智能光纤传感技术在结构健康监测中的应用

70总390期2016年第12期（4月 下）桥梁与隧道工程

0 引言桥梁工程日常运营中，为了加强工程质量控制，及时掌握桥梁工程运营的基本情况，有效处理存在的缺陷，采取相应的监测技术和方法是十分必要的。同时，桥梁结构健康监测是了解和控制工程质量的重要方式，在监测过程中，只有掌握科学的技术措施，合理应用相应的监测技术，才能提高监测效果，实现对桥梁工程质量的有效控制。然而在桥梁结构健康监测过程中，由于受到监测人员、监测设备等因素制约，桥梁结构健康监测工作仍然存在一些不足，影响监测效果和桥梁工程质量控制。今后应该改变这种情况，采取相应措施，正确运用监测技术，全面提升监测质量，及时掌握桥梁工程运营基本情况，为有效处理质量缺陷、确保桥梁工程质量奠定基础。文章探讨分析了光纤光栅传感技术在桥梁结构健康监测中的应用，并提出相应的应对对策，希望能为实际工作的有效开展提供启示与参考。1 桥梁结构健康监测的影响因素1.1 桥梁结构健康监测仪器设备各类仪器是开展桥梁结构健康监测的必需品，其先进性与可靠性会影响整个结构监控监测结果的准确性。因此，必须注重对仪器设备的保养，使其处于最佳工作状态，同时注重仪器设备的更新，引进最先进的设备，以提高监测结果准确性，实现对桥梁结构健康状况的有效掌握。1.2 桥梁结构健康监测试件取样试件取样对桥梁结构健康监测结果的准确性具有重要影响，相关监测标准和规范对取样方法、数量、频率都做了具体规定，实际工作中必须严格遵循这些规定，以提高监测结果的准确性。1.3 桥梁结构健康监测人员监测工作最终是由监测人员来完成，因而他们的素质对监测结果产生直接影响。所有监测人员应该具备资格证书，持证上岗，熟练掌握相关理论、监测技巧、数据处理等各项工作[1]。从而确保监测结果的准确性，提高桥梁结构健康监测效果，并对存在的质量缺陷采取有效处理对策，有效保障桥梁工程施工效果。2 桥梁结构健康监测的常见方法2.1 核子密度仪法该方法运用于桥梁结构健康监测工作中，主要仪器包括核子密度湿度仪，标定块，打孔设备等，通过利用放射性元素在介质中传播辐射时会产生衰减，从而得到结构干密度，将试验所得最大干密度输入仪器，从而得到工程质量状况。该方法可以测定结构的压实度、含水量，得出干密度，从而判断工程质量是否满足施工要求。具体操作方法为：对仪器充电和标定，根据监测要求输入参数，并打孔至比测量深度稍深的位置，将核子密度仪平稳放在测试位置上，启动仪器监测，达到监测时间后，读取显示数据，并做好记录，完成监测任务。2.2 K30载荷板试验法主要设备为K30试验车，包括载荷板、加压系统、反力系统、测量系统。该方法可以监测到桥梁结构的刚度系数K30，从而能够从力学性能角度判断桥梁施工质量。具体操作方法如下：先将试验点处表面整平，安放载荷板，安装加压系统，根据确定的荷载逐级加压，并记录稳定后的变形值。2.3 声波透射法该方法运用于桥梁工程监测中，具有良好的监测效果。检测仪器包括显示系统、发射换能器、接收换能器，监测中通过对声波的判断来了解混凝土工程质量情况，包括缺陷、所在位置、大小等。该监测方法主要目的是判断缺陷桩的缺陷性质、位置和范围，评定基桩混收稿日期：2016-01-19作者简介：商永生（1983—），男，工程师，研究方向为公路工程监理。光纤光栅传感技术在桥梁结构健康监测中的应用商永生（廊坊市交通技术咨询监理公司，河北 廊坊 065000）摘要：桥梁结构健康监测工作中，为促进监测水平提高，应该结合实际工作需要，采取有效的技术措施，严格遵循工作流程，促进监测水平提高。提出了桥梁结构健康监测的影响因素，指出了桥梁结构健康监测的常见方法，分析了光纤光栅传感技术在桥梁结构健康监测应用存在的不足，并提出改进和完善对策。关键词：光纤光栅传感技术；桥梁结构健康监测；桥梁监测中图分类号：U446.2 文献标识码：Btranspoworld交通世界凝土质量等级。具体操作方法如下：将发射与接收换能器分别置于不同声测管中，打开开关，同步升降换能器，测量声时、波幅、频率、波形等，掌握桥梁工程基本情况，为采取措施修复质量缺陷奠定基础。2.4 地质雷达法桥梁工程由于超挖、欠挖等影响，可能会引发安全或质量事故。有必要加强监测，提前做好预防和整治工作，比较常用的是物探技术，使用地质雷达进行监测。该方法的监测仪器包括雷达天线和分析处理系统，通过利用高频电磁脉冲波反射原理来实现探测的目的，该方法监测内容主要包括回填情况、衬砌厚度、钢支撑加固分布情况。具体监测方法为：搭建工作平台，将其固定在平板车上，沿某一方向进行监测，获取桥梁工程基本情况，掌握桥梁工程存在的质量缺陷[2]。此外还有光纤光栅传感技术等技术措施，也满足桥梁结构监测需要，实际工作中应用具有良好效果。3 光纤光栅传感技术在桥梁结构健康监测存在的不足3.1 思想认识方面桥梁结构健康监测单位对桥梁结构健康监测不重视，没有聘请专业人员进行监测，而是随意监测试验，未能掌握光纤光栅传感技术的操作方法，没有严格遵循相关规范标准，影响桥梁工程质量评定和控制。3.2 监测人员方面桥梁结构健康监测机构忽视监测队伍建设，监测人员素质偏低，一些工作人员不具备专业资格证书，对光纤光栅传感技术的使用不熟练，数据处理、误差控制工作不到位。或者监测过程中缺乏严谨的作风和工作态度，职业道德偏低，出现数据造假现象，影响桥梁结构健康监测结果的准确性。3.3 监测过程方面由于缺乏专业技术知识，或者工作人员责任心较低。桥梁结构健康监测时，监测部位不全面，取样不科学，监测部位和数量不够，从而影响桥梁结构健康监测和质量控制。4 光纤光栅传感技术在桥梁结构健康监测中的应用对策4.1 正确取样监测保证桥梁结构健康监测部位合理，监测部位应该具有一定代表性，要按照要求进行取样，明确监测部位，避免为节省时间而出现减少监测部位和数量的情况。以保证桥梁结构健康监测结果准确，实现对桥梁结构质量的有效控制。4.2 保证适宜的温度和湿度由于不同温度和湿度会影响桥梁结构健康监测结果，因此必须重视监测环境控制，提高监测结果的准确性。桥梁结构健康监测要避免在过高或者过低的温度中进行，合理控制湿度，防止在湿度过高或者过低情况下监测，降低温度和湿度对监测带来不利影响[3]。让光纤光栅传感技术有效发挥作用，确保监测结果准确，实现对桥梁工程质量的有效控制。4.3 合理取舍监测数据桥梁结构健康监测中，对同一部位不同批次监测所得数据，可能会有较大差异，需要对这些数据合理取舍。根据相关规范要求，对离散性较大数据进行取舍，有利于增强监测数据的准确性。检验过程中，如果发现存在差异较大的数据，或同一部位监测结果数据出现矛盾，这时不能对数据进行简单取舍，而应该查找原因。必要的话还需要复试和复验，获取更为准确的数据，确保桥梁结构健康监测结果准确，从而更为准确地掌握工程情况。另外还要减少监测误差。每一项操作按规范要求进行，遵循光纤光栅传感技术操作流程。受到监测人员素质、环境、工程质量等影响，监测会出现误差。误差在允许范围内，可以将其作为监测结果；误差过大需再次监测，获取更加准确的数据，确保监测质量，促进光纤光栅传感技术得到有效利用，为控制桥梁工程质量提供依据。4.4 提高监测人员素质桥梁结构健康监测机构需配备专业人员，加强工作队伍建设，实行持证上岗，确保监测人员胜任桥梁结构健康监测工作。加强监测人员培训，不断提高他们的技能，掌握光纤光栅传感技术应用技巧[4]。做好考核工作，提高业务技能和道德素质，推动光纤光栅传感技术在桥梁结构健康监测中得到有效应用。5 结语总之，对整个桥梁工程建设来说，采取适当的方法做好健康监测工作，及时处理存在的质量缺陷，控制工程质量是一项十分必要的工作，具有重要的现实意义。今后在桥梁结构健康监测过程中，应该根据实际工作需要，采取适当的监测方法，规范各项操作，注重工作经验总结，提高监测人员素质，促进桥梁工程现场质量监测各项工作的有序进行，为确保桥梁工程质量提供依据，也为采取质量缺陷修复措施提供参考。光纤光栅传感技术是桥梁结构健康监测的一项重要技术措施，其应用具有积极作用和良好效果，实际工作中值得推广和应用。参考文献：张大光.公路与桥梁施工的质量控制策略分析[J].甘肃[1] 科技纵横，2014（12）：69-71.王龙，解晓光.基于 PFWD 碎石土路基压实快速检[2] 测与均匀性评价方法[J].哈尔滨工业大学学报，2013（2）：110-111.黄艳红.光纤光栅传感器在桥梁缺陷检测和结构健康监[3] 测中的应用[J].铁路技术监督， 2007（11）：17-20.贾富贵.基于光纤光栅传感技术的桥梁结构健康监测[4] [J].交通科技，2014（5）：77-80.（编辑：姬瓅瓅）

第２４卷第５期　２００６年１　０月　水电能源科学　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｖｏ１．２４　Ｎｏ．５　０ｃｔ．２　Ｏ　Ｏ　６　

文章编号：ｉ０００—７７０９（２００６）０５—００７５—０５　

光纤传感技术在土木工程健康监测中的应用　

徐卫军　侯建国　周元春　

（１．武汉大学土木建筑工程学院，湖北武汉４３００７２；２．长江科学院工程安全与病害防治研究所，湖北武汉４３００１０）　

摘要：针对传统结构的监测仪器存在的缺陷，光纤传感技术正逐步取代传统监测技术应用于土木工程结构健　康监测，对单个物理量进行测试已取得可靠成果。但是，通过采用同一根光缆同时监测结构多种物理量来评　价工程结构安全与健康，即联合监测在国内并不多见。介绍了分布式光纤传感技术的优势及测试原理，结合　工程实例，研究了分布式光纤传感技术应用于土木工程结构健康监测的方式，并探讨了存在的主要问题及解　决办法。研究结果表明，该技术应用于结构安全与健康监测是可行的。　关键词：分布式光纤；传感技术；土木工程；健康监测　中图分类号：ＴＶ６９８．１　文献标志码：Ａ　

为全面了解土木工程结构的安全与健康，通常　

在结构内部或表面布置一定数量的传感器，对影响　

结构安全与健康的多个物理量进行测试。传统的　

监测仪器布置表现为“点多面广”，在结构内布置大　

量的点式传感器。这些传感器普遍存在抗干扰能　

力弱、稳定性差、相对误差大、零漂和动漂较大等缺　点，很难满足实际的需要。２Ｏ世纪７Ｏ年代，随着　

光纤通信技术的发展而迅速发展的光纤传感技术　

是以光波为载体、光纤为媒质、感知和传输外部测　

量信号的传感技术　］。这种新型监测技术基本上　

克服了传统监测传感器的缺陷，并集传感与传输于　

一体，能实现分布式在线实时监测，是土木工程结　

构安全与健康监测的理想手段。　

光纤传感技术使用广泛，技术较成熟，近年来　

我国正逐步将光纤传感技术应用于土木、航天、石　

油化工等工程领域对单个物理量进行测试。但　

基于无线传感器网络的医疗监测系统研究

随着人口老龄化的加速和医疗成本的不断攀升，医疗监测系统作为一种管控医疗资源的新型技术，正受到越来越多的关注。其中，基于无线传感器网络的医疗监测系统更是颇受欢迎。下面，本文将围绕这一主题展开阐述，探讨其研究意义、应用前景、技术框架等相关问题。

一、研究意义

基于无线传感器网络的医疗监测系统，是一种新型的医疗健康数据监测技术。它主要利用无线传感器节点采集病人的生理指标数据，通过网络传输、处理和分析，从而实现对病人状态的实时监测、分析和诊断。与传统的医疗监测手段相比，这种技术在医疗资源调配、病情预警、处理效率等方面具有独特的优势。因此，其研究意义体现在以下几个方面：

1.提升医疗服务质量。基于无线传感器网络的医疗监测系统可以为医生提供准确、全面的病人信息，从而帮助他们更好地制定治疗方案，提高医疗服务质量。

2.减少医疗资源浪费。通过对病人的实时监测，医疗机构可以更好地掌握病情的发展趋势，精准地为病人提供所需的医疗服务，减少医疗资源的浪费。

3.降低医疗成本。传统的医疗监测手段需要庞大的医护人员队伍和昂贵的设备，而基于无线传感器网络的医疗监测系统则能有效地降低医疗成本，提高医疗效率。

二、应用前景

目前，基于无线传感器网络的医疗监测系统已经被广泛应用于各类医疗机构和疾病治疗中心。它可以用于心血管病、糖尿病、神经系统疾病等多种疾病的实时监测和数据分析，帮助医生制定科学的治疗方案，提高治疗准确度。此外，该系统还可以结合智能医疗设备，实现病患的远程监测与管理，帮助医生实现随时随地的诊疗，提高医疗效率。

未来，基于无线传感器网络的医疗监测系统还有广泛的应用前景。例如，在医学领域，可以结合脑机接口技术，实现对脑电波等生理指标的实时监测和数据分析，以此辅助脑瘫、老年痴呆等疾病的高效治疗；在家庭健康领域，可以结合智能居家设备，实现对老年人、孕妇等特殊人群的长期监测与管理，提高生活质量。

基于光纤传感技术的智能工程监测系统研究

随着工程建设的规模不断扩大，对于工程的监测与管理也变得愈加重要。为了监测工程建设过程中的各项指标，保证工程质量与安全，越来越多的科学技术开始被应用于工程监测领域。其中，基于光纤传感技术的智能工程监测系统成为了应用最为广泛的一种。

一、光纤传感技术的基本原理

光纤传感技术的基本原理是利用光学传感器将光纤与测量物理量相结合，实现对指标的高精度测量。光纤传感技术的最大优点是它具有高灵敏度、高分辨率、长测量距离、抗干扰能力强、耐腐蚀、耐高温、耐放射性等特点，能够在恶劣环境下实现对工程监测数据的可靠采集与处理。

二、基于光纤传感技术的智能工程监测系统的结构

目前，基于光纤传感技术的智能工程监测系统主要由以下几个部分组成：

1. 光纤传感器

光纤传感器是光纤传感技术的核心部件，也被称为“眼睛”。它主要负责将光信号转换成物理量，并传输到数据采集终端进行处理。光纤传感器的形态和功能各异，通常包括纤芯与外层材料，可以根据不同的要求进行定制。

2. 数据采集终端

数据采集终端是对光纤传感器输出数据进行采集、处理、存储和传输的设备。它主要负责将不同光纤传感器采集到的数据进行整合、处理并反馈给用户，能够对工程状况进行实时监测。

3. 控制中心 控制中心是整个智能工程监测系统的核心部分，它可以连接所有的数据采集终端，实现对数据进行汇总、分析和预警。控制中心的操作界面往往采用可视化设计，可以对工程各个指标数据进行实时监控和录入，同时也可以设置各项报警指标，当数据超出预警范围时，控制中心会自动发出提示。

三、基于光纤传感技术的智能工程监测系统的应用

基于光纤传感技术的智能工程监测系统已经广泛应用于各种工程建设、大型设施设备维护等领域。例如：

1. 桥梁监测

桥梁经常处于自然环境的磨蚀和车辆负荷等影响下，加之工程建设进度较长，其安全可靠性一直是一个难题。基于光纤传感技术的智能工程监测系统可以实时监测桥梁各项性能指标，如振动、温度、变形等，及时发现桥梁存在的问题，可以有效提升桥梁安全性。