布里渊光时域反射传感系统自适应扰偏模块的研制

布里渊光时域反射传感系统通过对布里渊背向散射信号的测量,可以得到温度和应变沿光纤的分布特性。布里渊背向散射信号的偏振态会影响布里渊光时域反射传感系统(BOTDR)的性能。扰偏器可以消除这种影响。本文分析了扰偏器的工作原理。设计了一个自适应的扰偏模块并制作了相应的驱动电路。该扰偏模块可以工作在不同的温度和频率点。实验显示该模块可以消除布里渊背向散射信号偏振态的影响,满足BOTDR测量的要求。

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。

基于布里渊光时域反射的分布式光纤传感入侵定位检测系统

建立了基于布里渊时域反射(BOTDR)技术的分布式光纤传感入侵定位检测系统。采用自制的光纤单纵模分布反馈(DFB)激光器,利用边缘滤波(BPF)技术,简化了BOTDR系统中频率解调的方法,实现了对入侵应变事件的快速定位与检测。实验结果表明,当探测范围为10km时,系统的定位空间分辨率达到5m,应变分辨率达到200με,可以满足入侵定位实时检测的需求。

布里渊光时域反射计中电光调制器的调制特性与控制

在布里渊光时域反射计(BOTDR)中,电光调制器(EOM)的工作点会随着外部环境变化而发生漂移,这将影响BOTDR系统的测量精度及测量稳定性。本文在分析BOTDR系统中EOM调制特性的基础上,提出了一种控制EOM工作点的方法,使用数字信号处理器作为控制核心,采用"步进跟随"的算法。实验结果表明,本文方法可以使EOM长期稳定在高微波调制效率的工作点上。将这种方法应用于BOTDR系统中,可以使BOTDR系统的测量精度以及测量稳定性得到提升。

基于BOTDR的预制桩应变-温度联合测试方法研究

提出了一种可以实现分布式应变-温度联合测试的方法,采用特殊封装的方法改变传感光缆的频移系数,用于空间差异式分布的温度补偿。通过预制桩浸水试验对该方法的有效性进行验证,采用该方法对监测数据进行温度补偿,对应变、温度沿桩身的分布规律以及随时间的变化规律进行了分析。研究表明:该应变-温度联合测试方法能够较好地解决温度在空间上差异式分布时的温度补偿问题;预制桩浸水试验中,水下渗导致的桩身温度变化较大,应变和温度2个因素对传感光缆上各点频移变化量的贡献比例关系较为复杂。

BOTDR技术监测GFRP锚杆应变的试验研究

为掌握玻璃纤维增强塑料(GFRP)锚杆的变形特性,采用布里渊光时域反射测量计(BOTDR)技术,对沿光纤的轴向应变进行分布式监测,得到试验锚杆通体的轴向应变.阐述了BOTDR技术的工作原理以及对GFRP锚杆的张拉应变监测试验过程.试验结果表明:光纤能与锚杆同步变形,BOTDR技术对锚杆体轴向应变的监测效果好,可以替代传统的锚杆应变计.

基于BOTDR的滑坡抗滑桩工作状态评价及分析

针对传统感测技术存在的问题,本文采用BOTDR分布式光纤感测技术对马家沟滑坡抗滑桩变形进行长期监测分析。在BOTDR监测数据的基础上,对抗滑桩内力进行反演分析,然后与抗滑桩理论设计值进行对比,从抗滑桩内力分布状态及外在环境影响因素两方面对抗滑桩稳定性进行了分析和评价,结果表明:马家沟滑坡在距地表19m和27 m深度处存在两条滑动面;2015年3月之前,马家沟滑坡整体变形较小,处于相对稳定状态,之后抗滑桩逐渐发挥抗滑作用;目前,抗滑桩剪力已接近设计值,抗滑桩处于不稳定状态,需要加强监测;抗滑桩的变形主要受库水位控制,降雨影响较小。库水位降低时,抗滑桩变形增大,库水位升高时,抗滑桩变形趋于稳定。BOTDR监测技术为长期化、精细化评价抗滑桩稳定性状态提供了十分先进的监测手段。

PON监控系统中的布里渊散射分析

主要介绍了在不影响传输信号质量的同时,通过对光纤掺杂区得到分支光纤不同的布里渊频移,进而判断各分支光纤的链路状态,再通过BOTDR来分析布里渊散射频谱,对问题光纤进行定位。文中对布里渊频移和可识别光纤做出了详细的阐述。

管道应力危害BOTDR分布式光纤检测系统

针对长距离地下油气管道因地质沉降导致管道应力破坏的问题,提出了基于布里渊光时域反射(BOTDR)原理的分布式光纤应变检测方法。理论分析了油气管道受地质沉降产生应力变化的检测原理,设计了BOTDR分布式光纤应变检测系统。通过累加平均进行信号降噪处理,同时融合列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt)算法,改善系统测量精度。系统性能进行测试,结果表明,系统检测距离可达10 km,应变最大量程为8 500με,应变测量误差为±46με、重复性测量偏差为±36με,定位误差为±2 m,空间分辨率为1 m,满足对管道沿线受应力危害的预警需求。

边坡工程分布式光纤监测技术研究

通过对边坡及其加固工程进行实时、在线监测,可掌握边坡的变形动态,对滑坡进行预警。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,可满足加固工程安全监测和滑坡早期预警的要求。对布里渊光时域反射技术(BOTDR)的测量原理和优点进行介绍,设计一套基于BOTDR的新型分布式边坡监测系统,详细阐述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。通过将传感光纤按一定的方式布设在加固工程及坡体内,并相互连接构成基于BOTDR的边坡分布式光纤监测系统,进而实现对整个边坡的远程分布式监测。以实际工程为例,对边坡分布式变形监测结果进行分析。结果表明,基于BOTDR技术的边坡分布式光纤监测系统能够准确地反映边坡及加固工程的变形情况,具有显著的优越性,可用于边坡稳定性的监测和预报。

抗滑桩变形监测及位移确定研究

针对抗滑桩深部变形监测中存在的问题,提出应用布里渊光时域反射计(BOTDR)技术监测抗滑桩深部变形及根据监测数据确定抗滑桩的位移。通过分析抗滑桩位移与其他物理量之间的关系,结合BOTDR监测抗滑桩应变特征,建立抗滑桩位移与应变之间的二次积分函数关系,并在假设基础上,给出边界条件和解析过程。通过对浙江省诸永高速公路红岩村I号滑坡抗滑桩BOTDR监测的实施及监测结果的计算,并与抗滑桩测斜监测结果对比,对基于BOTDR的抗滑桩位移确定计算模型进行了验证。研究结果表明:通过BOTDR技术监测抗滑桩的深部变形是可行的,抗滑桩的位移确定计算模型一定程度上能够满足工程需要,并且将光纤沿抗滑桩竖向受力钢筋布置,由其监测结果对位移进行计算较为准确。最后,对基于BOTDR技术确定抗滑桩位移的光纤铺设位置选取给出建议。本研究对推动BOTDR监测技术在抗滑桩以及相关桩基工程监测中的应用及数据使用方面具有参考和借鉴价值。

聚乙烯管道变形分布式光纤监测试验研究

聚乙烯材料的管道易于变形,因此对其在安装和运营过程中的变形监测是一项十分重要的工作。布里渊光时域反射计(BOTDR)是一项新型的分布式光电传感应变监测技术,已被广泛应用于结构物的变形监测中。本文基于该项技术,设计了一套聚乙烯管道变形分布式光纤监测试验方案,对聚乙烯管道纯弯曲变形进行了试验研究,获取了管道表面光纤沿线的应变分布,据此分析了管道的变形方位,并推算出纯弯曲状态下的管道转角,验证了该技术在聚乙烯管道分布式监测中应用的可行性,为地下管道的一站式在线监测提供了一种新的技术方法。

多波长BOTDR系统中布里渊散射谱的特征提取

根据布里渊散射谱的传输特性和高精度特征提取的要求,理论分析了布里渊频移的波长依赖性和多波长探测光传感时的外差检测布里渊散射谱特征,提出了利用Pseudo-Voigt基函数和莱文伯格-马夸尔特(L-M)优化算法对布里渊散射叠加谱进行特征提取。通过与洛伦兹、高斯和5次多项式曲线拟合法进行预测比较,在中心频移为11.122 903GHz的单波长和多波长传感的仿真散射谱模型中,本文所提方法的频移测量误差最小,对应的温度测量误差仅为0.047、0.000和0.112℃,且拟合度最好。在采用多模法布里-珀罗激光器的布里渊散射谱检测系统中,Pseudo-Voigt曲线拟合的综合评价指标优于其他3种拟合方法。仿真分析和实验结果表明,Pseudo-Voigt曲线拟合适用于多波长传感时布里渊散射叠加谱的特征提取,可有效地提高预测精度。

边坡变形的分布式光纤监测试验研究及实践

布里渊光时域反射计(BOTDR)是一项新型光电传感仪器,可对沿光纤的轴向应变进行分布式监测。该技术采用光纤作为传感和传输介质,具有良好的抗干扰、长距离、可植入性和分布式监测等特点。本文总结了近几年来分布式光纤在边坡工程中监测的工程实践和试验研究结果。实践表明,将光纤传感器铺设在加固边坡的锚杆和框架梁中,在加固边坡的同时进行安全监测,可以取得良好的效果;而将光纤直接铺设在边坡浅层土体中进行监测,可以及时对边坡安全提供预警,但往往不利于长期监测。本文还介绍了将光纤传感器布设在用于加固边坡的土工织物中进行安全监测的室内试验研究。实验证明,不同的光纤类型、布设方法、土工织物性能等都会对监测结果产生影响。最后分析了分布式光纤监测在岩土工程监测中的应用前景,以及今后研究的关键技术问题。

基于拉伸装置的光纤应变系数标定及误差分析

在分布式光纤传感系统中,由于生产厂家、材料、掺杂及生产工艺等的不同,传感光纤的折射率、应变系数及温度系数等基本参量各有差异,在投入使用前必须对其进行标定。提出了基于拉伸装置标定光纤应变系数的方法并系统地进行了误差分析。采用G.652单模光纤,针对不同初始长度进行了多次标定实验,标定的应变系数在0.050 2～0.051 2(MHz/με)之间,重复性好。通过BOTDR验证,实测应变值与理论计算结果吻合的得较好。实验结果表明:该标定方法切实可行、易于实现,既可用于对光纤传感系统的标定,也能用于BOTDR在生产过程中的应变校准。

基于多模光纤的分布式应变传感系统光路接口设计

在分布式光纤应变传感系统中,采用的单模传感光缆在实际施工时,由于铺设环境较为复杂,往往会出现巨大的传输损耗影响测试结果。针对现有的BOTDR产品只支持单模传感光缆的情况,提出了一种光路接口,它能使现有的BOTDR产品实现对多模光纤的测量。实验结果表明,该光路接口可以帮助BOTDR实现多模光纤应变测试,实验数据线性良好。该光路接口结构简单,操作方便,对扩大BOTDR的应用领域和提高对复杂铺设环境的适应能力有重大意义。

浅谈光纤传感技术在隧道结构健康监测中的运用

本文主要通过对南京市九华山和玄武湖隧道的结构健康监测系统方案、施工及监测实例的介绍，阐述光纤传感技术较之传统测量技术的优势，同时说明该技术用于隧道结构健康监测的可行性、先进性，以推动这一技术在隧道等基础工程监测的广泛应用，提高我国的工程监测水平。

基于小波分析的BOTDR光纤传感器信号处理方法

布里渊光时域反射测量技术(BOTDR)测量数据看作由不同频率成分组成的数字信号序列,采用小波分析对其进行处理。利用小波变换对BOTDR的测量数据进行消噪处理和异常值检测,并用某工程现场实测的BOTDR数据进行了验证。实例表明,小波分析在消除噪声和检测异常点是十分有效的。

基于光纤传感的盾构输水隧洞内压加载原位试验研究

高水压作用下水工隧洞衬砌结构的承载特性及破坏机理复杂,借助现有的监测技术难以准确评价其工作状态.针对珠江三角洲水资源配置工程,开展了以“外衬管片-自密实混凝土-内衬钢管”叠合衬砌结构为研究对象的现场原位试验.采用分布式光纤感测技术对内压加载过程中叠合衬砌结构力学性能特征进行了深入探究.试验结果表明:在内压逐步增加的条件下,隧洞衬砌的应变发展呈现非连续阶跃的特征;内衬钢管环向应变起伏变化均匀、平缓,整体基本处于弹性工作状态;衬砌结构中的自密实混凝土在内压作用下由弹性变形进入弹塑性变形状态,且在管片拼接缝位置处出现裂缝;外衬管片在均布内压作用下呈现非均匀性的膨胀变形,且管片接缝张开显著区域主要分布于隧洞拱顶位置.研究结果从应变演化的角度揭示了叠合衬砌结构承载特性及破坏机理,充分验证了分布式光纤感测技术在输水隧洞结构健康监测中的巨大应用潜力.