分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)-在堤壩安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用與展望

分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)在堤壩安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用與展望黃河水利科學(xué)研究院張清明2007.9一、引言二、分布式光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)三、應(yīng)用與展望堤壩健康問題

滲漏形變

與國外一樣,我國在大中型大壩的安全監(jiān)測(cè)方面做了大量工作,取得了相當(dāng)多的研究成果,但對(duì)于中小型大壩大多沒有建設(shè)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。對(duì)于堤防,多采用地球物理技術(shù)開展隱患探測(cè)、安全評(píng)價(jià)、預(yù)警等工作,目前尚沒有成熟的可供直接利用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。堤壩健康問題

現(xiàn)有的堤壩安全監(jiān)測(cè)多為點(diǎn)式監(jiān)測(cè),易出現(xiàn)監(jiān)測(cè)盲區(qū)及重大險(xiǎn)情漏測(cè)現(xiàn)象,影響監(jiān)測(cè)預(yù)警的可靠性。例如薩揚(yáng).舒申斯克重力拱壩,內(nèi)部?jī)x器達(dá)2500多只,仍然沒能測(cè)到近壩底處486米長(zhǎng)的水平縫,對(duì)于長(zhǎng)達(dá)數(shù)十公里到數(shù)百公里的堤防,此類監(jiān)測(cè)方式更是無法實(shí)現(xiàn)有效、全面的連續(xù)監(jiān)測(cè)。一、引言二、分布式光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)三、應(yīng)用與展望光纖傳感／傳輸特點(diǎn)

靈敏度高使用性能穩(wěn)定耐溫性好耐腐蝕抗電磁干擾能在惡劣的化學(xué)環(huán)境下工作纖芯包層涂覆層護(hù)套

n—

光纖纖芯折射率—

Brillouin頻移

—

聲速

—

泵浦光的波長(zhǎng)

－Brillouin頻移變化量

－溫度變化量

－應(yīng)變變化量

－Brillouin頻移溫度系數(shù)

－Brillouin頻移應(yīng)變系數(shù)

－Brillouin功率變化量

－Brillouin功率溫度系數(shù)

－Brillouin功率應(yīng)變系數(shù)

BOFDA技術(shù)（基于Brillouin光頻域反射）

BOTDR技術(shù)（基于Brillouin光時(shí)域反射）BOTDA技術(shù)（基于Brillouin光時(shí)域分析）分布式光纖傳感技術(shù)

Thefibreisthesensor光纖本身作為傳感器StandardopticalfibreT1T2T3T4……….標(biāo)準(zhǔn)光纖背向散射光一次測(cè)量就可以獲取整個(gè)光纖區(qū)域內(nèi)被測(cè)量的一維分布圖,將光纖架設(shè)成光柵狀,就可測(cè)定被測(cè)量的二維和三維分布情況分布式光纖傳感技術(shù)具有同時(shí)獲取在傳感光纖區(qū)域內(nèi)隨時(shí)間和空間變化的被測(cè)量分布信息的能力分布式光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)信息獲取過程一定頻率的脈沖光進(jìn)行整個(gè)光纖掃描得到的“距離－Brillouin增益”組圖光纖長(zhǎng)度方向上某一個(gè)位置處頻率掃描,得到對(duì)應(yīng)位置處的“頻率－Brillouin增益”組圖一、引言二、分布式光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)三、應(yīng)用與展望瑞典新建和重修的大堤都要求進(jìn)行光纖全線監(jiān)測(cè)滲漏。美國采用加溫的傳感光纜對(duì)堤防的滲流進(jìn)行監(jiān)測(cè)。瑞士在日內(nèi)瓦湖底布置了傳感光纜對(duì)日內(nèi)湖四季的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)?！璂iTeSt-STA201及其軟件系統(tǒng)水利部“948”引進(jìn)項(xiàng)目

——“堤防滲漏與形變?cè)诰€監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)”通過引進(jìn)瑞士世界先進(jìn)的瑞士OMNISENS公司光時(shí)域反射分析系統(tǒng)（DiTeSt-STA202）,利用配套傳感光纜可實(shí)現(xiàn)數(shù)十公里范圍內(nèi)溫度和形變的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。離散型的點(diǎn)式監(jiān)測(cè)有限的傳感器有限的信息僅可獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的擺動(dòng)和應(yīng)變量級(jí)分布式監(jiān)測(cè)可獲取沿程各點(diǎn)的的應(yīng)變與溫度信息每一點(diǎn)擺動(dòng)的頻率與振幅均可獲取分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠獲取全部的結(jié)構(gòu)完整性信息無法捕獲故障信息能夠捕獲故障信息在構(gòu)件失效前進(jìn)行維護(hù)分布式光纖傳感技術(shù)在大壩中施工中的溫度監(jiān)測(cè)分布式光纖傳感技術(shù)在大壩中施工中的溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果BOTDR技術(shù)在三峽庫區(qū)巫山殘聯(lián)滑坡監(jiān)測(cè)的應(yīng)用三峽庫區(qū)巫山殘聯(lián)滑坡下部BOTDR監(jiān)測(cè)應(yīng)變沿光纖分布圖應(yīng)用與展望隧道、地鐵、公路的火災(zāi)監(jiān)測(cè)和報(bào)警隧道及地鐵頂部結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)公路、鐵路路基監(jiān)測(cè)路面的結(jié)冰探測(cè),鐵路監(jiān)測(cè)石油、天然氣輸送管線或儲(chǔ)藏罐泄漏監(jiān)測(cè),防盜監(jiān)測(cè)油庫、油管、油罐的溫度監(jiān)測(cè)及故障點(diǎn)的檢測(cè)煤礦的溫度監(jiān)測(cè),位移及應(yīng)用安全監(jiān)測(cè)電力電纜的表面溫度檢測(cè)監(jiān)控、事故點(diǎn)定位電纜隧道、夾層的火情監(jiān)測(cè)發(fā)電廠和變電站的升溫溫度監(jiān)測(cè)、故障點(diǎn)的檢測(cè)和火災(zāi)報(bào)警大壩、河堤、建筑、橋梁的混凝土固化與養(yǎng)護(hù)溫度應(yīng)變測(cè)試大壩、建筑位移、應(yīng)變測(cè)試河流及湖泊底部地理變化監(jiān)測(cè)光纖通訊信號(hào)竊聽監(jiān)視,垃圾處理站溫度監(jiān)測(cè),山體滑坡監(jiān)測(cè)光纖光纜生產(chǎn)在線控制,光纜維護(hù),工作光纜應(yīng)變監(jiān)測(cè),光纖摻雜物測(cè)量熱、通風(fēng)和空氣條件（HVAC）,外界海洋,森林,野外場(chǎng)所的長(zhǎng)期溫度測(cè)量交通油氣水利土木電力其他多傳感器N個(gè)傳感器,N