往電纜中持續(xù)發(fā)射電磁波，當(dāng)電纜的物理狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，反饋信號(hào)頻率也隨之發(fā)生變化，且這個(gè)變化量只與電纜標(biāo)距變化相關(guān)。根據(jù)反饋信號(hào)頻率變化的大小就可以確定待測部位應(yīng)變的變化。
技術(shù)背景
應(yīng)變監(jiān)測及分析技術(shù)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整性管理的核心技術(shù)之一，它能直觀、定量地獲得地埋工況條件下管體本身的即時(shí)應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，不但能夠及時(shí)發(fā)布變形預(yù)警，還可以指導(dǎo)滑坡災(zāi)害的治理過程，評(píng)價(jià)災(zāi)害治理的實(shí)際效果，從而給運(yùn)營商帶來明顯的減災(zāi)效益。
當(dāng)前，有代表性的應(yīng)變測量技術(shù)包括電阻應(yīng)變計(jì)、振弦式應(yīng)變計(jì)、石英光纖應(yīng)變傳感器等，他們有各自的技術(shù)原理和應(yīng)用范圍，但由于應(yīng)變測試量程都比較低（一般小于2%），無法滿足重大基礎(chǔ)設(shè)施大型結(jié)構(gòu)在極端荷載、災(zāi)害或?yàn)?zāi)變事故下的大變形測試需要。
能夠測量應(yīng)變的光纖傳感器一般包括兩類：分布式的布里淵時(shí)域反射傳感器（BOTDR）和準(zhǔn)分布式的光纖布拉格光柵傳感器（FBG）。
光纖布拉格光柵傳感器的工作原理
分布式的BOTDR監(jiān)測系統(tǒng)具有測量范圍大，安裝簡單、損耗小、易于布網(wǎng)、傳感單元成本相對(duì)較低等特點(diǎn)；準(zhǔn)分布式的FBG監(jiān)測系統(tǒng)具有測量精度高、損耗大、傳感器成本高、精確定位等特點(diǎn)。
核心技術(shù)
電柵應(yīng)變測量技術(shù)
一、技術(shù)發(fā)展背景
1.1 重大基礎(chǔ)設(shè)施安全監(jiān)測成為世界性研究熱點(diǎn)，結(jié)構(gòu)局部損傷性應(yīng)變傳感器難以抵御災(zāi)害或?yàn)?zāi)變的惡劣服役環(huán)境，越來越成為制約結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測發(fā)展的瓶頸。
1.2 現(xiàn)有應(yīng)變感知元件量程過小，不能滿足極端荷載和災(zāi)害（或?yàn)?zāi)變）作用下結(jié)構(gòu)損傷的全過程監(jiān)測，重大工程結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測亟需工程化大應(yīng)變傳感器的突破。
1.3 應(yīng)變是揭示結(jié)構(gòu)安全性態(tài)的重要參量，傳統(tǒng)的基于物理量的應(yīng)變計(jì)無法滿足結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測的大變形需要。
1.4 光纖傳感器為惡劣環(huán)境下的結(jié)構(gòu)長期監(jiān)測提供了新思路，但是低應(yīng)變量程問題嚴(yán)重制約了該技術(shù)的工程推廣。
二、電柵應(yīng)變測量技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
同軸電纜布拉格電柵器件為大應(yīng)變傳感器的研制和智能監(jiān)測設(shè)備的開發(fā)提供了新思路，有望突破對(duì)服役惡劣環(huán)境下結(jié)構(gòu)變形全過程監(jiān)測的方法的瓶頸。
2.1 同軸電纜受外界作用導(dǎo)致阻抗特性變化已經(jīng)成為一種傳感機(jī)理，并取得有效突破，為結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測提供了新的思路。
2.2 光纖光柵的物理機(jī)制被復(fù)制到同軸電纜，以突破應(yīng)變傳感元件的量程瓶頸。
光纖與同軸電纜對(duì)比
電柵基本工作原理
三、同軸電纜布拉格電柵與光纖技術(shù)相結(jié)合，有望為結(jié)構(gòu)災(zāi)害預(yù)警提供新手段。
同軸電纜布拉格電柵傳感器兼具高精度應(yīng)變測試和大應(yīng)變測量范圍的概念，該新型電柵傳感器保留了光纖光柵傳感器的高精度、可實(shí)現(xiàn)傳感器復(fù)用以及遠(yuǎn)程測試等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)因采用同軸電纜這一彈性介質(zhì)作為傳感和傳輸媒介，具有測試動(dòng)態(tài)范圍大、能夠抵御災(zāi)害或?yàn)?zāi)變惡劣服役環(huán)境作用的獨(dú)特特性，有望為極端荷載作用下的工程結(jié)構(gòu)損傷性態(tài)，如地震作用導(dǎo)致的連續(xù)倒塌、塑性變形后的屈曲、異質(zhì)材料或組合構(gòu)件的界面開裂、滑移和剝離等的監(jiān)測提供重要支撐作用。 |
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