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(tǒng)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(zhuǎn)、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(nèi)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(xiàn)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(xiàn)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(nèi)，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(cè)的光纖固定，封裝基體主要有三種——管式結(jié)構(gòu)體 、表面彈性結(jié)構(gòu)體、和基片式。光纖光柵封裝至管式的應變標距體內(nèi)，一般用于埋入被測物體內(nèi)，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(jié)構(gòu)體內(nèi)，柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)常被采用，可以實現(xiàn)光纖光柵的應變靈敏度靈活設計。

在上述兩種結(jié)構(gòu)體內(nèi)，光纖光柵普遍采用的是預拉伸后柵區(qū)兩側(cè)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(jié)構(gòu)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(nèi)，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(jié)構(gòu)。

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