本方案擬對某大橋橋梁結構安裝相應的溫度、應變、應力傳感器,同時進行組網,系統以光纖通訊與橋梁管理部門的計算機相連,在中心監控室進行監測,以達到遠程實時采集監測數據的目的。通過數據分析后可以得出結構和材料特性隨時間的變化狀況。整個系統結構框圖見圖1

光纖光柵是利用光纖材料的光敏性:即外界入射光子和纖芯相互作用而引起后者折射率的永久性變化,用紫外激光直接寫入法在單模光纖的纖光纖光柵是利用光纖材料的光敏性:即外界入射光子和纖芯相互作用而引起后者折射率的永久性變化,用紫外激光直接寫入法在單模光纖的纖芯內形成的空間相位光柵,其實質是在纖芯內形成一個窄帶的濾光器或反射鏡。其制作方法如圖2所示:

圖2 光纖光柵原理圖
光纖光柵傳感器是用光纖光柵制成的一種新型光纖傳感器。光纖光柵是20世紀90年代發展起來的一種新型全光纖無源器件,它具有體積小、重量輕、與光纖兼容、插入損耗低、性能長期穩定性好等特點。利用光纖光柵制成多種傳感器如溫度、應變、加速度等傳感器。不同的光纖光柵傳感器可具有不同的工作波長,因此可以利用波分復用技術,在一根光纖級聯多個不同類型的光纖光柵傳感器作分布式測量。
光纖光柵傳感器主要特點:
(1)多個不同類型的傳感器可以在一條光纖上串接復用,構成傳感器陣列,實現多參量的準分布式實時測量
(2)施工方便,潛在故障點大大低于傳統技術,可維護性強
(3)全光測量,在監測現場無電氣設備,不受電磁及核輻射干擾
(4)以反射光的中心波長表征被測量,不受光源功率波動、光纖微彎效應及耦合損耗等因素的影響
(5)絕對量測量,系統安裝及長期使用過程中無需定標
(6)使用壽命長
(7)光纖傳輸線路具有自愈功能,可靠性高
橋梁結構位移變形監測,對該橋重點考慮橋梁線形(沉降)和梁端位移的監測。
主梁應力監測
采用光纖光柵應變傳感器監測主梁的應力。
索塔應力監測
采用光纖光柵應變傳感器監測主塔的應力。
橋梁動力特性及振動水平的監測
橋梁動力特性系數(頻率、振型和阻尼等)在振動水平(振動強度和幅值)是橋梁整體安全的標志,橋梁質量的退化會引起結構振動特性的改變。
橋梁的裂縫監測
對梁體發現裂縫的部位,根據受力和縫寬選取有代表性的裂縫進行裂縫開合度監測。
主梁溫度監測
主梁截面溫度分布監測的目的是為了解梁體的溫度場情況,為橋梁設計中溫度影響的計算分析提供原始依據,對不同溫度狀態下橋梁的工作狀態變化進行比較和定量分析,對于橋梁設計理論的驗證和完善均有積極意義。
索塔溫度監測
索塔溫度分布測量主要是測量索塔在日照條件下,各塔壁的溫度差異,以便對索塔由塔壁溫度差引起的索塔偏移有一個正確的估計。
現場安裝照片
