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    光纤光栅应变传感器的原理以及在桥梁实时监测系统中的应用
    电阻应变片可以测量动态应变,但存在零漂移,保护困难。振弦式应变计没有长期稳定性,但没有零漂,但不能测量动态应变。光纤 光栅传感器可以无零漂移地测量动态应变,并具有良好的长期耐用性。因此,光纤 光栅应变计在桥梁实时监测系统中得到了广泛的应用。由于光纤 光栅传感器解调器的价格较高,单个应变计的价格也高于振弦式应变计。出于成本考虑,很少用于施工监测和桥梁静载试验。 光纤光栅传感器原理:光栅沿光纤精确雕刻,一束宽带入射光进入光纤并被这些光栅反射。通过光栅的设计,每个光栅可以反射不同的波长,所以每个光栅都有一个重要的参数,中心波长,即光栅在非伸缩自由状态下反射光的波长。当光栅膨胀时,反射波长发生变化,波长的变化与膨胀位移呈线性关系。这样就可以通过测量波长变化来测量结构的应变位移。 与光纤光栅应变传感器相关的最重要的概念是光栅的中心波长。光纤 光栅传感器串联使用。每根光纤上串联多个传感器,每多一根光纤少10-20个传感器和30-40个应变计光纤光栅应变传感器串联。解调器通过光纤 光栅反射光的中心波长确定哪个传感器发送信号。因此,串联在同一根光纤上的应变片的中心波长应该不同。 不同的解调器可以测量不同的波长范围。通常有1500和1300两个波段。工程上使用的1500波段解调器的波长范围为1510-1550nm、1520-1560nm和1510-1590nm。 1300波段解调器的波长范围为1310-1350nm。 解调器的波长范围越宽,每个通道串联的传感器就越多;相反,对于窄波长范围的解调器,每个通道中串联的传感器较少。解调器同一通道上的光纤 光栅传感器的中心波长与其他传感器不同。解调器通过识别不同波长来识别传感器在不同位置的测量值。 通过了解光纤光栅传感器的测量原理、中心波长和配套解调设备的波长范围,就可以设计出传感器的中心波长。记住两点:(1)同一通道上传感器的中心波长不能相同。 2、同时解译中心波长附近的两个波长传感器,不同传感器的波长范围不能叠加。 从成本上看,光纤光栅传感器的主要成本在于解调器,因此根据安装的传感器数量选择合适的解调器,以最大限度地降低单点测量的成本。传感器数量多,选用80nm波长范围内的解调器;传感器数量少,因此考虑选择40nm波长范围内的解调器。 光栅在温度的影响下会发生膨胀和收缩,这与应变引起的中心波长变化相同。需要对监测点进行温度补偿(在应变片附近安装温度计),以消除温度对光栅变形的影响。近两年,出现了一种新型光纤 光栅解调器。每个通道只有一个传感器,因此不会出现信号混叠。所有传感器都可以做成相同的中心波长,方便订货。传感器无需另外配备温度计进行温度补偿,采用机械补偿设计。该解调器可以采集有限数量的传感器,但对单个传感器的平均解调成本较低,适合大量中小型桥梁实时监测系统。
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