基于OFDR/WDM的光纤光栅传感网络研究

应用光频域反射复用技术与波分复用技术 ,解决了光纤光栅传感网络的寻址问题 ;使用可调谐滤波器 ,实现了复用信号的解调 ;具体地分析了光频域反射复用技术的基本原理 ,从理论上推算了系统的空间分辨率和测量范围 ,并进行了 3× 3光栅阵列传感网络的实验研究 该方案充分利用了光信号的频率和波长信息 ,在光源功率足够大的前提下 ,显示出新设计的传感网络具有寻址和解调几百个光栅信号的潜在能力 。

基于OFDR技术的深层土体水平位移场监测研究

深层土体水平位移场监测是基坑安全开挖的重要指标,现有测斜法耗费大量人力,且精度较低,但仍是当前获得水平位移的主要方法。该文提出了一种基于光频域反射(OFDR)技术的分布式光纤测量法,推导了应变-挠曲变形转换关系,通过室内实验进行了验证,证实了分布式光纤测斜的可行性和准确性,且基于OFDR的测量方法在苏州某基坑工程中得到了应用,准确详细地获取了基坑在开挖过程深层土体位移信息。

基于光频域反射的总线型拓扑结构FBG传感网络

为了提高光纤光栅(FBG)传感系统的传感容量以及传感器的实际工程生存能力和后期可维护性,提出了一种基于光频域反射(OFDR)技术的总线型拓扑结构的FBG传感系统。利用OFDR技术,采用相同波长的FBG传感器,克服了光源带宽对系统传感容量的限制,极大提高了系统的传感器复用能力和空间分辨率。与传统的采用弱反射率FBG串联组网相比,本文系统采用强反射率FBG和光分路器实现总线型拓扑结构,在提高传感器的生存能力的同时,克服了串接式FBG传感网络中存在的多重反射和光谱阴影对测量精度的影响。温度实验表明,系统的波长重复性为±4pm。

基于FBG和光频域反射技术的混合式光纤传感网研究

基于光纤Bragg光栅技术和光频域反射(OFDR)技术,构建了一个具有分立式传感子层和分布式传感器子层的双层结构混合式光纤传感网络。在分立式传感子层中,FBG用于实现温度参量的传感;在分布式传感子层中,采用OFDR方法解调光纤中的瑞利散射信息从而获得分布式的应变参量。整个传感网络共用同一个宽光谱可调谐激光光源,分立式子层和分布式子层两者协同工作,实现应变和温度两个参量的高精度测量,其中应变分辨率达到0.75με,温度分辨率达到±1℃。本文构建的传感网络为构建大容量、大规模、多参量、高空间分辨率和高测量精度的光纤传感网络提供了一种有益探索。

荷载作用下砂土边坡-管道相互作用试验研究

随着我国西气东输、南水北调等重大工程的快速推进,埋地管道不可避免地会穿越高陡山区,并受到区域地形地貌的影响,而关于边坡-管道相互作用机制的认识还相对滞后,相关研究亟需加强。基于分布式光纤应变传感(distributed strain sensing,简称DSS)、粒子图像测速(particle image velocimetry,简称PIV)技术,开展加载工况下砂土边坡-管道相互作用的室内模型试验,探究了临坡地基极限承载力的影响因素,并研究了不同坡角下边坡土体变形破坏机制及埋地管道的结构响应特征。研究结果表明:(1)临坡地基经历了弹性压密、局部剪切和整体破坏3个阶段,并呈现不对称楔形破坏模式;(2)临坡地基极限承载力随着坡角的增大呈减小趋势,同一坡角下埋地管道的存在会降低临坡地基极限承载力;(3)管道对边坡滑裂面形成路径的影响程度随着坡角的增大而变大;(4)在荷载作用下埋地管道横截面环向应变呈“椭圆化”分布,据此提出了管周界面土抗力的简化计算模型与椭圆度计算式。相关结论对边坡-管道系统的变形控制与结构设计有一定的参考和借鉴意义。

光纤光栅传感技术的优势与应用

从光纤传感技术的优势出发,介绍了一种新型功能强大的光纤传感技术-光纤光栅传感器。着重论述了分布式光纤光栅的关键技术和光纤光栅传感器产品的应用情况,分析了光纤传感技术的未来发展趋势。

分布式光纤温度传感器的研究现状及趋势

阐述了分布式光纤温度传感技术的研究进展,主要介绍了基于后向瑞利散射、后向拉曼散射和后向布里渊散射的分布式光纤温度传感技术,并在此基础上分析了分布式光纤温度传感器的发展趋势。

装配式地铁车站节点试验混凝土裂缝监测与识别的研究

对混凝土裂缝进行监测,有利于开展结构损伤评估工作。以某装配式地铁车站的地下连续墙-腰梁-支撑节点试验为背景,开展基于光学频域反射计(optical frequency domain reflectometer,OFDR)的分布式光纤技术在混凝土裂缝监测和识别中的应用,研究不同加载条件下分布式光纤应变曲线的特征。试验表明:与单调加载相比,低周循环加载时得到的光纤应变曲线尖峰更多,峰值更小,表明低周循环加载造成的裂缝更多,但宽度更小,这与现场观察到的现象一致;单调加载中的光纤应变曲线更易于裂缝的识别和精准定位。

光纤通信的光信息获取及防护技术研究

针对光纤信息泄漏的检测方法,分为点对点的低速通信的直接检测与高速DWDM通信的相干检测方法;首先介绍对应的检测原理,然后给出实际测试结果与分析,进而指出目前的光纤通信系统存在信息泄漏的隐患.针对光纤信息泄漏的隐患,提出基于OFDR光频域反射检测的光纤信息的防护方法,并给出针对无源光网络的检测方法及结果分析.

分布式光纤传感技术在蜗壳模型试验中的应用

分布式光纤传感器与传统应变片和光纤光栅传感器相比,具有分布式测量的显著特点,成为传感器领域的研究热点。随着技术的进步,基于瑞利散射的光频域反射技术(OFDR)得到了迅速的发展。该文介绍了OFDR的测量原理,并将分布式光纤传感器应用于蜗壳模型试验中。为检验蜗壳充水后的变形规律,检查蜗壳和混凝土的整体安全性和设计的合理性,对蜗壳试验过程中外围混凝土应变进行监测。通过分布式光纤传感器在每级水压加载下产生的应变,获得蜗壳模型外部变形以及裂缝发展的情况。实验结果表明,分布式光纤传感器能够真实地反应结构物的应变分布,及时准确地监测蜗壳模型在加压作用下混凝土变形及开裂情况,对结构的损伤进行识别。

等强度梁表面应变分布光纤测量实验

基于光频域反射技术(OFDR)原理的分布式光纤测量技术,研究聚酰亚胺光纤在等强度梁表面不同布线方式下测量应变的准确性。聚酰亚胺光纤分别与梁的长度方向平行、垂直、呈45°角及绕成直径为φ50 mm的圆粘贴,测量梁表面应变分布,测量结果同时与应变片及理论值对比,研究光纤在非轴向应力作用和弯曲下的轴向应变分布测量结果,误差小于1%。实验结果表明,基于OFDR原理的光纤技术可实现结构表面应变分布式连续准确测量。

基于高精度光纤长度测试建立的高效DWDM光纤配相方法

分析了OFDR的工作原理,开发出其对DWDM器件通道光纤长度测量的方法。采用光纤长度高精度控制的方法进行光纤配相。验证了该方法的正确性和高效性。并推荐进行了一定规模的应用。

基于半圆柱增敏结构的柔性光纤压力传感器设计

为了进一步增强光纤压力传感器的灵敏度,提出了一种基于半圆柱结构设计的柔性光纤压力传感器。此结构使用聚二甲硅氧烷(PDMS)作为该传感器柔性基底,传感器外部受力时,首先PDMS发生形变,从而使得光纤发生形变,最终光纤发生轴向拉伸。利用光频域反射计(OFDR)测量光纤的轴向应变,对所提出的增敏结构传感器进行ABAQUS有限元仿真分析和实验验证。结果表明,该半圆柱增敏结构可以有效提高传感器的灵敏度。在0~160 kPa的测压范围内,仿真得到的传感器的灵敏度为2.160 39με/kPa,实验测得传感器的灵敏度能够达到2.068 06με/kPa。

混凝土结构裂缝高空间分辨率应变测量技术探测模拟试验

裂缝监测是混凝土结构健康监测的重要内容,基于光频域反射计(Optical Frequency Domain Reflectometer,OFDR)的光纤传感技术具有高空间分辨率应变测量的优势,借助模型试验,研究了该技术在混凝土结构裂缝定位识别和深宽发展监测上的应用.试验结果表明:OFDR技术可以监测到0.002 mm级别肉眼不可见的微裂纹,能够精确识别混凝土结构表面裂缝,其定位误差在0.56%以内;随着荷载级数的增加,结构危险截面最先产生裂缝,裂缝宽度基本呈线性增大趋势;通过在混凝土结构内部预先布设感测光缆的方法可以监测裂缝深度方向发展,监测精度取决于预先布设光纤的密度.

分布式光纤温度传感器的研究现状与发展趋势

综述了基于光时域反射技术(OTDR)和光频域反射技术(OFDR),以光纤中光散射效应(布里渊效应、喇曼效应)作为温敏信号的分布式温度光纤传感器的特点、原理和研究现状,并在此基础上分析了分布式光纤温度传感器的发展趋势。

基于低误差并行计算加速的OFDR实时处理技术

针对光频域反射计(OFDR)数据处理量大、实时性差的缺点,提出了一种基于低误差并行计算加速的OFDR数据处理结构,并采用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)实现该结构,以满足高精度OFDR系统有效数据的实时处理需求。将OFDR数据处理过程分为可直接实时处理与难以实时处理部分。针对前者,提出了带有双门限比较器的扫频非线性校正算法,以降低重采样误差;针对后者,使用乒乓操作与并行计算加速数据处理,并根据FPGA的计算特点设计了一种具有动态精度的旋转因子,以便在保证计算无溢出的情况下取得最小的计算误差。在实验室搭建了测试系统,该系统的空间分辨率优于0.82 mm,测试长度在74.5 m以上,长度测试误差小于0.3 mm。测试结果显示:该系统的计算误差减小至10^(-7),相比固定精度下的10^(-5)减小了2个数量级;数据处理速度是计算机的11倍以上,在有效处理点数大于3000的情况下实现了20 frame/s的实时处理,验证了该系统可以有效加速OFDR的数据处理过程。

基于OFDR技术的分布式光纤-砂土界面耦合性试验与评价模型研究

光纤与砂土界面的耦合性研究对于促进光纤传感技术在岩土体监测中的应用具有重要意义。为了解光纤与土体间的作用机制,提出一种评价纤土界面耦合性的新型弹塑性模型,采用光频域反射技术开展考虑含水率、光纤种类、拉拔速率、上覆荷载等因素的室内精细化光纤拉拔试验。研究结果表明:该模型计算简便且可准确描述光纤与土体之间的耦合过程;获得光纤监测土体变形失效的临界应变参考值;模型中的耦合系数ζ可有效评价纤土耦合性能。模型参数灵敏度分析进一步明确光纤-土体相互作用机制,为分布式光纤在土体监测中的应用提供重要参考依据。

OFDR光纤传感技术在十字岩柱暗挖法物理模型试验中的应用

现阶段岩土工程模型试验围岩变形监测多采用点式传感器,仅能获得部分测点的应变,而光纤传感作为一种迅速发展的分布式监测技术,能很好地解决这一问题。对于岩土工程室内试验,现有光纤传感技术无法满足试验对空间分辨精度的高要求。对一种新型光纤传感技术光频域反射技术(OFDR)的测量原理和优点进行介绍,并将其应用于浅埋超大断面圆形隧道十字岩柱开挖模型试验中,对整个模型不同断面进行水平向应变连续监测。根据试验结果,结合有限元分析,表明OFDR能准确记录试验过程中模型内部的应变变化,揭示围岩在十字岩柱开挖方法下的变形规律,反映十字岩柱对围岩的支撑作用,为今后隧道工程开挖提供参考。另外通过算法将应变结果转化为位移结果,并与多点位移计的监测结果进行对比分析,偏差在10%以内。结果表明,该技术可应用于岩土工程试验中的变形监测。