分布式长标距FBG传感技术及其桥梁健康监测系统

桥梁是交通系统的咽喉，其安全性和重要性不言而喻，并随着科学技术的迅速发展和交通流量的爆炸式增加，已引起相关领域的高度重视。桥梁健康监测技术自上世纪90年代研发以来，取得了迅猛发展，诸多重要的既建和在建重大桥梁上已在不同程度上安装了健康监测系统。然而，当前用于桥梁健康监测的传感、损伤识别及分析技术大多源于航天航空、机械等领域，在大型、非均质的交通·土建工程结构上应用存在较大的局限性。
    针对现行桥梁健康监测技术所存在的传感及识别技术等瓶颈问题，课题组在国家科技支撑计划、西部交通科技、国家自然科学基金等项目的资助下，研发了如下图所示的针对桥梁结构特征的全新健康监测系统。该系统主要由以下三大部分组成：一、传感系统，基于课题组所研发的针对大型桥梁结构特征的分布式长标距光纤传感技术；二、结构损伤识别及专家系统，首创了基于分布平均应变的结构动、静态损伤识别理论和分析评价体系；三、系统集成，通过虚拟仪器技术（LabVIEW），实现了基于分布式光纤的传感系统和损伤识别及专家系统的高度集成。

一、   传感系统：对FBG光纤传感技术进行了开拓性的研发，在提高其传感标距（10-200cm）、精度、感度、长期监测稳定性及耐久性等方面取得了突破性的成果，大幅提高了其在交通、土建工程领域的适用性，满足桥梁结构的区域性监测需求；实现了其局部与全局监测以及动态与静态监测的融合。

二、   结构损伤识别及专家系统：创造性地发展了基于加速度及位移动态响应的模态分析理论，首创了基于分布平均应变动力响应的振动模态分析理论及振动模态分析方法；建立了基于分布应变的桥梁动态及静态变形分析理论及方法；建立了基于相对平均应变模态向量统计的无模型损伤识别及多阶段损伤识别方法，极大降低了温度及噪音的影响，提高了结构损伤识别精度；集成了基于分布式长标距传感的桥梁动、静态损伤识别及预警体系。

三、   系统集成：基于上述创新与LabVIEW技术，实现了高度系统集成，通过该系统可对桥梁进行综合传感和诊断；“五传感：Sensing Five”，即，获得桥梁平均应变分布、各点挠度分布、各阶频率及各长标距传感器所对应区域平均应变模态、随机损伤（开裂、屈服等）、以及对桥梁的分析诊断与预警。

（图文：杨才千；编辑：陈锦祥）