监测桩基冲刷状态的新型光纤Bragg光栅传感器.pdf

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1、2010正传感器2010第7期andSensorNo．7监测桩基冲刷状态的新型光纤Bragg光栅传感器潘洪亮，何俊。，杨衍(1．黑龙江科技学院电气与信息工程学院，黑龙江哈尔滨150027；2．哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：桥梁结构被破坏的重要原因之一就是水流对桩基的冲刷使桥墩附近的基础被逐渐冲蚀，桥墩通常对于水流起阻碍作用，进而导致在桥墩附近水流流速过快并产生漩涡，冲蚀桥墩附近基础，使桥梁处于不安全的状态。由于河流冲蚀对桥梁造成的破坏已经成为世界关注的焦点。目前的桩基冲刷监测方法如人工深度尺、声纳、雷达和时域反射计(TDR)等有离线、精度低、稳定

2、性差、成本高和传感元件耐久性差等缺点，难于实时、准确监测桩基的冲刷状态。文中提出了一种通过监测桩基附近土压力大小进而分析桩基中刷状态的新型冲刷传感器，敏感元件选取光纤光栅(FBG)，光栅的封装采用经过结构优化设计的GFRP悬臂梁，在此基础上制作出适合实际工程应用的光纤光栅桩基冲刷监测传感器，同时通过大量的实验验证了这种传感器的传感性能，其空间分辨率达0．1m．关键词：光纤光学；冲刷传感器；光纤光栅；桩基冲刷仪r中图分类号：TP212．14文献标识码：A文章编号：1002—1841(2010)07—0010—03表NewMethodonScouringSensorBasedon

3、FBG技e术_旨PANHong—liang一，HEJun，YANGKan与(1．CoHegeofElectricalandInformationEngineering，HeilongjiangInstituteofScienceandTechnology，Harbin150027，China；2．SchoolofMechatronicsEngineering，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)Abstract：LocalSCOUrtothepierfootingisoneofthemostseriousfactors

4、forthebridgefailure．Bridgepiersoftenobstructtheflowoffloodwaters，causinganincreaseinvelocityandthedevelopmentofvortices．TheincreasedvelocityandvorticesoftencausescourIleal"thebridgefoundations．Thedamagetobridgescausedbyscourareproblemsofinternationalconcern．Thecommonmethodssuchassonar，radar

5、，timedomainreflectomet~(TDR)aredifficultfortherealtimelocalsourmonitoringbecauseofitsbadsurroundingsaroundthepiers．AnewkindofFBGsouringsensorforthelocalscourwasindicated．FBGwasencapsulatedinGFRPcantileverbeamandthestructureofthesensorwasoptimizedbyAnsyssoftware．Thengroupsofexperimentswereca

6、rriedouttovalidatethecharactersofthesensor．Thespaceresolutionofthesensorisupto0．1m．Keywords：fiberoptics；scouringsensor；FBG；localscour0引言高空问分辨率的冲刷传感器，其监测原理是桥墩附近的基础被传统的冲刷深度测量仪器有人工深度尺、声纳、雷达和时冲蚀后，基础对桥墩的压力(广义的认为是土压力)就会发生改域反射计(TDR)等』，目前的冲刷监测手段缺乏实用性，一变，通过监测桥墩附近土层的压力变化就可以监测桥墩基础被般都有离线、精度低、稳定性差、成本高、传

7、感元件耐久性差等冲刷的深度，而设计的冲刷传感器就是利用光纤光栅监测土层缺点j。近年发展起来的高性能准分布光纤光栅传感元件具压力变化，进而监测桩基的冲刷深度。有防潮、耐腐、易于传输、损耗小、易于布设、易于组网和实时监1光纤光栅传感技术基本原理测能力强等优点，为这一难题的解决提供新的思路。。国立当布拉格光栅受到外界应变或温度变化时，光栅栅格周期台湾大学与国家地震工程研究中心联合开发出一款光纤光栅会发生变化，同时光弹效应会导致光栅有效折射率变化，从而桥梁冲刷传感器，其传感探头是在悬臂圆盘结构中粘贴裸光纤光栅中