光纖布拉格光柵應變測量技術
輸電鐵塔等重大電力設施的安全監(jiān)測技術備受重視,在臺風、覆冰等惡劣環(huán)境下關鍵部位的形變狀態(tài)是科研人員們一直關心的問題。傳統的電測技術因易受輸電環(huán)境中的電磁干擾、自然界雷擊等實際問題而應用局限明顯。以光為信號、不受電磁干擾影響的光纖傳感為電力環(huán)境下的傳感、檢測、監(jiān)測提供了極佳的技術支撐,分布式光纖、光纖光柵等技術在電力設施安全監(jiān)測中逐漸得到應用。在所有的監(jiān)測參量中,應變最為基礎,也最為重要,它是彎曲、扭轉、位移等多種變形最為基礎的反映,因此基于光纖原理的、有效的應變傳感檢測技術一直是科研人員關注的重點。光纖布拉格光柵作為光纖傳感的一種,其采用波長編碼,波長信號不受光源功率波動影響,且不同波長的光柵可復用在一根光纖上,對軸向應變非常敏感,在重大電力設施的應變測量中發(fā)揮重要作用。
目前,基于光纖布拉格光柵的應變測量技術主要包括兩種:其一,直接將裸光柵采用膠黏劑粘貼或嵌入至被測對象表面或內部。這種方法表面上操作步驟簡單方便,但在工程實際中,由于裸光柵十分脆弱,在野外等現場粘貼時,不易精確控制光柵布置的直線度和方向,且裸柵易折斷。因此該方法更適用于實驗室開展科研測試,工程現場適應性較差。其二,將光纖光柵封裝在專門設計的彈性體或基片內,光柵得到保護,往被測物體上安裝時的操作性更好。該方法在封裝光柵時,光柵的固定主要有兩種方式——柵區(qū)全部粘貼固定和預拉伸后柵區(qū)兩側的光纖固定,封裝基體主要有三種——管式結構體 、表面彈性結構體、和基片式。光纖光柵封裝至管式的應變標距體內,一般用于埋入被測物體內,測量混凝土應變、橋梁變形等。表面應變測試時,光纖光柵往往被封裝至特殊設計的表面安裝式彈性結構體內,柔性鉸鏈結構常被采用,可以實現光纖光柵的應變靈敏度靈活設計。
在上述兩種結構體內,光纖光柵普遍采用的是預拉伸后柵區(qū)兩側光纖固定的封裝方式,雖然可以保障光柵不易啁啾,但由于預拉伸量有限,被測對象的負向應變測量范圍易受到限制,此外,在安裝時往往需要在被測物體上打孔等,易破壞本體的結構強度。另外一種是將光纖光柵通過柵區(qū)全部粘貼固定的方式封裝在基片內,光纖光柵可隨著被測物體整體拉伸或壓縮,應變測量量程更大,可直接粘貼在被測物體上,不改變被測本體的結構。
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