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摘要：关于现行的水利施工混凝土裂缝检测方法，主要还是以传统的人力现场观测为主，虽然市面上推出了智能监测仪器，但其普及程度相对较低。基于上述问题，本文则以水利施工混凝土裂缝检测为背景，引入了行业内先进的分布式光纤传感器，对其应用方法与检测效果展开探讨。实际结果表明，这一方式能够有效的完成对水利施工混凝土裂缝的检测，所得到的结果误差较小，具有较高可行性。
关键词：水利施工；混凝土裂缝检测；分布式光纤传感
在整个水利工程中，水利设施是其中尤为重要到的设备，它必须具有足够的安全性。当前的水利工程主要以钢筋混凝土为原材料，无论是强度还是硬度都较为良好，且可以抵御外界环境的影响，但与此同时又会受到高温的影响，一旦出现裂缝则会危及到结构的安全性。在此背景下，必须获得有关于裂缝的信息，以此为指导在第一时间制定可行的措施，从根本上解决裂缝问题，降低维护成本，为水利工程的运行创设稳定的环境。
1.分布式光纤传感技术发展现状
在光信号传输过程中，当属光纤这一方式具有较高可行性，当前的光纤通信技术也正处于快速发展时期。但在持续的光信号传输作业时，伴随着周边温度、压力等因素的变化，光线后的强度、相位等都会受到影响。基于对光信号的变化可以进一步分析出外界环境中物理量的大小。光纤传感器是当前的主流发展方向，它能够完成对周边温度、磁场、振动等多类物理量的检测工作。
以传感器原理为基准，可以对分布式光纤传感技术做以分类处理，除了向后散射的分布式传感器外，最为常见还有基于干涉仪的分布式传感器。关于后者，它基于对相位差的测量而获得所需的物理量，引入多个干涉仪并对其进行组合使用，在此基础上能够明确产生干扰的位置，从而达到分布式测量的效果。但值得注意的是，在同一时刻只允许对一个位置展开检测工作，并且光信号在多个干涉仪中进行传播时，其复杂度也将随之提升。
在多年的发展下，光纤分布式传感技术已经较为成熟，在光纤传输过程中部分散射光会出现反向传播的现象，基于应力、温度等外部因素的变化，散射光的性质也存在一定的差异。这样的设计方法可以有效的节省成本，传感系统也更为精简，传感网络部分仅需要在发光源端进行供电，而余下的部位则可以达到无源的状态。在长距离检测时，也不会出现传感盲点。基于对返回的反向散射光的分析工作，能够进一步得到传感量的大小，综合参考装置接收到后散射光所需要的时间，最终确定出具体的位置。如果光线的外部环境发生变化，受弹光效应的影响散射光的偏振态也将随之发生改变，此时通过对偏振状态的分析便可以得到所需检测的传感量。在激光器的作用下可以发射出Φ-OTDR的信号光，在不同的时刻都会出现干涉现象，以此为基础便可以获得传感量，且能够处于较高的灵敏度水平。总体来说，光纤是一种具有高度精细化通信技术，它的应用范围较广，可以适用于粗放的大型混凝土工程环境之中，但要想将该技术良好的应用于工程之中，依然有诸多有待解决的问题。
2.分布式光纤传感器检测混凝土裂缝
2.1设备选取
光纤是一种典型的接触式感应技术，它需要完成对结构早期微裂缝的识别，且伴随着裂缝的扩大对应的传感光路连通不可受到影响。对此，本文则引入了HS-FB2000分布式光纤传感器，以此为主要设备而展开对混凝土大坝裂缝的检测工作，关于该设备的示意图如图1所示，具体参数如表1所示。
图1 HS-FB2000分布式光纤传感器
相较于同类产品而言，此类分布式光纤传感器在运行时稳定性良好，具有防腐、防爆等优点，可以能够达到持续性检测的效果。
2.2检测过程
分布式光纤传感器的稳定运行需要得到分布式光纤探测技术的支持，如果外部物理因素发生了变化，此时后向散射光的性质也存在差异，基于otdr技术可以进一步获得光布里渊散射光的射频量，由此探寻光纤分布变化特性，最终达到对混凝土裂缝检测的效果。
2.3传感器布设
水利工程混凝土大坝运行环境复杂，极容易受到诸多载荷的影响，由此加大了大坝内部应力分布的复杂性，混凝土裂缝的出现也不具有明显的规律。为了精准获悉到大坝的裂缝形成区域，有必要引入分布式光纤传感器，将其安装在最优可能出现裂缝的区域。关于传感器的布设，以网格布设的方式最为可行，它能够覆盖的检测范围较广，可以实现对混凝土大坝的全面检测，有效的降低了检测遗漏的概率。
表1 HS-FB2000分布式光纤传感器参数设置
图2 分布式光纤传感器布设方式
3.混凝土裂缝检测效果分析
需要对所得到的检测结果做进一步的验证，此时则需要在传感器周边设置电阻应变片，它可以达到检测应变的效果。整个混凝土裂缝的产生主要分为三大环节：首先，形成第一条裂缝锋，此时混凝土应变与极限拉应变处于等值状态；此后，裂缝逐步发展起来，载荷持续增加，进而产生了主裂缝；最后，裂缝极限阶段，此时载荷将会达到最大值，且在主裂缝的周边还会形成多道分支裂缝，混凝土应变将进一步变为极限拉应变。
3.1第一阶段检测效果分析
对混凝土大坝做以持续加载处理，经过一段时间的操作后将会形成裂缝（命名为裂缝2），发现这一裂缝的出现位置与分布式光纤传感器相接近。基于对所在区域的分布式光纤传感器以及电阻应变片的分析，得知10kN为大坝裂缝的界限值，当加载时超过该水平时意味着大坝便进入到了危险阶段。为了进一步分析分时光纤传感器的检测效果，需要求得裂缝应变力，并将其与电阻应变片所得到的结果做以对比分析，具体内容如表2所示。
表2 第一阶段应变力计算结果
基于对上述的分析得知，分布式光纤传感器所显示出的应变力为0.00151，将其与电阻应变片的相关值进行分析，发现二者处于高度接近的状态，误差仅为0.00001。
3.2第二阶段检测效果分析
当载荷介于15kN到50kN范围内时，意味着裂缝正处于发展阶段，此时裂缝的宽度由原来的0.14mm也逐步扩展到了0.28mm，为了分析此阶段分布式光纤传感器的检测效果，依然需要计算出裂缝的应变力，并将其与电子应变片做以对比分析，具体内容如表3所示。
表3 第二阶段应变力计算结果分布式光纤传感器
表4 第三阶段应变力计算结果分布式光纤传感器电阻应变片
基于对上述数据的分析得知，即便荷载状态发生变化，二者的应变力数值极为接近，且误差也仅为0.00003。
3.3第三阶段检测效果分析
当荷载介于50kN到200kN范围内时，意味着裂缝达到了极限阶段，此时逐步延展且宽度已经达到了0.62mm，经观测后得知2号裂缝周边的分支裂缝也表现出了逐步变为主裂缝的趋势，混凝土大坝面临着较大的垮塌风险。为了分析此阶段分布式光纤传感器的检测效果，依然需要计算出裂缝的应变力，并将其与电子应变片做以对比分析，具体内容如表4所示。
基于对上述数据的分析得知，二者对应的应变力差值较小，可以控制在0.000012以内。在分布式光纤传感器的作用下反映出裂缝的发展阶段，伴随着载荷的持续增加，分布式光纤传感器与电阻应变片二者所对应的检测结果极为接近，其误差均可稳定在0.00002以内。总体来说，分布式传感器在对水利工程混凝土坝裂缝的检测工作中具有较高的可行性。
4.结语
水利工程在长时间的使用后将逐步表现出老化问题，此时坝体裂缝逐步生成，对大坝的整体安全性造成了影响。对此，本文提出了分布式光纤传感器用于检测裂缝的方案，它可以明确裂缝的发展情况，所得到的检测数据与实际结果误差较小，有助于水利工程维护工作的展开。但这一方法也具有一定的局限性，即不同型号的混凝土大坝其对应的裂缝形式将存在差异，所有对应的传感器选型问题应做进一步的探究。
参考文献
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论文作者:宋朝
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/15
标签：裂缝论文; 光纤论文; 分布式论文; 传感器论文; 混凝土论文; 应变论文; 应变力论文; 《基层建设》2019年第18期论文;