GFS型光纤光栅应变计

作者：张俊　　文章来源：葛南仪器　　关键词：GFS,光纤,光栅,应变计,用途,GFS,埋入,光纤,光栅,

1用途

GFS型埋入式光纤光栅应变传感器主要用于测量各种混凝土结构的内部应变。现场安装时可以

直接绑扎在钢筋上，然后浇筑混凝土；或者将传感器预先制成混凝土块，然后整块埋入。

光纤光栅应变传感器采用非胶封装工艺，与同类产品相比，具有精度高、灵敏度高、寿命长等优

点，可与其他类型的光纤光栅传感器组成全光监测网。

2规格及主要技术参数

3结构及工作原理

3.1结构

 
       GFS型振弦式应变计由前后端座、不锈钢护管、信号传输电缆、振弦及激振电磁线圈等组成。

3.2工作原理

当被测结构物内部的应力发生变化时，应变计同步感受变形，变形通过前、后端座传递给振弦转变成

振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传

输至读数装置，即可测出被测结构物内部的应变量；并可同步测出埋设点的温度值。

3.3计算方法：

  a)当环境温度恒定应变计仅受到轴向变形时，其应变量ε与输出的频率模数△F具有如下线性关系：

ε= k△F

△F = F - F₀

式中：k — 应变计测量应变量的最小读数，单位为10^-6/F；

      △F — 应变计实时测量值相对于基准值的变化量，单位为F；

      F — 应变计的实时测量值，单位为F；

      F₀ — 应变计的基准值，单位为F。

  b)当应变计不受外力作用时(仪器两端标距不变)，而温度增加△T时，应变计有一个输出量△F´，这个输出

量仅仅是由温度变化而造成的，因此在计算时应给以扣除。

    实验可知△F´与△T具有下列线性关系：

ε´= b△F´+ b△T = 0

k△F´= -b△T

△T = T - T₀

式中：b — 应变计的温度修正系数，单位为10^-6/℃；

      △T — 温度实时测量值相对于基准值的变化量，单位为℃；

      T — 温度的实时测量值，单位为℃；

      T₀ — 温度的基准值，单位为℃。

  c)埋设在水工结构物或其它混凝土结构物中的应变计，受到的是变形和温度的双重作用，此时的温度修正

系数应为应变计的温度修正系数与被测结构物的线膨胀系数之差，因此应变计一般计算公式为：

εm = k△F + b´△T = k (F - F₀) + (b-α)(T - T₀) + B

式中：εm — 被测结构物的应变量，单位为10^-6；

       α — 被测结构物的线膨胀系数，单位为10^-6／℃。

       B — 计算修正值，单位为10^-6（有时可忽略不计）。

4埋设与安装

应变计使用场合很广，仪器经加装一些附件可以组成多向应变计组、无应力计、岩石应变计等测量应变的

仪器，这些仪器的工作情况及安装条件各不相同，所以埋设安装方法有所不同。下面主要对埋设在大体积

混凝土内的应变计、应变计组及无应力计的埋设安装方法作一些简述，其它仪器的埋设安装方法可参照进行。

4.1单向应变计的埋设安装

单向应变计埋设时应首先根据受力情况在坝体或其它结构物上定位，在混凝土浇筑超过埋设高程时，在设计

的部位挖30、20、15×20×20Cｍ的坑，按受力方向固定好应变计(已检查完好并接长电缆)。回填去除大骨料

的混凝土并人工捣实，同时将电缆按设计走向埋设固定好。

    亦可在混凝土浇筑前将应变计按受力方向固定在结构物上，一定要牢靠(应变计的前后两端座不能绑扎)，在

混凝土浇筑冲击时不能发生变位。

4.2应变计组的埋设安装

首先将安装应变计组的专用安装定位杆预埋在设计部位的混凝土中，待固定后安上支座和支杆，将应变计按设计

编号顺序安装在支杆上，应变计应顺着设计要求的受力方向。应变计(已接长电缆)与支杆连接时应手握仪器下凸

缘盘旋转，注意不可使应变计护管及上缘盘受力旋转。将电缆按设计走向埋设固定好，集中引出。

4.3无应力计的埋设安装

    首先检查应变计是否完好，将仪器接上读数仪，用手握住仪器两头的凸圆，向两头拉或压看读数仪测测值是否

正常。当确认应变计完好后，将仪器电缆一头向上装在无应力桶的中间，用无应力桶上附带的铁丝梆扎牢靠。应变

计在无应力桶中的位置上下，左右都应居中。

    装好仪器的无应力计即可浇筑混凝土, 混凝土应为无应力计安装部位的同标号的混土及配比。无应力应在安装就位

前的48小时浇筑混凝土，使无应力计在安装时已经初凝, 以使入仓时的混凝土压力及冲击力对无应力计影响甚小。无

应力计就位后应及时测量, 确认完好。