據報道，巖土工程的安全問題一直困擾著土木工程施工人員，在我國各類大型基礎工程建設的施工和運管過程中,經常遭遇到的自然災害和工程事故,從而造成重大的人員傷亡和財產損失,甚至使工程提前進入了維修期或老化期,給國家和人們造成極大的損失。由于光纖在進行傳感與傳輸雙重功能的特殊介質時,具備顯著的優勢，從而使其在巖土工程量測中有著十分廣闊的應用前景，并將是今后巖土測量領域的發展趨勢。本文主要是對巖土測量中光纖傳感器的應用現狀進行相關闡述，希望有助于加深人們對光纖傳感器的理解，進而促進巖土測量中光纖傳感器技術的改革與發展。

　　《巖石學報》是由中國科協主管，中國礦物巖石地球化學學會和中國科學院地質研究所主辦的學術性期刊。其辦刊方針是：堅持以創新性、綜合性、前沿性、導向性特色，堅持“百花齊放，百家爭鳴”，依靠和團結全國廣大地學工作者，探索自然奧秘，開展廣泛而深入的基礎理論研究，促進我國地球科學領域研究和發展，發表高水平科研成果，為我國培養和造就大批地學科研人才。本刊主要報道有關巖石學基礎理論的巖石學領域各學科包括巖漿巖石學、變質巖石學、沉積巖石學、巖石大地構造學、巖石同們素年代學和同位素地球化學、巖石成礦學、造巖礦物學等方面的重要基礎理論和應用研究成果，同時也刊載綜述性文章、問題討論、學術動態以及書評等。

　　如何開展巖土工程的災害風險、安全監測的科學評估,有效地預測災害發生和發展的動態過程,儼然成為當今巖土工程施工所急需解決的問題。光纖作為傳感與傳輸雙重功能的特殊介質,其性能優異，例如抗干擾性強、良好的可植入性、實時性以及長期穩定性等,使得光纖傳感技術在巖土工程監測工作中得到了廣泛的應用,進而為巖土工程施工提供大量精確可靠的基礎性測量數據。

　　光纖傳感器主要由光導纖維、光源、調制機構、光傳感器元件和信號處理器等部分組成，其工作原理是根據光源所發出的光經光導纖維進入光傳感元件，然后光傳感元件根據傳入的光并受到周圍環境場的影響，發生相應的變化，并將傳感元件測量檢測的參數調制成幅度、相伴、偏振等信息，最后利用微處理器進行信號處理顯示數據。它可以在強電磁干擾、原子輻射、高溫高壓、化學腐蝕等惡劣條件下使用。

　　一、光纖傳感器的主要類型

　　1、拾光型光纖傳感器

　　此類型光纖傳感器的工作原理是采用特種光纖作為探頭,然后根據接收到的由被測對象輻射的光或被其散射、反射的光，再作出相應的傳輸反應。因此,拾光型光纖傳感器又可稱為探頭型光纖傳感器，成本比較低下，屬于性價比比較高的一類傳感器。在現實的應用產品中包括輻射式光纖溫度傳感器、光纖激光多普勒速度計等。

　　2、功能型光纖傳感器

　　功能型光纖傳感器在工作過程中不但利用了如具有的某種敏感特性或功能的傳感光纖等的特種光纖，利用了成本較高、靈敏度高、測量準備的傳感元件，極大地提高了巖土測量數據的準確性和可靠性。在工作過程中，功能型光纖傳感器根據光纖的傳光性能，探測巖土的各項數據信息，當巖土的外部環境發生變化時,將會使得某段光纖的相對位置和形狀發生變化,進而直接導致光纖某些傳輸特征參量例如波長、光強、相位、頻率以及偏振態等的改變,在此基礎上功能型光纖傳感器再通過先進的檢測技術和儀器設備實現對被測對象的測量，并將測量結果以電信號的形式傳入傳感器，最終將信號轉換為巖土測量數據顯示出來。該類型的傳感器結構緊湊、使用方便、測量數據準確可靠，近年來得到廣泛的推廣應用。

　　3、非功能型光纖傳感器

　　與拾光型光纖傳感器和功能型光纖傳感器的工作原理不同，非功能型光纖傳感器主要是由傳光的光纖和用來"感知"的其它敏感元件例如光變換器件等構成，在工作過程中通過敏感元件探測巖土外部環境的變化情況,然后根據所探測的信息轉變為信號脈沖并由普通光纖完成探測信息的傳輸。這類傳感器的主要特點是不需要使用特種光纖及其他特殊技術,是在傳統光纖傳輸的基礎上發展起來的，可以充分利用現有的光變換器件來提高傳感器的靈敏度,使用方便，運作成本較低,很適合當前巖土工程的測力計應用，也是目前使用量最大的光纖傳感器。

　　二、光纖傳感器的分類方法

　　1、按光纖內傳輸的模式數量分

　　包含單模器件和多模器件這兩種，單模器件的纖芯非常細小，對降低信號的失真和損失程度非常有效;而多模器件則可以用來傳輸更多的光，然而由于其具有多個通道，并對入射光的散射點數和存在模式色散，容易產生信號失真。

　　2、按光纖與光的作用機理分

　　該方法可以分為本征型和非本征型這兩類。前者的工作原理是光纖直接與環境中的光相互作用來調制光信號，在測量加速度、轉速、聲源和振動等方面的應用比較普遍;而后者則是將光纖作為傳送和接收光的通道，然后在光纖外部根據環境的特征來調制光信號，適用于測量角度位置、純屬、液位以及溫度等。

　　3、按信號在光纖中被調制的不同方式分

　　它是根據傳輸信號在光纖中被調成的信號類型來劃分，這種類型還可將光纖傳感器分為相伴調制、強度調制、頻率調制、偏振態調制以及波長調制等多種不類型。

　　三、傳感技術的發展階段

　　研究表明，傳感技術的發展經歷了三個階段：結構型傳感器、物性型傳感器和智能型傳感器，在不同的發展階段都有其顯著的特點，本文對其進行簡要闡述。

　　1、結構型傳感器。結構型傳感器階段主要是以傳感器結構部分變化或結構部分變化后而引起某種場的變化來反映被測量的大小及變化的，傳感器內部結構比較簡單，測量操作方便，但是測量效率比較低，并且所測量數據準確性不高。

　　2、物性型傳感器。物性型傳感器是通過構成傳感器的某些材料本身的物理特性在被測量的作用下發生變化，從而將被測量轉換為電信號或其他信號輸出。這就需要特殊的傳感器材料，并且對環境的要求比較苛刻，在測量過程中不利于整體性測量，測量效率不高。

　　3、智能型傳感器。智能型傳感器就是將傳感器與微處理器有機地結合成一個高度集成化的新型傳感器，并通過對外部環境的變化信息進行統一的整合分析，與結構型傳感器和物性型傳感器相比，智能型傳感器能瞬時獲取大量測量信息，并能夠對所獲取的信息進行高效的分析，對所獲得的信息還具有信號處理的功能，極大地提高了使信息的質量和測量數據的準確性。此外，智能型傳感器還具備擴展功能，能夠與其他先進測量儀器相融。例如，目前市場上出售的網絡化智能傳感器就屬于智能型傳感器，它以嵌入式微處理器為核心，集成了信號處理單元、網絡接口以及單元傳感單元等使傳感器具備多方面的功能，與其他單一檢測傳感器相比，檢測效率得到明顯的提高，并能夠實現從被動檢測向主動進行信息處理方向發展。

　　四、巖土工程量測中光纖傳感器的應用分析

　　1、巖土工程測量

　　在巖土工程的測量與監測過程中，其主要內容涉及到對巖土性狀、相鄰結構等因素(應力、壓力、溫度、應變、振動等參量)以及周圍環境及地質條件的工程量測。由于這些方面的測量都將直接影響到今后巖土工程施工的質量,并能夠為施工提供準確、可靠的工程數據。因此，通常需要建立監測系統獲取這些參量的變化,然后根據測量的數據分析巖土體受力狀態等要素來評價其整體穩定性以及可能遭遇到的工程風險,預測預報可能發生的工程災害，進而指導巖土工程施工的順利、有效進行。所以,借助專門的測試元件或者專業的儀器來獲取相關測量數據,為巖土工程的整個施工建設過程提完整、準確、可靠的施工數據是巖土工程量測的主要目的。

　　2、邊坡變形量測

　　1)巖土體變形光纖位移傳感器

　　在巖土工程施工中，通常情況下滑坡變形的總位移都是較大的。盡管巖土體變形的初期其位移比較小,但是隨著變形位移過程的持續進化,位移速率與位移量都可能出現迅速增大的現象。因此,盡可能地將光纖事先安置在波紋管或塑料管內,將其掩埋在事先開挖好的溝槽或鉆孔內，再適當地灌注原土泥漿。從而避免施工中因為巖土體位移而對光纖造成的破壞。此外，為了增加傳感器對小變形巖土體的敏感度,充分利用微彎測量原理，將套管加工成蛇形狀,并采用膠質材料或瀝在套管與光纖之間的縫隙進行灌注。而對于對于巖土大變形的量測,需要確保光纖能夠在套管內自由滑動,并且不必在光纖與套管間的縫隙進行灌注。因為，蛇形光纖位移傳感器的套管不但可以保護光纖不受破壞,而且增大了光纖與巖土體的接觸面積和長度,形成的微彎變形提高了對巖土體變形的靈敏度和測量精度，當施工過程中巖土體遭到破壞或者出現大滑移時,光纖能夠形成宏彎彎曲,進而測量巖土體的滑動過程等方面的數據。

　　2)邊坡變形位移量測點的布設原則

　　在斜坡變形中位移是其最直觀的外在表現,也是巖土邊坡變形量測和評價邊坡失穩破壞的最為重要的參數。通常情況下,邊坡變形破壞機制是牽引式滑坡變形位移的敏感部位在其前緣，進而推動式滑坡變形位移的敏感部位在其后緣。如果巖土邊坡變形的位移達到一定程度時,邊坡就可能失穩破壞，進而影響到巖土工程的施工。因此，在巖土的邊坡變形位移測量中，必須嚴格遵循地面量測先行,而后深部量測的原則，并且根據前期的地勘資料,結合當前的施工實際分析和確定出邊坡變形位移的敏感部位和關鍵部位,進而適當地選擇和布設位移量測點,以便于及時地獲取滑坡變形信息,進而為建立有效的觀測網提供數據資源。

　　3、巖土測量的技術要求

　　作為巖土工程施工安全、保護周圍環境的重要技術環節，巖土工程量測在保證施工建設安全，提高施工效率等方面是巖土施工過程中不可或缺的重要組成部分。因此，相關施工單位必須提高巖土測量意識，將巖土工程量測貫穿于整個巖土工程施工管理過程，嚴格按照相關程序進行，并確保其工作內容和選用的技術依據必須滿足相關的標準和規定。同時，還要選擇合理的設計量測點及施測方式，選用技術可靠、先進的量測儀器和元件，并由專業技術人員施測，將巖土技術的測量進行最優化配置，提高巖土測量數據的可靠性、準確性。此外，巖土測量過程中應遵循以特定儀器或專用測試元件獲取定量數據的測量為主,現場目測檢查為輔的基本原則，使所量測得的巖土數據資料滿足相關標準和規定，進而保證施工測量質量和人身設備安全，并為接下來的巖土工程施工提供可靠、準確的巖土量測數據，進而提高巖土施工技術水平，并未企業最終實現經濟效益和社會效益提供可靠保障。

　　五、結語

　　綜上所述，近年來，隨著光纖測量技術在巖土測量中的應用，極大地促進巖土工程測量技術的進步和發展,并且在國內外的巖土工程量測中都得到不斷地推廣與使用。由于該技術尚處于起步發展階段，各方面的技術指標還不夠完善，在其工程應用中還存在著不少問題,但是，從其體現出的應用潛能或測量質量看來，這并不能影響其在巖土工程量測中的推廣應用。此外，隨著當今科學技術水平的不斷進步,加上計算機網絡技術的更新換代加快，低成本、高性能、高效率的光纖傳感系統將會問世，并會越來越多地運用于工程實際,必將會極大地推動我國乃至全世界巖土工程量測技術領域的快速發展和技術革命。

　　參考文獻：

　　[1]楊曙光,鄭研.光纖傳感器及其應用[J].河南科技,2000,(04)

　　[2]戎華北.光纖傳感器的現狀和應用[J].廈門科技,2005,(04)

　　[3]李宏男,李東升,趙柏東.光纖健康監測方法在土木工程中的研究與應用進展[J].地震工程與工程振動,2002,(06)

　　[4]潘樹新,劉耀煒.光纖傳感器在水文地球化學地震前兆觀測中的應用及其前景[J].國際地震動態,2001,(12)

　　[5]隋海波,施斌,張丹,王寶軍,魏廣慶,樸春德.邊坡工程分布式光纖監測技術研究[J].巖石力學與工程學報,2008,(S2).

　　[6]朱鴻鵠,殷建華,張林,董建華,馮嘉偉,靳偉.大壩模型試驗的光纖傳感變形監測[J].巖石力學與工程學報,2008,(06).