基于布里渊增益谱二维图像小波阈值降噪的BOTDR测量精度提升研究

针对布里渊光时域反射仪(BOTDR)信号弱,噪声干扰造成的测量精度降低问题,提出基于布里渊增益谱二维图像小波阈值降噪方法实现BOTDR系统测量精度提升。分析了微波扫频法BOTDR测量原理及二维布里渊增益谱图像特征,设计了二维图像小波阈值降噪算法流程,搭建了微波扫频法BOTDR实验装置进行降噪性能验证,基于降噪性能对比确定了二维小波基函数、分解层数、阈值规则及阈值函数最优参数匹配方案。实验结果证明,使用二维图像小波阈值降噪算法,在累加平均500次条件下,降噪前后10km传感光纤末端变温区布里渊频移波动范围由±4.61MHz降至±2.59MHz,均方根误差由2.24MHz降至0.99MHz;降噪前后50km传感光纤末端变温区布里渊频移波动范围由±41.25MHz降至±2.83MHz,均方根误差由33.59MHz降至1.69MHz。研究表明,使用该降噪方案可有效提升BOTDR测量精度。

基于BOTDR分布式检测技术的光缆隐蔽性缺陷识别

提出基于布里渊光时域反射(Brillouin optic time domain reflectometer,BOTDR)分布式检测技术与解调信号的光缆隐蔽性缺陷识别方法,识别检测光缆隐蔽性缺陷。在生产阶段将光纤植入多股碳纤维导线复合芯内部作为传感器,依据BOTDR技术与光时域反射(optic time domain reflectometer,OTDR)技术原理,构建关于碳纤维导线光缆隐蔽性检测的分布式传感系统,利用光纤对温度、应力、传播损耗的高精度感知,多维度地分析碳纤维导线光缆的隐蔽性缺陷及位置分布,实现光缆的隐蔽性缺陷识别。利用morlet小波解调布里渊散射信号,提取包络信息,去除信号噪声,采用列文伯格-马夸尔特算法,拟合布里渊散射谱数据,精确估计最优Brillouin频移量参数,提升整体缺陷识别精度。实验证明:该方法可以准确地对光缆的隐蔽性缺陷进行表征,实现多股碳纤维导线光缆隐蔽性缺陷的快速、有效识别,促进碳纤维导线光缆更好地应用于增容、大跨越等工程中。

BOTDR应变监测技术应用在大型基础工程健康诊断中的可行性研究

基础工程如地下隧道、高架桥、跨江大桥、江河堤防等构筑物具有规模大、工程环境差异性大、实时动态监控和监测精度要求高等特点,因此常规的一些点式监测手段已不能满足大型基础工程健康诊断的监测要求。布里渊散射光时域反射测量技术(BOTDR)是一项新型光电监测技术,它利用布里渊散射光的光谱技术和光时域测量技术,可对沿光纤的轴向应变进行分布式监测。由于BOTDR这一独特功能,它已开始被应用于一些基础工程如隧道、堤防和滑坡工程等的监测。根据作者的实验研究和实际工程的应用,对这一技术应用于大型基础工程健康诊断中的可行性进行了系统分析;并运用已有的研究成果,详细阐述这一技术在实际应用中的相关课题,包括光纤铺设方法、光纤保护、距离分解度、温度和湿度影响、光纤疲劳效应、变形计算和智能监控系统等。研究成果表明,BOTDR技术十分适用于大型基础工程的健康诊断。

基于BOTDR的分布式光纤传感器标定实验研究

针对基于布里渊散射原理的分布式传感光纤的标定问题,本文研发了一套分布式传感光纤标定系统。利用BOTDR测量仪器,可以标定分布式传感光纤的应变系数和温度系数,并获得=900μm的尼龙紧套单模传感光纤的温度系数和应变系数:分别为2.99 MHz/℃和0.05MHz/με;同时获得BOTDR实测值与真实应变的关系曲线,其相关系数大于0.995。该结果证明,普通通讯用紧套单模光纤可以用作分布式传感光纤,文中的标定方法及标定结果可为分布式传感光纤研究提供重要的研究手段及研究依据。

基于BOTDR的地裂缝分布式光纤监测技术研究

地裂缝的监测是防治地裂缝危害的一项重要工作。本文采用基于BOTDR的分布式光纤感测技术对已有地裂缝和潜在地裂缝进行了分布式监测,详细介绍了BOTDR分布式光纤感测技术原理和地裂缝分布式监测方法,并以无锡杨墅里地裂缝作为监测点进行了现场试验研究。研究结果表明:基于BOTDR的分布式光纤感测技术可十分有效地对地裂缝的变形进行监测;采用定点布设的方法,可提高感测光纤的监测精度和量程,测量精度可以达到0.1mm;2m长的定点间距,量程可达30mm;通过网格化铺设感测光缆,可对一定区域内的多条地裂缝进行监测;在同一方向上,不同点距的结合,可提高地裂缝监测的定位精度。

BOTDR分布式光纤传感器及其在结构健康监测中的应用

分布式光纤传感器与传统的传感器相比具有很大的优越性,已经成为传感器领域的研究热点。其中,基于布里渊散射原理的布里渊光时域反射计(BOTDR)是一个重要的发展方向。本文在介绍了BOTDR的测量原理的基础上,设计了一个钢筋的三点弯试验,由BOTDR检测钢筋的上、下表面的应变分布,通过与有限元计算结果的对比,说明了BOTDR可以比较真实地得到结构物的应变分布,将BOTDR用于结构变形的健康监测是完全可行的。

BOTDR分布式检测技术在复杂地层钻孔灌注桩测试中的应用研究

采用布里渊光时域反射技术(BOTDR)对灌注桩进行了分布式应变检测,据此计算桩身位移、桩身挠度、桩身轴力、侧摩阻力和桩端阻力等参量,并在一复杂地质条件场地内两种不同长度和工艺类型的灌注桩内力测试中等到应用,测试表明:灌注桩加载过程中,桩身应变分布在塌孔、夹层及地层分界面等部位出现异常;荷载主要由桩身侧摩阻力承担,桩端阻力在试验荷载内都未发挥;桩基承载能力和特性差异主要由施工工艺及地层条件不同所引起。

基于BOTDR的锚杆拉拔试验研究

对锚杆应力分布状态的监测一直是岩土锚固工程中的难题之一。针对基于布里渊光时域反射计分布式光纤传感技术的特点设计了传感光纤的布设方案及安装工艺;结合锚杆拉拔试验,分析了这一技术用于锚杆应力状态监测的可行性。结果表明:基于BOTDR的分布式光纤传感技术具有结构简单、易于布设安装和测量范围大的优点,可以直观地得到锚杆在各级荷载下锚杆的通体应力、应变分布特征,试验中获得的多项测试数据的规律性都较好,该技术在锚杆应力应变分布状态的长期监测中具有广阔的应用前景。

BOTDR检测钢筋混凝土梁分布式应变的试验研究

为了验证基于布里渊光时域反射计(简称BOTDR)的光纤传感技术应用于桥梁健康监测的可行性,本文在钢筋混凝土简支梁的钢筋和混凝土表面布置了分布式光纤传感系统,对各级荷载作用下构件混凝土和钢筋的应变分布进行了在线监测。试验结果表明,BOTDR光纤传感技术能够准确监测试验梁的应变,并可识别梁的结构性破坏,可以应用于桥梁的健康监测。

BOTDR光纤温度监测技术在土木工程中的应用研究

布里渊光时域反射计(BOTDR)是一种新型的分布式光纤传感技术。布里渊光频移量不仅与光纤的应变状态相关,还与光纤的温度存在相应的线性关系,因此BOTDR可以用作分布式的温度监测。本文对基于BOTDR的分布式温度监测技术及其在土木工程中的应用展开了实验研究,研究选用的是美国康宁公司900μm单模紧套光纤,实验标定布里渊光频移量对温度的敏感度为1.43 MHz/℃。通过室内外实验以及在实际隧道工程中的应用,验证了BOTDR的温度测量精度达2℃,因此将该技术应用于分布式温度监测是可行的,长期稳定性良好。

抗滑桩内力的BOTDR监测分析

为了获取抗滑桩的内力分布数据及客观评价抗滑桩工作状态,通过在抗滑桩上布置光纤传感器,对抗滑桩进行桩身应变监测.研究结果表明:该种测量方法实现从抗滑桩浇注完成至滑坡推力作用整个过程的应变变化过程的监测,成功采集到抗滑桩受力过程中桩身任意深度处的应变;抗滑桩浇注完成后,由于混凝土凝固,首先有一个桩身收缩的过程,达到稳定的时间约4个月;选取桩身收缩应变完成点作为计算初值,再依据钢筋混凝土构件计算理论,对抗滑桩的轴向应力进行计算分析,得出抗滑桩目前的安全状态评价结论.

基于BOTDR监测技术抗滑桩上滑坡推力确定

针对目前滑坡推力确定方法研究中存在的问题及滑坡推力特征监测的要求,提出基于BOTDR监测数据确定滑坡推力的计算分析方法.通过在抗滑桩桩体内布置光纤传感器,监测抗滑桩在滑坡推力作用下的连续变形;应用抗滑桩桩身应变、弯矩及抗滑桩受力之间的函数关系,计算作用在抗滑桩上的水平推力.结果表明:利用BOT-DR监测数据不但能够确定抗滑桩上作用滑坡推力的分布形式和大小,还能确定整个抗滑桩上的受力及滑面埋深.依据计算结果分析,同一排抗滑桩上的滑坡推力分布具有明显的分段特征,滑坡推力分布形式差别较大,靠近滑坡主轴线的中心段,滑坡推力最大,分布近似抛物线形;边缘段滑坡推力作用最弱,从边缘至中心段滑坡推力方向发生了偏转.

基于BOTDR的隧道应变监测研究

布里渊散射光时域反射计 (BOTDR)是近年来才研发成功的分布式应变测量技术。本文首先介绍了BOTDR的优点和测量原理 ,以某隧道的BOTDR应用实例 ,论证了这一技术应用于岩土工程等结构物分布式应变监测的可行性和优势 ,最后就这一技术在应用中的一些关键技术 ,如空间分辨率、光纤布设工艺。

基坑工程BOTDR分布式光纤监测技术研究

围护体系的加固质量对基坑工程、基坑周边环境和地下管线的变形和稳定性具有重要影响。通过对基坑围护体系和周边环境进行实时、在线监测分析,可掌握基坑变形的发展动态,对基坑失稳破坏进行预警。分布式光纤传感技术与常规监测方法相比具有很大的优越性,如分布式、长距离、实时性和长期稳定性等,可满足基坑工程安全监测和基坑失稳早期预警的要求。本文对布里渊光时域反射计(BOTDR)的测量原理进行了介绍,设计了一套基于BOTDR的新型基坑工程分布式监测系统,详细阐述了工程应用中传感光纤的布设方法、光纤保护和温度补偿技术等。以实际工程为例,对基坑工程分布式变形监测结果进行了分析。监测结果表明,基于BOTDR技术的基坑分布式光纤监测系统能够准确地反映基坑工程的变形情况,具有显著的优越性,可用于基坑工程稳定性的监测和失稳预报。

钻孔灌注桩压缩变形BOTDR分布式检测

本文以荷载传递分析法为基础,推导了基于BOTDR桩身压缩变形的计算方法,并结合工程实例,分析了静载荷试验中桩顶荷载作用下超长桩桩身压缩量和变形规律。通过对比桩基压缩变形的计算值与实测值的相关性,验证了该方法的有效性和准确性。

BOTDR技术在三峡库区崩滑灾害监测中的应用分析

本文介绍了BOTDR技术的特点、工作原理和当前的进展趋势。由于滑坡体多具有地形条件复杂、物质组成多样、变形部位不规则、环境因素较多等特点,本文以滑坡变形监测实践为基础,总结了将BORDR应用于滑坡地质灾害监测时需要解决的几个关键技术问题。

基于BOTDR的传感光纤温度效应研究

为研究基于布里渊光时域反射测量(BOTDR)原理的分布式传感光纤在工程应用中的温度效应,对十种单模传感光纤在不同应力状态和布设方式下的温度系数进行了标定,并对光纤的护套、温度循环、应力状态、布设方式和附着介质等因素对光纤传感性能的影响进行了分析。试验分析结果表明:不同光纤外层护套材料的热膨胀率和热稳定性是影响传感光纤温度效应及其稳定性的主要原因。普通光纤频移-温度曲线大多为折线形,且在低温下(约40℃～-10℃)的温度系数大于高温时的温度系数;光纤的温度敏感性与护套上的受力状态密切相关;附着于基质上的传感光纤的温度系数是纤芯-护套-基质三者变形协调的结果。

光纤传感器FBG和BOTDR应用于结构监测的若干比较研究

对建筑结构进行健康监测,可以防止和避免灾害的发生。传感器的选择和使用是进行结构监测时首先要考虑的问题。光纤传感器是一种新型的传感器,因种类不同在性能方面也相差较大。FBG(FiberBraggGating,光纤Bragg光栅)和BOTDR(BrillouinOpticalTimeDomainReflectometry,布里渊光时域反射计)是近些年来发展比较快的光纤传感器,本文介绍了这两种光纤传感器,并着重从两者传感的基本原理、传感系统组成、温度补偿研究和性能优劣等方面进行了详细的比较,得出了各自作为结构监测传感器的优缺点,为今后的监测选用提供了依据,使应用两者时能够做到扬长避短。

灌注桩检测中BOTDR温度补偿试验研究

运用基于布里渊光时域反射计(简称BOTDR)的温度自补偿方法,采用特殊封装的温度传感光纤,检测了灌注桩在混凝土养护期内由温度变化引起的应变变化量和静载荷试验过程中的温度变化。结果表明:混凝土养护末期由温度引起的应变变化量很小,说明在混凝土养护末期,其水化热已消散;在灌注桩静载荷试验过程中,由温度补偿光纤所测的温度变化引起的应变量值也很小。因此,在灌注桩光纤分布式检测中,由温度引起的光纤应变检测误差可忽略不计。

基于BOTDR的光纤应变与顶板沉降变形关系的模型构建与试验研究

可以实现分布式、长距离、实时监测的BOTDR监测技术已在土木工程领域得到了较为广泛的应用,但在岩土工程领域的应用研究起步较晚,相关技术还有待于进一步完善。以布里渊BOTDR的巷道/隧道应变监测技术为基础,研究了沿巷道轴向进行一维布设的光纤应变测量值与隧道顶板沉降变形之间的关系。首先,根据巷道/隧道顶板的变形规律,建立了光纤沿巷道/隧道轴向发生的应变与巷道/隧道顶板的沉降变形之间的数学模型,即圆弧模型、抛物线模型和三角形模型。其次,对巷道/隧道顶板的沉降变形与光纤应变之间的关系进行了试验研究。对比分析表明,理论计算值与试验值具有很好的一致性。利用圆弧模型、抛物线模型和三角形模型等3个计算模型,可以将光纤应变与顶板沉降联系起来,这对于BOTDR技术的应用与推广具有重要的理论意义和工程实用价值。