摘要：光纤传感器作为传感器家族的后起之秀，瓮借其优异的性能近年来在很多领城获得了广泛应用和快速 发展。文章介绍了光纤传感器的工作原理，并以岩土测4和边坡支护为例介绍了光纤传感器在岩土工程中的 应用，并对光纤传感器的发展趋势进行了简单分析。

　　关键词：光纤传感器；岩土工程；岩土监測；隧道监刻

　　1　光纤传感器的工作原理

　　在信息时代，各领域对信息的准确度和可靠性 提出了更高的要求，被称为“电五官”的光纤传感 器在获取信息方面发挥了重要作用。光纤传感技术 是20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发 展起来的，以光波为载体，光纤为媒介，感知和传 输外界被测量信号的新型传感技术。随着技术的进 步，传感器不断向智能化和精确化的方向发展，光 纤传感器正是其发展成果之一。光纤具有良好的物 理和化学特性，并具备出色的传感和传导性能，还 能超越人的生理承受范围.到达人无法到达的环境 获取人的感官不能获取的信息，光纤传感器作为传感器家族的后起之秀，凭借其优异的性能近年来在 很多领域获得了广泛应用和快速发展。

　　如图1所示，光纤由高折射率的纤芯和包层两部 分组成，纤芯的折射率大于包层的折射率，包层直径 大致为0.1~0.2mm,光线通过端面透入纤芯，在与包 层的交界面处发生光线的完全内反射，光线反射至纤 芯层，经过不断反射，光线沿着纤芯向前传播。

　　光纤传感系统由光源、光导纤维、光传感元件，光调制元件和信号处理五部分组成，其工作原理如图2所示。光源发出的光经过光导纤维进入光 传感元件，而在光传感元件中受到周围环境场的彩 响而发生变化的光再进入光调制机构，由其将传感 元件测量的参数调制成幅度、相位、偏振等信息， 最后利用微处理器进行信号分析。

　　2　光纤传感器与岩土监测需要的契合

　　随着社会的进步，岩土工程的难度加大，对技 术的要求也越来越高。岩土工程具有不确定性，同 时由于设计的复杂性，项目目标往往很难达成。为 了尽可能地控制好施工过程，必须充分掌握和利用 各种信息，因此我们积极提倡信息化施工。光纤具 有很多优异的性能，例如：抗电磁千扰和原子辐射 的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、 无感应的电气性能；酎水、耐高温、耐腐蚀的化学 性能等I它能够在人达不到的地方，起到人的耳目 作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官 所感受不到的外界信息。光纤传感器因其具有不受 电磁干扰，信息量大，体积小，重量轻，抗辐射和 防潮能力强，灵敏度髙，易于与计算机应用相结合 等众多优点，成为岩土工程检测的重要手段。在岩土工程中，通过光纤传感器检测技术可以对施工中 出现的问题进行及时分析，通过获得的准确数据对 设计方案进行调整，使效益最大化，能够实现对大型建筑物的在线实时监测，在防止安全事故方面具 有重要意义。

　　3　光纤传感器在岩土测量中的应用

　　岩土工程主要包括岩土测量、基坑支护、边坡 支护、地下硐室、地基处理和桩基础等内容。本文 以岩土测量和边坡支护为例探讨光纤传感器在岩土 工程中的应用。

　　3.1光纤传感器在隧道监测中的应用

　　光纤传感器在隧道上应用比较成熟，例如武汉 的天兴洲大桥上有成百上千个光纤传感测点，时时 监控桥梁的结构、受力和振动等情况，一旦发现异 常，管理机构就能立即采取措施。以某湖底隧道为 例，施工地质条件不理想，难度大，尤其是湖区沙 层分布广泛，厚度大，对隧道结构采用了分布式 BOTDR光纤检测系统，沿隧道轴向敷设4根光纤， 其中两根全面接着（监测隧道整体变形），两根定 点接着（监测变形缝和潜在变形处的变形情况）。 通过采用光纤传感器对隧道进行监测，实时监测隧 道变形情况，能够获得可靠的数据，可分析出正确 结果，反映隧道实际受力情况，起到隧道的健康监 测、预防保护作用；能够体现出光纤光栅传感器的强大优势，保证了施工的顺利进行，提升了施工质量。光纤传感器在桥梁隧道监测方面的应用主要有 以下三个方面：对采用新型复合材料的桥梁结构进 行监测，掌握材料和结构的工作性能；对交通枢纽或具有重大意义的大型桥梁进行健康监测，掌握桥 梁的正常运行状态；对有一定损伤的旧桥进行监 测，从而了解其健康状况并采取针对性的维护和加固措施。如图3所示：

　　3.2光纤传感器在边坡监测中的应用

　　边坡一般地形地貌复杂，容易受地震、降雨等 因素的影响，坡体易发生变形，容易引发地质灾 害，对其长期监测是非常必要的。光纤传感器的引 入能够实现对易滑坡区段的实时监测，及时发出警 报，为边坡加固和维持稳定提供依据。以某工程为 例，其所处地区地形地貌复杂，降水量大，地下水 位较高，岩土风化严重。公路边坡长51米，高10 米，坡角35°。为了对边坡进行长期稳定监测，该 现场安装了近百个光纤传感器，组成了一个监测和 预警系统。该监测系统的布设主要包括以下几个部 分：FBG监测抗滑桩、FBG测斜仪、FBG监测土钉、 多通道扩展模块、光纤光栅解调仪和数据采集计算 机，数据处理计算机。

　　为了监测土钉的受力状态，特选取一根14米的 土钉将若干个光纤光栅应变传感器布设在钢筋上下 表面上，还布设了10个光纤光栅温度传感器进行温 度补偿，利用土钉应变数据来计算土钉的轴力和弯 矩沿土钉长度的分布曲线。此外，选取了两根抗滑桩，在每根H型钢的两翼缘板上布设了 18个光纤光 栅应变传感器和9个光纤光栅温度传感器，并沿桩 长用PVC线槽保护传输光纤。根据光纤检测资料， '可以判断坡体下滑力和抗滑力的变化情况。最后， 基于网络和基于Labview平台的采集和数据处理软 件，利用计算机对监测数据进行分析，得出边坡坡 表变形和抗滑桩的整体健康状况。

　　我国地域广大，地形复杂，泥石流和山体滑坡 是常见地质灾害，加之人为因素的影响，使得坡体 滑坡事故多发，因此边坡稳定的检测非常必要。光 纤传感器在边坡支护中的应用技术有待于进一步开发和研究，以发挥更大作用。

　　4　结　语

　　光纤传感器以其强大的功能得到了广泛的应 用，几乎涉及所有重要领域，它能够代替人类深入 很多恶劣环境使用，解决了许多行业难题，其目前 的发展趋势有四个，即全光纤微型化，多参量实时 化，高精度实用化和阵列化、网络化等。随着技术 的进步，光纤传感器必将扩展到更广阔的领域，发 挥更大的作用。作为岩土工程工作者，我们要不断 探索和学习传感器的应用知识，提高工作效率，确保工程质量。(徐寿龙)

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