法布里-珀罗光纤传感器在桥梁健康监测中的应用

万方数据 查。这种方法既不能及时发现桥梁的某些缺陷， 也不能实时
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图# $ $ % &光纤传感器原理图 8 ! " # 8 ! # " # ! " $ 式中， — —相干光的相位差； !—
图! 测试系统示意图 （ ） !
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’ 测试及结果分析
某大型混凝土连续梁为箱形截面， 在施工时， 将( ( 0 3 传感器和电阻式应变传感器与钢筋复合埋入混凝土中， 传感 器的布置如图&所示， 每个位置埋入一只 ( ( 0 3传感器和一 只电阻式应变传感器。利用所设计的测试系统对桥梁的施 工进程进行跟踪监测， 通过测试每个施工节段和体系转换后 的应力变化情况， 掌握施工质量和施工安全状况。由于混凝 土浇注是在晚上进行， 浇注前后的应变的变化情况， 可以真 实反映每个施工节段和体系在转换后的应力变化情况， 所以
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式中， — —初始相位差； !"— — —传感光纤应变引起的相干光相位差； " ! # — — —光频率变化引起的相干光相位差； " ! #— — —环境温度变化引起的相干光相位差。 " ! &— 假定环境温度对相干光相位差的影响可以忽略， 光源光 频率保持不变， 则式 （ ） 简化为 $
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学科分类与代码： ! " # $ % # & #
【摘
要】 对桥梁实施监测， 是诊断桥梁健康状况的主要手段， 现代传感技术和计算机技术的发展， 使桥梁
健康状态的实时监测变为可能。笔者分析了法布里!珀罗光纤传感器的基本原理和特性， 设计了一种法布里 ! 珀 罗应变测试系统， 并在预应力混凝土连续桥梁上与电阻式应变传感器进行了应变对比测试试验。试验结果表明， 法布里!珀罗光纤传感器对环境温度不敏感， 易与钢筋、 混凝土复合， 适用于桥梁结构的应变测试， 可用于桥梁健 康状态的在线监测。
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第" $卷 第" R期 #RR$ 年 "R 月
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—( ） 具有体积更小、 不需要参考 ( * , / 0 + , 1 2 3 4 2 + , 5 + , + 4 6 + ( 0 3 . 臂的优点， 十分适用于桥梁应变的实时监测。混凝土连续梁 具有变形小、 结构刚度大、 行车平顺、 伸缩缝小、 养护简单、 抗 震能力强等优点， 是除简支梁外应用最广的一类桥梁， 应变 是反映混凝土连续梁桥梁健康状况的一个重要性能指标， 对 混凝土连续梁进行应变监测， 可为判断桥梁的施工质量、 健 康状态、 剩余寿命评估等提供依据。因此， 笔者选用 ( ( 0 3 传感器并应用于预应力混凝土连续梁应变监测中， 通过在施 工现场对桥梁应变连续跟踪测试， 证实了所提出测试方法的 可行性， 其试验结果为桥梁健康监测系统的进一步研究打下 了基础。
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跟踪缺陷的发展， 而这些缺陷的进一步扩展， 就有可能导致
［ ］ " 桥梁的坍塌， 因此， 必须对桥梁进行实时监测 。现代传感
到监测点的距离一般不超过! 不能进行远距离传输。 " "#， 此外， 对于混凝土连续梁应变的测试， 需要在施工时将传感 器埋入箱梁， 由于刚浇注的混凝土具有高湿度、 强腐蚀等特 点， 电阻应变传感器难以适应如此恶劣的工作环境。 光纤传感技术是 $ "世纪 % "年代发展起来的一种新型传 感技术， 与普通的应变传感器相比， 光纤传感器具有体积小、 重量轻、 柔韧性好、 抗高温、 耐腐蚀、 使用寿命长， 且抗电磁干 扰能力强， 易实现信号的远距离传输等优点， 效和坍塌事故， 给人 民的生命和财产造成了巨大损失。例如， # R R $年$月S日深 夜发生在葡萄牙的桥梁坍塌事故， 造成$辆汽车坠河、 T R人 丧生的悲剧。如何及时、 准确地评价桥梁的健康状况， 越来 越引起人们的关注。桥梁结构的应变状况是评价桥梁健康 状况的主要性能指标。对桥梁实施监测， 是诊断桥梁健康状 况的主要手段， 传统的桥梁检查方法是采用周期性的人工检
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法布里 ! 珀罗光纤传感器在桥梁健康监测中 的应用
# 吴文江"，
副教授
杜彦良#
教授
丁万斌$
助理工程师
（ " 北京交通大学机械与电子工程学院 # 石家庄铁道学院 $ 中铁第十八局集团第五工程有限公司）
［ ］ & 展前 途 的 传 感 器 。而 其 中 法 布 里 ’ 珀 罗 传 感 器 （( ) * + ,
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第! &卷
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技术和计算机技术的发展， 使桥梁健康状态的实时监测变为 现实， 有效的实时监测可以大大减少桥梁的保养维修费用， 延长桥梁的使用寿命， 确保桥梁的安全通行， 避免重大事故