光纖傳感器對土木工程的應用
前言：本站為你精心整理了光纖傳感器對土木工程的應用范文，希望能為你的創作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。
摘要:以往在土木工程和建筑方面受力毀壞的工程因為無法得到精確的力學數據而得不到進一步的研究，本文簡單介紹光纖傳感技術的發展史，由此引入光纖傳感技術對土建帶來的深遠影響。現如今隨著社會科學技術的發展，光纖傳感技術得到了很好的發展，可以利用通過很好地利用光纖傳感技術對道路橋梁和建筑工程進行實時監測，對理論分析有著重要意義。
隨著科技的發展，在當今社會出現越來越多的大型、特大型工程，這些工程在人們的日常生活中帶來了巨大的方便的同時也承擔著巨大的安全風險。所以對這些工程的安全性、可靠性、穩定性要進行全方位的監測，把安全隱患降低到最小，做到防患于未然，保障人民的生命財產安全。光纖傳感技術可以對結構的整體性和受力進行實時監測，而且可以進行設備的控制。光纖傳感技術在我國應用在土木工程和建筑項目的工程案例還不是很多。一方面是由于我國相對于西方歐美發達國家在光感技術方面發展較晚，科技不成熟的原因;另一方面是由于光感核心技術被西方大的科技公司壟斷，賣給中國的光纖技術設備的價格過高。
1光纖傳感器的發展
在1989年美國布朗大學的Mendez等人首次將光纖傳感器埋入混凝土結構中進行安全監測，接著歐美等發達國家的一些學者開始將這一高新技術用在了建筑工程的研究，并取得了很好的成果［1］。為了檢測應力分布，Hendriek等［2］人把單模光纖埋入混凝土和土壤的飛行跑道上。美國多倫多大學Measure等人在1993年建于Calgurg市的世界首座預應力碳纖維高速公路橋上埋人Bragg光柵傳感器，并對其內部的應力變化狀況進行了監測。Wolff和Miesseler［3］在一座53米長的橋梁上將光纖傳感器埋入橋面內，測量了延伸率和拉應力。光纖延伸率的測量揭示了橋梁內溫度和蠕變的影響因素。美國Vermont大學的Hustin．Fuhr等人在該校的一棟6000m2大樓的建造過程中埋人光纖傳感器，用來監測結構的安全狀況。他們還在一些人行天橋、州際公路橋、鐵路橋及大壩中埋人光纖傳感器，監測其應力應變、結構振動、結構損傷程度、裂紋的發生與發展等內部狀態，取得了較好的測試效果。在國內，這項新技術也被應用于許多重要工程。上海紫珊公司將光纖光柵傳感器成功應用于上海盧浦大橋［4］。香港理工大學的研究人員設計和建立的光纖光柵傳感網絡用于香港青馬大橋［4］。三峽工程中也使用了分布式光纖傳感器監測裂縫和大體積混凝土的溫度。另外，在古洞口面板堆石壩和重慶魚跳電站混凝土面板堆石壩中均應用了分布式光纖傳感器監測壩體裂縫［5］。
2光纖傳感器在土建工程中的應用［6－7］
因為混凝土具有徐變特性，剛澆筑的混凝土收縮量大導致許多傳感器都不能檢測混凝土的收縮應變，但是光纖傳感器可以。建筑工程實體在建筑過程中埋設光纖傳感器可以對結構內部的應力、應變進行實時監測，并且可以方便的確定受損部位的位置及混凝土強度的非破壞性測量。并且可以通過在建筑實體的關鍵部位鋪設光纖傳感器來監測混凝土中裂縫、鋼筋、空洞發展變化情況。目前光感技術也運用到了建筑結構的基坑中。由于光纖傳感器在埋入時混凝土的固化、振搗等原因導致光感器失靈，所以在實際操作上有待進一步的研究。光纖傳感器在土木工程中對結構的監測變得越來越活躍，實測得出的數據對道路橋梁等工程的維護、安全有重要的作用。鋪設的光感器和裂縫方向有接觸，在不需知道裂縫方向的前提下，可以通過計算對形成裂縫的原因進行詳細分析。在大體積混凝土澆筑時釋放大量的熱，光纖溫度傳感器可以檢測混凝土內部的溫度，可以實時監測控制溫度預防溫度裂縫的產生。光纖感溫傳感器因其具有較高的靈敏度，不受電磁干擾，長久的耐用性以及較精準的定位性等優點被應用在隧道的消防安全保護工作中［7］。光纖氣體傳感器可以對對空氣中氣體進行檢測。在瀝青路面鋪設光纖光柵得到的應力應變波形圖通過模擬與實測對比可以進一步的對瀝青路面的病害進行研究。
3結論
光感技術已發展20年有余，在很多的領域都發揮了重要的作用，但是在工程應用領域特別是國內，傳感器還處于初步的研究和開發階段，其自身的技術、材料、耐久性、準確性以及造價等一些問題有待解決。盡早的讓光纖技術成熟化和商業化對現代社會的建筑、公路、橋梁等的研究有巨大的幫助。使用光纖傳感技術可以對橋梁、公路、建筑等進行長期檢測，進而可以有效地降低安全事故的發生，有效的保障人民的生命財產安全;也可以合理地分析各方面的病害對工程實體造成影響的原因。未來越來越多的智能技術會應用到土建工程中來，光纖傳感技術在土建工程中擁有較為廣闊的前景，它不僅可以給土建工程檢測帶來全新的發展方向，而且也具有重大的科學意義和社會效益。
參考文獻
［4］武林，潘文娜，殷宗敏，等．光纖光柵的應用研究［J］．光纖與電纜及其應用技術，2005(1):6－10．
［5］蔡德所．光纖傳感技術在大壩工程中的應用［M］．北京:中國水利水電出版社，2002．
［6］薛偉辰，鄭喬文．光纖傳感器在建筑工程中的應用研究［J］．建筑技術，2006，37(11):833－835．
［7］康明．光纖感溫探測技術在隧道消防保護中的應用［J］．山西建筑，2004，34(16):308
作者：王沖 單位：山東科技大學土木與建筑學院
