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。

钻孔灌注桩位移BOTDR分布式光纤监测技术

为了解决常规监测均为点式,成活率低,实时、并行和自动化监测程度低,缺少长距离和大面积的监测技术,监测系统的集成化程度不高等不足,采用布里渊光时域反射技术(BOTDR)实现对被监测对象的实时、长距离和分布式的监测,验证了该技术在钻孔灌注桩位移监测上的可行性,并具备分布式、不需要回路、长距离、耐久性好等优点。

基于分布式光纤的蜂窝夹层结构脱粘损伤监测

航空航天蜂窝夹层结构服役环境恶劣,需要发展相应的结构健康监测技术以保证结构的安全运行。脱粘损伤因发生在内部胶层而难以监测,该文采用埋入胶层的分布式光纤传感器对蜂窝夹层结构脱粘损伤进行监测。在预埋损伤监测试验中采用高强光纤和边界浅槽的方式提高传感器存活效率,得到脱粘损伤应变特征。采用参数化建模方式对不同损伤位置进行大量有限元模拟,加入白噪声后得到含有脱粘损伤特征的13500组数据。将模拟数据代入卷积神经网络进行训练,训练后的网络对试验损伤数据的识别准确率达到98.84%。该方法能够识别20 mm^(2)脱粘损伤,同时定位平均误差小于4 mm。

基于光纤陀螺的堆石坝内部沉降分布式监测技术研究

针对传统堆石坝内部沉降监测技术已难于满足超高堆石坝内部沉降监测需求。文章开发了基于光纤陀螺仪(FOG)的堆石坝内部沉降分布式监测系统,该系统主要由监测管道、监测小车和牵引装置组成。推导FOG监测系统测量坝体内部沉降的原理,考虑监测小车不匀速问题,建立监测小车运行速度函数关系,引进经验模态(EMD)-小波混合降噪方法滤除监测小车运行过程中的振动噪声和FOG漂移误差。该监测系统成功应用于猴子岩面板堆石坝。现场监测结果表明,FOG2次独立测量结果的相关系数为0.986,说明FOG监测系统工作性能稳定,与水管式沉降仪测量结果基本一致,验证了该系统的可行性和准确性。

基于多维参量分布式光纤传感的架空输电线路覆冰监测技术

对比总结了典型DOFS技术的基本原理与系统结构,对现有输电线路覆冰监测技术发展现状进行介绍。在此基础上提出了一种多维参量分布式光纤传感技术,能够实现对线路的应变、温度、振动、衰耗等状态参数进行分布式的实时监测。与现有的单参量、双参量传感监测方案相比,使用多维参量方案对线路进行融合感知,可以有效提高监测的准确度,降低误判率、误报率,为输电线路的安全稳定运行提供重要保障。

基于机器学习的架空输电线路分布式光纤风速监测方法

相位敏感型光时域反射技术(φ-OTDR)与光纤架空复合地线(OPGW)中的既有通信光缆相结合,能够获取架空输电线路沿途风致舞动引发的光纤振动。但是振动信号与实际风速之间的映射规律难以获取,传统上多依赖人工判断。为了解决这个问题,将随机森林算法引入分布式光纤风速监测的数据分析中,在一条全长约44.16 km的220 kV线路上进行了为期3个月的现场实测。实验结果表明,所提出方案能够分布式实时预测风速并评估其对架空输电线路的影响,辅助评估风荷载可能带来的潜在风险,指导后续的运维和改造,确保架空输电线路的安全可靠运行。

基于分布式光纤传感技术的北京宋庄地面沉降和地裂缝综合监测

针对地面沉降及地裂缝,传统点式监测技术手段难以实现地质体变形的连续监测,且无法通过地面沉降、地裂缝的综合监测定量分析两者之间的关系。基于钻孔全断面分布式光纤监测技术实现了地面沉降和地裂缝同步监测,根据监测结果对北京宋庄地区地下水-地面沉降-地裂缝之间的关系进行了分析。监测结果表明,宋庄地面沉降主要受到地下水开采影响,含水砂层抽水发生压缩变形,地裂缝两侧均存在明显的地面沉降,且差异沉降显著;差异沉降量和地裂缝变形量均持续增大,但增大速率放缓。地面沉降、地裂缝同步监测结果表明,该地区地裂缝发育主要受地层差异沉降影响。

分布式光纤监测技术在水平井分段压裂中的应用

水平井分段压裂过程中,涉及大量繁杂的数据监测与处理工作,同时,压裂过程的不确定性给实时监测带来了更大的难度。传统的井下监测方式存在监测精确度低、受电磁干扰、成本高昂等问题,分布式光纤传感技术的产生,为这些亟待解决的难题提供了新的解决思路。分布式光纤传感技术以其成本低、耐高温、性质稳定、不受电磁干扰等优势,逐渐在油田得到应用。对水平井分段压裂的应用现状进行研究,分析了分布式光纤传感技术原理,总结了分布式光纤的井下安装方式,归纳了分布式光纤传感技术在水平井分段压裂中的应用现状,最后提出了分布式光纤监测技术的发展建议。研究认为:目前,分布式光纤传感技术已受到广泛关注,将成为井下监测的重要工具;分布式光纤传感在水平井分段压裂中的应用主要有压裂液注入分布诊断、人工裂缝起裂及延伸诊断、封隔器泄漏监测和DTS/DAS数据定量解释;对未来温度和声学监测数据的解释方法将向定量解释的应用方向发展。

基于分布式光纤的地铁隧道安全风险监测技术及其应用

全站机器人监测系统是地铁隧道安全风险监测的重要技术手段之一,但监测点相对有限。本文基于分布式光纤测量数据,提出了一种基于分布式光纤的地铁隧道安全风险监测技术。首先,将分布式光纤监测系统获取的应变数据映射为更加直观的变形位移数据;然后,通过确定3个输入参数、2个隐含层、1个输出参数,构建基于BP神经网络的应变-位移转换模型,验证结果表明,预测值和真实值的误差在0.2 mm以内,说明所建模型能较好地拟合数据的变化规律;最后,将其应用于青岛地铁1号线某区间,确定401.66~699.45με作为各测点预警值的安全区间,202.49~899.98με作为控制值的安全区间,计算结果与现场实测结果相吻合,误差满足工程需要。

基于分布式光纤传感技术的风电叶片变形监测研究

为研究风电叶片在服役过程中的变形特性,采用分布式光纤传感技术,对叶片在静力试验中的应变场进行监测。试验结果表明,分布式光纤光栅(FBG)传感器能够有效测量风电叶片在静力试验中的各关键部位的应变信息,能承受大载荷下的高应变,测量结果与电阻应变片测量值基本吻合,验证光纤传感技术在风电叶片监测上的可靠性和有效性,为以后风电叶片的挂机在线监测提供可行方案。

基于ROTDR分布式光纤传感的机房温度监测系统设计

机房服务器持续在密闭、狭窄、无人的工作环境下运行,伴随着设备升温及散热条件等限制,容易造成温度过高出现故障、烧坏,甚至起火引发事故。目前,传统的机房温度监测方法限于电学方法、红外热成像探测法、光纤光栅测量法,较少涉及高精度、连续性测量方式。笔者采用在服务器机体表面引入光纤的方案,设计并搭建用于机房测温的ROTDR分布式光纤传感系统,实现集成化直接测量。该系统具有精度高、稳定性强和响应时间快的优点,为机房温度安全监测和故障预警提供了可靠的理论依据。

基于植入式分布式光纤传感技术的引黄涵闸混凝土温度监测方法及其应用

准确获取混凝土浇筑及固化过程中的温度特征参量变化对于了解及掌握黄河流域引黄涵闸工程建设中混凝土开裂产生原因具有重要意义。目前黄河流域引黄涵闸建设工程中主要采用热成像方式测量其表面温度,难以实时获取混凝土的整体温度特征。采用植入式分布式光纤传感技术在对引黄涵闸工程山东段混凝土温度进行监测,在混凝土浇筑前,将传感光缆预先布设于结构钢筋两侧,从而实时有效地监测混凝土浇筑和固化过程中的内部温度特征。实验结果表明,采用植入式分布式光纤传感技术,可以实时监测混凝土各个点位的温度变化及固化过程中的温度异常点,同时,该方案可以有效分析混凝土固化过程中温度特征及整体变化情况。依托分布式光纤传感技术实现引黄涵闸混凝土温度监测,对黄河流域同类工程建设具有重要的借鉴意义。

基于分布式光纤声波传感的光缆状态监测研究

针对目前分布式光纤声波传感技术监测光缆灵敏度低的问题,提出了一种基于优化分布式光纤声波传感的光缆状态监测模型。首先通过理论分析了不同结构电缆的灵敏度,从而在理论层面分析影响灵敏度因素。其次基于优化分布式光纤声波传感测试不同传感电缆的灵敏度。实验结果表明,直径越小、杨氏模量越小的光缆可以有效提高灵敏度。结果与理论结果一致,表明所提方案对电缆状态监测的发展具有一定借鉴作用。

基于后装分布式光纤的高架桥桩基监测技术研究

在分析分布式光纤、桩基后装光纤监测原理的基础上,提出一种基于后装分布式光纤的高架桥桩基监测技术。结合实际工程应用,从预埋超声波检测管、安装布置后装式光纤、分布式光纤熔接与监测方面介绍该监测技术的安装工艺;以广州某高架桥B匝道为例,采用该技术监测承台施工后长短组合桩基、独柱式大悬臂桥墩施工后长短组合桩基的轴力和变形,并与传统监测方法进行经济效益对比。结果表明,该技术的监测成本低,具有良好的推广应用前景。

基于分布式光纤传感技术的道路监测系统

公路的实时状态监测事关人民群众的生命安全。文章采用点(星链无人机)线(光纤)结合的思路,使用分布式光纤传感线性阵列实时监测公路全线,一旦检测到有滑坡、路面塌陷等异常情况发生,立即用光纤实时上传给后台系统,后台系统会自动分析并报警,同时提供报警地点的坐标位置。然后,针对具体报警地点,后台系统会派出星链无人机优先对高报警等级的报警点进行现场低空超清视频拍摄,并使用卫星宽带网络进行超清视频的实时回传。

水电站混凝土面板堆石坝分布式光纤传感技术变形监测研究

水电站混凝土面板堆石坝的安全性和稳定性对于下游人民的生命和财产安全至关重要。为保障大坝的建设和运行安全,本文提出分布式光纤传感技术的水电站混凝土面板堆石坝变形监测方法,首先布设与安装分布式光纤监测传感器,获得光纤长度方向上被测参数的连续分布;其次构建出混凝土面板堆石坝有限元模型,反映连续介质的剪切滑移、分离等多种变形特点;最后计算水电站坝体内部沉降等的变形数据。结果表明:该方法对坝体的变形进行监测后得到的结果与试验设定的变形数值误差较小,而测量机器人对大坝表面变形自动化监测的方法误差较大,其最大误差为3.87 mm,与本文使用的方法相比,误差多了3.52 mm,证明分布式光纤传感技术在水电站混凝土面板堆石坝变形监测方面具有较高的可行性。

基于分布式光纤测温装置的储能站温度监测系统设计

该文设计了一种基于分布式光纤测温装置的储能站温度监测系统,该系统以分布式光纤测温技术为核心,实现对储能站内部温度的高精度、实时监测。首先,介绍了分布式光纤测温技术的基本原理和优势,详细阐述了基于光纤拉曼散射的测温装置工作原理和关键技术。接着,对储能站温度监测需求进行分析,提出基于光纤拉曼散射的测温装置硬件架构和储能站温度监测系统的整体设计方案。最后,对未来技术发展及应用前景进行展望。

分布式光纤传感技术在市政排水管道结构健康监测中的应用

文章介绍了分布式光纤传感技术在市政排水管道结构健康监测中的应用。基于布里渊效应的分布式光纤传感技术BOTDR,可以同时测量光纤沿线的应力和温度分布情况。通过数据特征分析,可以诊断出应力异常、沉降变形、裂缝病害、泄漏渗漏等多种管道结构异常事件。分布式光纤传感技术具有无源本质、恶劣环境下使用寿命长、覆盖范围广、综合成本低等优点,在市政管道监测中具有较高的应用前景。

基于分布式光纤传感的架空输电线路覆冰监测技术研究

文章针对输电线路覆冰监测的技术需求,提出一种基于分布式光纤传感的创新解决方案。通过布拉格光栅和布里渊散射光纤的互补配置,实现了覆冰过程的高精度、大范围分布式监测。同时,采用自适应权重支持向量机(Support Vector Machine,SVM)和长短期记忆网络(Long Short Term Memory,LSTM)模型,构建覆冰事件的智能识别和预测功能。仿真结果表明,该系统在测量精度、响应速度、空间分辨率等方面具有显著优势,为输电线路的安全运维提供了有力支撑。

基于Φ-OTDR分布式光纤振动传感技术及其在公路边坡落石监测中的应用研究

本文通过对Φ-OTDR分布式光纤振动传感技术进行分析,对高功率、高稳定性激光脉冲光源、高速数据采集分析技术、提高信噪比方法、不同振动信号的波形及数据库样本分析、传感光缆的铺设技术进行研究,同时对信号传输、现场告警,视频联动技术进行研究,提出一种基于Φ-OTDR分布式光纤振动传感技术的公路边坡落石监测系统架构,整个系统由五个部分组成:光纤传感振动监测子系统、视频监测子系统、现场通讯子系统、现场告警子系统及后端软件平台。落石监测系统最终应用于南投落石监测项目中,实时监测公路边坡落石情况,提醒来往车辆人员注意安全,并将落石告警信息和现场短视频传送给运维人员line/微信端,提高运维效率。通过一段时间的持续观察,落石监测准确率可达95%以上。