FBG在隧道工程施工监测中的应用-技术创新

FBG在隧道工程施工监测中的应用

日期：2015-7-14 14:41:01　来源：互联网　浏览数：
　

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1FBG监测原理
    FBG布拉格光纤光栅传感器的量测原理，是在光纤核心中一段纵向折射率周期性变化排列(光栅)，其间周期性折射率改变间距以∧表示，一般常使用的宽频光源如发光二极管、冷光二极管、半导体激光注入光纤中，只有波长为如的光会被反射回来（NTT-AT），公式如下[1]：λB=2n∧，n为光纤纤芯的有效折射率。
2FBG监测技术的特点
    FBG布拉格光纤光栅与传统电阻量测器最大的不同点，在于光栅的多工特性，并不受限于传统电子回路一对一信号传输的要求，只要在光栅制作时安排不同的波长的光栅制作于同一条光纤上，利用足够强度的宽频光源，或安排多点光源串接于光耦合器，就可以在同一时间内一次量测数点至数百点的应变信号。若以传统的电路排列需要安置数百条的电线，且电线之间彼此因为电磁效应会相互的干扰，产生杂信.影响量测结果的准确性；布喇格光纤光栅传感器不但只需要一至两条的光纤即可，不占空间，另外没有电磁干扰的问题，只要光源足够就可以大量使用，准确性不减。FBG布拉格光纤光栅传感器的技术优势，可以主要包括：
    (1)可靠性好、抗干扰能力强。由于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系统损耗的影响。
    (2)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。
    (3)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。
    (4)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。
    (5)抗电磁干扰、抗腐蚀、能于恶劣的化学环境下工作。基于FBG布喇格光纤光栅传感器的特点，其非常适合用于高速高精度的实时监测。除用于应变监测外，基于FBG技术开发的各种光栅传感器都具有高速高精度的特点，如FBG水位计的精度可达1cm。
3FBG对隧道施工监测作用
    FBG对隧道的监测内容主要包括隧道围岩变形，隧道周边位移，围岩压力及两层支护问压力，支护和衬砌内应力、表面应力及裂缝测量，锚杆或锚索受力等。如我国某地铁五号线隧道的初期支护中应用光纤布拉格光栅传感技术(FBG)进行了监测。监测过程中使用了3种FBG传感器.分别是混凝土应变传感器、温度传感器和钢筋应力计式传感器[2]。使用3种传感器分别监测了初期支护混凝土的应变、内部温度以及钢拱架的主筋应力。现场测试从2007年4月12日到2008年7月5 日共进行了18次测试，监测结果为工程的安全施工提供了科学依据。