光纤光栅监测系统在公路隧道的应用研究.pdf

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1、2015年第3期工业仪表与自动化装置·51·光纤光栅监测系统在公路隧道的应用研究刘国卫，王军涛，邹念椿，凌骐，李桂平，叶宗顺(国网电力科学研究院／南京南瑞集团公司，南京210003)摘要：该文阐述了光纤光栅传感器工作原理、使用特性及优点，结合混凝土隧道的施工特点，提出了光纤光栅监测方案和监测系统设计及其在公路隧道安全监测中的应用。关键词：混凝土工程；光纤光栅；应变计；测缝计；监测系统中图分类号：TP212文献标志码：A文章编号：1000—0682(2015)03—0051—03Researchandapplicati

2、onofmonitoringsystemforFBGinhighwaytunnelLIUGuowei，WANGJuntao，Z0UNianchun，LINGQi，LIGuiping，YEZongshun(StateGridPowerResearchInstitute／NARIGroupCorporation，Nanjing210003，China)Abstract：Thispaperintroducetheworkingprinciple，characteristicsandadvantagesofusingFibe

3、rBraggGrating(FBG)sensor，combinedwiththeconstructioncharacteristicsofconcretetunnel，puttingforwardthedesignplanofFBGsystem，andusinginsafetymonitoringofhighwaytunne1．Keywords：concreteengineering；fiberbragggrating；straingauge；crackgauge；monitoringsystem0引言1FBG工作原

4、理根据光纤耦合模理论，宽带光入射光纤，将产生近年来，随着国内大量大型混凝土工程上马，各模式耦合，当满足布喇格条件时，光栅将起到一个反种自然灾害频发，对工程安全监测的要求越来越高。射镜的作用，反射回一个窄带光波(其余的光波从大量大型混凝土工程位于地质条件复杂的山区、河光栅的另一端透射出去)，该窄带光波的中心波长谷，工程的安全状况关系着人类生命安全和社会经即为光栅布喇格波长A，即：济活动。由于地质条件恶化、结构失稳和退化以及自然灾害所造成的各种事故严重威胁到大型混凝土AB=2n(1)结构物安全。为了确保隧道结构的安全稳定

5、，有必式中：n为有效折射率；A为光纤纤芯中折射率调制周期。当光栅受到外界温度、应变等作用时，以和要采用科学、可靠的技术手段对存在安全隐患的隧道进行实时监测和安全预警。传统的常规监测技术n随之发生变化，变化量为和△n扪导致符合在远距离传输以及抗电磁干扰等方面存在一定的缺Bragg条件的反射波长发生位移△A。陷，故考虑寻求新型传感器⋯，光纤布喇格光栅传AA口=2An,eA+2n△(2)感器具有非传导性，对被测介质影响小的特点，与传式(2)即为光栅传感检测的机理，通过检测满统传感器相比具有灵敏度高、响应速度快、抗电磁干足B

6、ragg条件的反射波中心波长发生位移△A来检扰、耐腐蚀、电气绝缘等优点，适合在恶劣环境中工测作用在光纤光栅上的温度、应变、应力等外界被测作。该文阐述了光纤光栅传感器的基本概念、信号]。工作原理，结合工程的施工特点，提出了光纤光栅监2光纤光栅传感系统监测方案测系统现场监测方案，介绍了监测系统设计以及传感器现场安装方法。2．1测点布设某混凝土隧道处在地质条件复杂的山区、河谷环绕之中，且经历过地质灾害造成坍塌现象。为了收稿日期：2014—10—10研究灾后结构物健康安全状况，安装了光纤监测与作者简介：刘国卫(1984)，男

7、，工程师，主要研究方向为传感技术。预警系统，旨在通过光纤光栅在线监测系统对隧道