基于布里渊散射光时域分析的形状传感研究

搭建了基于布里渊散射光时域分析技术的应变测量系统,采用七芯光纤作为分布式形状传感器,通过测量七个纤芯在弯曲时的布里渊散射谱,验证了七芯光纤偏芯之间每两个对称芯所受应变值相等且互为相反数的特点。对比七芯光纤中间芯与偏芯的布里渊增益谱,测得偏芯在不同弯曲半径下的布里渊频移变化,得到偏芯在每个位置受到的应变值。利用并行传输标架形状重构算法对七芯光纤在曲率直径为0.112 m和0.052 m时的形状进行了重构,当曲率直径为0.112 m时,曲率重构误差为0.375%。

基于布里渊光时域峰值边沿分析的变压器绕组局部热点检测

变压器绕组的温度分布一直是电网运行人员重点关注的对象。与传统传感器相比,分布式光纤传感具有抗电磁干扰能力强、可实现分布式测量等优势,其中布里渊光时域分析技术(BOTDA)的性能稳定,适用于大多数场景,但BOTDA的空间分辨率为m级,难以分辨绕组运行中的局部热点。该文从布里渊散射增益谱的机理入手,利用双峰拟合算法,并结合对异常峰值曲线的边沿分析,提出了一种在不增加系统硬件复杂度的基础上提升BOTDA空间分辨率的方法,以满足局部热点检测要求。通过对光纤沿线不同位置、不同热点长度及不同热点温度下的模拟试验验证了该方法的有效性,在实验室条件下可将准确传感的热点长度提升至原空间分辨率的一半以内。基于变压器实际绕组的局部升温试验,实现了绕组异常热点的精确定位和长度感知,并准确解调了绕组局部热点的温度,进一步验证了该方法的实际可行性和检测优越性,温度相对误差控制在5%以内,为提高变压器绕组温度在线监测的经济性和可行性提供新的思考,同时也为变压器绕组局部故障的提前感知和预警提供了新的思路。

基于连续光抽运的布里渊光时域分析仪新技术

介绍了一种基于连续的抽运—探测光相关的布里渊分布式光纤传感器新技术,该技术采用频率调制连续的抽运光和探测光,通过检测沿光纤的后向布里渊散射光的频移实现温度和应变的分布式测量,其空间分辨力可达1cm,比常规基于脉冲抽运光的布里渊光时域分析仪(BOTDA)技术的分辨力高近两个数量级。还结合常规BOTDA讨论了该新技术高分辨力的优势和测量范围受限制的不足。

布里渊光时域分析技术在桥梁静载试验中的应用

为了研究桥梁整体的应变分布情况,首次将布里渊光时域分析技术(BOTDA)应用于桥梁的静载试验。文中以某大桥为背景,介绍了桥梁荷载试验中应变光缆和振弦应变计的测点布置,测出在静载工况下桥梁的应变分布情况和0.4L截面的应变值,运用有限元软件MIDAS对检测桥梁进行建模分析计算,通过对比实测值与理论值,对梁体的受力状态进行分析,了解桥梁的应力应变状况。研究表明,BOTDA能够得到桥梁的整体应变分布,其测试数据与振弦应变计、理论计算数据吻合,并能对应变异常点进行精确定位(如本项目中的底板变厚),该技术在桥梁静载试验中具有广阔的应用前景。

布里渊散射分布式光纤传感技术

本文概述了布里渊散射及真传感机理,并对目前基于布里渊散射的分布式光纤传感技术各种主要研究方案及其现状进行了详细论述。

一种新的布里渊光时域定位技术

布里渊光时域分析(BOTDA)系统中,不同的脉冲宽度对应不同的空间分辨率,但不同脉冲宽度下的布里渊信号会重叠在同一位置。首次对该现象进行了理论分析,并基于该现象提出了一种新的布里渊光时域定位技术。通过正反两次测量对应变或温度段的端点进行定位,无需降低脉冲宽度就能提高空间分辨率,克服了泵浦脉冲宽度对空间分辨率的限制。实验在24711 m的光纤上分布使用20~100 ns的脉冲均实现了1 m应变段的定位,并通过双峰洛伦茨拟合测得其应变为1880ε,其应变测量不确定度为36ε。该技术相比于其它BOTDA定位技术,无需通过降低脉冲宽度来提高空间分辨率,操作简单有效,将在分布式传感领域具有广泛的应用前景。

基于布里渊分布式光纤传感技术的管道应变监测试验研究

长输油气管道的变形监测,一直是困扰着管道安全运行和管理的难点。分布式光纤传感技术,由于可长距离、连续、实时在线监测温度和应变,成为结构健康监测和灾害预警领域中极具发展前景的一项技术。本文采用布里渊光时域分析（BOTDA）光纤传感技术对材质为45号钢、长为6m的管道进行应变监测试验,将实验结果与ANSYS模拟分析计算结果相比较。结果表明,随着加载物体重量的增加,两种方法得到的应变趋势是一致的,证明基于布里渊分布式光纤传感技术的管道应变监测方法是可行的,并具有良好的应用前景。

基于PPP-BOTDA分布式光纤传感技术的管道健康监测应用研究

基于布里渊光时域分析(BOTDA)的分布式光纤传感技术已经逐渐广泛应用在各种民用、公用设备的应变与温度监测中。尤其是近年来兴起的一种新型传感技术:脉冲预泵浦布里渊光时域分析(PPP-BOTDA),通过引入预泵浦脉冲,获得了厘米级的空间分辨力。介绍了PPP-BOTDA技术的工作原理,阐述并探索研究了该新兴技术具有的优势与应用前景,并且在实验中验证了PPP-BOTDA技术在管道安全监测中的应用是可行的。

基于BOTDA的锈蚀梁钢筋应力监测及有限元分析

对简支钢筋混凝土梁进行全过程静力加载试验,采用基于布里渊光时域分析计的光纤传感技术监测钢筋应变。比较分析了钢筋局部锈蚀对应变分布的影响规律,并对简支梁的锈蚀位置进行了识别。结果表明,基于布里渊光时域分析计的光纤传感技术能够有效监测钢筋锈蚀状况。依据锈蚀钢筋混凝土本构关系,利用ANSYS大型有限元分析软件,对锈蚀钢筋混凝土梁的受力性能进行了模拟,模拟结果与试验结果一致,说明采用有限元方法分析锈蚀梁受力性能正确有效,同时也验证了试验结果。

FBG-BOTDA联合感测管桩击入土层模型试验研究

管桩施工过程中常出现桩身裂缝、爆桩等病害。将具有实时动态监测功能的布拉格光纤光栅(FBG)准分布式光纤传感监测技术和具有分布式监测功能的布里渊散射光时域分析技术(BOTDA)联合应用到管桩打入过程中的监测,提出了分布式光纤传感技术数据处理方法,设计了管桩打入过程的模型试验。试验结果表明,FBG传感技术能够较好地动态监测打入过程中桩身应变变化特征,反映桩身不同部位随不同深度应变变化规律;BOTDA分布式光纤传感技术能够较好地监测管桩在打入过程中暂停(接管)状态下桩身应变变化特征;根据应变变化分析管桩受偏心荷载程度,分析管桩是否出现裂缝、破坏等病害,研究管桩打入过程中桩土作用规律。试验结果还表明,FBG联合BOTDA光纤监测技术在管桩打入过程中监测管桩质量具有广阔的技术优势和应用前景。

隧道健康诊断BOTDR分布式光纤应变监测技术研究

布里渊散射光时域反射监测技术是一项新型的光电监测技术,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,并具有分布式、长距离、精度高和耐久性长等特点。首先介绍了该监测技术的原理和特点,并以南京市鼓楼隧道健康诊断为例,介绍了该技术应用于该隧道变形监测以及监测的方案,讨论了隧道内环境因素如温差和振动等对监测结果的影响,验证了监测系统的灵敏性,最后对隧道的变形监测结果进行了分析,给出了鼓楼隧道的健康诊断。研究成果表明:该技术应用在隧道安全监测和健康诊断中是十分可行的,也是十分有效的。

BOTDA在岩层移动相似材料模拟试验中的应用

为了研究岩层移动变形相似材料模拟试验过程,采用布里渊光时域分析技术(BOTDA)对相似材料模拟试验进行分布式应变测量,在3 m平面应力模型内埋设2根传感光纤,对应位置布置百分表5个,对比分析岩层移动变形过程中的布里渊频移变化。试验结果表明:BOTDA分布式光纤传感技术实现了相似材料模拟试验的分布式应变测量,不仅能很好地测量光纤沿线的岩层垮落情况,而且能够感知和反映某一点处岩层的移动变形特征,为相似材料模拟试验提供了一种全新的测试方法,对相似材料模拟试验测试技术的发展有积极作用。

基于光纤传感的边坡工程监测技术

传统的边坡监测技术存在着精度低、耐久性差、难以实现集成等缺陷。针对边坡工程特点,探讨了光纤光栅、布里渊光时域分析和低相干干涉等光纤传感技术在现场监测的应用。根据不同的工程需要,结合这三种技术建立边坡监测系统,可用于对边坡位移和边坡支护结构的应力、应变进行自动化监测。在详细论述了光纤传感技术的基本原理、适用场合和系统架构的基础上,以香港一个公路边坡加固工程为例,简述了光纤传感技术现场应用时的仪器安装、数据采集与分析等工作。

土木与岩土工程监测新技术——BOFDA的性能与特点

在实验的基础上对新型分布式光纤监测技术——布里渊频域分析技术(BOFDA)的感测性能进行了测试与分析,其空间分辨率可达20cm,测试精度可达±2με,测试重复性为±4με;通过与布里渊光时域分析技术(BOTDA)测试性能的比较,对BOFDA的测试性能进行了评价,分析了应变过渡区产生的原因;通过BOFDA等强度梁实验,并与电阻应变片测试结果和理论计算值比较,证明了BOFDA优异的测试性能。最后,对BOFDA在各类工程防灾减灾监测中可能遇到传感光缆的保护及温度补偿问题进行了分析,并提出相应解决方案。

基于BOTDA的钢筋应力实时监测方法

提出一种将分布式应变传感光纤技术用于钢筋混凝土中钢筋应力监测的方法,能在较短施工期内将分布式光纤传感器准确埋入混凝土内部,对钢筋的应力水平进行长期实时监测,确定混凝土结构的工作水平,更好地预测结构的耐久性.分析传感光纤应变与钢筋应变的转化关系,为提高分布式传感器的空间分辨率,提出盘绕方式的光纤黏结方法,对盘绕弯曲曲率的影响进行分析.通过简支梁的全过程受力试验,比较了传统应变片和分布式传感光纤的测量结果,并对光纤不同的黏结方式进行对比,验证了该方法的可行性和有效性.

风速对基于BOTDA架空导线覆冰监测有效性的影响

为了获得架空导线温度在不同气象条件下的变化特征和风速对基于分布式光纤传感技术的架空导线覆冰监测有效性的影响,文中建立了光纤复合相线覆冰的温度场三维模型,并采用了有限元方法进行求解,分析获得了光纤温度在不同的环境温度、风速和覆冰厚度下的变化规律特征。文中指出了覆冰段与未覆冰段光纤的温差与环境温度初始值大小无关,提供了单独考虑环境温度变化速率或覆冰厚度情况下的临界风速表达式,给出了常见范围内环境温度变化速率以及覆冰厚度下的临界风速值,基于风速值和插值方法可得到常见范围环境温度变化速率以及覆冰厚度下比较准确的临界风速。文中对研究覆冰架空导线在不同气象条件下的温度变化特征以及风速对基于分布式光纤传感的架空导线覆冰监测有效性的影响方面有着一定的参考价值。

瑞利BOTDA系统小波降噪新方法

基于瑞利散射的布里渊光时域分析系统(BOTDA)因为单端入射的特性而有广泛的应用前景。研究了应用提升小波变换对传感信号进行降噪,与传统小波变换相比,提升小波变换结构简单,运算速度快,易于硬件实现。分别利用累加平均法、传统小波变换和提升小波变换对瑞利BOTDA系统传感信号进行降噪,通过信噪比、均方误差和计算时间对三种方法的降噪效果进行比较。结果表明,累加平均法将信噪比提高了约14dB,传统小波变换将信噪比提高了约18dB,计算速度是累加平均法的3.26倍。提升小波变换将信噪比提高了约19dB,计算时间仅为传统小波变换的约60%。结果表明,提升小波变换适用于瑞利BOTDA系统实时降噪处理。

BOTDA在城市角钢结构变形监测中的应用研究

针对城市钢结构建筑难以进行变形监测的问题,通过角钢不同位置布设分布式传感光纤,采用布里渊光时域分析技术(BOTDA)分布式光纤应变温度分析仪,采用裸光纤、紧套光纤两种类型光纤,10 cm、50 cm两种不同空间分辨率进行角钢变形实验分析。实验结果可知:分布式光纤应变传感技术应用于钢结构变形监测完全可以达到要求;裸光纤比紧套光纤更能反映钢结构形变;10 cm比50 cm空间分辨率信噪比低,抗干扰能力较低,在城市角钢结构的变形监测有较好的指导意义。

基于BOTDA的PHC桩挠度分布式检测研究

针对预应力高强混凝土(PHC)管桩桩身在水平荷载作用下挠度大小和分布的检测困难,介绍了基于布里渊光时域分析技术(BOTDA)的桩身挠度检测方法;设计了管桩平推模型试验,推导出了管桩在水平荷载作用下的挠度计算公式;通过模拟和实测数据对比,分析了BOTDA用于PHC桩挠度检测的可行性与准确性,获得了PHC桩在水平荷载作用下的变形规律;结合具体工程,对该方法用于PHC桩身在水平荷载作用下挠度测量的可行性进行了验证。研究结果表明:BOTDA用于PHC桩挠度的检测与监测具有明显的优势,其分布式检测的特点,可以准确获得水平荷载对PHC桩的影响深度和挠度分布;该方法操作简便,性价比高,感测光纤耐久性好,可对桩身挠度分布进行精细化检测与监测,值得在桩基检测与监测中应用推广。

BOFDA技术综述及用于岩土工程监测的可行性研究

布里渊散射光频域分析技术(BOFDA),是一套通过测量连续泵浦光和连续探测光相互作用后产生的布里渊散射光所确定的基带函数的脉冲响应,运用相关计算方法确定传感光纤上物理信息的综合系统。与其它分布式光纤传感器相比,BOFDA可在窄基带下操作,具有分布式、高信噪比、高空间分辨率、低成本、多频信号平行测量和处理、信号动态范围大等优点。本文对BOFDA用于测量应变和温度的基本原理进行了介绍,并对前人做的室内、现场试验进行了概括和总结。