傳感器在建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測中應(yīng)用廣泛，它能實時監(jiān)測建筑物的位移、變形和結(jié)構(gòu)變化，還可對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行溫度監(jiān)測，因溫度變化會影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，其具有高精度特點，可準(zhǔn)確測量建筑結(jié)構(gòu)的變形、溫度、應(yīng)力等參數(shù)，且能長距離布設(shè)，實現(xiàn)大范圍監(jiān)測，覆蓋整個建筑結(jié)構(gòu)，在實際應(yīng)用中，光纖傳感器從實驗室試驗研究階段擴(kuò)展到了現(xiàn)場實際應(yīng)用場合，如超高層建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測中，光纖光柵傳感器和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)配合，為工程師評估建筑物安全性和健康狀況提供精確、實時數(shù)據(jù)，光纖傳感器使用時應(yīng)避免受到電磁波干擾，其安裝方式較為簡便，線性響應(yīng)可保證長期穩(wěn)定檢測。

一、光纖傳感器監(jiān)測建筑結(jié)構(gòu)的原理

光纖傳感器用于監(jiān)測建筑結(jié)構(gòu)是基于光纖光柵的特性。光纖光柵是一種特殊的光纖元件，能夠在特定波長反射光線，形成布拉格散射。當(dāng)光纖受到應(yīng)力、溫度變化時，光柵周期發(fā)生變化，導(dǎo)致反射波長偏移，這一現(xiàn)象稱為光纖光柵的波長敏感特性。通過監(jiān)測這種波長偏移，即可實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)變、溫度等物理量的精確測量，進(jìn)而對建筑結(jié)構(gòu)的健康狀況進(jìn)行監(jiān)測。

二、光纖傳感器監(jiān)測建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

• 高精度與穩(wěn)定性：光纖光柵傳感器能提供微應(yīng)變級別的測量精度，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠，這對于建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測來說非常關(guān)鍵，能夠準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)微小的變化情況。
• 分布式監(jiān)測：一根光纖可嵌入數(shù)百至數(shù)千個光纖光柵傳感器，實現(xiàn)大面積、多點同時監(jiān)測。在大型建筑結(jié)構(gòu)中，可以在多個關(guān)鍵部位設(shè)置傳感器，全面掌握結(jié)構(gòu)狀態(tài)。
• 抗惡劣環(huán)境：不受電磁干擾影響，適合在復(fù)雜、惡劣環(huán)境下工作，如建筑施工現(xiàn)場可能存在的強電磁干擾環(huán)境，以及高溫、腐蝕性環(huán)境等，并且光纖材料的本征特性決定了其使用壽命長，維護(hù)成本低。

三、光纖傳感器在建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測中的具體應(yīng)用

（一）應(yīng)變監(jiān)測

• 對建筑結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形和變化評估具有重要意義。通過將光纖光柵傳感器安裝在建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，如梁、柱等部位，可以實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)的應(yīng)變情況，及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的過度變形等問題。

（二）溫度監(jiān)測

• 建筑結(jié)構(gòu)在不同季節(jié)和環(huán)境下會經(jīng)歷溫度變化，光纖光柵傳感器可以對結(jié)構(gòu)表面或內(nèi)部的溫度進(jìn)行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)異常溫度變化，并提供溫度梯度信息，以保證結(jié)構(gòu)的正常運行。例如在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，監(jiān)測溫度變化可防止因溫度應(yīng)力產(chǎn)生裂縫等問題。

（三）振動監(jiān)測

• 通過監(jiān)測建筑結(jié)構(gòu)的振動情況，光纖光柵傳感器可以評估結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和自然頻率，幫助檢測結(jié)構(gòu)的損傷和疲勞狀況，避免潛在的風(fēng)險。比如在高層或超高層建筑中，對風(fēng)荷載等引起的振動進(jìn)行監(jiān)測。

四、實際案例

• 港珠澳大橋：在其建設(shè)與運維中采用了光纖光柵傳感系統(tǒng)，對橋梁的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，確保橋梁結(jié)構(gòu)安全。橋梁作為一種特殊的建筑結(jié)構(gòu)，其監(jiān)測的成功案例也體現(xiàn)了光纖傳感器在建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測中的有效性。
• 北京大興國際機(jī)場：光纖光柵傳感器被用于跑道、航站樓等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測，確保能夠及時發(fā)現(xiàn)并評估潛在的結(jié)構(gòu)問題。機(jī)場建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜且對安全性要求極高，光纖傳感器在此發(fā)揮了重要的監(jiān)測作用。
• 上海中心大廈：作為超高層地標(biāo)建筑，其結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要。項目采用了光纖光柵傳感技術(shù)構(gòu)建了一套全面的健康監(jiān)測系統(tǒng)，在大廈的關(guān)鍵部位，如基礎(chǔ)、核心筒、外立面連接處等布置了數(shù)百個光纖光柵傳感器，能夠?qū)崟r監(jiān)測結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、位移及溫度變化情況。在臺風(fēng)期間，該監(jiān)測系統(tǒng)成功捕捉到了大廈在極端風(fēng)力作用下的動態(tài)響應(yīng)，為結(jié)構(gòu)安全評估提供了寶貴數(shù)據(jù)，驗證了大廈設(shè)計的合理性和安全性，也展示了光纖光柵傳感技術(shù)在超高層建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測中的有效應(yīng)用。

光纖傳感器在橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用

光纖傳感器監(jiān)測建筑結(jié)構(gòu)的局限性

光纖傳感器與傳統(tǒng)傳感器對比

光纖傳感器在極端天氣下的表現(xiàn)