光纤AE传感器的构成方法是,利用作为信号通路的电缆,将安装在结构物上的传感器部分和设置在现场外部的检测装置连接起来。其工作原理是,利用传感器检测结构物变形时产生的微小弹性波动(声发射,AE),借此掌握结构物的状态。
光纤受到外力就会发生伸缩,通过其内部的光会因多普勒效应而改变频率。通过检测这种频率的变异量,便可测量到安装了传感器的基岩层及混凝土的声发射情况。
即使进行长距离传输,光损失也非常少,因此,即使传感器与检测装置的距离很远,也能进行准确检测。在不安装放大装置的情况下,最大可在相距4公里处进行检测。
传感器是将光纤卷成椭圆形,然后做成高26毫米×宽15.5毫米×长15毫米的线圈状。由于光纤的中心部分由石英玻璃制成,因而不仅耐热,还不易被水以及化学药品腐蚀。
设置在基岩层内的金属机体实例。机体中内置有传感器。
光纤AE传感器的形状及尺寸。
5年~10年后将比电气式更便宜
以往的AE检测技术采用的是电气方式。因此,要想在环境条件严苛的场所长时间使用,就必须对传感器及电缆进行特别处理。例如,在有可燃性气体喷出危险的隧道内,传感器必须采用防爆结构。
而光纤AE传感器由于不向传感器及电缆中通电,因此,即使设置在上述严苛环境下,也无需进行处理。并且不会受到电磁波及打雷的影响。
光纤AE传感器与以往的电气式AE传感器相比,尽管初始成本较高,但可降低运营成本。大林组表示,经过5年到10年的时间,初始及运营两项加在一起的成本便会低于电气式AE传感器。
在日本石油天然气金属矿产资源机构发包的“波方国家石油天然气储备基地”项目中,大林组在5年前就将光纤AE传感器应用于基岩层牢固度检测。迄今为止没有发生传输故障,传感器一直处于正常运转状态。
今后,除了隧道及桥梁等基础设施维护管理用途之外,大林组还计划在放射性废弃物地质处理等长期检测用途方面进行提案。
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