如何開展巖土工程的災害風險、安全監測的科學評估,有效地預測災害發生和發展的動態過程,儼然成為當今巖土工程施工所急需解決的問題。光纖作為傳感與傳輸雙重功能的特殊介質,其性能優異,例如抗干擾性強、良好的可植入性、實時性以及長期穩定性等,使得光纖傳感技術在巖土工程監測工作中得到了廣泛的應用,進而為巖土工程施工提供大量精確可靠的基礎性測量數據。
光纖傳感器主要由光導纖維、光源、調制機構、光傳感器元件和信號處理器等部分組成,其工作原理是根據光源所發出的光經光導纖維進入光傳感元件,然后光傳感元件根據傳入的光并受到周圍環境場的影響,發生相應的變化,并將傳感元件測量檢測的參數調制成幅度、相伴、偏振等信息,最后利用微處理器進行信號處理顯示數據。它可以在強電磁干擾、原子輻射、高溫高壓、化學腐蝕等惡劣條件下使用。
一、光纖傳感器的主要類型
1、拾光型光纖傳感器
此類型光纖傳感器的工作原理是采用特種光纖作為探頭,然后根據接收到的由被測對象輻射的光或被其散射、反射的光,再作出相應的傳輸反應。因此,拾光型光纖傳感器又可稱為探頭型光纖傳感器,成本比較低下,屬于性價比比較高的一類傳感器。在現實的應用產品中包括輻射式光纖溫度傳感器、光纖激光多普勒速度計等。
2、功能型光纖傳感器
功能型光纖傳感器在工作過程中不但利用了如具有的某種敏感特性或功能的傳感光纖等的特種光纖,利用了成本較高、靈敏度高、測量準備的傳感元件,極大地提高了巖土測量數據的準確性和可靠性。在工作過程中,功能型光纖傳感器根據光纖的傳光性能,探測巖土的各項數據信息,當巖土的外部環境發生變化時,將會使得某段光纖的相對位置和形狀發生變化,進而直接導致光纖某些傳輸特征參量例如波長、光強、相位、頻率以及偏振態等的改變,在此基礎上功能型光纖傳感器再通過先進的檢測技術和儀器設備實現對被測對象的測量,并將測量結果以電信號的形式傳入傳感器,最終將信號轉換為巖土測量數據顯示出來。該類型的傳感器結構緊湊、使用方便、測量數據準確可靠,近年來得到廣泛的推廣應用。
3、非功能型光纖傳感器
與拾光型光纖傳感器和功能型光纖傳感器的工作原理不同,非功能型光纖傳感器主要是由傳光的光纖和用來"感知"的其它敏感元件例如光變換器件等構成,在工作過程中通過敏感元件探測巖土外部環境的變化情況,然后根據所探測的信息轉變為信號脈沖并由普通光纖完成探測信息的傳輸。這類傳感器的主要特點是不需要使用特種光纖及其他特殊技術,是在傳統光纖傳輸的基礎上發展起來的,可以充分利用現有的光變換器件來提高傳感器的靈敏度,使用方便,運作成本較低,很適合當前巖土工程的測力計應用,也是目前使用量最大的光纖傳感器。
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