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測技術備受重視，在臺風、覆冰等惡劣環境下關鍵部位的形變狀態是科研人員們一直關心的問題。傳統的電測技術因易受輸電環境中的電磁干擾、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境下的傳感、檢測、監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測中逐漸得到應用。在所有的監測參量中，應變最為基礎，也最為重要，它是彎曲、扭轉、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，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——柵區全部粘貼固定和預拉伸后柵區兩側的光纖固定，封裝基體主要有三種——管式結構體 、表面彈性結構體、和基片式。光纖光柵封裝至管式的應變標距體內，一般用于埋入被測物體內，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構體內，柔性鉸鏈結構常被采用，可以實現光纖光柵的應變靈敏度靈活設計。

在上述兩種結構體內，光纖光柵普遍采用的是預拉伸后柵區兩側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，易破壞本體的結構強度。另外一種是將光纖光柵通過柵區全部粘貼固定的方式封裝在基片內，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構。

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