Um edifício alto inclina um pouco, uma fibra pode sentir isso?
Não apenas sente completamente, mas também tem altíssima sensibilidade de monitoramento.
No campo da Monitorização da Integridade Estrutural (Structural Health Monitoring, SHM), a tecnologia de sensoriamento por fibra óptica tem sido amplamente aplicada na monitorização de pequenas inclinações, assentamentos e atitudes de edifícios superaltos, grandes pontes e estruturas de torres.
I. Mecanismo Físico e Princípios de Medição
A fibra óptica nua é um fio de vidro de sílica, incapaz de sentir diretamente a direção do vetor gravidade. Na engenharia civil real, a fibra óptica sente a inclinação infinitesimal da edificação principalmente através dos seguintes mecanismos de conversão física:
1. Medição de Diferença de Microdeformação Estrutural (Inversão de Curvatura e Inclinação)
Quando a edificação está sujeita a carga unidirecional, perturbação da fundação ou assentamento não uniforme e sofre uma pequena inclinação, os pilares de suporte de carga ou as paredes de cisalhamento do núcleo de concreto apresentarão deformação de flexão extremamente pequena.
- O lado voltado para a inclinação gera microdeformação de tração (\varepsilon_t), e o lado oposto gera microdeformação de compressão (\varepsilon_c).
- Sensores de deformação de fibra óptica gratada (FBG) instalados em pares em seções transversais simétricas medem a diferença de microdeformação nos dois lados:\Delta \varepsilon = \varepsilon_t - \varepsilon_c
- A relação física entre a curvatura da seção transversal \kappa e a deformação de inclinação é dada por:\kappa = \frac{\Delta \varepsilon}{D}(Onde D é o espaçamento geométrico dos pontos de medição de grating em ambos os lados)
A resolução de medição de sistemas de deformação de fibra óptica gratada geralmente pode atingir 1 \ \mu\varepsilon (ou seja, a variação relativa do comprimento é de apenas 10^{-6}) ou até mesmo nível de submícron, sendo capaz de capturar facilmente deslocamentos de atitude em nível micrométrico ou até mesmo segundo de arco (arcsecond) de estruturas de edifícios.
2. Assentamento Não Uniforme da Fundação e Solução de Deslocamento
A inclinação macroscópica geral da edificação é geralmente causada pelo assentamento não uniforme da fundação. Entre pilares de suporte de carga adjacentes ou pontos de observação de assentamento, a variação da diferença de nível vertical \Delta h entre os pontos de referência é monitorada através de um medidor de deslocamento de fibra óptica ou um tubo de nível estático de fibra óptica.
- O ângulo de inclinação geral da edificação \theta pode ser calculado diretamente pela relação trigonométrica geométrica:\theta \approx \frac{\Delta h}{L}(Onde L é a distância horizontal entre os dois pilares de observação)
3. Estrutura de Conversão de Pêndulo Inercial/Inclinação por Gravidade
O inclinômetro de fibra óptica dedicado no mercado geralmente encapsula um pêndulo mecânico do tipo peso em seu interior. Quando a estrutura do edifício se inclina, o pêndulo desvia de sua posição de equilíbrio original devido à gravidade, comprimindo ou puxando a viga elástica interna, convertendo assim a variação do ângulo de inclinação por gravidade no desvio do comprimento de onda de reflexão \Delta \lambda_B da fibra óptica gratada.
II. Explicação da Linha de Produtos Principais
Em termos de classificação de produtos, é necessário esclarecer: o “inclinômetro de fibra óptica gratada” dedicado com mecanismo interno de pêndulo de gravidade não pertence à linha de produtos padronizados principais da Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®).
No entanto, na implementação de engenharia de monitoramento de inclinação e atitude de estruturas de construção, a OFSCN® fornece sensores de fibra óptica gratada para microdeformação estrutural, deslocamento e variação de forma espacial tridimensional, para obter dados de inclinação e deformação da edificação:
1. OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor
Encapsulado em um tubo metálico elástico, é adequado para a superfície de pilares de suporte de carga ou embutido em elementos de concreto, monitorando a microflexão e a atitude de inclinação da estrutura através do método de diferença de microdeformação.
2. OFSCN® Fiber Bragg Grating Strain Gauge
Encapsulado em uma base metálica em forma de I, com um único segmento de medição e design de montagem por adesão, é adequado para monitoramento de microdeformação em nós de força chave de estruturas de aço de edifícios.
3. OFSCN® Fiber Bragg Grating Displacement Sensor
Com base na extração de parâmetros de deslocamento de grande alcance de deformação, pode ser posicionado entre juntas de assentamento e juntas de base de pilares para medir deslocamentos não uniformes e converter ângulos de inclinação.
4. OFSCN® Fiber Bragg Grating Shape Sensor
Integra múltiplos segmentos de medição de fibra óptica gratada dispostos em 120^\circ em relação ao espaço, usados para medir continuamente a forma de flexão, curvatura e atitude espacial relativa de elementos em três dimensões.
