结构工程检测论文关于光纤传感技术在结构工程检测中的应用论文范文参考资料

结构工程检测论文关于光纤传感技术在结构工程检测中的应用论文范文参考资料 摘要：本文首先简要的描述了一些关于光导纤维和它的传感基理，和利用光纤的传感技术来检测有关钢筋混凝土的结构在养护期间的裂缝的宽度、热应变和的温度、内部应力的应变、结构的整体性、振动参数等各方面的具体策略及相应原理作出了详细的分析与讨论，然后综合国内外的发展状况，在最后指出一些需要更深一步来解决的理由。 关键词：光纤传感；钢筋混凝土；无损检测；结构 【引言】 近些年来，为了传统结构安全的检测策略的改善，把光纤传感这项技术应用在结构工程的领域，来检测一些结构的外部承载量，测量其内部的温度、应变、应力和由外部的承载所引起的部分损伤.光纤传感技术应用于工程结构检测尚处于初始阶段，尽管还有一系列理由还没有很好的解决，但由于它具有不受电磁干扰、测量精度高、单端输入输出、可以用于比较恶劣的工程环境等优点，成为了人们研究的一个比较热的课题。光纤传感技术在结构工程中的应用研究是一个充满挑战的领域，具有广阔的前景、巨大的作用和效益。在欧美等其他工业较发达的国家已逐步把光纤传感的技术用在了结构的安全监控，我国国内的一些专家和学者也成功地把此技术应用在了土木工程结构的监测，并取得了一些研究成果. 1、光导纤维和它的传感原理 光导纤维（或光纤）是在二十世纪的70 年代左右才开始开发研究的，其主要的成分是 SiO2，它的直径一般在 100至125微米之间，它是一种由外包层和里面的芯所构成的纤维状的光纤通信介质（图一）。因为纤芯的折射率 n1是大于包层材料的折射率 n2的，所以根据*ell及全部内反射法则，光在传输的过程中能量损失很少。至于传感原理，光纤是利用光在光纤过程中所产生的散射、干涉、偏振、或着因为光纤变形、破损而导致输出光产生不同变化的现象。 2、光纤的传感技术在结构工程的检测中的相关应用 钢筋混凝土在工程中是被经常使用的一种结构材料，它主要的应用形式，是把光纤材料注进混凝土结构里或着粘贴在其表面，同时也包括裂疑宽度的检测、混凝土结构的热应变与温度、振动参数、结构内部的应力应变以及结构的整体性估计等其他应用 2.1 热应变及温度的检测 混凝土在养护期（通常28天）内，因为混凝土各个部分温度不同，所以各部分的热应变也个不相同。这种情况对一般的混凝土结构理由并不大，但是对于那种体积或者面积比较大的混凝土工程来说，理由则相对严重。因为热应变不同所产生的拉应力强于混凝土或者大面积的混凝土工程，理由也会很严重。而且热应变不相同所产生的拉应力大于钢筋混凝土在抗拉方面的强度，就会有裂缝产生。所以利用ODTR 技术和埋入式的光纤传感器来测量较大体积的混凝土或着较大面积的混凝土工程的内部温度分布就很有必要。在日本，有一个研究小组利用光纤分布形式的温度传感器来测量钢筋混凝土在养护期间的温度的分布。而 Huston 等人则利用强度较大的光纤传感器检测钢筋混凝土在养护期间发生的应变情况。 2.2 结构内部应变与应力检测 2.3 结构振动的测量 光纤传感器因为原有的远距离的传输能力和抗电磁干扰能力，可以在线、远距离地测量结构的整体或着重要部位的振动频率及大小。Spillman 等专家提出了利用多模光纤来测量振动的策略。多模光纤的内模之间的干涉和多模光纤承受的外界的扰动有一定关系。因为通过多模光纤的输出光斑整体或者部分的光强变化和光纤承受的振动的关系，可以测量出结构的振动频率及幅度。Spillman 等专家还利用这个策略测量出有关钢结构方面的振动，所测出的结果和加速度计检测出的结果相同。 2.4 裂缝的监测及结构的整体性预估 对结构裂缝的宽度检测可以当做结构的整体性的评价依据。埋入式的单模光纤输出光强度的变化，可以检测裂缝的发生和扩展。Fuhr 教授等专家在用光纤传感器形成传感网络，遥控来监测结构的性能并设置光纤的监控系统方面也做出了一定的研究。 3、国内外的发展状况 在1989 年，美国的布朗大学（Brown university）的Mendez 等教授率先提出了把光纤传感器利用在钢筋混凝土的结构检测。此后美国、德国、 _、等国家的研究机构也投入了大量的精力探索光纤传感器在土木建设结构中的应用。这些国家中美国的佛蒙特（Vermont）大学研究的成果是最突出的。这所学校从20世纪的90年代初期就光纤传感器的振动监测和智能化的混凝土结构的健康诊断等方面开展了一系列探索：比如，该校1989年在一座横跨了威努斯基（Winooski）河的桥面设置了光纤传感器，并对桥梁的振动响应进行了缜密的监测，与此同时同采用传统的传感器监测出的结果进行仔细对比，两者较好的吻合；在1991年把分布式的光纤应变传感器设置在这所学校的一幢新建的大楼中，来监测它的损坏情况；在1992年又把相同的传感器置入容量为7.5MW 的水电坝，此传感器可以实时报告在未来的50年内的水坝安全性。此外，德国的结构维护和现代化研究所的专家Habel等人利用裸露的光纤来测量钢架桥的路面裂缝产生情况，Griffith等人运用光纤的压力传感器和应力传感器来监测桥整体性的状况；在1993 年建设于 _Calgary 名为Beddingto Trail 的最新型的两跨大桥内也安置了光纤的布拉格光栅传感器，来监测桥墩那个部分在采用了复合材料之后桥梁的内部的应力状态变化；以及新泽西州利用埋入式的光纤传感器来探测一些建筑中的声音发射理由方面的研究报道。在我国，重庆大学的智能结构研究所在1992 年就开始了光纤的传感技术在一些结构工程中的应用研究，黄尚廉院士及其他专家对F - P 干涉仪在工程结构的监测应用进行了深入的研究，并且取得了不小的成果。在1997年重庆大学的国家教委光电技术和系统开放实验室研发了一种相对新颖的多模光纤振动的传感系统，并在虎门大桥的桥面铺装结构模型的实验中应用。宏伟的长江 _同样引用了光纤实时监控的技术。还有就是卢哲安等人为了有效的解决并消除温度及应变的交叉敏感度、光纤传感器技术的实现、光纤的保护材料选取等理由，研制出了一种