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1、2002年9月 传 感 技 术 学 报 第3期ApplicationofFiberOpticTechnologytoStructureEngineeringHEAiyong,CHENGHua(Dept.ofCivilEng.ofLogisticalEngineeringUniversity,Chongqing,400016P.R.China)Abstract:Thefiberoptictheoryispresentedbriefly.Thenthetestingmethodsandprincipleoftheheatstrainandt
2、emperatureoftheconservedRC,theinnerstressandstrain,thevibrationparameter,thecrackandthein2tegrityofthestructurewiththehelpofthefiberoptictechnologyareanalyzedanddiscussedparticularly.Atthesametime,thedomesticandforeigndevelopmentisintroduced.Finally,someproblemsarebroughtforward.Keywords:fiberopt
3、icsensor;nondestructivetesting;reinforcedconcrete;structureengineering①光纤传感技术在结构工程检测中的应用何爱勇,程 华(后勤工程学院土木工程系,重庆,400016)摘要:简要介绍了光导纤维及其传感原理,对利用光纤传感技术检测钢筋混凝土结构养护期的热应变和温度、结构内部应力应变、结构的振动参数、裂缝宽度和结构整体性估计等方面的方法和原理作了详细分析和讨论,综述了国内外发展状况.最后指出了有待进一步解决的问题.关键词:光纤传感器;无损检测;钢筋混凝土;结构工程中图分类号:TM555 文献标识码:A 文章编号:10
4、04-1699(2002)03-0211-04光纤通信介质,如图1.由于纤芯材料的折射率n11 引 言大于外包层折射率n2,根据Smell和全内反射法则,光在传输中很少损失能量. 近年来,为改进传统的结构安全检测方法,将光纤传感技术应用于结构工程领域,以检测结构的外部荷载,测量内部温度、应力、应变及由外部荷载引起的损伤,是人们研究的一个热点课题.欧美等工业图1 光导纤维基本结构与光线传输发达国家逐步将光纤传感技术应用于结构安全监光纤的传感原理是利用光在光纤中产生的偏控,国内专家学者成功地将其应用于土木工程结构振、干涉、散射或由于光纤破损、变形致使输出的光监测,取得了一定的研究成果.产生
5、变化的现象.3光纤传感技术在结构工程中检测中2 光导纤维及其传感原理的有关应用 光导纤维(简称光纤)是20世纪70年代前后开 光纤在结构工程检测中实际应用及原理详见附始研究开发的,主要成分是SiO2,直径通常在100～表.钢筋混凝土是工程中广泛应用的结构材料,将光125μm之间,是一种由外包层和内芯构成的纤维状纤材料直接埋入混凝土结构内或粘贴在表面,是其①来稿日期:2002201227 传 感 技 术 学 报 2122002年主要应用形式,包括检测混凝土结构在养护期的热裂缝宽度和结构整体性估计等方面的
6、应用.应变和温度、结构内部应力应变、结构的振动参数、附表 光纤在结构工程检测中实际应用及原理Tab.Principleandapplicationoffiberoptictostructureengineering传感原理主要被检测物理量应用领域ODTR技术+Brillouin散射或光频构件内外应力应变能实现长距离连续分布式测量,适用于大型发射计的变化结构件的应力损伤测量光纤直径、光强、光密度、折射率的探测裂纹的大小及位置;大坝的位移测量;位移及温度的变化变化对工作中的温度变化实行实时监控两束偏振光的干涉构件内外应力应变实现结构的内力监测、损伤检测及腐蚀检测的变化注:ODTR是指光时域反
7、射;Brillouin散射是由介质中的声学声子引起的一种非弹性光散射3.1 热应变和温度检测构内部,结构内部应力、应变变化将影响光纤内的模混凝土在其养护期(一般在28d)内,由于水化间耦合,光纤输出的光场变化反映了结构的应力、应[4]热的释放各部分不一样,混凝土各部分的温度不一变变化.⑤基于F2P干涉腔的应力、应变检测.致,各部分的热应变也就不一致.这对一般的混凝土Kruschwitz等人首先提出将F2P干涉仪(EFPI)埋结构来说
