《光纖光柵振動測試及傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)程》

中國工程建設(shè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)

光纖光柵振動測試及傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)程

Specificationfortechnologiesofvibrationmeasurement

andsensingnetworkbasedonfibergratingsensors

（征求意見稿）

1總則

1.01為了規(guī)范光纖光柵傳感技術(shù)在基礎(chǔ)設(shè)施健康監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用，提高其使用

效率及關(guān)于光纖光柵的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計、施工和維護(hù)管理水平，特制

定本規(guī)程。

1.02本規(guī)程適用于各類土木結(jié)構(gòu)的光纖光柵振動測試（點(diǎn)式、長標(biāo)距、區(qū)域傳感）

及與光纖光柵振動測試技術(shù)相對應(yīng)的傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，內(nèi)容涵蓋傳感器、解調(diào)

儀、動力參數(shù)與損傷識別及相應(yīng)的傳感網(wǎng)絡(luò)。

1.03光纖光柵振動測試及傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)滿足用戶及功能需求、安全可靠、

技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、維護(hù)便利。

1.04各種形式的光纖光柵傳感器、解調(diào)系統(tǒng)及傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)有良好的保護(hù)措施、

可維護(hù)性和可更換性，并根據(jù)實際需要保證其設(shè)計使用壽命和足夠的耐久性。

1.05光纖光柵振動方面的測試、施工、安裝、維護(hù)、參數(shù)分析及傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，

除應(yīng)符合本規(guī)程要求外，尚應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

2術(shù)語和符號

2.1術(shù)語

2.1.1光纖光柵傳感技術(shù)FiberBraggGratingSensingTechnique

是以光纖光柵作為敏感元件，通過外場作用下光纖光柵中心波長變化來獲取

或轉(zhuǎn)換環(huán)境信息的一類光學(xué)傳感技術(shù)，包括光纖光柵傳感器及其解調(diào)設(shè)備。

2.1.2結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)StructuralHealthMonitoringSystem

一種集傳感、數(shù)據(jù)采集與傳輸、結(jié)構(gòu)參數(shù)與損傷識別、性能評估與預(yù)測技術(shù)

為一體的自動化、信息化監(jiān)測系統(tǒng)，主要由傳感器及采集儀等硬件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分

析及結(jié)構(gòu)分析等軟件系統(tǒng)構(gòu)成，通過對結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)性（包括實時或各頻度）測

試，實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)當(dāng)前及未來服役狀況及潛在風(fēng)險進(jìn)行分析和評估。

2.1.3光纖FiberOptic

即光導(dǎo)纖維，由玻璃或塑料制成，其典型結(jié)構(gòu)是一種細(xì)長多層同軸圓柱形實

體復(fù)合纖維，優(yōu)良的光傳導(dǎo)載體。

2.1.4標(biāo)距長度GaugeLength

指傳感器能夠進(jìn)行有效測量部分的長度。

2.1.5點(diǎn)式傳感器PointSensor

測量結(jié)果只能反映被測體局部某點(diǎn)被測物理量的短標(biāo)距傳感器。

2.1.6長標(biāo)距傳感器LongGaugeSensor

測量結(jié)果能夠反映被測體一定特征區(qū)域被測物理量的長測量標(biāo)距傳感器。

2.1.7分布式傳感DistributedSensor

能夠測量被測體被測物理量沿空間分布的傳感技術(shù)，根據(jù)被測物理量在空間

的分布情況可以分為準(zhǔn)分布式光纖傳感、分布式光纖傳感和區(qū)域分布式光纖傳感。

2.1.8傳感器優(yōu)化布置SensorPlacementOptimization

利用盡可能少的傳感器，將其布置在結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置，使其能夠達(dá)到某一特

定的監(jiān)測目標(biāo)。

2.1.9點(diǎn)式準(zhǔn)分布PointQuasiDistribution

為達(dá)到某一特定測量目標(biāo)，將點(diǎn)式傳感器按照特定的密度分布布設(shè)在結(jié)構(gòu)的

適當(dāng)位置。

2.1.10長標(biāo)距準(zhǔn)分布LongGaugeQuasiDistribution

為達(dá)到某一特定測量目標(biāo)，將長標(biāo)距傳感器按照特定密度分布布設(shè)在結(jié)構(gòu)的

適當(dāng)位置。

2.1.11區(qū)域分布式傳感AreasSensingTechnique

為實現(xiàn)大型工程結(jié)構(gòu)的早期損傷和全面技術(shù)狀況監(jiān)測，在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行易損性

分析的基礎(chǔ)上將結(jié)構(gòu)分為若干關(guān)鍵區(qū)域，并在所劃分的關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)采用長標(biāo)距傳

感器串聯(lián)進(jìn)行連續(xù)分布監(jiān)測的一種傳感技術(shù)。

2.1.12區(qū)域長標(biāo)距分布布設(shè)ZoneLongGaugeDistribution

為達(dá)到某一特定測量目標(biāo)，將長標(biāo)距傳感器在結(jié)構(gòu)的某些區(qū)域進(jìn)行完全分布

的布設(shè)方式。

2.1.13全域長標(biāo)距分布布設(shè)WholeZoneLongGaugeDistribution

為達(dá)到某一特定測量目標(biāo)，將長標(biāo)距傳感器在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行完全分布的一種布

設(shè)方式。

2.1.14振動測試VibrationMeasurement

通過傳感器測量結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)（如位移、速度、加速度、應(yīng)變、內(nèi)力、轉(zhuǎn)

角等）。

2.1.15動力特性DynamicCharacteristics

結(jié)構(gòu)的固有振動特性，如固有頻率、阻尼比和振型（模態(tài)）。

2.1.16結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)StructuralStateParameters

反映結(jié)構(gòu)狀態(tài)的靜力參數(shù)（曲率、撓度、轉(zhuǎn)角、剛度）和動力參數(shù)（頻率、

振型、阻尼）。

2.1.17損傷識別DamageIdentification

利用結(jié)構(gòu)的響應(yīng)數(shù)據(jù)來分析結(jié)構(gòu)物理參數(shù)的變化，進(jìn)而識別結(jié)構(gòu)損傷的過程。

2.1.18參數(shù)識別ParametersIdentification

指根據(jù)所測到的結(jié)構(gòu)應(yīng)變、位移或其他參量建立模型推算結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)的過

程。

2.1.19荷載識別LoadIdentification

指根據(jù)所測到的結(jié)構(gòu)應(yīng)變、位移或其他參量建立模型推算結(jié)構(gòu)荷載的過程。

2.1.20模型修正ModelUpgrading

指依據(jù)相關(guān)測試結(jié)果，利用有效手段修正結(jié)構(gòu)有限元模型參數(shù)，使所建立模

型能反映結(jié)構(gòu)真實狀態(tài)。

2.1.21累積疲勞損傷FatigueDamageAccumulation

結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下，由于疲勞而產(chǎn)生的損傷，且損傷程度會隨著動力荷

載作用次數(shù)的增加而逐漸累積增加。

2.1.22結(jié)構(gòu)可靠度StructuralReliability

在規(guī)定的時間和條件下，工程結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的概率。

2.1.23施工監(jiān)測ConstructionMonitoring

體現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計思路、保證施工過程的安全且為施工控制提供數(shù)據(jù)的一種手段。

2.1.24運(yùn)營監(jiān)測OperationMonitoring

為保障被監(jiān)測對象在運(yùn)營期間的安全，對其進(jìn)行監(jiān)測和提供數(shù)據(jù)的一種手段。

2.1.25連續(xù)監(jiān)測ContinuousMonitoring

以連續(xù)或觸發(fā)控制方式進(jìn)行的監(jiān)測。

2.1.26長期監(jiān)測Long-termMonitoring

在一段較長的時間或在被監(jiān)測對象整個剩余壽命期間進(jìn)行的監(jiān)測。

2.1.27在線監(jiān)測OnlineMonitoring

通過安裝在工程結(jié)構(gòu)上的傳感系統(tǒng)對被監(jiān)測對象的狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)自動監(jiān)測、

數(shù)據(jù)處理并上傳至用戶端的一種監(jiān)測方式。

2.1.28監(jiān)測頻度MonitoringFrequency

指單位周期內(nèi)對被監(jiān)測對象測試的次數(shù)。

2.1.29性能評估PerformanceAssessment

根據(jù)結(jié)構(gòu)監(jiān)（檢）測數(shù)據(jù)和書面材料，對結(jié)構(gòu)的性能狀態(tài)水平進(jìn)行分析和評

價的活動。

2.1.30使用性能Serviceability

結(jié)構(gòu)能夠完成預(yù)期功能但不使人們產(chǎn)生不愉快的特性。

2.1.31安全性能SafetyPerformance

在施工和運(yùn)營階段結(jié)構(gòu)本身的安全特性。

2.1.32安全評估SafetyAssessment

通過各種可能的測試手段，分析結(jié)構(gòu)當(dāng)前的工作狀態(tài)，并與其臨界失效狀態(tài)

進(jìn)行比較，評價其安全等級。

2.1.33預(yù)警Early-Warning

在危險發(fā)生前，根據(jù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測、損傷診斷和安全評定結(jié)果，向相關(guān)部門發(fā)出

緊急（警告）信號的過程。

2.1.34維護(hù)Maintenance

為保持工程結(jié)構(gòu)應(yīng)有的性能而進(jìn)行的例行檢查和修復(fù)活動。

2.1.35耐久性Durability

結(jié)構(gòu)抵抗自身和自然環(huán)境雙重因素長期破壞作用的能力，即保證其經(jīng)久耐用

的能力。

2.1.36壽命預(yù)測LifePrediction

通過模型和所測數(shù)據(jù)對工程結(jié)構(gòu)的安全存在期限的評估和預(yù)測。

2.1.37數(shù)據(jù)庫Database

長期儲存在計算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。

2.1.38集中采集CentralizedDataCollection

數(shù)據(jù)采集設(shè)備集中且數(shù)據(jù)采集統(tǒng)一的一種數(shù)據(jù)采集方式。

2.1.39分散采集DiscreteDataCollection

數(shù)據(jù)采集設(shè)備分散且數(shù)據(jù)采集不統(tǒng)一的一種數(shù)據(jù)采集方式。

2.1.40混合采集HybridDataCollection

數(shù)據(jù)采集設(shè)備包含集中式和分散式的一種數(shù)據(jù)采集方式。

2.1.41傳感網(wǎng)絡(luò)SensingNetwork

由傳感系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)及數(shù)據(jù)存儲管理與分析系統(tǒng)組成的網(wǎng)絡(luò)。

2.1.42組網(wǎng)NetworkConstruction

由若干個散在的傳感系統(tǒng)通過接入網(wǎng)形成傳感網(wǎng)絡(luò)。

2.1.43有線傳輸WireTransmission

在兩個通信設(shè)備之間通過物理連接，將信號從一方傳輸?shù)搅硪环降募夹g(shù)。

2.1.44無線傳輸WirelessTransmission

在兩個通信設(shè)備之間不使用任何物理連接，而是通過空間傳輸?shù)囊环N技術(shù)。

2.1.45同步傳輸SynchronousTransmission

發(fā)送方和接收方的時鐘是統(tǒng)一的、字符與字符間的傳輸是同步無間隔的數(shù)據(jù)

傳輸方式。

2.1.46異步傳輸AsynchronousTransmission

不要求發(fā)送方和接收方的時鐘完全一樣，字符與字符間的傳輸是異步的數(shù)據(jù)

傳輸方式。

2.1.47結(jié)構(gòu)群StructureGroup

為實現(xiàn)某項功能，由多個相對獨(dú)立的結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)集合，這些結(jié)構(gòu)可以為

同一類型的結(jié)構(gòu)，也可分屬不同類型的結(jié)構(gòu)。

2.1.48連續(xù)結(jié)構(gòu)群ContinuousStructureGroup

由同一大型基礎(chǔ)設(shè)施上多個相對獨(dú)立且在空間上連續(xù)分布的結(jié)構(gòu)集合。

2.1.49分散結(jié)構(gòu)群DistributedStructureGroup

由空間上分散且相對獨(dú)立的結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)集合。

2.2符號

GF——傳感器靈敏度系數(shù)；

OF——Opticfiber；

SF——單模光纖；

MF——多模光纖；

FBG——光纖布拉格光柵；

SNR——信噪比；

MAC——模態(tài)保證準(zhǔn)則矩陣的第(i,j)個元素；

T——矩陣的轉(zhuǎn)置；

S——模態(tài)矩陣的奇異值比；

1s——模態(tài)矩陣的最大奇異值；

ms——模態(tài)矩陣的最小奇異值；

——曲率；

ε——應(yīng)變；

γ——光頻率；

λ——波長；

θ——傾角；

ψ——振型（模態(tài)）；

——阻尼比

ωn——固有頻率

K——剛度

Dm——監(jiān)測值

P——監(jiān)測值的合理值

Dm

Im——基準(zhǔn)時點(diǎn)的監(jiān)測值

Ic——基準(zhǔn)時點(diǎn)的狀態(tài)計算值：

n——應(yīng)力循環(huán)次數(shù)

N——疲勞壽命

MMSV——長標(biāo)距應(yīng)變模態(tài)向量

i——損傷識別指標(biāo)

Fii——損傷識別向量

δir——質(zhì)量規(guī)一化第i單元的r階模態(tài)應(yīng)變

N—結(jié)構(gòu)內(nèi)力

P——合理值

[I]——閥值

Im——基準(zhǔn)時點(diǎn)監(jiān)測值

Ic——基準(zhǔn)時點(diǎn)狀態(tài)計算值

Dm——監(jiān)測值

Dmb——之前監(jiān)測值

Dcb——之前狀態(tài)對應(yīng)計算值

M——損傷度

3基本規(guī)定

3.1基本要求

3.1.1基于光纖光柵傳感的基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)根據(jù)監(jiān)測目的、監(jiān)

測對象及監(jiān)測項目的特點(diǎn)、設(shè)計要求、精度要求、場地條件和當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗等綜

合確定，并應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理、維護(hù)方便。

3.1.2光纖光柵傳感器的應(yīng)變測試要考慮溫度補(bǔ)償，封裝和粘貼要保證光纖光柵

傳感器性能穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)、耐久性好。

3.1.3光纖光柵傳感器、應(yīng)變分析儀和組網(wǎng)元器件應(yīng)滿足精度、量程和耐久性要

求，并應(yīng)穩(wěn)定、可靠，監(jiān)測過程中應(yīng)定期進(jìn)行監(jiān)測儀器及設(shè)備的維護(hù)、保養(yǎng)和校

準(zhǔn)。

3.1.4光纖光柵振動測試及傳感網(wǎng)絡(luò)的硬件應(yīng)具有可維護(hù)性、可更換性，軟件應(yīng)

具有兼容性、可擴(kuò)展性、易維護(hù)性，且監(jiān)測系統(tǒng)軟件應(yīng)與硬件相匹配。

3.1.5在制定光纖光柵傳感器布設(shè)方案時，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測目的、結(jié)構(gòu)受力形式、經(jīng)

濟(jì)造價對傳感器進(jìn)行優(yōu)化布設(shè)。

3.1.6監(jiān)測系統(tǒng)在實施前應(yīng)結(jié)合業(yè)主、設(shè)計方和施工方的意見確定實施方案，且

不能對交通基礎(chǔ)設(shè)施造成破壞。

3.1.7傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建時應(yīng)根據(jù)監(jiān)測目的和監(jiān)測內(nèi)容合理設(shè)計，數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)結(jié)合現(xiàn)

場條件選擇有線或無線傳輸方式。

3.1.8傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫設(shè)計應(yīng)遵循數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的可靠性、先進(jìn)性、開放性、可擴(kuò)

展性、標(biāo)準(zhǔn)化和經(jīng)濟(jì)性的基本原則。

3.2適用范圍

3.2.1點(diǎn)式、長標(biāo)距、區(qū)域分布式光纖光柵傳感技術(shù)可用于各類建筑結(jié)構(gòu)和橋梁

結(jié)構(gòu)在動力作用下的應(yīng)變測試。

3.2.2本規(guī)程所規(guī)定的傳感網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及組網(wǎng)是針對于點(diǎn)式、長標(biāo)距、區(qū)域分布

式光纖光柵傳感測試數(shù)據(jù)。

3.2.3對光纖光柵傳感器及分析儀所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪和濾波等預(yù)處理后，可

對結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)（動力特性、荷載、變形、潛在損傷等）進(jìn)行識別，本規(guī)程的識

別的方法主要針對于光纖光柵傳感器的測試數(shù)據(jù)。

4光纖光柵應(yīng)變傳感器性能檢測和技術(shù)要求

4.1一般規(guī)定

4.1.1測量范圍：本章規(guī)定的光纖光柵應(yīng)變傳感器的選擇應(yīng)滿足正常使用、量程

及使用精度要求。光纖光柵應(yīng)變傳感器應(yīng)具有承受測量范圍上限值1.2倍的形變

能力。承受測量范圍應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《傳感器主要靜態(tài)性能指標(biāo)計算方法》

GB/T18459確定。

4.1.2精度及穩(wěn)定性：光纖光柵應(yīng)變傳感器及其采集裝置應(yīng)有良好的測量穩(wěn)定性

和重復(fù)性。當(dāng)變形恢復(fù)至小于滿量程形變后，其外觀及主要性能應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)

4.2和4.3的規(guī)定。對于長期測量或健康監(jiān)測，傳感器需要有優(yōu)良的長期耐久和

傳感穩(wěn)定性。傳感器及其部件的使用壽命要求應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)4.1.5的規(guī)定。

4.1.3分辨率：指傳感器可測量的輸入信號最小變化量，傳感器的分辨率應(yīng)滿足

被測物理量的最小變化值。分辨率應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《傳感器主要靜態(tài)性能指

標(biāo)計算方法》GB/T18459確定。

4.1.4模數(shù)和帶寬：在滿足測量和信號傳輸?shù)臈l件下，優(yōu)先選用低模數(shù)的光纖，

降低光纖的損耗，提高光纖的傳感穩(wěn)定性。根據(jù)測量需求，選擇有一定的帶寬、

適宜材料的光纖及模數(shù)盡量降低色散。

4.1.5耐久性：1）對于長期監(jiān)測系統(tǒng)，所選傳感元器件應(yīng)具有足夠的壽命及耐久

性，符合國家相關(guān)規(guī)定；可更換元件壽命宜5年以上，重要、難以更換的元件壽

命宜20年以上；如有特殊需求的，根據(jù)需求和技術(shù)水平設(shè)計。2）用于長期健康

監(jiān)測時光纖傳感器應(yīng)具備優(yōu)良的疲勞壽命，宜不小于2×106次。3）具備優(yōu)良的

抗紫外線老化、抗凍融、抗?jié)駸崂匣疤厥猸h(huán)境下的抗酸堿鹽侵蝕等性能。4）

對于短期監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)實際需求，選擇和設(shè)計傳感元器件的壽命及耐久性能。

4.2點(diǎn)式傳感器

4.2.1點(diǎn)式光纖光柵應(yīng)變傳感器，相對于被測結(jié)構(gòu)或反映結(jié)構(gòu)被測物理量的特征

尺度可視為“點(diǎn)”，標(biāo)距長度一般小于10mm，如圖4-1（a）所示。點(diǎn)式光纖光柵

應(yīng)變傳感器，只能反映被測結(jié)構(gòu)局部或某點(diǎn)的應(yīng)變、溫度、或加速度等物理量變

化。

4.2.2點(diǎn)式準(zhǔn)分布，為了達(dá)到某一特定監(jiān)測目標(biāo)，將點(diǎn)式傳感器按照特定的密度

分布布設(shè)在結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置，并用一根或一組光纖串聯(lián)，如圖4-1（b）所示。

點(diǎn)傳感器

光纖解調(diào)儀

（a）

點(diǎn)傳感器

光纖解調(diào)儀

（b）

圖4-1點(diǎn)式光纖傳感器及點(diǎn)式傳感器準(zhǔn)分布布設(shè)

4.2.3應(yīng)變及溫度傳感。應(yīng)變、溫度與中心波長的變化應(yīng)按式（4-1）計算。其中，

λb為中心波長，n為纖芯有效折射率，為折射率調(diào)制周期，Δλb為反射光中心

波長變化量，Δε，ΔT為應(yīng)變，溫度變化量，Pε，αf，ξ分別為光纖的有效彈光系

數(shù)，熱膨脹系數(shù)和熱光系數(shù)。

(1PT)()

bbf(4-1)

4.2.4加速度傳感。加速度測量系統(tǒng)，包括加速度傳感器，光纖解調(diào)系統(tǒng)以及數(shù)

據(jù)動態(tài)分析系統(tǒng)，通過傅里葉變化等手段獲得系統(tǒng)的加速度。種類劃分，常用于

結(jié)構(gòu)加速度監(jiān)測的光纖加速度計有光彈效應(yīng)加速度計、光波導(dǎo)加速度計、光干涉

型加速度計；其中，最適宜用于交通工程結(jié)構(gòu)加速度監(jiān)測的為FBG光傳感系統(tǒng)。

安裝方法，用結(jié)構(gòu)膠將光纖加速度傳感器牢固粘貼在結(jié)構(gòu)上，同時采用螺栓錨固

的方式牢固固定。性能需求，溫度范圍-20-50℃，測量頻率不小于100Hz，測量

范圍±20m/s2，分辨率0.01%F.S.。

4.2.5封裝保護(hù)。在交通基礎(chǔ)設(shè)施上長期測量時，需對FBG傳感器進(jìn)行封裝，封

裝錨固段的長度應(yīng)大于有效粘結(jié)滑移長度，封裝結(jié)構(gòu)宜采用FRP復(fù)合材料、不

銹鋼或其他一些高耐久封裝結(jié)構(gòu)形式。

4.2.6適宜測試對象。交通基礎(chǔ)設(shè)施工程結(jié)構(gòu)中均質(zhì)構(gòu)件，如鋼桁架橋梁的鋼構(gòu)

件、懸索橋中的鋼懸索、斜拉橋的鋼拉索等；或者混凝土的局部應(yīng)變以及鋼筋混

凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋應(yīng)力應(yīng)變、索力、土壓力、腐蝕與結(jié)構(gòu)撓度等。

4.3長標(biāo)距傳感器

4.3.1一般規(guī)定

1標(biāo)距長度應(yīng)大于10cm，相對于被測結(jié)構(gòu)被測特征物理量的尺度范圍不能視

為“點(diǎn)”，如圖4-2所示。

2應(yīng)反映被測結(jié)構(gòu)一定區(qū)域或特征尺度范圍內(nèi)的物理量變化，適宜大型交通基

礎(chǔ)設(shè)施工程結(jié)構(gòu)，特別是混凝土工程結(jié)構(gòu)。

3能準(zhǔn)確有效反映被測結(jié)構(gòu)特征區(qū)域的物理量，應(yīng)在任何安裝形式下均能形成

標(biāo)距段均勻應(yīng)變場和長標(biāo)距傳感特性。

4長標(biāo)距準(zhǔn)分布，為實現(xiàn)大型結(jié)構(gòu)全面監(jiān)測，應(yīng)將長標(biāo)距傳感器按照特定密度

分布布設(shè)在結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置，如圖4-2（b）；適宜測量對象，各類交通基礎(chǔ)

設(shè)施的長距離大范圍動靜態(tài)監(jiān)測與檢測，特別是大跨混凝土結(jié)構(gòu)。

圖4-2長標(biāo)距傳感器及長標(biāo)距準(zhǔn)分布布

4.3.2長標(biāo)距FBG傳感器

1)長標(biāo)距封裝。應(yīng)采用高耐久性的材料對FBG傳感器進(jìn)行長標(biāo)距化封裝，

封裝后在標(biāo)距范圍內(nèi)形成均勻的應(yīng)變場，如圖4-3所示；根據(jù)工況條件，

標(biāo)距長度應(yīng)在10cm-200cm范圍內(nèi)選定。

圖4-3長標(biāo)距FBG光纖傳感器設(shè)計

2)長標(biāo)距封裝原則。

a)標(biāo)距長度應(yīng)根據(jù)所需要測量的工況條件而定，所測量對象為非均質(zhì)材料

時標(biāo)距長度宜大于所測量對象為均質(zhì)材料時標(biāo)距長度；

b)封裝后長標(biāo)距FBG傳感器的線性度、精度及靈敏度應(yīng)不低于封裝前的

相應(yīng)傳感性能；

c)長標(biāo)距FBG傳感器在標(biāo)距長度范圍內(nèi)形成均勻應(yīng)變場，標(biāo)距范圍內(nèi)應(yīng)

變不均勻度小于1.0%；

d)封裝材料采用高耐久的纖維復(fù)合材料、不銹鋼等材料封裝，封裝后傳感

器的耐久性和長期檢測的穩(wěn)定性應(yīng)大幅提升，傳感器的使用壽命應(yīng)不低

于5年，長期測量穩(wěn)定（誤差＜0.8%）；

e)長標(biāo)距封裝后傳感器應(yīng)結(jié)實可靠，適合交通基礎(chǔ)設(shè)施工程使用。

3)多點(diǎn)準(zhǔn)分布測量。

a)將兩個長標(biāo)距FBG傳感器首尾進(jìn)行熔接或通過法蘭連接，連接后光強(qiáng)

度衰減應(yīng)小于20dB；

b)應(yīng)根據(jù)所測量物理量變化范圍，設(shè)計好每個所串聯(lián)FBG傳感器的中心

波長范圍，避免測量過程中不同F(xiàn)BG傳感器波長的重疊；

c)熔接時，嚴(yán)格控制接頭處的光強(qiáng)損失，且對熔接端進(jìn)行保護(hù)，避免熔接

處彎折；

d)相鄰兩FBG傳感器之間應(yīng)留有足夠的熔接冗余長度，宜不小于25cm。

4)長標(biāo)距封裝后性能要求。

a)在長標(biāo)距范圍內(nèi)形成穩(wěn)定的應(yīng)變場，測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠；

b)抗噪音干擾能力強(qiáng)；

c)通過長標(biāo)距封裝后，傳感器的耐久性宜不低于5年，長期監(jiān)測穩(wěn)定性方

面要求誤差宜＜0.8%F.S。

4.3.3適宜檢測對象。適合監(jiān)（檢）測交通基礎(chǔ)設(shè)施中非均質(zhì)構(gòu)件或大尺度構(gòu)件，

如混凝土橋梁的混凝土梁、橋墩、混凝土的開裂及其裂縫發(fā)展，以及交通基礎(chǔ)設(shè)

施工程結(jié)構(gòu)的平均應(yīng)變、加速度、撓度、地基與基礎(chǔ)的變形及滑移等。

4.4區(qū)域分布式傳感技術(shù)

4.4.1一般規(guī)定

1)傳感標(biāo)距長度應(yīng)滿足工況條件對標(biāo)距長度的要求；

2)多個長標(biāo)距光纖傳感器（段）應(yīng)用光纖連接起來實現(xiàn)區(qū)域分布式傳感，應(yīng)降

低接續(xù)損耗；

3)區(qū)域分布式傳感器分兩種方式，長標(biāo)距區(qū)域布設(shè)（圖4-4（a））和長標(biāo)距全

域布設(shè)（圖4-4（b））；

4)適合長距離大范圍的工程結(jié)構(gòu)的在線監(jiān)測和定期檢測，特別是大型混凝土交

通基礎(chǔ)設(shè)施。

區(qū)域1

區(qū)域2

區(qū)域i

（a）

（b）

圖4-4區(qū)域分布式布設(shè)

4.4.2區(qū)域分布式傳感技術(shù)

1)標(biāo)距長度。根據(jù)工況條件，標(biāo)距長度應(yīng)在10cm-200cm范圍內(nèi)選定。

2)應(yīng)變測量精度。長標(biāo)距FBG傳感技術(shù)的應(yīng)變測量精度應(yīng)滿足本規(guī)程4.2的要

求。

3)測量速度。長標(biāo)距FBG光纖傳感技術(shù)宜進(jìn)行動態(tài)或靜態(tài)測量，長標(biāo)距布里

淵光纖傳感器宜進(jìn)行靜態(tài)測量。

4)分布方式。應(yīng)在對結(jié)構(gòu)采用易損性分析的基礎(chǔ)上，確定關(guān)鍵區(qū)域，根據(jù)測量

需要，選擇長標(biāo)距區(qū)域布設(shè)或長標(biāo)距全域布設(shè)兩種方式進(jìn)行布設(shè)。由于交通

工程結(jié)構(gòu)的體量大、覆蓋范圍廣，通常需要監(jiān)測的部位比較長，對于關(guān)鍵區(qū)

域需要多個傳感器分布布設(shè)，構(gòu)成單個傳感區(qū)域。對于確定了的傳感區(qū)域，

在該區(qū)域全面粘貼長標(biāo)距傳感器，則結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的損傷能被區(qū)域分布的傳感器

準(zhǔn)確識別，即為長標(biāo)距區(qū)域布設(shè)。特殊情況下，對于某些重要或者復(fù)雜的交

通工程結(jié)構(gòu)，且在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)損傷的概率差別不大，需根據(jù)監(jiān)測目的對結(jié)構(gòu)

全域進(jìn)行傳感器布設(shè)，即采用長標(biāo)距全域布設(shè)。

5)適宜測量對象。交通基礎(chǔ)設(shè)施的長距離大范圍動靜態(tài)監(jiān)測與檢測，特別是大

跨混凝土結(jié)構(gòu)。

4.5標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸與存放

4.5.1傳感器標(biāo)志

1)傳感器型號及規(guī)格必須符合設(shè)計要求并有生產(chǎn)廠家的合格證；所有使用的傳

感器應(yīng)配合傳感器布設(shè)圖進(jìn)行標(biāo)識；對于點(diǎn)式傳感器布設(shè)方式的標(biāo)識應(yīng)包含

布設(shè)位置的標(biāo)識；對于區(qū)域分布式傳感器的布設(shè)圖應(yīng)包含按傳感器布設(shè)區(qū)域

的標(biāo)識，以及各個區(qū)域內(nèi)傳感器的布設(shè)標(biāo)識并填寫4-1光纖傳感器現(xiàn)場標(biāo)識

表。

表4-1光纖傳感器現(xiàn)場標(biāo)識表

區(qū)域傳感器參數(shù)記錄檢驗備

編號編號初始波長應(yīng)變系數(shù)溫度系數(shù)標(biāo)距長度員注

2)傳感器的引出光纖及其與主干光纜直接連接部位需進(jìn)行醒目的標(biāo)識，其連接

位置以及布設(shè)條件，需在傳感器布設(shè)圖上標(biāo)識并填寫4-2光纖接頭現(xiàn)場標(biāo)識

表。

表4-2光纖接頭現(xiàn)場標(biāo)識表

是否有現(xiàn)

區(qū)域編號接頭數(shù)量檢驗員備注

場標(biāo)識

3)對于傳感器安裝過程中出現(xiàn)連接或熔接的情況，需在傳感器布設(shè)圖上標(biāo)識，

定期對該部位進(jìn)行光損情況的抽檢和調(diào)查。

4)抽檢和確認(rèn)各傳感器的傳感性能，每個傳感器都應(yīng)有標(biāo)定系數(shù)，抽取不少于

5%的傳感器進(jìn)行傳感性能校核，如果抽檢不合格則在同批次的產(chǎn)品中雙倍加

抽檢驗，如果雙倍加抽檢驗仍不合格則做退貨處理。

4.5.2傳感器包裝應(yīng)符合下列規(guī)定：

1)包裝層應(yīng)包括硬質(zhì)或半硬質(zhì)的外殼、松散或軟質(zhì)充填材料和防潮層。

2)包裝層應(yīng)采用不燃或難燃材料，其材質(zhì)、規(guī)格及厚度等應(yīng)符合設(shè)計要求。

3)硬質(zhì)或半硬質(zhì)的外殼的粘貼應(yīng)牢固、鋪設(shè)應(yīng)平整，且捆扎、粘貼應(yīng)緊密，無

滑動、松弛及斷裂現(xiàn)象。

4)硬質(zhì)或半硬質(zhì)外殼的拼接縫隙不應(yīng)大于5mm，并用粘結(jié)材料勾縫填滿；縱縫

應(yīng)錯開，外層的水平接縫應(yīng)設(shè)在側(cè)下方。

5)松散或軟質(zhì)充填材料應(yīng)按規(guī)定的密度壓縮其體積，疏密應(yīng)均勻。

6)防潮層應(yīng)緊密粘貼在松散或軟質(zhì)充填材料上，封閉良好，不得有虛粘、氣泡、

皺褶、裂縫等缺陷。

7)防潮層的立管應(yīng)由包裝層的低端向高端敷設(shè)，環(huán)向搭接縫應(yīng)朝向低端；縱向

搭接縫應(yīng)位于包裝層的側(cè)面，并順?biāo)?/p>

8)傳感器連接處及法蘭部位的包裝層結(jié)構(gòu)應(yīng)嚴(yán)密，且能單獨(dú)拆卸并不得影響其

操作功能。

9)傳感器的引出光纖及其與主干光纜直接連接部位需進(jìn)行保護(hù)。

10)傳感器之間的光纖熔接接頭需放置在傳感器保護(hù)罩內(nèi)或穿管保護(hù)。

11)傳感器串接鏈不用的尾端必須放置在傳感器保護(hù)罩內(nèi)，保持美觀整潔。

12)傳感器引出的光纖尾纖的最小彎曲半徑不得小于5cm。

13)光纖連接處必須進(jìn)行可靠固定，保證光纖傳輸線路的長期穩(wěn)定性。

4.5.3傳感器運(yùn)輸應(yīng)符合JB/T9329-1999的相關(guān)規(guī)定。

4.5.4傳感器的驗收

1）檢查傳感器的標(biāo)識及包裝是否完整；

2）檢查傳感器的數(shù)量和傳感性能是否符合出廠標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求；

3）填寫4-3光纖傳感器進(jìn)場驗收表；

表4-3光纖傳感器進(jìn)場驗收表

檢驗記錄

數(shù)量/

生產(chǎn)型號/傳感性能（靈敏

抽檢結(jié)論檢驗員備注

日期規(guī)格外觀度系數(shù)及穩(wěn)定

數(shù)

性等）

4.5.5傳感器存放應(yīng)符合下列規(guī)定：

1)根據(jù)傳感器數(shù)量等確定現(xiàn)場貯存位置和面積，不同類型傳感器應(yīng)分開放置，

做好防火、防潮、防曬、防雨等保護(hù)措施；

2)傳感器貯存前，相關(guān)人員應(yīng)清理現(xiàn)場并做好準(zhǔn)備工作；

3)傳感器貯存后，相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)技術(shù)資料和傳感器購買憑證做好記錄工作；

4)相關(guān)人員應(yīng)對現(xiàn)場傳感器有效標(biāo)識，并注意保護(hù)標(biāo)識；

5)相關(guān)人員應(yīng)定期對現(xiàn)場傳感器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

5光纖光柵應(yīng)變分析儀技術(shù)要求

5.1一般規(guī)定

5.1.1光纖光柵應(yīng)變分析儀應(yīng)滿足下列要求：

1)應(yīng)滿足第4章傳感器測量要求的規(guī)定；

2)生產(chǎn)企業(yè)通過質(zhì)量管理體系認(rèn)證，或產(chǎn)品獲得由有資質(zhì)的檢測機(jī)構(gòu)出具的檢

驗報告；

3)清楚地標(biāo)明制造者名稱、型號和系列，并在外殼上標(biāo)明唯一編號；

4)配有與光纖光柵應(yīng)變分析儀型號和系列相符的使用說明書；

5)要有與光纖光柵應(yīng)變分析儀型號和系列相符，包括本章規(guī)定的產(chǎn)品的技術(shù)要

求。

5.2技術(shù)要求

5.2.1光纖光柵應(yīng)變分析儀的技術(shù)要求，應(yīng)包括以下各項：

1)外形尺寸。

2)質(zhì)量(在工作條件下)。

3)電源類型。

4)法蘭接頭型號。

5)電池工作時間(新電池要在最大功耗情況下測量)。

6)按照技術(shù)要求工作時，溫度和電壓[交流電和(或)電池]的范圍，如需預(yù)熱，應(yīng)

規(guī)定預(yù)熱時間。

7)當(dāng)電池電壓過低使光纖光柵應(yīng)變分析儀性能超出技術(shù)要求時的指示方式。

8)采樣頻率的檔位和(或)可設(shè)置范圍。

9)各通道可檢出的傳感器中心波長和(或)允許的波長變化范圍。

10)提供信號監(jiān)測的輸出方式，即有(或無)方式輸出，和(或)比例輸出，如有可能，

提供輸出響應(yīng)時間、線性、比例輸出的最大輸出能力和穩(wěn)定性。有(或無)閘

門閾值的準(zhǔn)確度和回差及開關(guān)輸出的保持時間。

11)本地保存數(shù)據(jù)時，提供所需的最大存儲容量，和當(dāng)存儲容量過低時的指示方

式。

5.2.2振動測試用的光纖光柵應(yīng)變分析儀的的性能，宜符合如表5-1的要求

表5-1光纖光柵解調(diào)儀性能指標(biāo)

光學(xué)指標(biāo)

光學(xué)通道數(shù)1-128波長變化范圍≥40nm

穩(wěn)定性5pm重復(fù)性2pm

應(yīng)變精度±(1.0-5.0)με溫度精度±(0.5-1.5)℃

動態(tài)范圍25dB掃描頻率(1-2000)Hz

光學(xué)接頭FC/APC

電器特性

電源供應(yīng)7-36VDC（含100-240VAC）

數(shù)據(jù)傳輸接口以太網(wǎng)

功率（35-50）W

機(jī)械特性

工作溫度-20℃-50℃工作濕度＜80%（無凝結(jié)）

儲存溫度-20℃-60℃儲存濕度＜95%（無凝結(jié)）

5.3使用和維護(hù)

5.3.1將光纖傳感器通過法蘭接頭接入光纖光柵應(yīng)變分析儀的通道，把已安裝分

析操作系統(tǒng)的電腦連接到光纖光柵應(yīng)變分析儀。

注：連接操作電腦前，宜檢查光纖光柵應(yīng)變分析儀的驅(qū)動是否正常安裝，檢查方

法應(yīng)滿足制造者技術(shù)規(guī)范給出的規(guī)定。

5.3.2運(yùn)行光纖光柵應(yīng)變分析儀，檢查各通道內(nèi)的傳感器是否全部正確識別。對

于實時數(shù)據(jù)的中心波長、變化幅度、采樣時間、溫度漂移的最大值重復(fù)進(jìn)行檢測，

應(yīng)滿足本規(guī)程5.2和6.2的相關(guān)規(guī)定。

5.3.3正式開始測試前，應(yīng)預(yù)先測量10分鐘以上的數(shù)據(jù)，檢查保存的數(shù)據(jù)格式是

否正確，檢查是否有斷點(diǎn)和數(shù)據(jù)丟失。

5.3.4設(shè)定文件保存路徑和文件名，設(shè)置前應(yīng)檢查磁盤存儲空間是否足夠，檢查

方法滿足本規(guī)程5.2的相關(guān)規(guī)定。

5.3.5光纖光柵應(yīng)變分析儀應(yīng)定期送到具有資質(zhì)的計量檢定機(jī)構(gòu)檢定，檢定為合

格并在計量有效期內(nèi)使用，一般每年至少檢定一次。

6光纖光柵振動測試的施工、驗收和維護(hù)

6.1一般規(guī)定

6.1.1傳感器安裝工程施工質(zhì)量控制應(yīng)符合下列規(guī)定:

1)光纖光柵應(yīng)變傳感器安裝前應(yīng)按本規(guī)范進(jìn)行傳感器進(jìn)場驗收，可按附錄A表

A記錄。

2)光纖光柵應(yīng)變傳感器安裝的各分項工程應(yīng)按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量控制，每個分

項工程應(yīng)有自檢記錄。

6.1.2傳感器安裝工程質(zhì)量驗收應(yīng)符合下列規(guī)定:

1)參加安裝工程施工和質(zhì)量驗收人員應(yīng)具備相應(yīng)的資格。

2)承擔(dān)有關(guān)安全性能檢測的單位，必須具有相應(yīng)資質(zhì)。儀器設(shè)備應(yīng)滿足精度要

求，并應(yīng)在檢定有效期內(nèi)。

3)分項工程質(zhì)量驗收均應(yīng)在傳感器安裝單位自檢合格的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

4)分項工程質(zhì)量應(yīng)分別按主控項目和一般項目檢查驗收。

5)傳感器包裝工程應(yīng)在傳感器安裝單位檢查合格后，于包裝前通知有關(guān)單位檢查

驗收，并形成驗收文件。

6.1.3傳感器使用和維護(hù)應(yīng)符合下列規(guī)定:

1)具有完善的驗收標(biāo)準(zhǔn)、安裝工藝及使用操作規(guī)程。

2)具有健全的維護(hù)過程控制制度。

6.2進(jìn)場驗收

主控項目

6.2.1進(jìn)場驗收文件，必須包括下列資料:

1)傳感器布設(shè)圖；

2)傳感器產(chǎn)品出廠合格證；

3)光纜導(dǎo)線、法蘭連接頭及FBG分析儀驗收合格證書。

一般項目

6.2.2進(jìn)場驗收文件，還應(yīng)包括下列資料:

1)安裝配件清單；

2)安裝、使用維護(hù)說明書；

3)光纖傳感器熔接和法蘭連接說明書。

6.2.3安裝配件應(yīng)與安裝配件清單內(nèi)容相符，應(yīng)配備適當(dāng)長度的光纜導(dǎo)線。

6.2.4傳感器外觀不應(yīng)存在明顯的損壞。

6.3施工安裝要求

6.3.1傳感器安裝工程應(yīng)按照經(jīng)審查合格的設(shè)計文件和經(jīng)設(shè)計院審查批準(zhǔn)的施工

方案施工。

6.3.2傳感器連接工程施工前，對于各個布設(shè)點(diǎn)應(yīng)采用相同材料和連接工藝，經(jīng)

有關(guān)各方確認(rèn)后方可進(jìn)行施工。對于周期性的數(shù)據(jù)采集應(yīng)采用相同的數(shù)據(jù)格式進(jìn)

行記錄。

6.3.3傳感器安裝工程的施工作業(yè)環(huán)境和條件，應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和施工工藝的要

求。傳感器安裝和包裝工程不宜在雨雪天氣中露天施工。

6.4施工檢驗和質(zhì)量驗收

6.4.1外觀檢查

傳感器安裝是否平整，傳感器連接處引線有無破壞等。

6.4.2光路檢查

將傳感器某一通道的接頭與激光筆連接，打開激光筆，觀察該通道的尾端是否有

亮光，有則光路通，無則仔細(xì)查找斷路位置，然后進(jìn)行光纖連接。

6.4.3信號檢測

將所有通道的接頭與解調(diào)儀連接，查看各傳感器的信號是否正常，如不正常，確

定不正常傳感器的位置，然后進(jìn)行更換。

6.4.4驗收記錄

填寫驗收記錄附錄表A。

6.5使用和維護(hù)

6.5.1一般規(guī)定

1)編制光纖傳感系統(tǒng)的使用及維護(hù)計劃

2)定期對傳感器的外觀進(jìn)行觀察，每隔半年至一年對光纖傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)；

3)光纖出現(xiàn)衰減嚴(yán)重或光路不同的情況，需對光纖及傳感器進(jìn)行修復(fù)或更換；

4)光纖傳感器的修復(fù)及更換以不影響其他傳感器的正常監(jiān)測為基礎(chǔ)。

6.5.2在使用傳感器時，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測目的進(jìn)行具體布設(shè)，當(dāng)存在多個監(jiān)測目的時

候，需能同時滿足多個監(jiān)測目標(biāo)的需要。

1)光纖傳感器對于以損傷識別為監(jiān)測目標(biāo)的布置原則：宜在結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵桿件、

關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行區(qū)域分布式布設(shè)；

2)光纖傳感器對于以裂縫為監(jiān)測目標(biāo)的布置原則：對判斷結(jié)構(gòu)是否會開裂時，

傳感器的布置原則同以損傷識別為監(jiān)測目標(biāo)的布置原則，對跟蹤既有裂縫的

發(fā)展時，傳感器的布置原則應(yīng)在已經(jīng)開裂的部位跨越裂縫布置傳感器；

3)光纖傳感器對于以變形為監(jiān)測目標(biāo)的布置原則：對于以變形為監(jiān)測目標(biāo)的布

置原則應(yīng)沿著結(jié)構(gòu)長度方向以一定的間隔長度布置或全域分布式布設(shè)，同時

在結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵截面的受拉區(qū)、受壓區(qū)同時布置傳感器，以獲得關(guān)鍵截面的中

和軸高度；

4)光纖傳感器對于以結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)為監(jiān)測目標(biāo)的布置原則：根據(jù)所需考慮結(jié)構(gòu)

模態(tài)的階數(shù)，恰當(dāng)?shù)卮_定測點(diǎn)位置和數(shù)量，應(yīng)避免將測點(diǎn)布在模態(tài)節(jié)點(diǎn)位置。

6.5.3在使用階段振動測試宜采用實時監(jiān)測方式，從正在使用的結(jié)構(gòu)中實時獲取

應(yīng)變數(shù)據(jù)并計算相關(guān)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)。評估結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)和性能，識別可能發(fā)

生的損傷和結(jié)構(gòu)性能退化。對結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)的計算方法，可參照本規(guī)程第7章的

相關(guān)規(guī)定。

6.5.4斷裂光纖的修復(fù)

1)確定光損嚴(yán)重或斷裂破壞位置；

2)將斷裂處的兩個端部的樹脂涂料層剝除；

3)選擇光纖連接方式熔接或機(jī)械連接；

4)光線切割和連接（參考上述）；

5)對連接處進(jìn)行封裝和保護(hù)；

6)對修復(fù)和更換做好記錄和備案。

7基于光纖光柵振動測試數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)計算及損傷識別

7.1一般規(guī)定

7.1.1結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)計算及損傷識別均是基于光纖光柵的應(yīng)變測試數(shù)據(jù)。

7.1.2在反演結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)及損傷識別的過程中，認(rèn)為結(jié)構(gòu)的當(dāng)前狀態(tài)是一種線

性、時不變的穩(wěn)定系統(tǒng)。

7.1.3對于鋼結(jié)構(gòu)等均質(zhì)結(jié)構(gòu)，可采用基于點(diǎn)傳感或長標(biāo)距光纖傳感器測試數(shù)據(jù)

進(jìn)行結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)計算及損傷識別；對于混凝土結(jié)構(gòu)等非均質(zhì)的結(jié)構(gòu)，宜采用長

標(biāo)距光纖傳感器測試數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)計算及損傷識別。

7.2自振頻率

7.2.1結(jié)構(gòu)的自振頻率識別宜采用對光纖光柵應(yīng)變時程數(shù)據(jù)的傅里葉變換的方法，

即對光纖光柵應(yīng)變時程數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換后得到動應(yīng)變頻譜，動應(yīng)變頻譜不同

峰值處所對應(yīng)的頻率即為自振頻率。

7.2.2為避免反演的自振頻率與結(jié)構(gòu)的局部自振頻率相混淆，宜采用5處以上的

光纖光柵應(yīng)變時程數(shù)據(jù)相對應(yīng)的頻域傅里葉譜，綜合分析得到相對應(yīng)的自振頻率。

7.2.3采用光纖光柵應(yīng)變時程數(shù)據(jù)時應(yīng)避開車輛荷載激勵附近段的時程，避免反

演的自振頻率與激勵自振頻率相互干擾。

7.2.4對于采用風(fēng)荷載等隨機(jī)激勵獲取自振頻率時，應(yīng)采用多次測量取均值，提

高識別精度。

7.2.5采用區(qū)域分布式光纖傳感器反演自振頻率時，需要考慮某些區(qū)域因損傷或

裂縫導(dǎo)致該區(qū)域傳感器的應(yīng)變時程數(shù)據(jù)發(fā)生大的變化，從而導(dǎo)致反演的自振頻率

發(fā)生較大變化，如果區(qū)域傳感器反演的自振頻率相互誤差超過20%，應(yīng)不考慮該

區(qū)域傳感器的反演結(jié)果。

7.3阻尼

7.3.1結(jié)構(gòu)阻尼的識別可采用帶寬法，即對光纖光柵應(yīng)變時程數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變

換后得到動應(yīng)變頻譜，如下圖，然后對動應(yīng)變頻譜圖采取帶寬法（式（7-1））計

算阻尼比。

頻譜

maxmax

ε

max

ε

fafb

f=f

1

ff

=ba（7-1）

2f

1

7.3.2結(jié)構(gòu)阻尼的識別也可采用自由振動衰減法，由光纖光柵應(yīng)變時程數(shù)據(jù)測出

結(jié)構(gòu)的自由振動衰減曲線，按衰減曲線的應(yīng)變振幅衰減快慢由（7-2）式計算出

阻尼比。

(lnn)/2m（7-2）

nm

式中，n為第n個應(yīng)變振幅，nm為經(jīng)歷m圈周期循環(huán)后的應(yīng)變振幅。

7.3.3為避免反演的阻尼比與結(jié)構(gòu)的局部阻尼比相混淆，宜采用5處以上的光纖

光柵應(yīng)變時程數(shù)據(jù)計算出的阻尼比，綜合分析得到相對應(yīng)的阻尼比。

7.3.4對于采用風(fēng)荷載等隨機(jī)激勵獲取阻尼比時，應(yīng)采用多次測量取均值，提高

識別精度。

7.3.5采用區(qū)域分布式光纖傳感器反演阻尼比時，需要考慮某些區(qū)域因損傷或裂

縫導(dǎo)致該區(qū)域傳感器的應(yīng)變時程數(shù)據(jù)發(fā)生大的變化，從而導(dǎo)致反演的阻尼比發(fā)生

較大變化，如果區(qū)域傳感器反演的阻尼比相互誤差超過20%，應(yīng)不考慮該區(qū)域傳

感器的反演結(jié)果。

7.4振型（模態(tài)）

7.4.1結(jié)構(gòu)的應(yīng)變振型（模態(tài)）識別宜通過對各監(jiān)測單元應(yīng)變時程實施傅里葉變

換后，某一階自振頻率下不同位置處的幅值之間的比例關(guān)系即為結(jié)構(gòu)的該階應(yīng)變

模態(tài)振型。

7.4.2結(jié)構(gòu)曲率振型（模態(tài)）識別應(yīng)基于曲率與應(yīng)變之間存在的關(guān)系，即通過式

（7-3）獲得

rrrrT

T

rrrr12in

12,,,,,inrr,,,,,rr

RRRR（7-3）

rr

式中，i——第i個單元的曲率在第r階模態(tài)下的幅值，R——參考單元的曲率

r

ri

在第r階模態(tài)下的幅值，其中，i式中，yi——第i個單元的中和軸高度。

yi

7.4.3結(jié)構(gòu)位移振型識別宜根據(jù)位移與應(yīng)變之間存在的直接關(guān)系，可通過下述兩

種方式獲得：

r

1）采用積分法Drdxdx由應(yīng)變計算第r階位移振型。

Ly

2）采用共軛梁法由應(yīng)變計算第r階位移振型。

7.4.4采用區(qū)域分布式光纖傳感器反演振型時，需要考慮某些區(qū)域因損傷或裂縫

導(dǎo)致該區(qū)域傳感器的應(yīng)變時程數(shù)據(jù)發(fā)生大的變化，從而導(dǎo)致反演的振型在該區(qū)域

發(fā)生較大變化，此時要根據(jù)實際情況進(jìn)行振型平滑處理。

7.4.5點(diǎn)應(yīng)變反演的振型、長標(biāo)距應(yīng)變反演的振型和位移振型相互間存在轉(zhuǎn)換關(guān)

系，從精確性方面考慮，宜采用長標(biāo)距應(yīng)變反演的振型反推其他兩種振型。

7.5撓度和變形識別

7.5.1曲率識別宜針對傳感器的布設(shè)情況采用相應(yīng)的方法：對于單元截面高度上

只布設(shè)一只傳感器的情況，可采用纖維模型解析曲率；對于單元截面高度上布設(shè)

兩只或多只傳感器的情況，宜通過應(yīng)變直接計算曲率。

7.5.2撓度識別宜采用下列方法：共軛梁法，將實梁的曲率分布作為等效荷載施

加在虛梁上計算虛梁的彎矩分布，將其等效為實梁的撓度分布，共軛梁方法可參

考附錄A；纖維模型有限元法，利用纖維模型解析結(jié)構(gòu)的彎矩分布，將彎矩施加

到有限元模型上可計算撓度。撓度識別還可采用二次積分等方法。

7.6傾角

7.6.1傾角識別可采用下列方法：直接測量計算法，利用長標(biāo)距應(yīng)變計算單元的

相對傾角，將各單元的相對傾角求和即可計算傾角；共軛梁法，將實梁曲率分布

作為等效荷載施加在虛梁上計算虛梁剪力分布，將其等效為實梁的傾角分布。

7.7損傷（裂縫、腐蝕、支座退化等）

7.7.1結(jié)構(gòu)的裂縫或損傷可采用靜力直接法，通過對比相關(guān)的閥值規(guī)定，比較實

測的應(yīng)變/曲率/撓度，判斷損傷是否發(fā)生。裂縫的寬度可利用長標(biāo)距光纖光柵傳

感器的應(yīng)變測量值直接計算。

7.7.2結(jié)構(gòu)的裂縫或損傷可采用靜力間接法，通過比較特定荷載形式下各單元的

長標(biāo)距光纖光柵傳感器的應(yīng)變比值，若比值發(fā)生顯著變化，則對應(yīng)位置或單元發(fā)

生損傷。

7.7.3結(jié)構(gòu)的裂縫或損傷可采用動力指紋法，動力指紋主要有頻率基指紋、應(yīng)變

模態(tài)、曲率模態(tài)、應(yīng)變基能量、應(yīng)變模態(tài)柔度法等，在這些方法中動力指紋均可

采用基于光纖傳感應(yīng)變數(shù)據(jù)求得，應(yīng)變模態(tài)損傷識別的方法可參考附錄B。

7.7.4對于點(diǎn)式光纖傳感器，宜采用頻率基指紋、應(yīng)變模態(tài)、應(yīng)變模態(tài)柔度法等

動力損傷識別方法。對于區(qū)域光纖傳感器，宜采用應(yīng)變基能量、應(yīng)變模態(tài)、曲率

模態(tài)、應(yīng)變模態(tài)柔度法等動力損傷識別方法。

7.7.5疲勞裂縫或損傷識別可采用統(tǒng)計應(yīng)力譜法，結(jié)合材料的應(yīng)力-壽命曲線和累

計損傷機(jī)理進(jìn)行損傷識別。

7.7.6鋼筋銹蝕識別可采用以下方法：纖維模型解析法，應(yīng)變輸入纖維模型計算

鋼筋面積，分析鋼筋的腐蝕程度；應(yīng)力差法，比較鋼筋和周圍混凝土之間的應(yīng)變

差值，識別鋼筋銹蝕。

7.7.7支座老化/失效可通過動力參數(shù)（如結(jié)構(gòu)固有頻率、應(yīng)變模態(tài)等）變化進(jìn)行

識別，動力參數(shù)可由光纖光柵應(yīng)變數(shù)據(jù)求得。

7.7.8支座的不均勻沉降可通過結(jié)構(gòu)中不同位置處區(qū)域光纖傳感器所測試的應(yīng)變

時程的變化（沉降前后）進(jìn)行相關(guān)動力分析后確定。

7.8荷載識別

7.8.1荷載識別可采用下列方法：彎矩法，利用纖維模型法可計算單元的彎矩分

布，利用彎矩和荷載之間的關(guān)系反算荷載；影響線面積法，將移動荷載通過結(jié)構(gòu)

時的應(yīng)變時程面積與單位荷載下的影響線面積之間的比值就是移動荷載的大小。

8．傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集、處理

8.1一般規(guī)定

8.1.1光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)的采集、處理與傳輸?shù)挠布O(shè)備與軟件等，

應(yīng)按下表的內(nèi)容及要求進(jìn)行設(shè)計、開發(fā)和安裝。

表8‐1數(shù)據(jù)采集、處理與傳輸系統(tǒng)內(nèi)容和要求

內(nèi)容

應(yīng)進(jìn)行設(shè)計、開發(fā)和安裝的內(nèi)容

子類目（系統(tǒng)）

硬件（設(shè)備）

軟件工作機(jī)制

1、數(shù)據(jù)的采集

1）設(shè)計與選型應(yīng)保證包括：1）采集模式；2）采集頻率；

及時獲得高質(zhì)量的數(shù)3）頻次；4）觸發(fā)閾值；5）分布關(guān)系

2、數(shù)據(jù)的處理

據(jù)；

應(yīng)能糾正或剔除異常數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量

3、數(shù)據(jù)通信與傳輸

2）硬件的耐久性和技應(yīng)能高質(zhì)量的傳輸數(shù)據(jù)，應(yīng)具備傳輸質(zhì)量

術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足國家相校驗機(jī)制

關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4、數(shù)據(jù)存儲管理

應(yīng)具備標(biāo)準(zhǔn)化的讀取、存儲接口，應(yīng)能保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化、安

全性、可靠性、共享性以及對應(yīng)用軟件的友好性等

8.2數(shù)據(jù)采集與控制

8.2.1數(shù)據(jù)采集設(shè)備的分布應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的特征、監(jiān)測需求、傳感器布設(shè)位置和數(shù)

量、硬件設(shè)備條件等設(shè)計數(shù)據(jù)采集硬件（設(shè)備）和傳感器之間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選擇

采用集中采集，分散（分布式）采集，混合采集等分布方式。數(shù)據(jù)采集設(shè)備分布

方式宜按下表設(shè)計采集設(shè)備的分布方式：

表8-2數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)內(nèi)容和要求

情形

情形一

情形二

備注

設(shè)備分散、測點(diǎn)設(shè)備集中、測點(diǎn)★：表示一般宜采用

采集硬件分布

多、傳輸距離遠(yuǎn)少、傳輸距離近

（一般＞10km）

（一般≤10km）

（1）總體集中采集

按需/指定

★

中小單體結(jié)構(gòu)整體、大跨徑橋

梁的特定部位和區(qū)域監(jiān)測常用

（2）總體分散采集

★

按需/指定

結(jié)構(gòu)群、大跨徑橋梁全區(qū)域監(jiān)

（3）總體分散采集★

按需/指定

測常用

混合

局部集中采集

8.2.2采集設(shè)備按照其采集的時間頻度、頻次和時間間隔等內(nèi)容，應(yīng)分為全時采

集、定時采集、觸發(fā)采集和混合采集四種模式，應(yīng)依據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)需求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

進(jìn)行選擇。

8.2.3數(shù)據(jù)采集頻率應(yīng)能夠反映被監(jiān)測結(jié)構(gòu)的行為和狀態(tài)，并滿足監(jiān)測數(shù)據(jù)的應(yīng)

用條件。針對設(shè)置在被測結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域的傳感器，宜視具體情況選擇相同或不

同數(shù)據(jù)采集頻率。對于動態(tài)信號，數(shù)據(jù)的采集頻率應(yīng)在被測物理量預(yù)估最高頻率

的2倍以上。

8.2.4數(shù)據(jù)采集的時間同步性包括：（1）嚴(yán)格的同步采集、（2）偽同步采集和（3）

異步采集。數(shù)據(jù)采集應(yīng)保證在任何采集模式下均進(jìn)行足夠時間長度的連續(xù)采集以

符合監(jiān)測需求。

表8-3數(shù)據(jù)采集時間同步性和時間長度的說明

時間的同步性同步采集（3）異步

（1）嚴(yán)格同步采集（2）偽同步采集

各級采集設(shè)數(shù)據(jù)分析采集

備的要求的要求

時間同步同結(jié)構(gòu)同類≤0.1ms應(yīng)滿足監(jiān)測需求

誤差應(yīng)滿型待測量

足同結(jié)構(gòu)不同≤1ms

類型待測量

時間長度任何采集模式都應(yīng)保證符合監(jiān)測需求的連續(xù)采集時間長度

時間參考數(shù)據(jù)采集應(yīng)選取共同的時間參考點(diǎn)。當(dāng)測點(diǎn)較多而傳感器數(shù)目不足

點(diǎn)說明時，可分批采集，但每批采集時應(yīng)至少保留一個共同的時間參考點(diǎn)

時間碼體建議同時輸出以“公元1年1月1日1分1秒”為“1”，以每隔

系一秒增量為“1”的時間碼體系；如有必要采用更高精度，時間碼

精度應(yīng)同時提高

8.2.5數(shù)據(jù)采集設(shè)備應(yīng)與光纖傳感器的性能相匹配，應(yīng)滿足監(jiān)測系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)的性能、功能要求，應(yīng)按下表所示針對采集的不同信號類型進(jìn)行選型。

表8-4數(shù)據(jù)采集設(shè)備的性能和功能要求

宜選用的設(shè)性能設(shè)計可靠性設(shè)計環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計

信號類型備種類主要考察指標(biāo)、規(guī)格（★為必要選項）使數(shù)據(jù)校抗電磁工防護(hù)功能安

用準(zhǔn)功能干擾設(shè)