龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
光纤光栅传感器在路桥隧结构健康监测中的应用
作者：柏格文 齐云鹏
来源：《无线互联科技》2018年第06期
摘 要：文章介绍了光纤布拉格光栅传感器的原理和发展，列举分析其目前应用于路桥隧领域的研究及工程实例。文章着重阐述光纤光栅传感器在结构健康监测中的应用价值，并剖析光纤光栅传感器在道路应用方面存在的问题。
关键词：光纤光栅传感器；道路；桥梁；隧道；结构健康监测 1 光纤光栅传感技术简介
光纤布拉格光栅（Fibber Bragg Gratting，FBG）由加拿大信息通信学家Ken Hill等于1978年发明。通过利用含锗光纤的光敏特性，当光照射时产生光纤纤芯折射率的轴向周期性改变，结合信号调制解调技术反馈光强与纤芯物理性质变化的拟合。在1989年，Ken Hill等利用紫外激光干涉图样实现了对FBG的横向周期结构反馈；在1993年，运用相位掩摸技术的FBG技术有效降低了写入光的相干性要求，为FBG传感器的量产奠定了基础。纤芯折射率（模态指数）分布（见图1）和光谱响应（见图2）反映了FBG的工作原理。 FBG中反映光纤折射率周期性变化的反射波长^。的定义式：
其中，ne为纤芯有效折射率（模态指数）；人为光栅周期。纤芯有效折射率在多模光波导条件下取决于光的传播模态和波长，因而也被称作模态指数。由于FBG波长对应变和温度的高敏性，FBG传感器在感温和变形测量方面有着显著的优势。在载荷应变∈或温度变化△，下，FBG波长偏移系数可由下式推算[1]：
其中，Cs为应变系数，由应变光学系数导出，CT是光纤的热膨胀温度系数。通过对不同的测试需求采用增敏技术，写入光栅并封装，可制成FBG传感探头。光纤光栅传感系统由光源、FBG传感器、光信号解调仪和数据处理系统组成[2]，将纤芯中的后向散射光信号解调后进行处理，故对传感器件集成度有较高的要求。 2 光纤光栅传感器在路桥隧工程中的应用
工程建设的费效比优化一直是科研的热点方向，不论施工和运营维护都寻求稳定高效。结构健康监测（ StructuralHealth Monitoring，SHM）技术实现对结构的实时监测，补充甚至超越了传统的检测方式，特别是当结构受到损害时，完成4步：判断损伤存在并定位、识别损伤类型、量化损伤程度、损伤评估，进而保障结构的安全性。Boller等[3]指出SHM是通过内嵌式
光纤光栅传感器在路桥隧结构健康监测中的应用
