1, 토목 및 수자원 보존 공학의 응용
토목 공학에서의 구조 모니터링은 광섬유 격자 센서 응용 분야에서 가장 활발한 분야입니다. 기계적 파라미터의 측정은 교량, 광산, 터널, 댐 및 건물의 유지 보수 및 상태 모니터링에 매우 중요합니다. 위 구조물의 변형률 분포를 측정함으로써 구조물의 국부적 하중과 상태를 예측할 수 있습니다. 파이버 그레이팅 센서를 구조물 표면에 미리 부착하거나 구조물에 내장하여 상태 감지, 충격 감지, 형상 제어 및 진동 감쇠를 동시에 수행하여 구조물의 결함을 모니터링할 수 있습니다. 또한 여러 개의 파이버 격자 센서를 직렬로 연결하여 감지 네트워크를 형성하여 준 분산 방식으로 구조물을 검사하고 감지 신호를 컴퓨터로 원격 제어할 수 있습니다.
2. 교량 안전 모니터링에 적용
현재 파이버 그레이팅 센서가 가장 널리 사용되는 분야는 교량의 안전 모니터링입니다. 사장교의 사장 케이블, 현수교의 주 케이블, 타이 아치 교량의 현수봉과 타이가 이러한 교량 시스템의 주요 응력 부재이며, 구조 보강에 사용되는 앵커 케이블과 앵커 봉과 같은 다른 토목 구조물의 사전 응력 고정 시스템도 마찬가지입니다. 위의 응력을 받는 부재에서 응력의 크기와 분포의 변화는 구조물의 상태를 가장 직접적으로 반영하므로 이러한 부재의 응력 상태를 모니터링하고 이를 바탕으로 안전성을 분석 및 평가하는 것이 중요합니다.
캐나다 캘거리 근처의 베딩턴 트레일 교량은 광섬유 격자 센서를 사용하여 측정한 최초의 교량 중 하나입니다(1993).16 광섬유 격자 센서는 프리스트레스트 콘크리트로 지지된 철근과 탄소 섬유의 복합 막대에 부착되어 이전에는 불가능하다고 여겨졌던 교량 구조의 장기적인 모니터링을 가능하게 했습니다. 경간장 72m의 프리스트레스 콘크리트 교량은 독일 드레스덴 인근의 A 4 고속도로에 위치해 있습니다. 드레스덴 대학의 Meis-sner 등은 교량의 콘크리트 프리즘에 브래그 격자를 매설하여 하중 하에서 기본 선형 응답을 측정하고 기존 스트레인 게이지와 비교 테스트를 수행하여 파이버 그레이팅 센서 적용의 타당성을 확인했습니다. 스위스 로잔 인근의 V 보조 박스 거더 교량 건설 중에 스위스 응력 분석 연구소와 미국 해군 연구소는 32개의 광섬유 격자 센서를 사용하여 박스 거더가 밀리고 당겨질 때 발생하는 준정적 변형을 모니터링했습니다. 32개의 광섬유 격자는 박스 거더의 여러 위치에 분산되어 있었고 신호는 스캐닝 접안 시스템에 의해 복조되었습니다.
2003년 6월, 통지대학교 교량 부서의 시 지아쥔이 주재한 루푸 교량 상태 검사 프로젝트는 상하이 지산 옵토일렉트로닉스의 광섬유 격자 센서를 사용하여 다양한 작동 조건에서 교량의 응력, 변형률 및 온도 변화를 감지했습니다.
구축: 전체 검사 프로젝트의 구현에는 주로 센서 배치, 데이터 측정 및 데이터 분석의 세 단계가 포함됩니다. 광섬유 격자 스트레인 센서 8개와 광섬유 격자 온도 센서 4개를 루푸 대교의 일부 단면에 배치하고, 광섬유 격자 스트레인 센서 8개는 1과 직렬로 연결하고 온도 센서 4개는 1과 직렬로 연결한 다음 광섬유를 통해 교량 관리 사무실로 전송하여 교량의 중앙 집중 관리를 실현합니다. 데이터 측정 주기는 소유자의 요구 사항에 따라 결정되며, 교량 상판에 하중을 가하고 광섬유 격자 감지 네트워크 분석기를 사용하여 교량의 동적 변형률 테스트를 완료합니다.
3. 콘크리트 빔의 변형 모니터링에 적용.
1989년 미국 브라운 대학교의 멘데즈 등은 콘크리트 건물과 구조물에 광섬유 센서를 내장하는 것을 처음으로 제안하고 이 연구 분야의 기본 아이디어를 실제 적용 사례로 설명했습니다. 그 이후로 미국, 영국, 캐나다, 일본 및 기타 국가의 대학과 연구 기관은 지능형 콘크리트 구조물에 광섬유 센서를 적용하는 연구에 많은 노력을 기울였습니다.
콘크리트 구조물을 타설할 때 발생하는 매우 어려운 문제는 콘크리트 타설 시 센서와 광섬유 케이블의 손상을 방지하는 방법입니다. 광섬유 브래그 격자는 일반적으로 깨지기 쉽고 쉽게 끊어지는 일반 단일 모드 통신 광섬유에 쓰입니다. 토목 공사의 광범위한 특성을 고려하여 건물 구조의 변형을 측정하는 센서로 사용할 때는 적절한 보호 조치를 취해야 합니다.
가능한 한 가지 방법은 콘크리트 스트레인 센서의 광섬유 회로를 철근 케이지 내부에 배치한 후 콘크리트 스트레인 센서를 철근 케이지에 와이어 등으로 미리 정해진 위치에 고정시킨 다음 중간 부분을 거즈로 감싸고 접착 테이프로 고정하는 것입니다. 그러나 페이스트형 철근 스트레인 센서는 일반적으로 외부 접착층으로 보호됩니다.
2003년 9월, 상하이 지산 옵토일렉트로닉스 기술 유한회사는 베이징 중관춘의 랜드마크 건물의 정적 스트레인을 측정하는 콘크리트 매립형 광섬유 격자 센서 스트레인 게이지를 독자적으로 연구 및 개발했습니다. 상하이 지산 광전자 기술 유한 회사는 고정밀(일반적으로 65,438 + 0 μ ε, 0.5 μ ε의 단거리 스트레인 측정), 높은 신뢰성, 다양한 방식의 설치, 사용 편의성 및 기타 장점을 갖춘 그레이팅 스트레인 게이지를 독자적으로 연구 및 개발했습니다. 베이징 중관춘의 랜드마크 건물에 성공적으로 적용되어 기둥형 철골 빔의 시공 과정을 모니터링하기 위해 철골 빔 위에 깔고 콘크리트에 매립했습니다.
4. 수위 원격 측정에 적용.
광섬유 격자 기술을 기반으로 개발된 고정밀 광학 수위 센서는 강, 호수 및 하수 시스템의 수위를 측정하는 데 특별히 사용됩니다. 센서의 정확도는 0.1% f-s에 달할 수 있으며 광섬유가 센서 내부에 장착되고 광섬유 코어의 굴절률이 주기적으로 변화하기 때문에 브래그 조건을 만족하는 특정 파장의 빛 신호를 반사하는 FBG가 형성됩니다. FBG가 유연한 다이어프램이나 다른 장치에 연결되면 수위 변화에 따라 FBG가 늘어나거나 압축되고 굴절률의 주기적 변화에 따라 반사되는 파장이 달라집니다. 그러면 반사된 파장의 편차를 기준으로 수위 변화를 모니터링할 수 있습니다.
5. 도로 상태 점검에서의 활용.
고속도로 상태 모니터링의 필요성
교통은 사람과 밀접한 관련이 있으며 도시의 발전을 제한하는 주요 요인이기도 합니다. 교통량이 도시 발전의 운명을 직접 결정한다고 할 수 있습니다. 매년 국가는 고속도로 건설 및 유지 관리에 많은 돈을 투자하고 있으며 그중 유지 관리 비용이 큰 부분을 차지합니다. 그럼에도 불구하고 여전히 매년 많은 수의 고속도로가 손상되고 있으며, 고속도로의 조기 손상은 고속도로 이용 기능에 영향을 미치고 교통 사고를 유발하는 주요 질병이되었습니다. 손상은 일반적으로 과적, 과속 및 자연적 원인으로 인해 발생하며 고속도로 건설의 품질과도 매우 관련이 있습니다. 따라서 고속도로를 건설하고 사용하는 동안 건강 점검을 수행하는 것이 매우 필요합니다. 현재 도로 건설은 일반적으로 하층, 일반층, 아스팔트층의 세 가지 층으로 나뉩니다. 건설 과정에서 온도 및 변형률 센서를 매설하여 온도와 변형률의 변화를 시간에 따라 파악하고 도로의 품질을 실시간으로 모니터링할 수 있습니다. 건설 자재의 특성과 시공 품질에 영향을 미치는 요인을 상세히 파악할 수 있습니다.