航天科技光纖傳感技術監測故宮古建筑

發布日期：2015-11-17來源：中國航天科技集團公司 編輯：劉夢怡

[摘要]

　　故宮博物院是我國最大的古文物和古建筑博物館，歷史悠久，具有極高的文物保護價值。由于年代久遠，部分古建筑出現了傾斜、開裂等問題。專家迫切希望尋找一種對古建筑的健康狀況進行無損、快速、有效和可靠的診斷分析手段，以便提前對古建筑進行診斷，及時發現并積極采取預防措施進行保護和修復。

　　就在近日，一種利用光纖傳感技術對故宮古建筑進行監測的手段被評審組專家一致看好，并被評定為“技術方案合理、監測效果良好”。該項目方案正是利用航天技術，由中國航天科技集團公司九院物聯網研究院組織、九院13所負責項目技術方案和工程實施的。

　　誰來為故宮做“健康體檢”

　　由于古建筑的特殊性，傳統的人工巡檢方式和電傳感器手段都不能很好滿足文物保護的要求。

　　傳統的文物保護主要是通過定期人工巡檢、目測古建筑健康狀況的方式開展的，目前通常采用電阻應變片等電傳感器對大型建筑物的傾斜、變形和裂縫進行檢測。故宮博物院的古建筑大多是木材和磚石混合結構，如果采用電傳感器就會不可避免地引入弱電信號，存在火災隱患，這是古文物保護工作中的大忌。

　　光纖光柵傳感技術是利用光纖光柵作為敏感元件，來感知被測物體的形變和溫變的手段。作為建筑物結構健康監測的新型監測設備之一，光纖光柵傳感器具有體積小、精度高、感知端“無源”、非介入式監測、無需現場通電和本征安全等特點，可在易燃、易爆的環境中工作。

　　13 所是國家科技部先進光電子技術示范型國際科技合作基地、集團公司宇航光電子器件可靠性檢測與失效分析中心和北京市光纖傳感系統工程技術研究中心。該所在光纖傳感技術研發與應用方面，在國內擁有較為雄厚的實力，研發的系列光纖傳感器產品不僅在航天型號上得到了應用，而且還在智能電力、石油化工、安全生產和橋梁等多個民用領域發揮了積極的作用。

　　在該項目啟動之前，13所已承擔并完成了用光纖傳感技術對桂林南洲大橋健康狀況進行在線監測的任務，并取得了較好的效果。不同的是，這次的用戶是故宮博物院，監測的對象是古建筑。文物專家要求對古建筑進行健康監測時一定要做到對文物的保護，因此對文物的無損監測就成為本項目的重中之重。

　　13所通過與故宮博物院反復多次的研究討論，最終確定了光纖傳感技術監測古建筑結構的方案和細節。

　　“變形量小，故宮狀況相對穩定”

　　13所自項目啟動時就成立了“平安故宮”項目團隊。項目團隊團結協作、攻堅克難，先后完成了產品研發、工程實施、數據采集和診斷分析工作，在利用先進傳感技術保護古建筑方面取得了突出的研究成果。

　　在項目研制過程中，13所技術人員多次赴故宮現場勘察，積極請教古文物保護專家，突破了“傳感器無損傷安裝工藝”“古建筑應變變形光纖監測技術”等關鍵技術。經過一年多艱苦不懈的努力，項目團隊順利完成了技術方案設計、古建筑工程實施及數據采集監測和分析工作。

　　光纖傳感技術的采用，實現了古建筑結構形變和裂縫的高精度測量，精度達到微米級。該項目觀測到古建筑結構在外界影響下發生微小形變情況。通過理論分析表明，在觀測期間古建筑變形量較小，處于相對穩定狀態。

　　由于采用先進的光纖傳感技術，實現了對古建筑結構健康的實時在線監測，相比人工目測巡檢，有效地提高了工作效率;同時，通過在較長時間內對古建筑結構監測的數據進行采集并分析，提高了對古建筑健康診斷的科學性和準確性。

　　該項工作得到了故宮博物院“平安故宮”基金的支持，相關研究成果也得到了故宮文物專家的肯定，故宮文物專家表示，希望雙方繼續合作，將這種研究工作深入推進下去，為故宮文物保護提供先進的健康診斷手段。

　　項目的實施是故宮博物院首次將先進的光纖傳感技術引入古建筑健康監測和保護領域的一次探索，同時為我國古建筑結構健康在線監測網絡的建設工作提供了一種新的有效的監測手段，有力地拓展了九院物聯網產業和13所光纖傳感技術的應用領域，為光纖產品的后續推廣提供了寶貴經驗。

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