FBG 智能感知钢绞线工作原理

设备组成整套传感本体分为三部分：带光栅的传感光纤、基体钢绞线基材、封装保护结构；不含解调仪、光缆接头、采集软件。

• 基体：标准预应力钢绞线（1×7 结构），作为受力载体。
• 传感光纤：内置布拉格光纤光栅（FBG），包含工作光栅与温度补偿光栅；光栅为光信号敏感元件，光纤为光信号传输介质。
• 封装结构：在钢绞线中心钢丝铣制凹槽，将铠装传感光纤填入凹槽，采用高强度粘接介质使光纤与中心钢丝紧密耦合；外部做防护，外围六根钢丝正常绞制，保持钢绞线外形尺寸。
  

设备本身工作原理

• 光纤光栅内部刻有周期性折射率栅格，具备固定的布拉格反射波长；宽带光入射光纤，光栅会反射特定波长的光。
• 当基体钢绞线承受轴向荷载产生拉伸应变时，中心钢丝发生形变，通过封装粘接层将形变传递给光栅，光栅栅距发生改变，反射光的中心波长发生偏移；荷载越大，波长偏移量越大。
• 环境温度改变同样会造成光栅栅格热胀冷缩，引发反射波长漂移。设备本体设置独立的温度补偿光栅，该光栅不受力学应变，仅响应温度，用于区分应变效应与温度效应。
• 设备本体仅输出反射光波长变化的光信号，本身不能直接输出应变、拉力数值；本体不具备计算、数据输出能力，必须外接 FBG 解调仪读取光信号。
• 由于封装粘接层存在应变传递损耗，设备本体无法依靠材料理论参数完成力值换算；必须通过力学试验机对该构件做实体标定，建立波长‑荷载对应关系，才可以把光信号转化为力值。
  

设备本体固有特性

• 无源器件：传感本体无需供电，依靠外部解调仪输入光信号工作。
• 光信号传输：一根光纤链路可串联多枚光栅，实现多测点集成。
• 力学属性：封装合格情况下，本体的抗拉强度、弹性模量与普通同规格预应力钢绞线基本一致，不改变构件本身力学承载能力。
• 器件弱点：光纤属于脆性介质，受弯折、挤压、猛拉会发生光纤断裂；一旦光纤断裂，该传感本体的传感功能永久失效，基体钢绞线仍可以继续受力。
• 本体无数据存储、无无线传输功能，光信号需要通过引出尾纤向外引出。