黃禮和 文少忠

摘 要：橋梁檢測工程屬于系統(tǒng)性的工程，在進行橋梁檢測的過程中，采用光纖傳感技術(shù)能夠提高整體橋梁的檢測強度，對提高項目的開展有著積極的作用?；诖吮疚牧⒆阌趯嶋H，以光纖傳感技術(shù)為研究背景，在分析光纖傳感器的類型以及特點的基礎(chǔ)上總結(jié)了我國橋梁檢測的現(xiàn)狀，并且對光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域進行了研究探討，希望可以給相關(guān)工作人員提供參考。

關(guān)鍵詞：橋梁工程;檢測;光纖傳感技術(shù);應(yīng)用

中圖分類號：U446 文獻標識碼：A

1 光纖傳感器的類型及特點

光纖傳感器的具體類型是非常多的，根據(jù)光纖傳感器中所使用的光纖作用不同主要有傳感型與傳光型兩種形式。前者一般也可以叫做是功能性光纖傳感器，應(yīng)用的是單模光纖的形式，其不僅可以實現(xiàn)傳光作用，這是極為敏感性的元件，是通過光纖自身的傳輸特性是利用被測之下所能夠形成的變化特點，利用光波導的特點來實現(xiàn)調(diào)制。傳感型的光纖傳感器來說，因為其光纖也屬于一種性能比較好的敏感元件，所以其比較長的光纖能夠達到較高的敏感度，保證信號的傳輸更加的真實和準確。該種傳光型的光纖傳感器通常也可以稱之為非功能性的光纖傳感器的形式，其是利用被檢測對象所形成的調(diào)制信號傳輸?shù)焦饫w內(nèi)，然后利用在輸出一側(cè)的位置上進行光信號的檢測來完成測量的。這種傳感器在應(yīng)用中，光纖部分僅僅是傳光元件，要使用能夠達到光纖傳遞光的調(diào)制敏感元件來形成所需要的傳感元件。其中，分布式光纖傳感器最佳的組成結(jié)構(gòu)形式就是應(yīng)變分布監(jiān)測器，其在結(jié)構(gòu)達到完整性的標準之下，能夠快速的進行物理量、擾動以及位置等方面的檢測。通常情況下，分布式光纖傳感器主要是利用檢測確定散射回來的能量能夠掌握具體的數(shù)據(jù)變化，從而可以通過應(yīng)用其內(nèi)部組成的各個結(jié)構(gòu)部件以掌握被檢測數(shù)據(jù)的變化[1]。

2 我國橋梁檢測現(xiàn)狀

2.1 檢測范圍小

近年來我國經(jīng)歷了快速的發(fā)展，很多橋梁工程項目開工建設(shè)，能夠有效的促進各個地區(qū)的交通發(fā)展，實現(xiàn)了不同地區(qū)的經(jīng)濟交流和連續(xù)，尤其是一些偏遠地帶的城鎮(zhèn)，發(fā)展速度是非常驚人的。但是隨著橋梁工程建設(shè)數(shù)量、規(guī)模的增大，如果沒有做好質(zhì)量管理和控制，就會導致工程質(zhì)量出現(xiàn)嚴重的問題，給社會的發(fā)展產(chǎn)生非常不利的影響。因此，要深入的分析橋梁質(zhì)量檢測的問題，選擇合理的檢測技術(shù)，以實現(xiàn)有效的改善，給今后的橋梁工程質(zhì)量提升奠定基礎(chǔ)。從當前的實際情況分析，檢測范圍內(nèi)是比較常見的問題，也是我們需要提起注意的。首先對于橋梁檢測中，所分析的影響因素是比較少的，僅僅是考慮到應(yīng)付上級單位的檢查，所以并未做好各項技術(shù)參數(shù)的分析和整理使用，并不能充分的掌握橋梁檢測中的具體內(nèi)容，導致了檢測工作停留在表面，一些質(zhì)量隱患無法及時消除，導致橋梁在投入運營之后會產(chǎn)生嚴重的問題，造成嚴重的交通事故發(fā)生。其次，橋梁在經(jīng)過了時代的發(fā)展變革之后，必須要結(jié)合實際情況進行檢測技術(shù)的改進，擴大檢測范圍是非常有必要的，同時還應(yīng)該分析時間、資金等各個方面的因素。有些橋梁工程為了能夠降低成本，直接忽略了檢測工作，沒有發(fā)現(xiàn)檢測的問題，導致了在后續(xù)的運營中有著很多的問題，比如坍塌、損毀等，導致嚴重事故的發(fā)生，給人們的生命財產(chǎn)與安全產(chǎn)生非常嚴重的負面影響，危害極其嚴重。

2.2 檢測針對性差

當前的橋梁工程建設(shè)中，人們的關(guān)注度是比較高的，要想使得工程的質(zhì)量合格，就要做好檢測技術(shù)的分析與應(yīng)用，可以提升檢測針對性。我國是發(fā)展中國家，城鎮(zhèn)化發(fā)展比較高，城市化發(fā)展速度非?？?，而各個城市之間的差距在逐步的增多。從一線、二線的城市中分析，橋梁工程的檢測中有著很多的問題，這是無法避免存在的，但是從整體上來說，都能夠達到國家標準的要求，基本上不會出現(xiàn)很大的問題[2]。而對于三線或者以下的城市中，橋梁工程建設(shè)中還主要使用的是傳統(tǒng)檢測技術(shù)，檢測內(nèi)容、標準等都沒有發(fā)生變化，依然停留在落后的局面中，沒有綜合分析當?shù)氐奶厥馇闆r因素，造成了很多質(zhì)量管理都有著嚴重的問題，極大的影響橋梁的正常使用。第二，在重點檢測指標發(fā)布后，橋梁檢測工作僅僅是按照規(guī)定的幾項內(nèi)容來進行，無論是檢測方式、檢測手段，還是檢測技術(shù)方面，都沒有按照要求來進行，所以容易引發(fā)嚴重的安全隱患，造成了巨大的經(jīng)濟損失，產(chǎn)生的損失是無法估量的。第三，橋梁檢測中，針對性是非常差的，沒有結(jié)合實際情況來作出檢測，造成了后續(xù)的維護與管理中都有著很大的問題，給橋梁工程的正常使用所產(chǎn)生的影響是深遠的，要提起足夠的重視。

3 光纖傳感技術(shù)在橋梁檢測中的應(yīng)用

光纖傳感技術(shù)能夠應(yīng)用比較大的范圍內(nèi)，針對于橋梁工程的檢測來說，具體是如下幾個方面：橋梁結(jié)構(gòu)施工環(huán)節(jié)中的質(zhì)量監(jiān)測;當前橋梁結(jié)構(gòu)運營狀態(tài)監(jiān)測;運營時間比較長的橋梁工程進行運行狀態(tài)監(jiān)測。

3.1 對應(yīng)變的光纖傳感測量方法

按照光纖傳感器的工作原理，把光纖應(yīng)變傳感器實施必要的初始標定之后就能夠開始進行測量作業(yè)，該工作的目的就是能夠獲取光纖應(yīng)變測量儀與傳統(tǒng)電阻應(yīng)變片式的傳感器比例參數(shù)所存在的關(guān)系。結(jié)合具體的情況展開分析，可以利用靜態(tài)標定的方式來實現(xiàn)。傳感器的靜態(tài)特性方面進行分析，就是在靜態(tài)的條件之下來實施標定，就是在沒有加速度、振動、沖擊等各種不良情況的影響之下，并且環(huán)境溫度是室溫條件，即20℃±5℃，相對濕度控制在85%以下，大氣壓為1.01 MPa±0.07 MPa的情況。在實施傳感器的靜態(tài)標定作業(yè)環(huán)節(jié)，首先要明確具體的標定標準環(huán)節(jié)，其次就是在確定的標定傳感器精度之下應(yīng)該選擇合適要求的儀器設(shè)備來實現(xiàn)。做出這些工作后，就能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器的靜態(tài)標定處理。標定設(shè)施是通過金屬片來進行實現(xiàn)的，絲杠直接推進下壓杠桿的結(jié)構(gòu)，然后讓金屬片拉伸之下就能夠形成一定的應(yīng)變。通過應(yīng)用電阻式應(yīng)變儀來進行標定，要保證該設(shè)備的精度符合技術(shù)標準要求，具體的標定要通過下述幾項工作來進行：

a）傳感器實現(xiàn)全程測量，主要是通過設(shè)定間距相同的多個點來進行的。

b）按照具體的量程點的分布設(shè)置，從大到小來實現(xiàn)逐個標準兩側(cè)，然后是記錄和各個輸入量相應(yīng)的輸出值參數(shù)。

c）把輸入?yún)?shù)從大到小逐步的降低，然后就是記錄好各個和輸入量相應(yīng)的輸出值參數(shù)。

d）按b）、c）中的數(shù)據(jù)來進行多次的測試，要按照技術(shù)標準實現(xiàn)各個數(shù)據(jù)的處理，處理完成之后要根據(jù)具體的處理結(jié)果可以實現(xiàn)傳感器的線性度、靈敏度、滯后與重復性等方面的參數(shù)來進行分析。按照以上的各項測量數(shù)據(jù)與方法，就能夠獲取具體的標定曲線。根據(jù)標定曲線中所展現(xiàn)出來的斜率能夠獲取光纖應(yīng)變測量儀和電阻式應(yīng)變儀來實現(xiàn)應(yīng)變參數(shù)的測量的應(yīng)對系數(shù)關(guān)系[3]。

3.2 光纖傳感技術(shù)在橋梁動測中的應(yīng)用

通過使用光纖傳感器裝置中所存在的測量振動方面，具體就是通過構(gòu)件中的振動響應(yīng)數(shù)據(jù)，比如頻率、振幅等方面的數(shù)據(jù)，主要的方法如下所示：把信號光纖直接粘貼到需要檢測的構(gòu)件表面，其會因為構(gòu)件所產(chǎn)生的振動而發(fā)生一定的振動響應(yīng)，從而產(chǎn)生某種變化。輸出光的相位會隨著其信號變化出現(xiàn)周期性的反應(yīng)，光電探測器能夠直接接收到相應(yīng)的光強數(shù)據(jù)也會出現(xiàn)周期性的變化。將該振動信號進行FFT（Fast Fourier Transform）計算后，就能夠獲取了該構(gòu)件的振動頻譜，然后能夠明確具體的振動周期。同時在具體操作的過程中，對于橋梁動車的檢測狀態(tài)而言，光纖傳感技術(shù)它具備自身的科技感，能夠通過計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用之后實現(xiàn)橋梁振動的檢測，從而實現(xiàn)相應(yīng)的共振頻率變化，探尋出橋梁存在的病害。

3.3 檢測橋梁振動

通過應(yīng)用光纖傳感器能夠直接檢測確定橋梁的振動參數(shù)，然后就能夠獲取了具體的橋梁部分或者整體的振動參數(shù)，比如頻率、振幅等等。主要的檢測方法如下所示：信號光纖直接安裝到橋梁表層或者埋設(shè)到其結(jié)構(gòu)內(nèi)部，然后其會隨著光纖的振動而發(fā)生振動反應(yīng)，終端輸出光的一些參數(shù)都會表現(xiàn)出周期性變化的形式，光電探測器也能夠接收到光強就能夠發(fā)生周期性的變化，然后處理系統(tǒng)可以通過接收的信號實施FFT（Fast Fourier Transform）分析后，最終能夠掌握了振動頻率、周期等方面的信息[4-5]。

3.4 檢測橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變情況

橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力也是當前工程質(zhì)量檢測中極為重要的一項技術(shù)參數(shù)，必須要做好細節(jié)部分的檢測，這是非常重要的一部分工作。目前該參數(shù)的檢測主要是通過F-P光纖傳感器及光纖布拉格光柵傳感器等設(shè)備來實現(xiàn)的。前者能夠?qū)崿F(xiàn)橋梁的局部應(yīng)力檢測和應(yīng)用，后者則是進行橋梁分布應(yīng)力方面的檢測。比如某橋梁項目在運行中，處于黃河流域內(nèi)，日均車流量近4萬輛次。使用F-P光纖傳感器對于該橋梁進行靜、動態(tài)的監(jiān)測，光纖傳感器分辨率為0.13 με， 能夠達到檢測標準的要求，同時也能夠準確的掌握各個時間段內(nèi)的橋梁內(nèi)應(yīng)力變化情況，為橋梁的運營與維護管理提供良好的基礎(chǔ)。

3.5 砼結(jié)構(gòu)檢測

砼是橋梁結(jié)構(gòu)的主要組成部分，但是經(jīng)過長期的應(yīng)用，會導致侵蝕、裂縫等問題的出現(xiàn)。按照不同的形式，一般可以分為貫穿縫與深縫兩種形式。貫穿縫會給橋梁運行安全性產(chǎn)生直接的影響，導致其承載性能下降。裂縫是極為嚴重的橋梁病害問題，也是引發(fā)橋梁坍塌事故的主要誘導因素，根據(jù)損傷物理學的基本原理進行分析，工程在出現(xiàn)了損傷并且嚴重到一定的程度，就是說裂縫損傷到某種程度會有一個特定信號的發(fā)出，所以需要通過檢測該信號以做好安全性的預警。光纖傳感器技術(shù)較之傳統(tǒng)檢測技術(shù)有著非常明顯的優(yōu)勢，那就是其能夠在橋梁工程中實現(xiàn)整體分布式檢測，能夠消除傳統(tǒng)檢測方式之下所存在的不連續(xù)問題，并且不會有漏報、誤報等情況的發(fā)生。

4 結(jié)語

光纖傳感器操作非常便捷，檢測成本也比較低，尤其是應(yīng)用到大型橋梁項目中，有著非常好的優(yōu)勢，為橋梁工程質(zhì)量提升起到積極的作用。光纖檢測技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展，使得橋梁監(jiān)測變動更加的方便、準確，使得橋梁可以更加安全的應(yīng)用。同時光纖檢測技術(shù)隨著科學技術(shù)的發(fā)展在不斷的進步，讓橋梁設(shè)計與更加更趨完善，為交通領(lǐng)域的穩(wěn)步發(fā)展起到了積極的推動作用。

參考文獻：

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