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智能材料介绍

目前常用的智能材料为光纤传感材料,其中性能比较优异的有布里渊光时域反射(BOTDR)光纤传感器与光纤光栅(FBG)传感器两种。

光纤传感技术的优点

1、耐久性好
2、稳定性好
3、工作效率高,可实现分布式传感
4、传感器与结构相容性好
5、具有实时性与自动性
6、精度高

一 光纤光栅(FBG)传感器介绍

光纤光栅结构原理图

产品介绍
■根据这些特性,可将光纤光栅制作成应变、温度、压力、加速度等多种传感器。如下图所示:

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光纤光栅(FBG)传感器应用领域
■光纤光栅温度传感器测量发电机内部温度
■光纤光栅用于现代大型土木建设的健康检测
■光纤光栅传感器用于古建筑维护
■光纤光栅传感器用于石油工业检测
■光纤光栅传感器用于高速公路计费
■光纤光栅传感器用于飞机疲劳检测


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· 天津新博物馆作为天津市的标志性建筑,采用了仿生建筑结构,具有三维构架,常用的混凝土根本无法应用到建筑中来,只能选取空间跨度很大的钢架结构和网架结构施工,这两种钢结构各需钢材1000吨;
· 其中网架结构在目前国内极为少见,在施工过程中,采用了多种传感方式进行检测,其中光纤光栅应变片在项目中效果最佳。

昆明嵩待高速公路隧道监控

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■嵩明-待补高速公路作为国道主干线GZ40的重要一段,由于海拔的升高,沿途气温逐步降低,山高谷深,山体破碎,工程艰巨。不少路段桥隧相连或桥桥相连;白泥井路段是全线隧道最集中的路段;3号隧道由于地质条件复杂,成为整条线的硬骨头工程。
■为了及时了解隧道的健康状况,在隧道主主体机构完成后,在拱顶贴装了光纤光栅应变片,作为健康监控系统的传感部分

二 布里渊光时域反射(BOTDR)光纤传感器介绍

布里渊光时域反射原理介绍

BOTDR是布里渊光时域反射测量计(Brillouin Optic Time-Domain Reflectometer)的缩写, 其基本原理是利用光纤中的自然布里渊散射光的频移变化量与光纤所受的轴向应变之间的线性关系,得到光纤的轴向应变,如图1所示。
光纤的轴向应变与布里渊散射光频率的漂移量可用下式表示:

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其中, 为光纤发生应变时布里渊散射光频率的漂移量;为光纤无应变时布里渊散射光频率的漂移量;为比例系数, 约为0.5GHz /%(应变);为光纤的轴向应变。

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工程应用实例
■鼓楼隧道作为连接中央路和中山南路的地下通道,承担南京市南北方向上主要干线的交通任务,由于该地区复杂的地下水情况,在隧道运行期间出现频繁的漏水及表层脱落现象,为及时了解隧道的健康状况,在隧道建成6年之后,补充布设了BOTDR分布式光纤应变传感器.

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工程应用实例
玄武湖隧道东起新庄立交二期,西起模范马路,下穿玄武湖,古城墙和中央路,全长2.56公里,其中湖底隧道长约1.66公里.隧道的环境地质条件不佳,尤其是湖底隧道所经的湖区部分,松散粉细砂层厚度较大,分布广,且有承压水,土层性质差异显著,类别复杂,分布不均,总体而言,土体稳定性差,不利于隧道的长期完全.为了保障玄武湖隧道的结构安全,及时有效的掌握隧安全状态,在2003年布设了BOTDR分布光纤应变传感器

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