大型土木工程結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施，如橋梁、超高層建筑、人跨空間結(jié)構(gòu)、大型水壩、核電站、海洋采油平臺以及輸油、供水．供氣等生命線系統(tǒng)，由于環(huán)境荷載作用，在其服役過程中一旦發(fā)生災(zāi)害，將給人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成巨大的損失。因此，對重要結(jié)構(gòu)的無損檢測與無損評價(jià)顯得越來越重要。然而，由于土木工程結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施體積人、跨度長、分布面積人、使用期限長，傳統(tǒng)的傳感設(shè)備紐成的監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和耐久性都不能很好地滿足工程實(shí)際的需要。

隨著科技的不斷發(fā)展，近幾年國際上新興的一門智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是多學(xué)科交叉發(fā)展的前沿研究領(lǐng)域，它是將具有仿生命功能的材料融合于基體材料中，使之成為具有人們所期望的智能功能的結(jié)構(gòu)智能結(jié)構(gòu)集成有傳感、作動和控制系統(tǒng)，能夠進(jìn)行自我感知自我診斷和自我調(diào)節(jié)，從而使結(jié)構(gòu)能夠?qū)��?nèi)部狀態(tài)的變化和外部環(huán)境的激勵(lì)作出恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。如今將其集成或應(yīng)用于傳統(tǒng)的土木工程結(jié)構(gòu)中，就會使土木工程結(jié)構(gòu)具有像智能結(jié)構(gòu)那樣的自感知和自適應(yīng)等諸多智能屬性的可能也成為現(xiàn)實(shí)。

智能材料結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中常用的傳感材料主要有壓電、形狀記憶合金和光導(dǎo)纖維材料。由于光導(dǎo)纖維材料具有徑細(xì)柔韌、體積小質(zhì)量輕、靈敏度高抗電磁干擾能力強(qiáng)能耗小、造價(jià)低廉便于實(shí)現(xiàn)分布式和準(zhǔn)分布式檢測、集信息傳輸和傳感于一體等特點(diǎn)，加之寬頻帶和高數(shù)據(jù)傳輸率以及耐高溫、抗腐蝕等優(yōu)良特性，一直被認(rèn)為是智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的首選傳感材料，并已經(jīng)開始應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)中的“神經(jīng)元”。其基本原理和應(yīng)用特點(diǎn)是在土木工程結(jié)構(gòu)中（或在其表面）埋入（或粘貼）光纖傳感器，通過分析光的傳輸特性，如光強(qiáng)、相位和波長等，就可獲得光纖周圍材料的應(yīng)力、壓強(qiáng)、電場、磁場密度溫度、化學(xué)成分、x射線和V射線等量的變化，從而實(shí)現(xiàn)對土木工程結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)參數(shù)和安全可靠性進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線動態(tài)監(jiān)測與控制，為人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

光纖傳感技術(shù)之所以適用于土木工程，主要是基于它與傳統(tǒng)的電測傳感器相比，具有如下的優(yōu)越性能耐腐蝕、耐久性好；體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單，埋入土木工程結(jié)構(gòu)對基體材料幾乎沒有影響；能避免電磁場的干擾，電絕緣性好；信號可多路傳輸，便于與計(jì)算機(jī)連接，易于實(shí)現(xiàn)分布式測量；單位長度上信號衰減小，傳輸距離可以很長；靈敏度與精度高；頻帶寬；信噪比高等。工采網(wǎng)提供的加拿大FISO 光纖應(yīng)變傳感器 光纖傳感器 － SFO－W主要針對土木工程應(yīng)用，如水壩、橋梁、隧道和其他結(jié)構(gòu)的監(jiān)控。

如今，制造商、土木建筑設(shè)計(jì)者和研發(fā)工程師們可能需要通過監(jiān)控土木結(jié)構(gòu)的性能來改善結(jié)構(gòu)技術(shù)。在一段時(shí)間內(nèi)監(jiān)控特定的性能將幫助提高結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。通過合理地在結(jié)構(gòu)中布局SFO－W光纖應(yīng)變傳感器，用戶可以獲得傳感器提供的關(guān)于施工中和完工后的建筑物、橋梁、隧道襯砌及支承結(jié)構(gòu)應(yīng)變的精確改變信息。使用SFO－W光纖應(yīng)變傳感器可以在最具挑戰(zhàn)的環(huán)境中對目標(biāo)展開全面的應(yīng)力／應(yīng)變分析。

SFO－W光纖應(yīng)變傳感器由一個(gè)焊在鋼片上直徑較小的不銹鋼管構(gòu)成，適合點(diǎn)焊在不銹鋼表面。具備尺寸小、精度高、不受EMI／RFI干擾、耐腐蝕和耐高溫的特點(diǎn)。另一方面SFO－W光纖應(yīng)變傳感器的具備滿量程0．01％的靈敏度和精度，同時(shí)它的測量上限達(dá)2000 μ 。此傳感器主要基于突破光纖傳感的獨(dú)特光纖應(yīng)變傳感器技術(shù)。非固有的 Fabry－Perot 應(yīng)變傳感器嵌于鋼管內(nèi)部，因此可以監(jiān)控點(diǎn)焊傳感器的拉伸或壓縮運(yùn)動。FISO的光纖技術(shù)已獲專利，基于此專利技術(shù)，SFO－W光纖應(yīng)變傳感器可安裝在距離信號調(diào)理器3km的地方。這使得光纖傳感器成為監(jiān)控土建結(jié)構(gòu)的zui佳選擇。

設(shè)計(jì)SFO－W傳感器的目的之一是使之安裝方便，無需熟練的焊工幫助。使用SFO－W傳感器可以對不同的構(gòu)筑物進(jìn)行長期和準(zhǔn)確地應(yīng)變測量。可將其安裝在平整表面或者圓柱體表面。

       原文標(biāo)題 : 光纖應(yīng)變傳感器在土木工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測中的應(yīng)用解決方案