光纖傳感技術(shù)在橋梁檢測中的應(yīng)用研究

陳嬋玥

（廣東榮駿建設(shè)工程檢測股份有限公司，廣東 廣州510000）

0 引言

光纖傳感技術(shù)作為當前一種新型的檢測技術(shù)，對保證和提高橋梁施工的質(zhì)量具有重要的作用。盡管當前光纖傳感技術(shù)已經(jīng)能夠滿足大部分橋梁工程的檢測要求，但不同情況下的橋梁工程對檢測工作的開展要求不同，因而光纖傳感器在檢測范圍、距離以及應(yīng)對各種復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境方面仍有較大的發(fā)展空間。通過對光纖傳感技術(shù)在實際橋梁檢測中的應(yīng)用進行分析，研究光纖傳感技術(shù)未來的發(fā)展方向和趨勢，能夠為光纖傳感技術(shù)的深入研究和優(yōu)化提供一定的思路。

1 光纖傳感技術(shù)

1.1 光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用原理

光纖傳感技術(shù)從本質(zhì)上來說是一種轉(zhuǎn)換技術(shù)，能夠利用光纖來將環(huán)境中的物理量轉(zhuǎn)換為檢測信號，從而實現(xiàn)對被測物體檢測的相關(guān)要求。光纖是光線傳播的主要介質(zhì)，光線攜帶的光波振幅、光波波長等特征數(shù)據(jù)能夠通過光纖進行傳播。光纖傳感器是光纖傳感技術(shù)應(yīng)用的主要工具，一般由光源、光纖和探測器三個部分組成。在實際應(yīng)用中，光源發(fā)出的光能夠以耦合的方式進入光纖，再經(jīng)由光纖傳播到傳感器內(nèi)部的調(diào)制區(qū)，調(diào)制區(qū)內(nèi)部的光信號會受到外界光源產(chǎn)生的被測參數(shù)影響，在光的強度、頻率、相位等方面發(fā)生變化，形成被調(diào)制后的信號光，然后再利用光纖將光線傳輸?shù)焦馓綔y器中，由探測器呈現(xiàn)出檢測的具體結(jié)果。當前，以光纖傳感技術(shù)為主要原理的光纖傳感器已經(jīng)在橋梁工程的檢測中得到了較為廣泛的應(yīng)用。

1.2 光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

在各種實際的場景應(yīng)用中，光線傳播本身很容易受到溫度、壓力、磁場等方面變化的影響而導(dǎo)致檢測結(jié)果發(fā)生變化。應(yīng)用光纖傳感技術(shù)，能夠讓光線始終在一個較為穩(wěn)定的環(huán)境中進行傳播，不僅不會受到各種環(huán)境因素的干擾，也不會與電磁波發(fā)生對沖，能夠有效保障光纖傳感技術(shù)的實際應(yīng)用效果。而基于現(xiàn)代橋梁工程的復(fù)雜施工環(huán)境條件，光纖能夠以其自身良好的柔韌性來克服各種情況下現(xiàn)場檢測的困難，擺放成符合現(xiàn)場檢測要求的形狀。同時，光纖傳感器的測量頻帶也比較寬，且能夠依據(jù)現(xiàn)場檢測的實際條件進行調(diào)整，傳感器的動態(tài)響應(yīng)范圍也比較大，能夠依據(jù)現(xiàn)場檢測的要求，制成針對聲場、磁場、壓力等不同物理量進行檢測的傳感器，也能夠與計算機進行連接，以系統(tǒng)控制的方式滿足遠程對傳感器進行操控的要求。

2 光纖傳感技術(shù)在橋梁檢測中的應(yīng)用分析

現(xiàn)代橋梁工程施工技術(shù)水平不斷提高，對橋梁建設(shè)的要求也越來越細化，精度要求也在不斷提高。其中，橋梁工程的承重能力是關(guān)系到整個項目施工質(zhì)量的主要因素。應(yīng)用光纖傳感技術(shù)，能夠以更加先進的方式，滿足不同環(huán)境、不同建設(shè)要求下橋梁檢測的施工要求，為橋梁工程的建設(shè)工作提供保障。在對橋梁檢測中應(yīng)用的光纖傳感技術(shù)進行分析時，主要可以從以下幾個方面入手：

2.1 在橋梁應(yīng)變檢測中的應(yīng)用

對于橋梁工程的施工建設(shè)，首先需要考慮的一點就是橋梁結(jié)構(gòu)能夠承受的應(yīng)力情況。如果橋梁受到的應(yīng)力大小超過橋梁自身承載的最大標準，就會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形的情況，嚴重時甚至?xí)绊懙綐蛄航Y(jié)構(gòu)整體的安全性和穩(wěn)定性。基于保障橋梁工程施工質(zhì)量安全的要求，需要在實際施工中對橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變情況進行檢測。在橋梁應(yīng)變檢測中應(yīng)用光纖傳感技術(shù)，主要以在橋梁結(jié)構(gòu)中安裝光纖傳感器的方式，配合明確的應(yīng)變標注，實現(xiàn)對橋梁在施工建設(shè)中呈現(xiàn)的應(yīng)力變化情況。在整個檢測的過程中，需要及時對應(yīng)力的變化情況進行記錄，從而為判斷橋梁本身的應(yīng)變情況提供更加科學(xué)準確的依據(jù)。結(jié)合當前部分橋梁工程中應(yīng)用光纖傳感技術(shù)的經(jīng)驗，對于橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量的檢測，依據(jù)結(jié)構(gòu)部位的不同有一定的差異。對橋梁局部結(jié)構(gòu)應(yīng)力的檢測，一般應(yīng)用E-P光纖傳感器來實現(xiàn)；而對于橋梁結(jié)構(gòu)分布應(yīng)力的檢測，則主要由光纖布拉格光柵傳感器來滿足應(yīng)變檢測的相關(guān)要求。

具體而言，在橋梁應(yīng)變檢測中應(yīng)用光纖傳感技術(shù)，需要在安裝光纖傳感器之前，對橋梁工程現(xiàn)場的環(huán)境條件進行勘查，判斷工程現(xiàn)場的靜態(tài)環(huán)境條件是否符合光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用標準，并依據(jù)現(xiàn)場的整體情況來選擇合適的傳感器設(shè)備類型。對于光纖傳感器安裝觀測點的選擇，不僅需要保證觀測點分布的均勻性，還需要能夠覆蓋到整個橋梁工程的施工范圍，保證測點分布的全面性。在實際對橋梁工程進行檢測時，需要依據(jù)光纖傳感器自身的標準量來開展應(yīng)力輸入的工作，將輸入和輸出的數(shù)據(jù)實時記錄。在每次檢測之前都需要手動將傳感器的輸入值歸零，然后重新依據(jù)傳感器輸入和輸出的量進行記錄。在得到檢測的相關(guān)數(shù)據(jù)之后，還需要依據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)公式對檢測得到的數(shù)據(jù)進行處理并繪制曲線，從而得到在不同應(yīng)變情況下橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變值，以此來判斷橋梁結(jié)構(gòu)施工建設(shè)的穩(wěn)定性和質(zhì)量安全是否符合要求。

2.2 在橋梁振動檢測中的應(yīng)用

對于橋梁工程的振動檢測，主要針對橋梁投入使用后的情況而言。橋梁工程的施工建設(shè)能夠滿足連接兩個地區(qū)之間的交通需求，且對于一些地質(zhì)環(huán)境條件較為復(fù)雜的地區(qū)而言，橋梁工程的施工建設(shè)不僅能夠滿足地區(qū)之間的交通通行要求，還能夠?qū)Υ龠M地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展起到有效的作用。基于這一前提，橋梁工程往往會在投入使用后擁有較大的交通量。而過往車輛，尤其是一些大型貨車在行駛過程中會導(dǎo)致橋梁產(chǎn)生振動的情況，在投入使用一段時間之后，這種振動會嚴重影響到橋梁結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性和安全性。在橋梁振動檢測中應(yīng)用光纖傳感技術(shù)，能夠通過對橋梁使用過程中橋梁結(jié)構(gòu)的振幅、頻率等相關(guān)參數(shù)的檢測來測定橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生振動的情況。

具體而言，在橋梁振動檢測中應(yīng)用光纖傳感技術(shù)，首先需要在橋梁結(jié)構(gòu)的表層或內(nèi)部選擇合適的位置安裝信號光纖，由信號光纖來感受橋梁在使用中受到振動的情況，并及時做出振動響應(yīng)。經(jīng)由信號光纖和傳感器來對獲取到的信息進行處理之后，就可以在傳感器終端輸出得到光信號參數(shù)。通常情況下，由檢測得到的光信號參數(shù)會呈現(xiàn)出周期性的變化趨勢。在將這些光信號參數(shù)進一步傳遞給處理系統(tǒng)之后，就可以通過FFT來對這些光信號參數(shù)所反映的橋梁結(jié)構(gòu)振動周期和頻率進行分析。橋梁振動情況很容易影響到正常通車以及行車的安全性和舒適性?，F(xiàn)有的光纖傳感技術(shù)大多只應(yīng)用于整體橋梁結(jié)構(gòu)的檢測，在現(xiàn)代橋梁工程施工建設(shè)越來越復(fù)雜的情況下，對于橋梁振動情況的檢測還需要能夠從橋梁的局部位置入手，對相關(guān)位置的振動頻率和振幅進行檢測，才能夠更有針對性地采取措施來緩解橋梁產(chǎn)生的振動情況。因而在實際應(yīng)用光纖傳感技術(shù)的過程中，光纖傳感技術(shù)還需要進行優(yōu)化創(chuàng)新，讓檢測技術(shù)能夠直接對橋梁的局部結(jié)構(gòu)振動情況進行檢測，從而更好地保障橋梁結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性的建設(shè)要求。

2.3 在橋梁混凝土結(jié)構(gòu)檢測中的應(yīng)用

混凝土是橋梁工程施工建設(shè)應(yīng)用的主要材料之一，混凝土結(jié)構(gòu)的施工建設(shè)需要滿足承載力、混凝土強度以及穩(wěn)固性等方面的要求，才能夠確保實際的施工建設(shè)質(zhì)量。而橋梁工程在投入使用一段時間之后，混凝土結(jié)構(gòu)很容易因遭到侵蝕而出現(xiàn)裂紋，就會給車輛的正常行駛以及橋梁結(jié)構(gòu)埋下安全隱患。結(jié)合橋梁工程的實際建設(shè)經(jīng)驗，橋梁混凝土結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)的裂縫一般包括貫穿裂縫和深裂縫兩種情況。貫穿裂縫會嚴重影響到橋梁結(jié)構(gòu)的使用性能，許多橋梁的安全事故都是由于貫穿裂縫導(dǎo)致的；深裂縫的尺寸一般能夠達到0.2～0.3m，如果沒有及時采取措施進行修補，就很容易誘發(fā)嚴重的橋梁坍塌事故，影響過往車輛的行駛安全，也會嚴重破壞橋梁整體的結(jié)構(gòu)。

基于這一情況，可以在橋梁混凝土結(jié)構(gòu)檢測中應(yīng)用光纖傳感技術(shù)，依據(jù)更準確的檢測結(jié)果來對橋梁混凝土結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，讓混凝土結(jié)構(gòu)的性能能夠在橋梁使用中得到充分的發(fā)揮。當前橋梁混凝土結(jié)構(gòu)檢測中應(yīng)用的光纖傳感技術(shù)以分布式的檢測技術(shù)為主，在實際應(yīng)用該技術(shù)時，需要提前在混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)埋光纖傳感器，從而實現(xiàn)對混凝土結(jié)構(gòu)強度、耐久性等參數(shù)的檢測。從實際的應(yīng)用情況來看，應(yīng)用光纖傳感技術(shù)不會對已經(jīng)施工完成的混凝土結(jié)構(gòu)造成破壞，且能夠依據(jù)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)類型的不同，選擇合適的檢測位置，具有更大的靈活性，能夠適應(yīng)不同條件下的橋梁檢測需求。而分布式光纖傳感技術(shù)能夠覆蓋到橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的所有范圍，避免在實際檢測中出現(xiàn)漏檢或錯檢的情況。

同時，考慮到當前橋梁工程中應(yīng)用的混凝土結(jié)構(gòu)以鋼筋混凝土為主，而鋼筋在實際的使用中也會由于受到環(huán)境的影響而出現(xiàn)腐蝕的情況，這時就可以應(yīng)用光纖傳感技術(shù)對鋼筋的腐蝕情況進行檢測。鋼筋本身作為橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的主承力構(gòu)件，其重要性不言而喻。如果鋼筋在實際使用中受到較為嚴重的腐蝕，會直接影響到整個橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。針對鋼筋腐蝕情況應(yīng)用的光纖傳感技術(shù)，以光纖腐蝕傳感器為主。在實際應(yīng)用該技術(shù)時，需要讓傳感器的頻帶光源發(fā)出的光進入測試光纖當中，并從測試光纖的開窗區(qū)射出。在這個過程中，如果光纖和鋼筋之間距離沒有超過10mm，光信號在照亮鋼筋之后，鋼筋表面的局部區(qū)域能夠?qū)φ丈涞墓庑盘栠M行顏色調(diào)制。經(jīng)由調(diào)制后得到的光信號能夠通過標準分光儀傳感器來進行傳感，如果傳感后輸入光的顏色發(fā)生明顯的變化，就證明鋼筋已經(jīng)存在腐蝕的情況?；谶@一前提，可以在同一根光纖上開設(shè)多個窗口，并配合時分復(fù)用系統(tǒng)來對光纖不同開窗區(qū)反映腐蝕情況的信息進行判別，從而提高對鋼筋腐蝕情況進行檢測的準確性。但從實際光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用情況來看，當前對于鋼筋腐蝕部分應(yīng)用光纖傳感技術(shù)的經(jīng)驗和研究都比較少，且由于受到光纖保護問題的限制，即便對鋼筋腐蝕檢測中應(yīng)用光纖傳感技術(shù)的情況進行研究，也大多只能在實驗室進行，難以在全國范圍內(nèi)的橋梁工程檢測中廣泛應(yīng)用。因而在未來的發(fā)展中，需要基于橋梁工程的實際情況，對鋼筋腐蝕檢測要求下的光纖傳感技術(shù)進行更深入的研究，不斷提高鋼筋腐蝕檢測結(jié)果的準確性。

2.4 在橋梁其他檢測中的應(yīng)用

光纖傳感技術(shù)作為一種新型的檢測技術(shù)，能夠有效滿足對整個橋梁工程進行質(zhì)量參數(shù)檢測的要求。因而其除了能夠被應(yīng)用到一些橋梁工程的重點施工內(nèi)容之外，還能夠被應(yīng)用到其他一些部位的質(zhì)量檢測當中。例如，對于橋梁工程而言，橋梁結(jié)構(gòu)整體的受力情況直接關(guān)系到橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全，應(yīng)用光纖傳感技術(shù)，能夠通過對拱橋系桿、吊桿等橋梁受力結(jié)構(gòu)附件應(yīng)用情況的檢測，判斷橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全。橋梁工程中的預(yù)應(yīng)力錨固構(gòu)件也會影響到橋梁結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。應(yīng)用光纖傳感技術(shù)，能夠通過對錨桿、錨索等預(yù)應(yīng)力錨固構(gòu)件的質(zhì)量檢測來判斷橋梁結(jié)構(gòu)是否符合質(zhì)量標準要求。

在實際應(yīng)用中，光纖傳感技術(shù)主要能夠通過對構(gòu)件受力大小、得到的檢測值以及橋梁受力分布情況進行分析，更全面準確地反映出橋梁工程實際的使用性能。而考慮到現(xiàn)代橋梁工程現(xiàn)場實際的環(huán)境條件和施工建設(shè)要求不同，光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用也需要能夠結(jié)合橋梁工程的實際情況，選擇合適的光纖傳感技術(shù)來制定對橋梁工程進行檢測的方法，并在應(yīng)用技術(shù)的過程中嚴格按照相關(guān)的步驟和程序，確保應(yīng)用檢測技術(shù)的準確性，從而有效保障橋梁工程施工建設(shè)的質(zhì)量安全。

從光纖傳感技術(shù)的實際應(yīng)用情況來看，光纖傳感器具有成本低、應(yīng)用范圍廣的特點，既能夠滿足大部分橋梁工程施工建設(shè)的要求，也能夠用于其他一些工程項目的檢測當中。伴隨著現(xiàn)代橋梁工程項目施工建設(shè)的不斷發(fā)展，基于光纖傳感器的光纖傳感技術(shù)也需要進行不斷的優(yōu)化和創(chuàng)新，讓光纖傳感技術(shù)能夠成為推動橋梁工程結(jié)構(gòu)不斷完善的有效工具，在推動橋梁整體結(jié)構(gòu)不斷完善的同時，也能夠有效保障橋梁工程施工建設(shè)的質(zhì)量安全。因而從整體來看，光纖傳感技術(shù)在現(xiàn)代橋梁工程的施工建設(shè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

3 結(jié)語

綜上所述，光纖傳感技術(shù)能夠被廣泛地應(yīng)用于橋梁工程的多種檢測工作中，并保證橋梁工程的施工質(zhì)量。光纖傳感技術(shù)所擁有的應(yīng)用優(yōu)勢，使其比以往的檢測技術(shù)擁有更大的檢測范圍，能夠滿足大部分橋梁檢測的應(yīng)用要求。在現(xiàn)代橋梁工程施工建設(shè)要求和環(huán)境條件越來越復(fù)雜的情況下，光纖傳感技術(shù)的研究重點需要放到克服各種實際施工環(huán)境和改善橋梁工程內(nèi)部結(jié)構(gòu)質(zhì)量上，不斷提高橋梁檢測的質(zhì)量效果，為橋梁工程施工提供更加準確的依據(jù)。