chapter6 數(shù)字傳感器光柵090802

1、Chapter6數(shù)字傳感器6.2 光柵傳感器 Grating Sensor傳感器原理及實(shí)驗(yàn)16.2 光柵傳感器在一百多年前，人們就開(kāi)始利用光柵的衍射現(xiàn)象，把光柵應(yīng)用于光譜分析、測(cè)定光波的波長(zhǎng)等方面，本世紀(jì)50年代，人們利用光柵莫爾條紋現(xiàn)象，把光柵作為測(cè)量元件，開(kāi)始應(yīng)用于機(jī)床和計(jì)算儀器上。 物理光柵： 利用光的衍射現(xiàn)象分析光譜、測(cè)定波長(zhǎng)。計(jì)量光柵： 利用光的莫爾條紋現(xiàn)象測(cè)量精密位移。2回顧位移量測(cè)量電阻式 電位器 應(yīng)變式電感式 差動(dòng)電感式 差動(dòng)變壓器電容式 變極距式 變面積式電渦流式 電渦流測(cè)微移 霍爾器件 霍爾位移傳感器 量程 幾微米 幾百毫米精度 0.1% 1.0% ？ 大量程 高精度 模擬

2、式傳感器3回顧位移量測(cè)量數(shù)字式位移傳感器編碼器光柵？ 大量程 高精度 脈沖數(shù)字式傳感器46.2 光柵傳感器6.2.1 光柵傳感器的結(jié)構(gòu)原理6.2.2 莫爾條紋形成的原理及特點(diǎn)6.2.3 光柵的光路6.2.4 辨向原理6.2.5 細(xì)分技術(shù)6.2.6 應(yīng)用長(zhǎng)度計(jì)數(shù)控機(jī)床橋梁健康檢測(cè)系統(tǒng)56.2 光柵傳感器1950年德國(guó)Heidenhain首創(chuàng)DIADUR復(fù)制工藝，也就是在玻璃基板上蒸發(fā)鍍鉻的光刻復(fù)制工藝，這才能制造高精度、價(jià)廉的光柵刻度尺，光柵計(jì)量?jī)x器才能為用戶(hù)所接受，進(jìn)入商品市場(chǎng)。光柵在柵式測(cè)量系統(tǒng)中的占有率已超過(guò)80%，光柵長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)的分辨力已覆蓋微米級(jí)、亞微米級(jí)和納米級(jí)，測(cè)量速度從60m/

3、min，到480m/min。測(cè)量長(zhǎng)度從1m、3m達(dá)到30m和100m。 66.2.1 光柵傳感器的結(jié)構(gòu)原理按光柵的形狀和用途分為：長(zhǎng)光柵線(xiàn)位移 分辨率0.0010.1m；測(cè)量范圍 米。 圓光柵角位移 角度分辨率0.01 76.2.1 光柵傳感器的結(jié)構(gòu)原理光柵副是光柵傳感器的主要部分。主光柵(標(biāo)尺光刪)指示光柵標(biāo)尺光柵的有效長(zhǎng)度決定了傳感器的有效測(cè)量長(zhǎng)度和范圍。光柵由光源、透鏡、光柵副和光電接收元件組成。圖1 光柵傳感器構(gòu)成86.2.1 光柵傳感器的結(jié)構(gòu)原理 圖2 掃描光柵傳感器構(gòu)成91. 光源鎢絲燈泡發(fā)光二極管 101. 光源用鎢絲燈泡，它有較大的輸出功率，較寬的工作范圍為一400C130C，

4、但是它與光電元件相組合的轉(zhuǎn)換效率低。在機(jī)械振動(dòng)和沖擊條件下工作時(shí)，使用壽命將降低，因此，必須定期更換照明燈泡以防止由于燈泡失效而造成的失誤。111. 光源半導(dǎo)體發(fā)光器件近年來(lái)發(fā)展很快，如砷化鎵發(fā)光二極管可以在-66C 100C的溫度下工作，發(fā)出的光為近似紅外光(9194)，接近硅光敏三極管的敏感波長(zhǎng)。雖然砷化鎵發(fā)光二極管的輸出功率比鎢絲燈泡低，但是它是與硅光敏三極管相結(jié)合，有很高的轉(zhuǎn)換效率，最高可達(dá)30左右。此外砷化鎵發(fā)光二極管的脈沖響應(yīng)時(shí)間約為幾十納秒，與光敏三極管組合可得到的響應(yīng)速度。這種快速的響應(yīng)特征，可以使光源工作在觸發(fā)狀態(tài)，從而減小功耗和熱耗散。122. 光電元件光電池光敏三極管13

5、2. 光電元件光電元件包括有光電池和光敏三極管等部分。在采用固態(tài)光源時(shí)，需要選用敏感波長(zhǎng)與光源相接近的光敏元件，以獲得高的轉(zhuǎn)換效率。在光敏元件的輸出端，常接有放大器，通過(guò)放大器得到足夠的信號(hào)輸出以防干擾的影響。143. 光柵副光柵副是光柵傳感器的核心部分。在長(zhǎng)度計(jì)量中應(yīng)用的光柵通常稱(chēng)為計(jì)量光柵。透射光柵是在一塊長(zhǎng)方形的光學(xué)玻璃上均勻地刻上許多條紋，形成規(guī)則排列的明暗線(xiàn)條，如圖3所示。 圖3 黑白透射光柵示意圖 (a)主光柵 (b)指示光柵153. 光柵副a為刻線(xiàn)寬度，b為刻線(xiàn)間的縫隙寬度，a+b=W稱(chēng)為光柵的柵距(或光柵常數(shù))。兩光柵之間的縫隙0.02 0.035mm。通常情況，a=b=w/2

6、，也可以做成a:b=1.1:0.9?？叹€(xiàn)密度一般為每毫米(10、25、50、1000)線(xiàn)。166.2.2 莫爾條紋形成的原理及特點(diǎn) 莫爾條紋（Moire fringes）1874年由英國(guó)物理學(xué)家L.Rayleigh首先提出莫爾條紋這種圖案的工程價(jià)值，直到20世紀(jì)50年代人們才開(kāi)始利用光柵的莫爾條紋進(jìn)行精密測(cè)量。把光柵常數(shù)相等的主光柵和指示光柵相對(duì)疊合在一起(片間留有很小的間隙)，并使兩者柵線(xiàn)(光柵刻線(xiàn))之間保持很小的夾角，于是在近于垂直柵線(xiàn)的方向上出現(xiàn)明暗相間的條紋。在a-a線(xiàn)上兩光柵的柵線(xiàn)彼此重合，光線(xiàn)從縫隙中通過(guò)，形成亮帶；在b-b線(xiàn)上，兩光柵的柵線(xiàn)彼此錯(cuò)開(kāi)，形成暗帶。這種明暗相間的條紋稱(chēng)

7、為莫爾條紋。莫爾條紋方向與刻線(xiàn)方向垂直，故又稱(chēng)橫向莫爾條紋。171. 莫爾條紋的形成原理圖4 莫爾條紋形成原理181. 莫爾條紋的形成原理當(dāng)移動(dòng)時(shí)，形成的莫爾條紋產(chǎn)生亮暗交替變化，利用光電接收元件將莫爾條紋亮暗變化的光信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，并用標(biāo)尺光柵相對(duì)于指示光柵數(shù)字顯示，從而測(cè)量出標(biāo)尺光柵的移動(dòng)距離。19(1) 長(zhǎng)光柵莫爾條紋播放動(dòng)畫(huà)20(2) 長(zhǎng)光柵光閘莫爾條紋播放動(dòng)畫(huà)21播放中(3) 圓弧莫爾條紋單擊準(zhǔn)備演示播放動(dòng)畫(huà)22(4) 光閘莫爾條紋播放動(dòng)畫(huà)播放中231. 莫爾條紋的形成原理由圖5可見(jiàn)，在a-a線(xiàn)上，兩塊光柵的柵線(xiàn)重合，透光面積最大， 形成條紋的亮帶， 它是由一系列四棱形圖案構(gòu)

8、成的；在d-d線(xiàn)上，兩塊光柵的柵線(xiàn)錯(cuò)開(kāi)，形成條紋的暗帶，它是由一些黑色叉線(xiàn)圖案組成的。因此莫爾條紋的形成是由兩塊光柵的遮光和透光效應(yīng)形成的。241. 莫爾條紋的形成原理圖5 莫爾條紋251. 莫爾條紋的形成原理由圖可以看出，式中，為亮(暗)帶的傾斜角；為兩光柵的柵線(xiàn)夾角。 BH為橫向莫爾條紋之間的距離；W為光柵常數(shù)。262. 莫爾條紋 技術(shù)的特點(diǎn) 特性（光柵傳感器具有高精度的原因）（1）運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)關(guān)系（2）位移放大作用（3）誤差平均作用 272. 莫爾條紋技術(shù)的特點(diǎn) (1) 莫爾條紋運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)關(guān)系 如光柵1沿著刻線(xiàn)垂直方向向右移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋將沿著光柵2的柵線(xiàn)向上移動(dòng)；反之，當(dāng)光柵1向左移動(dòng)時(shí)，莫

9、爾條紋沿著光柵2的柵線(xiàn)向下移動(dòng)。 因此根據(jù)莫爾條紋移動(dòng)方向就可以對(duì)光柵1的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行辨向。282. 莫爾條紋技術(shù)的特點(diǎn) (2) 位移的放大作用 當(dāng)光柵每移動(dòng)一個(gè)光柵柵距W時(shí)， 莫爾條紋也跟著移動(dòng)一個(gè)條紋寬度BH，如果光柵作反向移動(dòng)，條紋移動(dòng)方向也相反。莫爾條紋的間距BH與兩光柵線(xiàn)紋夾角之間的關(guān)系為：（6 - 1） 292. 莫爾條紋技術(shù)的特點(diǎn) (2) 位移的放大作用越小，BH越大，這相當(dāng)于把柵距W放大了1/倍。例如=0.1，則1/573，即莫爾條紋寬度BH是柵距W的573倍，這相當(dāng)于把柵距放大了573倍，說(shuō)明光柵具有位移放大作用， 從而提高了測(cè)量的靈敏度。302. 莫爾條紋技術(shù)的特點(diǎn) (3) 誤

10、差的平均效應(yīng) 莫爾條紋由光柵的大量刻線(xiàn)形成，對(duì)線(xiàn)紋的刻劃誤差有平均抵消作用，能在很大程度上消除短周期誤差的影響。 316.2.3 光柵的光路 光路的形式圖6 垂直透射式光路 圖7 反射式光路326.2.3 光柵的光路 1. 透射式光路圖8 透射式長(zhǎng)光柵 圖9 透射式圓光柵336.2.3 光柵的光路1. 透射式光路在透明的玻璃上均勻地刻劃間距、寬度相等的條紋而形成的光柵叫做透射光柵。透射光柵的主光柵一般用普通工業(yè)用白玻璃，而指示光柵最好用光學(xué)玻璃。光源1發(fā)出的光，經(jīng)準(zhǔn)直透鏡2形成平行光束垂直投射到光柵上，由主光柵3和指示光柵斗形成的莫爾條紋光信號(hào)由光電元件5接收。此光路適合于粗柵距的黑白透射光柵

11、。光路特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，位置緊湊，凋整使用聲便，目前應(yīng)用比較廣泛。346.2.3 光柵的光路 2. 反射式光路圖10 反射式長(zhǎng)光柵 356.2.3 光柵的光路2. 反射式光路在具有強(qiáng)反射能力的基體(不銹鋼或玻璃鍍金屬膜)上，均勻地刻劃間距、寬度相等的條紋而形成的光柵叫做反射光柵。光源6經(jīng)聚光鏡和場(chǎng)鏡3后形成平行光束，以一定角度射向指示光柵2，經(jīng)反射主光柵1反射后形成莫爾條紋，再經(jīng)反射鏡4和物鏡7在光電電池8上成像。該光路適用于黑白反射光柵。366.2.4 辨向原理在實(shí)際應(yīng)用中，大部分被測(cè)物體的移動(dòng)往往不止是單向的，既有正向運(yùn)動(dòng)，也可能有反向運(yùn)動(dòng)。單個(gè)光電元件接收一固定點(diǎn)的莫爾條紋信號(hào)，只能判別明

12、暗的變化而不能辨別莫爾條紋的移動(dòng)方向，因而就不能判別運(yùn)動(dòng)零件的運(yùn)動(dòng)方向，以致不能正確測(cè)量位移。376.2.4 辨向原理設(shè)主光柵隨被測(cè)零件正向移動(dòng)10個(gè)柵距后，又反向移動(dòng)1個(gè)柵距，也就是相當(dāng)于正向移動(dòng)了9個(gè)柵距。可是，單個(gè)光電元件由于缺乏辨向本領(lǐng)，從正向運(yùn)動(dòng)的10個(gè)柵距得到了10個(gè)條紋信號(hào)，從反向運(yùn)動(dòng)的1個(gè)柵距又得到1個(gè)條紋信號(hào)，總計(jì)得到11個(gè)條紋信號(hào)。這和正向移動(dòng)11個(gè)柵距得到的條紋信號(hào)數(shù)相同，因而這種測(cè)量結(jié)果是不正確的。如果能夠在物體正向移動(dòng)時(shí)，將得到的脈沖數(shù)累加，而物體反向移動(dòng)時(shí)可從已累加的脈沖數(shù)中減去反向移動(dòng)的脈沖數(shù)，這樣就能得到正確的測(cè)量結(jié)果。386.2.4 辨向原理完成這種辨向任務(wù)的

13、電路就是辨向電路。為了能夠辨向，應(yīng)當(dāng)在相距的位置上設(shè)兩個(gè)光電元件1和2，以得到兩個(gè)相位互差90的正弦信號(hào)，如圖所示，然后送到辨向電路中處理，如圖所示。396.2.4 辨向原理圖11 相距1/4BH的兩個(gè)光電元件406.2.4 辨向原理圖12 辯向電路原理416.2.4 辨向原理圖13 辯向電路各點(diǎn)波形圖426.2.4 辨向原理主光柵正向移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋向上移動(dòng)，這時(shí)光電元件2的輸出電壓波形如圖（a）中曲線(xiàn)所示。光電元件1的輸出電壓波形如曲線(xiàn)所示，顯然U1超前U290相角。U1”是U1反相后得到的方波。U1W和U1W”是U1和U1”兩個(gè)方波經(jīng)微分電路后得到的波形。由圖(a)可見(jiàn)，對(duì)于與門(mén)Y1，由

14、于U1W處于高電平時(shí)， U2總是處于低電平，因此Y1輸出為零；對(duì)于與門(mén)Y2，U1W”處于高電平， U2處于高電平，因此與門(mén)Y2有信號(hào)輸出。使加減控制觸發(fā)器置1，可逆計(jì)數(shù)器做加法計(jì)數(shù)。436.2.4 辨向原理主光柵反向移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋下移動(dòng)，這時(shí)光電元件2的輸出電壓波形如圖（b）中曲線(xiàn)所示。光電元件1的輸出電壓波形如U1曲線(xiàn)所示，顯然U2超前U190相角。與正向移動(dòng)時(shí)情況相反。整形放大后的U2仍超前U1 90。 U1”是U1反相后得到的方波。U1W和U1W”是U1和U1”兩個(gè)方波經(jīng)微分電路后得到的波形。由圖(b)可見(jiàn)，對(duì)于與門(mén)Y1，由于U1W處于高電平時(shí)， U2也處高電平，因此Y1有輸出；對(duì)于與

15、門(mén)Y2，U1W”處于高電平，U2處于低電平，因此與門(mén)Y2沒(méi)有信號(hào)輸出。因此加減控制觸發(fā)器置0，可逆計(jì)數(shù)器做減法計(jì)數(shù)。446.2.4 辨向原理正向移動(dòng)時(shí)脈沖數(shù)累加，反向移動(dòng)時(shí)，便從累加的脈沖數(shù)中減去反向移動(dòng)所得到的脈沖數(shù)，這樣光柵傳感器就可以辨向，因而可以進(jìn)行正確的測(cè)量。456.2.5 細(xì)分技術(shù)圖14 光柵位移與光強(qiáng)、輸出電壓的關(guān)系466.2.5 細(xì)分技術(shù) 前面分析的莫爾條紋是一個(gè)明暗相間的帶。從圖5看出，兩條暗帶中心線(xiàn)之間的光強(qiáng)變化是從最暗到漸暗，到漸亮，一直到最亮，又從最亮經(jīng)漸亮到漸暗，再到最暗的漸變過(guò)程。 主光柵移動(dòng)一個(gè)柵距W，光強(qiáng)變化一個(gè)周期，若用光電元件接收莫爾條紋移動(dòng)時(shí)光強(qiáng)的變化，則

16、將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，接近于正弦周期函數(shù)(如圖14所示)。476.2.5 細(xì)分技術(shù)如以電壓輸出，即 uo光電元件輸出的電壓信號(hào)； Uo輸出信號(hào)中的平均直流分量； Um輸出信號(hào)中正弦交流分量的幅值。由式可見(jiàn)，輸出電壓反映了位移量的大小。（6 - 2） 486.2.5 細(xì)分技術(shù)利用光柵進(jìn)行測(cè)量時(shí)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)零件移動(dòng)一個(gè)柵距，輸出一個(gè)周期的交變信號(hào)，也即產(chǎn)生一個(gè)脈沖間隔。因此，只要記錄波形變化周期數(shù)或脈沖間隔數(shù)n，就可以知道光柵的位移x，即x=nB。每個(gè)脈沖間隔代表移過(guò)一個(gè)柵距，即分辨力(或稱(chēng)脈沖當(dāng)量)為一個(gè)柵距。例如每毫米250條柵線(xiàn)的長(zhǎng)光柵，柵距為4m，那么其分辨力(脈沖當(dāng)量)為4m。496.2.5

17、 細(xì)分技術(shù)細(xì)分技術(shù)就是在莫爾條紋變化一周期時(shí)，不只輸出一個(gè)脈沖，而是輸出若干個(gè)脈沖，以減小脈沖當(dāng)量，提高分辨力。1953年英國(guó)Ferranti公司提出了一個(gè)4相信號(hào)系統(tǒng)，在一個(gè)莫爾條紋周期實(shí)現(xiàn)4倍頻細(xì)分，并能鑒別移動(dòng)方向，這就是4倍頻鑒相技術(shù)，是光柵測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)，并一直廣泛應(yīng)用至今。 如柵距為4m的光柵，通過(guò)4倍頻技術(shù)，分辨力可從4m提高到1m。506.2.5 細(xì)分技術(shù)1. 光學(xué)細(xì)分2. 電子細(xì)分 *3. 微機(jī)軟件細(xì)分511. 光學(xué)細(xì)分光學(xué)細(xì)分由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)試?yán)щy、成本高等原因，已很少使用。522. 電子細(xì)分電子細(xì)分的原理是在莫爾條紋信號(hào)變化一個(gè)周期內(nèi)，發(fā)出若干個(gè)脈沖，以減小脈沖當(dāng)量。如果

18、一個(gè)周期內(nèi)發(fā)出n個(gè)脈沖，就可使分辨率為原來(lái)的n倍，所以也稱(chēng)為n倍頻。在電子細(xì)分中，常采用的是4倍頻細(xì)分法。電子細(xì)分不可能得到很高的細(xì)分?jǐn)?shù)，而且細(xì)分?jǐn)?shù)是固定的。532. 電子細(xì)分四細(xì)分方法一用4個(gè)依次相距BH/4的光電元件，獲得相位差90的4個(gè)正弦交流信號(hào)。用鑒零器鑒取4個(gè)信號(hào)的零電平，即在每個(gè)信號(hào)由負(fù)到正過(guò)零點(diǎn)時(shí)發(fā)出一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。542. 電子細(xì)分四細(xì)分方法二用相距BH/4位置的兩個(gè)光電元件，輸出相位差90的正弦交流信號(hào)U1和U2，通過(guò)反相電路，U3U1，U4 =U2，可獲得相位差90 的四個(gè)正弦交流信號(hào)U1、U2、U3和U4。經(jīng)電路處理可在移動(dòng)一個(gè)柵距的過(guò)程中得到4個(gè)等間隔的計(jì)數(shù)脈沖。552

19、. 電子細(xì)分圖15細(xì)分與未細(xì)分的波形比較563. 微機(jī)軟件細(xì)分圖16 微機(jī)軟件細(xì)分原理框圖573. 微機(jī)軟件細(xì)分大多數(shù)光柵數(shù)顯表都采用了微機(jī)軟件細(xì)分法。軟件細(xì)分法是將兩個(gè)相差/2的信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器輸入微機(jī)，再利用一定的算法計(jì)算出莫爾信號(hào)的相位，即可推算出此時(shí)莫爾條紋內(nèi)的位置點(diǎn)，得到小于柵距的細(xì)分值，此值稱(chēng)為小數(shù)。通過(guò)辨向電路輸出的大數(shù)脈沖，脈沖頻率對(duì)應(yīng)于莫爾條紋的變化頻率，脈沖當(dāng)量為光柵柵距值。經(jīng)過(guò)大、小數(shù)合并處理后，再經(jīng)過(guò)微機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和碼制轉(zhuǎn)換等處理，即可得到測(cè)量值。優(yōu)點(diǎn)：得到高的細(xì)分?jǐn)?shù)，而且可以通過(guò)編程改變細(xì)分?jǐn)?shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高，非常適用于智能檢測(cè)與控制系統(tǒng)。586.2

20、.6 光柵傳感器的應(yīng)用精度高測(cè)量范圍大易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和數(shù)字化能實(shí)現(xiàn)大量程 高精度 596.2.6 光柵傳感器的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域 機(jī)床行業(yè) 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 精密轉(zhuǎn)臺(tái) 工廠自動(dòng)化 電機(jī)行業(yè) 電子制造設(shè)備 印刷行業(yè) 造紙行業(yè) 水利行業(yè) 紡織行業(yè) 天文望遠(yuǎn)鏡 航空和航天測(cè)量參數(shù)長(zhǎng)度 角度速度 加速度 振動(dòng) 表面輪廓606.2.6 光柵傳感器的應(yīng)用1. 長(zhǎng)度計(jì)2. 數(shù)控機(jī)床3. 橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)611. 長(zhǎng)度計(jì)結(jié)構(gòu)621. 長(zhǎng)度計(jì)遵循阿貝原則，測(cè)量桿和測(cè)量基準(zhǔn)精確地在一條直線(xiàn)上，所構(gòu)成的測(cè)量環(huán)的部件，如測(cè)量基準(zhǔn)、測(cè)量桿、支架和掃描頭都按照機(jī)械穩(wěn)定和熱穩(wěn)定性最好的原則設(shè)計(jì)，以確保長(zhǎng)度計(jì)盡可能有高的精度。631.

21、 長(zhǎng)度計(jì)641. 長(zhǎng)度計(jì)計(jì)量和生產(chǎn)控制 651. 長(zhǎng)度計(jì)量塊檢定和測(cè)量設(shè)備的檢測(cè)661. 長(zhǎng)度計(jì)多點(diǎn)檢測(cè)設(shè)備671. 長(zhǎng)度計(jì)位置測(cè)量681. 長(zhǎng)度計(jì)測(cè)量范圍：0100mm精度： 0.1m/0.05m/0.03mLength Gauges692. 數(shù)控機(jī)床702. 數(shù)控機(jī)床測(cè)量系統(tǒng)712. 數(shù)控機(jī)床723. 橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)金門(mén)大橋是美國(guó)最著名的橋梁，主橋1,966米，主跨1,280米，建成于1937年，保持了27年是世界最大跨徑的橋梁的記錄。734.3 橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)南京長(zhǎng)江二橋是我國(guó)目前跨徑最大的斜拉橋，世界第三 。744.3 橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)75橋梁是公路、鐵路運(yùn)輸線(xiàn)路、城市交通網(wǎng)絡(luò)上的

22、關(guān)鍵設(shè)施，是國(guó)家的經(jīng)濟(jì)命脈。它們?cè)趪?guó)民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)生活中起著十分重要的作用，如何確保橋梁特別是大型橋梁經(jīng)常處于健康狀態(tài)這一問(wèn)題愈來(lái)愈受到橋梁工程界的重視。由于傳統(tǒng)的傳感技術(shù)自身的缺點(diǎn)，已不能滿(mǎn)足人們對(duì)橋梁可靠、分布式、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)要求，橋梁和傳感方面的專(zhuān)家不斷尋求更新更先進(jìn)的技術(shù)，光纖光柵傳感技術(shù)正是在這種背景下在橋梁方面得到了廣泛地應(yīng)用。764.3 橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)773. 橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)橋梁變形監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)大橋在各種環(huán)境下的荷載變化，為橋梁的日常運(yùn)營(yíng)管理提供可靠信息；橋梁溫度監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)橋梁有代表性的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行溫度分布監(jiān)測(cè)，可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)假定或根據(jù)實(shí)際測(cè)量的結(jié)果重新計(jì)算溫度對(duì)橋梁內(nèi)力和變形的影響。以便對(duì)橋梁的安全狀態(tài)做出更加符合實(shí)際的評(píng)價(jià)；橋梁施工過(guò)程檢測(cè)，確保施工質(zhì)量和安全；橋梁成橋檢測(cè)及荷載試驗(yàn)的監(jiān)測(cè)，保證橋梁質(zhì)量。橋梁長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)，橋梁運(yùn)營(yíng)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)和車(chē)輛荷載監(jiān)測(cè)；橋梁主要構(gòu)件的實(shí)際工作狀況監(jiān)測(cè)、承載能力及剩余使用壽命評(píng)估；為結(jié)構(gòu)維護(hù)提供依據(jù)，為結(jié)構(gòu)損傷提供預(yù)警；舊橋改造加固、