光纖布拉格光柵應(yīng)變測(cè)量技術(shù)

輸電鐵塔等重大電力設(shè)施的安全監(jiān)測(cè)技術(shù)備受重視，在臺(tái)風(fēng)、覆冰等惡劣環(huán)境下關(guān)鍵部位的形變狀態(tài)是科研人員們一直關(guān)心的問題。傳統(tǒng)的電測(cè)技術(shù)因易受輸電環(huán)境中的電磁干擾、自然界雷擊等實(shí)際問題而應(yīng)用局限明顯。以光為信號(hào)、不受電磁干擾影響的光纖傳感為電力環(huán)境下的傳感、檢測(cè)、監(jiān)測(cè)提供了極佳的技術(shù)支撐，分布式光纖、光纖光柵等技術(shù)在電力設(shè)施安全監(jiān)測(cè)中逐漸得到應(yīng)用。在所有的監(jiān)測(cè)參量中，應(yīng)變最為基礎(chǔ)，也最為重要，它是彎曲、扭轉(zhuǎn)、位移等多種變形最為基礎(chǔ)的反映，因此基于光纖原理的、有效的應(yīng)變傳感檢測(cè)技術(shù)一直是科研人員關(guān)注的重點(diǎn)。光纖布拉格光柵作為光纖傳感的一種，其采用波長(zhǎng)編碼，波長(zhǎng)信號(hào)不受光源功率波動(dòng)影響，且不同波長(zhǎng)的光柵可復(fù)用在一根光纖上，對(duì)軸向應(yīng)變非常敏感，在重大電力設(shè)施的應(yīng)變測(cè)量中發(fā)揮重要作用。

目前，基于光纖布拉格光柵的應(yīng)變測(cè)量技術(shù)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(cè)對(duì)象表面或內(nèi)部。這種方法表面上操作步驟簡(jiǎn)單方便，但在工程實(shí)際中，由于裸光柵十分脆弱，在野外等現(xiàn)場(chǎng)粘貼時(shí)，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(shí)驗(yàn)室開展科研測(cè)試，工程現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性較差。其二，將光纖光柵封裝在專門設(shè)計(jì)的彈性體或基片內(nèi)，光柵得到保護(hù)，往被測(cè)物體上安裝時(shí)的操作性更好。該方法在封裝光柵時(shí)，光柵的固定主要有兩種方式——柵區(qū)全部粘貼固定和預(yù)拉伸后柵區(qū)兩側(cè)的光纖固定，封裝基體主要有三種——管式結(jié)構(gòu)體 、表面彈性結(jié)構(gòu)體、和基片式。光纖光柵封裝至管式的應(yīng)變標(biāo)距體內(nèi)，一般用于埋入被測(cè)物體內(nèi)，測(cè)量混凝土應(yīng)變、橋梁變形等。表面應(yīng)變測(cè)試時(shí)，光纖光柵往往被封裝至特殊設(shè)計(jì)的表面安裝式彈性結(jié)構(gòu)體內(nèi)，柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)常被采用，可以實(shí)現(xiàn)光纖光柵的應(yīng)變靈敏度靈活設(shè)計(jì)。

在上述兩種結(jié)構(gòu)體內(nèi)，光纖光柵普遍采用的是預(yù)拉伸后柵區(qū)兩側(cè)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(yù)拉伸量有限，被測(cè)對(duì)象的負(fù)向應(yīng)變測(cè)量范圍易受到限制，此外，在安裝時(shí)往往需要在被測(cè)物體上打孔等，易破壞本體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。另外一種是將光纖光柵通過柵區(qū)全部粘貼固定的方式封裝在基片內(nèi)，光纖光柵可隨著被測(cè)物體整體拉伸或壓縮，應(yīng)變測(cè)量量程更大，可直接粘貼在被測(cè)物體上，不改變被測(cè)本體的結(jié)構(gòu)。

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