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。

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。

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。

光纤陀螺用保偏光纤温度敏感性测试与分析

针对高精度光纤陀螺的温度敏感性问题,重点研究了光纤陀螺用保偏光纤温度性能。利用具有高空间分辨率的脉冲预泵浦光时域分析技术,测量不同温度点光纤的长度变化量,再根据光纤长度随温度的变化量与折射率温度系数的关系,给出光纤的折射率温度系数。试验共测量了8种国内和国外主流保偏光纤的折射率温度系数,测试结果显示:8种光纤折射率温度系数的最大值与最小值之间相差14%;某型国内保偏光纤与某型国外保偏光纤的折射率温度系数最小,量值基本相同。这种不同类型的保偏光纤折射率温度系数的差异与光纤纤芯的掺杂元素及掺杂浓度是直接相关的。该项测试技术可在基础材料层面提升光纤陀螺的温度性能;通过折射率温度系数测试,优选出更加适用于光纤环圈制作的保偏光纤,从而减小光纤陀螺温度Shupe效应误差,对于提高光纤陀螺的温度性能具有重要意义。

基于分布式光传感技术的变电站地质基础沉降监测

针对广东珠三角地区部分变电站存在地质基础沉降需要监测的问题,提出了一种基于分布式光传感技术、使用应力光缆的变电站地质基础沉降监测方法。该方法的技术原理是布里渊光时域分析(Brillouin optical time domain analysis,BOTDA)技术,监测硬件系统的构成包括光路系统和电路系统,应力光缆选择定点式应变感测光缆,布线方案包括变电站地表敷设和桩孔光缆入地。模拟试验表明,BOTDA技术能够适应变电站地质基础沉降监测的需要,布设应力光缆的同时要布设温度参考光纤或光缆,做好温度补偿。研究结果证明了该方案的可行性,为变电站防治地质基础沉降灾害提供了一种辅助决策和效果评估手段。

分布式光纤监测技术在边坡工程中的应用

光纤分布式应变和温度传感技术可测量长距离的应变和温度分布,在长距离和大范围监测项目上有天然的优势。结合云南曲靖东南过境公路边坡的动态监测项目,确定了基于布里渊光时域分析(BOTDA)技术的分布式光纤监测技术方案,阐述了工程中光纤植入埋设的施工方法。测试数据表明,分布式监测系统数据稳定,满足大范围高精度的监测要求,适合对边坡进行长时间的动态监测。

分布式光纤监测技术在土木结构健康监测中的应用

针对分布式光纤监测技术在土木结构健康监测中的应用,介绍了基于布里渊散射效应的分布式光纤监测技术的特点及分类,详细阐述了三种分布式光纤传感器的原理,对分布式光纤监测技术在结构健康监测领域的应用和发展状况做了论述,并指出了所存在的问题。

不锈钢管智能筋在钢筋混凝土结构应变监测中的应用

为解决光纤传感器易损、测量结果易受外界因素干扰以及布设存活率较低等问题,文章依据布里渊散射原理,基于BOTDA传感技术,通过不锈钢管封装紧皮光纤,自行研制具有监测距离长、精度高、全分布式、耐久性强等优点的不锈钢管智能筋。不锈钢管智能筋具有制备快捷的优点。通过标定不锈钢管智能筋和FRP智能筋的温度和应变灵敏系数进行分析,发现两种智能筋具有良好的温度与应变感知性能;解析试验梁应变监测数据,进行对比分析发现自制不锈钢管智能筋与FRP智能筋的应变监测精度相同,且不锈钢管智能筋的应变监测稳定性优于FRP智能筋。试验结果表明自行研制的不锈钢管智能筋能够解决光纤在粗狂式监测环境中易损的问题,同时具有监测精度高、稳定性好等优点,可对钢筋混凝土结构进行全尺度大范围的监测。

BOTDA在沥青混凝土铺装层裂缝监测中的应用

为了研究分布式光纤传感技术BOTDA在沥青混凝土铺装层裂缝监测中的应用可行性,进行了相关的室内以及现场试验.对埋设于环氧沥青试件中的光纤在车辆荷载和极限温度下的工作性能进行了研究;采用BOTDA对铺装层裂缝监测进行了室内模拟;在此基础上,将BOTDA应用到现场沥青路面的铺装层中,进行路面的温度、残余变形及裂缝监测.研究结果表明,埋设在铺装层内的光纤能够满足实际沥青铺装监测中的抗压性能要求和温度变化要求,紧套光纤比裸光纤更能适用于实际铺面的裂缝监测,并且将BOTDA应用到沥青铺装层裂缝监测中具有很高的精度和稳定性.

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。

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.

基于有限元法的复合海缆温度场的仿真计算

在复合海缆导体温度评估问题的研究中,导体温度是评估光电复合海缆安全状态的一个重要参数,有必要对复合海缆的温度场进行仿真计算。根据传热学基本原理,建立复合海缆温度场的有限元仿真模型,结合受激布里渊散射的布里渊光时域分析技术,实现对海缆导体温度的估算。复合海缆温度场建模时,根据实验结果,采用迭代法对复合海缆的材料物性参数和敷设环境参数进行修正。实验和计算结果验证了复合海缆温度场有限元仿真模型的准确性与参数修正方法的有效性,为在实际工程中运用海缆温度评估提供了理论依据。

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。

Kuwahara滤波在布里渊光时域分析传感图像去噪中的应用

针对布里渊光时域分析(BOTDA)传感图像中信息在空域的相似性,利用Kuwahara滤波对传感图像去噪,根据滤波窗口内相邻像素之间的相关性恢复中心元素值。研究结果表明,Kuwahara滤波的窗口长度设置应小于并接近理论空间分辨率。利用该方法对不同信噪比的BOTDA传感图像进行去噪处理,信噪比平均提高6.7dB,布里渊频移误差平均减小0.58 MHz,空间分辨率保持不变。该方法在不增加BOTDA传感器硬件设备的情况下提高了传感器性能,可用于高分辨率、中长距离传感数据的处理,同时也可用于其他类型的分布式光纤传感系统。

相似材料模型内部竖向应变的BOTDA监测方法

文中研究布里渊光时域分析技术测量相似材料模型采动过程中的覆岩应变。研究结果表明:分布式光纤传感技术能够高精度感知和反映沿光纤某一点处岩层在受到煤层开采影响时的应变变化,为相似材料模拟试验中岩层应变监测提供了一种新途径。

基于分布式应变感测的纤维加筋膨胀土干缩湿胀特性试验

为了研究素膨胀土和玄武岩纤维加筋膨胀土在干缩湿胀过程中的应变分布及其裂缝发育规律,试验设计了一个长100 cm、宽7 cm、高5 cm的室内模型钢槽,将传感光纤埋于钢槽中以测量素膨胀土和玄武岩纤维加筋膨胀土应变。基于布里渊光时域分析技术(BOTDA)获得了土体应变分布。结果表明:在膨胀土干缩湿胀过程中,膨胀土模型区域最大收缩应变与含水率之间呈近似线性的负相关。随着含水率的变化,纤维加筋膨胀土应变量和应变变幅均小于素膨胀土的应变量和变化幅度,说明玄武岩纤维显著降低膨胀土的拉伸应变和收缩应变,限制膨胀土的变形和抑制裂缝的发育。

基于分布式光纤传感器的水中结构动应变测量实验研究

建立单自由度实验模型,通过不同水深下结构动应变的测量,探讨了分布式光纤传感技术应用于水中结构监测的可行性.在结构顶端施加初始位移,释放后使结构产生振动.基于布里渊光时域分析(BOTDA)技术测试不同水深状态下结构的动应变,结合光栅传感器(FBG)进行单点测量,给出了两种方法的测量结果.结果表明:BOTDA可以较好地实现水中结构动应变的分布式测量,但受采样频率和空间分辨率的影响,对单个采样点处的测量精度不如FBG.