光纤传感技术在建筑中的应用

1、随着信息技术的快速发展，光纤传感技术在人类的生活和各个领域中得到了 广泛的应用。光纤传感技术始于1977年，伴随光纤通信技术的发展而迅速发展 起来的，光纤传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。从杭州物联网暨 传感技术应用论坛了解到，光纤传感技术已广泛用于军事、国防、航天航空、工 矿企业、能源环保、工业控制、医药卫生、计量测试、建筑、家用电器等领域 有着广阔的市场。世界上已有光纤传感技术上百种，诸如温度、压力、流量、位 移、振动、转动、弯曲、液位、速度、加速度、声场、电流、电压、磁场及辐射 等物理量都实现了不同性能的传感。光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测

2、参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频 率、相位、偏正态等）发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测 器，经解调后，获得被测参数。光纤传感系统主要由光源、传感器件、探测器等 部分组成，光源发出的光经光纤传输至传感元器件；当外界环境因素，如应变、 温度、折射率等物理量发生变化时，使得在光纤中传输的光波的某些特性，如强 度、波长、偏振态等随外界信号发生变化，这个过程称为调制；调制过的光波信 号经光纤传输至探测器后转化为电信号，在经过信号处理就可以获取外界环境的 变量信息，这个过程称为解调；光纤传感技术包括调制和解调两方面的技术。当然在建筑中也有很广泛的应用

3、。比如光纤传感技术在结构工程检测中的应 用钢筋混凝土是目前非常广泛应用的材料，将光纤材料直接埋入混凝土结构内 或粘贴在表面，是光纤的主要应用形式，可以检测热应力和固化、扰度、弯曲以 及应力和应变等。混凝土在凝固时由于水化作用会在内部产生一个温度梯度，如 果其冷却过程不均匀。热应力会使结构产生裂缝，采用光纤传感器埋入混凝土可 以监测其内部温度变化，从而控制冷却速度。混凝土构件的长期挠度和弯曲是人们感兴趣的一个力学问题，为此已研制出 能测量结构弯曲和挠度的微弯应变光纤传感器，并用一根光纤连接整个结构不同 位置上的传感器进行同时监测，每个传感器的位置可用OTDR来识别。光纤传感 器还能探测混凝土结构

4、内部损伤。在正常荷载作用下，由于钢筋阻止干化收缩或 温度引起的体积变化都会引起裂缝，裂缝的出现和发展可以通过埋入的光纤中光 传播的强度变化而测得。光纤传感技术在桥梁检测中的应用，桥梁是一个国家的经济命脉，桥梁的建 造和维护是一个国家基础设施建设的重要部分。利用光纤传感器测量振动，主要 可得到桥梁的振动响应参数如频率、振幅等，其方法是：将信号光纤粘贴于桥梁 内部，它随着桥梁的振动而产生振动响应，输出光的相位作周期性的变化，则 光电探测器接收到的光强也作周期性的变化。成功的案例有：加拿大在1993年将光纤传感器预装到一座碳纤维预应力混 凝土公路桥上，在桥开通后连续监测了8个月，测量了混凝土内部的整

5、体分布应 变，并用动态规化理论处理数据，准确而又快速的评估了桥梁的使用状态及寿命。1996年，美国海军实验研究中心研制了新墨西哥I -10桥健康检测系统，它由 60FBG传感器组成，可实现动态与静态应变测量。光纤传感技术在岩土力学与工程中的应用，岩土工程检测具有长时效性、环 境复杂、具有时空限制、施工环境制约等特点，其检测工作一直是等待解决的难 题。目前已有的常规的测试技术在长期的工程应用中表明，满足上述测试要求十 分困难。而由于光纤传感器体积小、质量轻、不导电、反应快、抗腐蚀等诸多优 良特性，使用它成为岩土力学工程的检测工具成为学者们的研究对象。下面列举 一例成功应用光纤传感器检测岩土工程的

6、成功案例：三峡大坝坝前水温监测，三 峡大坝坝体内部靠近上游面埋设有点式温度计，因埋设点位于坝体内，所测温度 与实际库水温度存在一定的差异。为了能更真实地反映库水温度的变化规律，长 江科学院结合坝前水温观测的实际现状，在左厂14-2坝段布设1条测温垂线， 采取光纤Bargg光栅温度传感器进行监测，通过实际工程应用，光纤Bargg光栅 温度传感器测量水温，可以满足水温监测的要求，且与水银温度计直接测量水温 相比，结果较好。随着社会经济的快速发展和各种信息容量的飞速增加，以光纤为传递信息主 要媒质的光纤通信技术和以光纤中的导波原理为理论基础的光纤传感技术在人 类过去几十年的生活和许多其他领域中得到了

7、越来越广泛的应用和重视，吸引了 人们极大的研究兴趣。光纤传感器应用于对磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、 位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的测量。其应用范围十分广泛， 几乎涉及国民经济和国防上所有重要领域和人们的日常生活，尤其可以安全有效 地在恶劣环境中使用，解决了许多行业多年来一直存在的技术难题。因此我们可 以说光纤传感器具有很大的市场需求，不说长久，至少在未来5年，光纤传感器 将会有广阔的发展前景。光纤传感技术是随着光纤通信技术的发展而发展起来 的，以光波为信息载体、以光纤为传输介质或传感元件，把“传输”和“感知” 这两项技术合二为一。在过去的几十年里，光纤传感器在传感原理和结构以及器 件的制备工艺等方面得到了不断的发展，研制出了许多新的光纤传感器件。光纤 传感器相对于其它一些传统的如电传感器等有着自身体积小易于植入、不受电磁 干扰等优点。当前光纤传感技术的研究热点主要在于光纤传感器件的研发及其在 各个领域的应用研发。在众多的光纤传感器中，光纤陀螺和光纤光栅传感器是最 具