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【摘 要】随着近些年社会建设进程的逐渐加快，结构工程行业得到了很大的发展，迎来了黄金发展期，与此同时，为了有效提升结构工程的安全性和保障性，人们向结构工程检测提出了更加严格的要求和标准。在这一大背景下，相关技术人员为了改进以往结构工程的检测方式和手段，开始把新兴的光纤传感技术运用在结构工程中，主要用于结构工程外部荷载的检测、工程内部温度、应力以及应变等方面检测。本文将光纤传感技术在结构工程检测中的应用作为论述的重点，希望能为广大的技术人员提供帮助，从而切实推动我国结构工程检测水平的提升。
【关键词】光纤传感技术；结构工程检测；应用研究
【中图分类号】TP212 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2017）18-0094-02
光纤是人们在上世纪七十年代左右着手研发的，它的核心组成成分为二氧化硅，直径一般介于100~125um之内，是一类由外包层以及内芯组成的纤维状光通信介质。因为光纤内层纤芯的折射率大于外包层的折射率，所以光在其中传输损耗的能量极少。近些年来，为了提升国内结构工程的检测水平，技术人员开始将光纤传感技术应用在其中。我国光纤传感技术在近些年的结构工程检测中的应用虽然获取了一定的成功，但仍存在部分不足。基于此，本文对光纤传感技术在现代结构工程中检测中的相关应用展开了较为深入的分析，旨在提升国内现有结构工程检测的质量。
1.光导纤维和传感原理简述
光导纤维又被简称为光纤，是一类新型的通信介质，人类对它的探究可以追溯到上世纪七十年代，SiO2是其中的构成要素，它是一类由外包层与内芯共同组合而成的新兴纤维光状纤维通信介质，基本结构如图1所示。因为外包层的折射率相比较，纤芯原料的折射率较大，依照Smell以及全内反射规律，所以光在光纤中的传送能量损耗将降低最低。光导纤维的传感原理为通过光在光纤内产生偏振、散射、干涉又或者是因为光纤损坏、形变导致传输的光发生改变的情况。
图1 光纤基本结构与光线传输
2.光纤传感技术在结构工程中检测中的应用
2.1 热应变与温度检测
结构施工结束后，为了使建筑工程的使用安全性和使用寿命得到有效的保障，施工队伍需要对混凝土进行适当的养护，因为混凝土后期的硬度、强度等将对结构工程的施工质量造成很大的影响。当混凝土处于养护期的时候（通常为28天），因为水化热反应所释放的各个部分不相同以及混凝土各个部位的温度也不相同，所以导致各个部位的热应变也存在差异。这点放在普通的混凝土构造而言所造成的影响是较小的，但是放在面积、体积较大的混凝土而言，所造成的影响是不可忽略的，因为一旦热应变不同而造成拉应力大于混凝土本身的抗拉硬度的话，就会使得混凝土开裂。为了有效解决这一问题，可以通过合理应用埋入式光纤传感器与ODTR技术来对面积、体积较大的混凝土结构进行内部温度测量。之前已经有其他国家的探究组选用光纤分布式温度传感器进行混凝土养护期内部温度的测验实验。
2.2 结构内部的应力与应变检测
依照光纤传感器工作原理具体分成下列几类，一是光纤微损耗的应力与应变检测，它主要是利用辅助变形设施把构造内部的应力、应变等传输给光纤，而光纤输出光强度的变动就是构造应力、应变等方面发生的改变，这一类检测方式的缺陷为变形设施占地大，完全埋入具有很大的困难。二是双折射光纤内两偏振光干涉的应力、应变检测，Makgiuk等众人于结构工程中把光纤沿压力平行的朝向埋入双折射光纤开展了相关的实验探究，这一类探究方式的灵活度极高。三是两根光纤输出光相互干涉的应力、应变检测，Escobar等人进行了相关的探究，他们吧2根光纤各自做为干涉仪的2个臂埋入结构工程的外层与里层，而表层与里层变化的不同将造成光纤里光程的改变，进而完成构造工程应力、应变检测。
2.3 结构的振动测量
因为光纤传感器拥有的抗电磁干扰以及长距传输的功能，所以它可以完成长距离、在线的构造总体又或者是核心部位的振动测量。Spillman等人总结出了利用多模光纤测量振动的方式。多模光纤内模间的干涉以及多模光纤受到的外部振动具有相应的联系，利用多模光纤输出光斑环节又或者是总体光强改变和光纤受到的振动的联系，就能够测量出构造振动所具有的幅度以及频率。除此之外，Spillman等人同时也利用这一方式对一处钢构造的振动进行了测量，得出的结果和加速度计的测量结果相同。结构的振动测量是现代光纤传感技术在结构工程检测应用中的一大组成部分，对工程检测水平的提升有着不可忽视的意义。
3.存有的相关的问题
尽管我国乃至世界的光纤传感技术在现代结构工程中的检测应用水平得到了一定的提高，也获得了一定的成就，可是却依旧存有部分问题尚未解决。一是无损埋入混凝土的技术问题，也就是怎样把光纤完整地埋入。二是经久性方面，黏贴在结构工程中的光纤使用期限主要取决黏贴胶，而目前黏贴胶的使用时间较短，而结构工程的使用寿命通常为一世纪左右，因为经久性问题也逐渐成为技术人员关注的重点。三是疲劳损坏方面，也就是当进行结构工程的应力、应变测量的时候，所使用的光纤黏贴胶的疲劳损坏方面能不能符合相关的测量标准。四是成本问题，施工成本是影响工程经济效益的主要因素，因此也受到一定的关注。上述这些问题是光纤传感技术应用在结构工程检测中切实存在的，相关的技术人员必须加以充分的重视，提出有效的解决对策，进而提升现代结构工程检测的水平。
4.结语
目前人们在结构工程检测中运用光纤传感技术仍位于起步时期，相关的应用技术还尚未完全成熟。虽然当前光纤传感技术的应用依然存有一些问题和缺陷，但是在混凝土构造的应力、应变等方面的实时、分布式测量工作中，光纤传感技术确实具有很大的贡献意义。总而言之，光纤传感技术在现代结构工程检测中的应用探究拥有重要意义，同时也是一项具有挑战性的工作。国家和地区要注意加大研究资金的投入，并引入先进的设施和技术，相关的技术人员也应当开展深入探究，对于有关的技术难题加大探究力度，从而推动社会经济的更好、更快发展。
参考文献
[1]张平松.矿井光纤测试技术发展与应用研究[J].地球物理学进展,2016(06).
[2]贾强强.混凝土结构开裂监测的PPP-BOTDA分布式光纤技术试验研究[J].光电子?激光,2016（08）.
论文作者:朱承嗣
论文发表刊物:《建筑知识》2017年18期
论文发表时间:2017/9/19
标签：光纤论文; 结构论文; 工程论文; 应变论文; 应力论文; 技术论文; 混凝土论文; 《建筑知识》2017年18期论文;