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光纤光栅传感器在水布垭面板坝安全监测中的应用

时间:2011-01-02 15:30来源:中国自动化网 作者:郑魏 袁宏才 点击:
本文分析了光纤光栅传感的基本原理,在坝体模拟槽试验中具体验证了波长变化与温度的关系;通过建设中的清江水布垭面板坝工程,研究了用于大坝监测的光纤光栅传感器的系统构成,并成功地大规模布设了光栅应变传感器与温度传感器;监测结果表明光纤Bragg光栅传感器监测系统
  

 本次模拟试验选择三个渗流点进行二次试水试验观察渗流点处探头试水前后温度变化过程试验数据记录如图4。其中2-1;2-2;2-3;2-4;2-5分别是处于一根单模光纤上不同位置的Bragg光栅所反映出来的温度变化曲线。

  图4 2#通道测试点温度

  从试验结果可以看出,当发生渗流时,由于温度变化使其中心波长与温度的相关系数很高,并没有迟滞现象,它们存在很好的线性关系。证明了光纤Bragg光栅是一种十分理想的温度传感元件;这与理论分析结果吻合很好。而且传感器的一致性良好,非常有效于大面积贴片测量,实现工程结构的测量。

 

  3.光纤光栅健康监测系统构成

  光纤智能健康监测系统主要由以下三部分构成:光纤传感器系统,信号传输与

  采集系统数据处理与监测系统。如图5

  图5 光纤Bragg光栅传感器(FBG) 桥梁结构监测系统

  进行监测时,光纤传感器测量到的坝体实时状态信号经过信号传输与采集系统送到监测中心,进行相应的处理和判断,从而对坝体的健康状态进行评估。若监测到的关键健康参数超过设定的阀值,则通过即时信息通知相关的管理机构,以便采取相应的应急措施。

  4.光纤光栅传感器在面板坝工程安全监测中的应用

  水布垭大坝作为目前世界第一高度混凝土面板堆石坝,其中的很多工程技术问题都是世界性难题,要探索并解决这些难题需要采用大量的先进技术和工艺。在大坝的安全监测方面,经过综合比较,最终确定采用武汉理工大学具有自主知识产权的光纤光栅渗流(温度)/面板应变监测系统。该系统是一套完整的、具有现代化监测和管理水平的安全监测系统,加强事故检测及缓解措施,充分体现运行可靠,反应及时,监控准确的特点

  5.结论

  本文成功地将光纤Bragg光栅温度传感器和应变传感器应用到大坝的施工监测中,为进一步的工程应用积累了宝贵的经验,监测的结果表明:光纤光栅应变传感器具有优越的传感性能,特别是在长期稳定性方面,非常适合大坝、桥梁等工程长期监测的需要。光纤Bragg光栅应变传感器可以有效地监测大坝的施工过程,在实现对大坝整个生命周期的监测,大坝的长期健康监测和安全评估方面具有极大的应用潜力和前景。

  参考文献:

  [1] Nellen M.,et al.,“Optical fiber Bragg grating for structural monitoring in civil engineering”. 16th Congress of IABSE on Structural Engineering for Meeting Urban Transportation Challenges, 2000

  [2] Schulz W. L. et al., "Progress on Monitoring of Adhesive Joints using Multiaxis Fiber Grating Sensors", SPIE Smart Structures Conference, Newport Beach. March 2000.

  [3] Brǒnnimann R。et al。,“Application of optical fiber sensors on the power dam of luzzone”。SPIE 1998,3407,386-391

  [4] 姜德生,RichardO.Claus. 智能材料器件结构与应用 武汉工业大学出版社2000.3

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