桥梁健康及光纤监测方案研究

发表于2004-11-16    1074人浏览    1人跟帖    总热度:10  






桥梁健康及光纤监测方案研究
桥梁与人类生活密切相关。没有桥梁,我们的生活空间将大受限制,更不会有今天四通八达的公路与铁路把世界如此紧密地联系在一起。世界上许多著名的被水环绕的城市,是靠众多桥梁的建设发展起来的。意大利的威尼斯有近500座桥;德国的汉堡有2000多座桥;而我国的绍兴竟有5000多座桥。世界文化名城北京,河流不多,桥梁不少,城市道路立交桥就有近200多座,还有众多的人行过街天桥、跨河桥等。许多桥梁已成为重要的历史文物和著名的人文景点。桥梁是人类所建造的最古老、最壮观与最美丽的建筑工程,是一个时代文明与进步的标志。
  随着交通建设事业的蓬勃发展,一些大跨度和超大跨度桥梁的相继建成,人们对这些大型重要桥梁的安全性、耐久性与正常使用功能日渐关注和重视,桥梁健康监测系统和智能控制技术相继运用到这些大型桥梁中,并得到了迅速发展,这项课题日益成为国内外桥梁学术界和工程界的研究热点,对于不同类型的桥梁建立了各种规模的桥梁健康监测系统。
  桥梁健康监测不只是传统的桥梁检测技术的简单改进,而是运用现代化传感设备与光电通信及计算机技术,实时监测桥梁运营阶段在各种环境条件下的结构响应和行为,获取反映结构状况和环境因素的信息,由此分析结构健康状态,评估结构的可靠性,为桥梁的管理与维护提供科学依据。
由于桥梁空间跨度大、约束点多、结构变形复杂,因此要想获得反映整个桥梁健康状态的参数,就必须在桥梁的各个重要部位安装多个不同类型的传感器。这些不同类型的多个传感器离散的分布在桥梁上,组成传感器网络,而负责采集这些传感器信息的数据采集系统必然是分布式系统。另外由于桥梁空间跨度较大,经常是几百米甚至上千米,这就要求这个数据采集系统具有一定远距离数据采集和数据传输能力。而且做为桥梁长期实时监测系统,一般都要把该系统放置在离桥梁有些距离的桥梁监控室,所以这就要求测试系统的测量距离要足够远。
光纤光栅传感器
  光纤光栅(fiber Bragg grating, FBG)传感器是作为一种新型光纤传感器,对多个物理量敏感,可以用来测量多个物理量, 包括应变、应力、温度、 振动、压力、电压以及一些化学量, 其应用领域非常的广泛。同时FBG传感器阵列可以实现分布式的传感网络,对物体进行多点测量,提取相关的信号,进行状态分析,达到示警以及故障诊断的目的。而且其传输距离可以达50多公里。其主要技术优势包括:
● 可靠性好、抗干扰能力强。光纤光栅对被测信息用波长编码,不受光源功率波动和光纤弯曲等因素引起的损耗的影响。
● 测量精度高。精确的透射和反射特征(小误差)使其更加准确的反映了应力和温度的变化。
● 单路光纤上可以制作多个光栅的能力可以对大型工程进行分布式测量,其测量点多,测量范围大。
● 传感头结构简单、尺寸小,适于各种应用场合,尤其适合于埋入材料内部构成所谓的智能材料或结构。
● 抗电磁干扰、抗腐蚀、能于恶劣的化学环境下工作。
   FBG传感器波长查询仪
  FBG传感器实用化的一个关键技术就是多波长的解调检测方法,能够实现波长解调的装置被称为波长查询仪。目前很多解调方案已经被提出主要可分为有源的和无源的, 北京路科提供用一个可调F-P滤波器同时检测多个光纤光栅的方案,F-P腔由压电陶瓷驱动,且施加周期性的电压用以改变腔长,以实现对确定区域的波长进行周期性的滤波扫描。若选用的F-P滤波器具备FBG相当的带宽,施加的电压信号为均匀扫描着的周期性的锯齿波,受其调制,滤波器在自由程内进行波长扫描时的波长范围能够覆盖传感光栅及其经诱导后漂移了的全部布喇格波长,且来自传感光栅的信号滤波后经线性光电转换器转换成电信号,放大后输入示波器。此时光电转换器,F- P滤波器和锯齿波信号发生器以及示波器组成的检测系统将执行光纤光谱仪的功能,它不仅可以对测量范围内各FBG传感元的波长信息进行依次查询,而且将所测波长信息与漂移前波长信息进行比较,得到各传感元的波长漂移量,利用漂移量与所测量间的变化关系,便可判断对应传感元件所感测物理量变化的大小,达到解调目的。
Micron Optics公司一直致力于光纤光栅解调装置的研究,从1997成功的开发出第一台查询仪后,经过6年的不断努力,已经成为该领域的主导者。用户可以根据不同的应用要求可以选择不同型号的产品。
FBG传感器阵列的解决方案
北京路科锐威科技公司提供的用FBG传感器阵列实现智能监测的全套解决方案,其中包括一个1XN的光开关,可以在N-1个光纤光栅探头之间切换光路,当要校验波长时,也可以切换到波长标准具上。当切换到某一个光纤光栅上时,从宽谱光源上发射的激光经过环行器和光开关进入该光纤光栅。由于光纤光栅的选择作用,符合布喇格条件的波长被反射回去,经过光开关,进入环行器,从环行器第三个端口输出的波长信号经波长查询仪解调后送到PC中,最后通过Labview软件――虚拟仪器得出被测物理量。该方案具有测量通道多,响应速度快,灵敏度高,测量精度高,测量范围大等优点。
其具体技术
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 发表于2005-03-23   |  只看该作者      

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好资料!
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