桥梁检测光纤传感技术应用分析

黄礼和 文少忠

摘 要：桥梁检测工程属于系统性的工程，在进行桥梁检测的过程中，采用光纤传感技术能够提高整体桥梁的检测强度，对提高项目的开展有着积极的作用。基于此本文立足于实际，以光纤传感技术为研究背景，在分析光纤传感器的类型以及特点的基础上总结了我国桥梁检测的现状，并且对光纤传感技术的应用领域进行了研究探讨，希望可以给相关工作人员提供参考。

关键词：桥梁工程;检测;光纤传感技术;应用

中图分类号：U446 文献标识码：A

1 光纤传感器的类型及特点

光纤传感器的具体类型是非常多的，根据光纤传感器中所使用的光纤作用不同主要有传感型与传光型两种形式。前者一般也可以叫做是功能性光纤传感器，应用的是单模光纤的形式，其不仅可以实现传光作用，这是极为敏感性的元件，是通过光纤自身的传输特性是利用被测之下所能够形成的变化特点，利用光波导的特点来实现调制。传感型的光纤传感器来说，因为其光纤也属于一种性能比较好的敏感元件，所以其比较长的光纤能够达到较高的敏感度，保证信号的传输更加的真实和准确。该种传光型的光纤传感器通常也可以称之为非功能性的光纤传感器的形式，其是利用被检测对象所形成的调制信号传输到光纤内，然后利用在输出一侧的位置上进行光信号的检测来完成测量的。这种传感器在应用中，光纤部分仅仅是传光元件，要使用能够达到光纤传递光的调制敏感元件来形成所需要的传感元件。其中，分布式光纤传感器最佳的组成结构形式就是应变分布监测器，其在结构达到完整性的标准之下，能够快速的进行物理量、扰动以及位置等方面的检测。通常情况下，分布式光纤传感器主要是利用检测确定散射回来的能量能够掌握具体的数据变化，从而可以通过应用其内部组成的各个结构部件以掌握被检测数据的变化[1]。

2 我国桥梁检测现状

2.1 检测范围小

近年来我国经历了快速的发展，很多桥梁工程项目开工建设，能够有效的促进各个地区的交通发展，实现了不同地区的经济交流和连续，尤其是一些偏远地带的城镇，发展速度是非常惊人的。但是随着桥梁工程建设数量、规模的增大，如果没有做好质量管理和控制，就会导致工程质量出现严重的问题，给社会的发展产生非常不利的影响。因此，要深入的分析桥梁质量检测的问题，选择合理的检测技术，以实现有效的改善，给今后的桥梁工程质量提升奠定基础。从当前的实际情况分析，检测范围内是比较常见的问题，也是我们需要提起注意的。首先对于桥梁检测中，所分析的影响因素是比较少的，仅仅是考虑到应付上级单位的检查，所以并未做好各項技术参数的分析和整理使用，并不能充分的掌握桥梁检测中的具体内容，导致了检测工作停留在表面，一些质量隐患无法及时消除，导致桥梁在投入运营之后会产生严重的问题，造成严重的交通事故发生。其次，桥梁在经过了时代的发展变革之后，必须要结合实际情况进行检测技术的改进，扩大检测范围是非常有必要的，同时还应该分析时间、资金等各个方面的因素。有些桥梁工程为了能够降低成本，直接忽略了检测工作，没有发现检测的问题，导致了在后续的运营中有着很多的问题，比如坍塌、损毁等，导致严重事故的发生，给人们的生命财产与安全产生非常严重的负面影响，危害极其严重。

2.2 检测针对性差

当前的桥梁工程建设中，人们的关注度是比较高的，要想使得工程的质量合格，就要做好检测技术的分析与应用，可以提升检测针对性。我国是发展中国家，城镇化发展比较高，城市化发展速度非常快，而各个城市之间的差距在逐步的增多。从一线、二线的城市中分析，桥梁工程的检测中有着很多的问题，这是无法避免存在的，但是从整体上来说，都能够达到国家标准的要求，基本上不会出现很大的问题[2]。而对于三线或者以下的城市中，桥梁工程建设中还主要使用的是传统检测技术，检测内容、标准等都没有发生变化，依然停留在落后的局面中，没有综合分析当地的特殊情况因素，造成了很多质量管理都有着严重的问题，极大的影响桥梁的正常使用。第二，在重点检测指标发布后，桥梁检测工作仅仅是按照规定的几项内容来进行，无论是检测方式、检测手段，还是检测技术方面，都没有按照要求来进行，所以容易引发严重的安全隐患，造成了巨大的经济损失，产生的损失是无法估量的。第三，桥梁检测中，针对性是非常差的，没有结合实际情况来作出检测，造成了后续的维护与管理中都有着很大的问题，给桥梁工程的正常使用所产生的影响是深远的，要提起足够的重视。

3 光纤传感技术在桥梁检测中的应用

光纤传感技术能够应用比较大的范围内，针对于桥梁工程的检测来说，具体是如下几个方面：桥梁结构施工环节中的质量监测;当前桥梁结构运营状态监测;运营时间比较长的桥梁工程进行运行状态监测。

3.1 对应变的光纤传感测量方法

按照光纤传感器的工作原理，把光纤应变传感器实施必要的初始标定之后就能够开始进行测量作业，该工作的目的就是能够获取光纤应变测量仪与传统电阻应变片式的传感器比例参数所存在的关系。结合具体的情况展开分析，可以利用静态标定的方式来实现。传感器的静态特性方面进行分析，就是在静态的条件之下来实施标定，就是在没有加速度、振动、冲击等各种不良情况的影响之下，并且环境温度是室温条件，即20℃±5℃，相对湿度控制在85%以下，大气压为1.01 MPa±0.07 MPa的情况。在实施传感器的静态标定作业环节，首先要明确具体的标定标准环节，其次就是在确定的标定传感器精度之下应该选择合适要求的仪器设备来实现。做出这些工作后，就能够实现传感器的静态标定处理。标定设施是通过金属片来进行实现的，丝杠直接推进下压杠杆的结构，然后让金属片拉伸之下就能够形成一定的应变。通过应用电阻式应变仪来进行标定，要保证该设备的精度符合技术标准要求，具体的标定要通过下述几项工作来进行：

a）传感器实现全程测量，主要是通过设定间距相同的多个点来进行的。

b）按照具体的量程点的分布设置，从大到小来实现逐个标准两侧，然后是记录和各个输入量相应的输出值参数。

c）把输入参数从大到小逐步的降低，然后就是记录好各个和输入量相应的输出值参数。

d）按b）、c）中的数据来进行多次的测试，要按照技术标准实现各个数据的处理，处理完成之后要根据具体的处理结果可以实现传感器的线性度、灵敏度、滞后与重复性等方面的参数来进行分析。按照以上的各项测量数据与方法，就能够获取具体的标定曲线。根据标定曲线中所展现出来的斜率能够获取光纤应变测量仪和电阻式应变仪来实现应变参数的测量的应对系数关系[3]。

3.2 光纤传感技术在桥梁动测中的应用

通过使用光纤传感器装置中所存在的测量振动方面，具体就是通过构件中的振动响应数据，比如频率、振幅等方面的数据，主要的方法如下所示：把信号光纤直接粘贴到需要检测的构件表面，其会因為构件所产生的振动而发生一定的振动响应，从而产生某种变化。输出光的相位会随着其信号变化出现周期性的反应，光电探测器能够直接接收到相应的光强数据也会出现周期性的变化。将该振动信号进行FFT（Fast Fourier Transform）计算后，就能够获取了该构件的振动频谱，然后能够明确具体的振动周期。同时在具体操作的过程中，对于桥梁动车的检测状态而言，光纤传感技术它具备自身的科技感，能够通过计算机网络的应用之后实现桥梁振动的检测，从而实现相应的共振频率变化，探寻出桥梁存在的病害。

3.3 检测桥梁振动

通过应用光纤传感器能够直接检测确定桥梁的振动参数，然后就能够获取了具体的桥梁部分或者整体的振动参数，比如频率、振幅等等。主要的检测方法如下所示：信号光纤直接安装到桥梁表层或者埋设到其结构内部，然后其会随着光纤的振动而发生振动反应，终端输出光的一些参数都会表现出周期性变化的形式，光电探测器也能够接收到光强就能够发生周期性的变化，然后处理系统可以通过接收的信号实施FFT（Fast Fourier Transform）分析后，最终能够掌握了振动频率、周期等方面的信息[4-5]。

3.4 检测桥梁结构应力、应变情况

桥梁结构的内应力也是当前工程质量检测中极为重要的一项技术参数，必须要做好细节部分的检测，这是非常重要的一部分工作。目前该参数的检测主要是通过F-P光纤传感器及光纤布拉格光栅传感器等设备来实现的。前者能够实现桥梁的局部应力检测和应用，后者则是进行桥梁分布应力方面的检测。比如某桥梁项目在运行中，处于黄河流域内，日均车流量近4万辆次。使用F-P光纤传感器对于该桥梁进行静、动态的监测，光纤传感器分辨率为0.13 με， 能够达到检测标准的要求，同时也能够准确的掌握各个时间段内的桥梁内应力变化情况，为桥梁的运营与维护管理提供良好的基础。

3.5 砼结构检测

砼是桥梁结构的主要组成部分，但是经过长期的应用，会导致侵蚀、裂缝等问题的出现。按照不同的形式，一般可以分为贯穿缝与深缝两种形式。贯穿缝会给桥梁运行安全性产生直接的影响，导致其承载性能下降。裂缝是极为严重的桥梁病害问题，也是引发桥梁坍塌事故的主要诱导因素，根据损伤物理学的基本原理进行分析，工程在出现了损伤并且严重到一定的程度，就是说裂缝损伤到某种程度会有一个特定信号的发出，所以需要通过检测该信号以做好安全性的预警。光纤传感器技术较之传统检测技术有着非常明显的优势，那就是其能够在桥梁工程中实现整体分布式检测，能够消除传统检测方式之下所存在的不连续问题，并且不会有漏报、误报等情况的发生。

4 结语

光纤传感器操作非常便捷，检测成本也比较低，尤其是应用到大型桥梁项目中，有着非常好的优势，为桥梁工程质量提升起到积极的作用。光纤检测技术的稳步发展，使得桥梁监测变动更加的方便、准确，使得桥梁可以更加安全的应用。同时光纤检测技术随着科学技术的发展在不断的进步，让桥梁设计与更加更趋完善，为交通领域的稳步发展起到了积极的推动作用。

参考文献：

[1]白万鹏，徐博文.在役桥梁病害机理及检测技术研究[J].交通企业管理，2012，27（09）：52-53.

[2]单宁.基于光纤声发射传感技术的桥梁监测实验研究[J].压电与声光，2011，33（02）：182-184+187.

[3]宋培芬.基于无线传感器网络的桥梁监测系统研究[J].微计算机信息，2010，26（22）：85-86+111.

[4]殷中辉.光纤传感技术在桥梁监测中的应用[J].交通标准化，2014，42（18）：93-95.

[5]贾琦.光纤传感技术的发展及应用[J].中国包装工业，2014，23（08）：73.