摘要:简要介绍了光纤检测技术的基本原理,并结合正在修建的地铁车站,对光纤检测技术应用于地铁工程进行了介绍,对这一新型的检测技术应用于国内地铁工程做了一些有益的探讨。

　　0前言

　　光纤检测技术是上世纪七十年代伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅速发展起来的一种以光为载体、光纤为媒介、感知和传输外界信号(被测量)的新型检测技术,具有(准)分布式、长距离、实时性、耐腐蚀、抗电磁、轻便灵巧等优点,因而被广泛应用于航空、航天等领域。自20世纪90年代以来,美国、加拿大、日本、德国及英国等发达国家,纷纷将光纤检测技术应用于大坝、桥梁、电站及高层建筑物等大型民用基础设施的安全检测中,取得了令人鼓舞的进展,展示了光明的前景。光纤传感技术被国际上公认为结构安全检测最有前途、最理想的手段。正因为如此,光纤检测技术也引起隧道结构检测界的广泛重视,成为目前检测技术的研究重点。

　　1光纤检测的基本原理

　　1.1光纤及其结构

　　光纤(opticfiber),光导纤维的简称,一般由纤芯(core)、包层(cladding)、涂敷层(coating)和护套(jacket)构成,是一种多层介质结构的对称柱体光学纤维。

　　光纤的一般结构如图1所示。纤芯和包层为光纤结构的主体,对光波的传播起着决定性作用。涂敷层与护套则主要用于隔离杂光,提高光纤强度,保护光纤。在特殊应用场合不加涂敷层与护套,为裸体光纤,简称裸纤。

　　纤芯直径一般为5~75μm,材料主体为二氧化硅,其中掺杂极微量其他材料,如二氧化锗、五氧化二磷等,以提高纤芯的化学折射率。包层为紧贴纤芯的材料层,其光学折射率稍小于纤芯材料。根据需要,包层可以是一层,也可以是折射率稍有差异的二层或多层。包层总直径一般约100~200μm。包层材料一般也是二氧化硅,但其中微量参杂物一般为三氧化二硼或四氧化二硅,以降低包层的光学折射率。

　　涂敷层的材料一般为硅酮或丙烯酸盐,一般用于隔离杂光和保护光纤,还能使光纤的机械变形量对某种外来作用量更敏感(增敏作用),或对外来作用量变得不敏感(退敏作用),以获得待测量对光纤的最佳作用。

　　护套的材料一般为尼龙或其他有机材料,用于增加光纤的机械强度,保护光纤。

　　1.2光纤传感器及其工作原理

　　光纤光栅传感器主要用Bragg光纤光栅或其它类型光纤光栅(如长周期光纤光栅、啁啾光纤光栅等)Bragg光纤光栅基本结构如图2所示,纤芯中的条纹代表折射率的周期性变化。所用光纤是一种在纤芯中搀有光敏材料(如锗、硼等)的特殊光纤。紫外曝光会使纤芯的折射率增加。光纤光栅就是利用光敏光纤的这一特性,用位相模板法或全息干涉法用紫外激光器将光栅从光纤侧面写入纤芯的。根据入射光、反射光、透射光及与之相关的能量和动量守恒定律得Bragg的反射波长。光纤传感基本原理图见图3。

　　1.3光纤检测系统的组成

　　光纤光栅

[1] [2] [3] 下一页