基于光纤布拉格光栅传感网络在桥梁健康监测的应用
桥梁结构监测中的应用 1、传统测控系统迂到的挑战
公路、铁路、桥梁和一些重要的建筑设施是进行国民生产的基础，随着 交通运输事业的快速发展，各种大型桥梁在交通工程中的重要性日益突出，在 人为外力或自然灾害的影响下如何准确及时的监测桥梁健康状况成为保证交通 安全的重大挑战。但是由于桥梁空间跨度大、结构变形复杂、对测试系统动态 特性要求高，传统的传感器技术在测试的精度，速度和稳定性方面都难以满足 测试的要求，特别是在组建测试网络时遇到极大的挑战。而传统测试系统与桥 梁管理信息系统的结合也存在很多困难。因此，采用光纤光栅传感技术和虚拟 仪器技术进行桥梁健康(即桥梁结构)监控是有效应对。 2、建立桥梁自动监测及预警系统监控方案
大型桥梁健康监控的项目主要包括桥梁基础受洪水冲刷淘空、桥梁整体 的沉陷及倾斜、混凝土徐变对长时间挠度的影响、桥梁接缝变化及温度变化、 地震对结构体的影响和超重车对结构休的影响等。
方案实际应用。将光纤光栅传感器统一串连接入到桥梁控制中必的光纤 光栅传感网络分析仪中，分析仪可对采集到的数据进行分析、保存、打印等， 监测人员可获取可靠信息，采取相应措施。获得数据和分析结果可通过 internet 传送到远处，从达到远程监控的目的;
方案的实施。随着科学技术进步，可建立桥梁自动监测及预警系统。整 个光纤光栅传感网络由光纤光栅传感链、传输光缆、光纤光栅传感网络分析仪、 以太网集线器和服务器组成。
光纤光栅传感网络的实现。根据桥梁构件在载荷作用下受到的拉伸、压 缩、剪切、扭转和弯曲等复杂变形作用，在桥梁的大梁、索塔、拉索等重要部 位分别安装温度、应变、测力传感器，组成光纤光栅传感网络。被测量的物理 量输入计算机以后，根据桥梁的力学模型，应用有限元法等力学理论计算被测 对象各点的变形。根据目前桥梁安全规范常用的垂直位移变形对跨径比的百分 数，当某一部位变形超过规定的极限值时，立即在桥梁监测室报警。如果超限 是由于车辆超载发生，可以结合无线通讯技术的应用。系统利用虚拟仪器的优 越网络功能，实现测试网与计算机网的无缝链接。监测系统接入 Intemet 的方式 可以根据现场环境选择 GPRS、CDMA、电话线、宽带网和局域网等。GPRS 为 通用分组无线业务和 CDMA 为码分多址。采用数据传输模块或无线网卡通过移 动公网传输数据。GPRS 网络覆盖面大，但是目前传输速率略低;CDMA 传输速 率快、容量大、质量高。有宽带网接口的环境中通过宽带网连接到 Intemet 是比 较理想的方式;
桥梁管理信息系统。监测数据通过 Internet 传输到桥梁管理中心以后，与 基本资料记录、统计分析、维修记录等模块共同组成桥梁管理信息系统，实现 路网上庞大的桥梁系统集中管理。根据 BMIS 数据量大、数据类型多、数据结 构复杂的特点，采用 SQL(结构化查询语言)服务器数据库进行数据存储。通过对 桥梁监测历史数据分析，系统逐月、逐句、逐年评估桥梁健康状况，总结桥梁 变形规律，预测桥梁寿命，提供桥梁维护管理的科学依据。测试系统能自动描 绘性能曲线，生成并打印状态报告。系统功能的开放性为增加后续模块提供了 保证，其预测能力随着实际应用逐步提高。
该监测工程是为了辅助和改进对桥梁结构所进行的人工监测和评估工作。 可以报告桥梁的工作温度环境，报告桥梁的主要构件的实际内力分布和振动状 况，报告桥梁的主要构件是否有损害，或累积性损坏，并且给桥梁的营运管理
和维修决策者提供桥梁的警告信息。 在石油、天然气井中的应用
石油、天然气井的检测是石油和天然气开采过程中最基本和最关键的环 节之一。压力、温度、流量等参量是油气井下的重要物理量。故对这些量进行 长期的实时监测，及时获取油气井下信息，对石油工业具有极为重要的意义。 传统的电子传感器无法在井下恶劣的环境，诸如高温、高压、腐蚀、地磁的干 扰下工作。光纤先栅传感器可以克服这些困难，其抗电磁干扰能力和耐高温、 腐蚀能力能够精确地测量井下环境的参数。同时光纤传感器具有分布式测量能 力，可以测量井下参数的空间分布，给出剖面信息。而且光纤传感器横截面积 小，在油气井中占据空间极小。因此，将光纤传感器应用于石油测井具有极广 阔的前景。
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基于光纤布拉格光栅传感网络在桥梁健康监测的应用
