分布式光纤传感监测技术-在堤坝安全监测中的应用与展望

分布式光纤传感监测技术在堤坝安全监测中的应用与展望黄河水利科学研究院张清明2007.9一、引言二、分布式光纤监测技术三、应用与展望堤坝健康问题

渗漏形变

与国外一样,我国在大中型大坝的安全监测方面做了大量工作,取得了相当多的研究成果,但对于中小型大坝大多没有建设安全监测系统。对于堤防,多采用地球物理技术开展隐患探测、安全评价、预警等工作,目前尚没有成熟的可供直接利用的监测系统。堤坝健康问题

现有的堤坝安全监测多为点式监测,易出现监测盲区及重大险情漏测现象,影响监测预警的可靠性。例如萨扬.舒申斯克重力拱坝,内部仪器达2500多只,仍然没能测到近坝底处486米长的水平缝,对于长达数十公里到数百公里的堤防,此类监测方式更是无法实现有效、全面的连续监测。一、引言二、分布式光纤监测技术三、应用与展望光纤传感／传输特点

灵敏度高使用性能稳定耐温性好耐腐蚀抗电磁干扰能在恶劣的化学环境下工作纤芯包层涂覆层护套

n—

光纤纤芯折射率—

Brillouin频移

—

声速

—

泵浦光的波长

－Brillouin频移变化量

－温度变化量

－应变变化量

－Brillouin频移温度系数

－Brillouin频移应变系数

－Brillouin功率变化量

－Brillouin功率温度系数

－Brillouin功率应变系数

BOFDA技术（基于Brillouin光频域反射）

BOTDR技术（基于Brillouin光时域反射）BOTDA技术（基于Brillouin光时域分析）分布式光纤传感技术

Thefibreisthesensor光纤本身作为传感器StandardopticalfibreT1T2T3T4……….标准光纤背向散射光一次测量就可以获取整个光纤区域内被测量的一维分布图,将光纤架设成光栅状,就可测定被测量的二维和三维分布情况分布式光纤传感技术具有同时获取在传感光纤区域内随时间和空间变化的被测量分布信息的能力分布式光纤监测技术信息获取过程一定频率的脉冲光进行整个光纤扫描得到的“距离－Brillouin增益”组图光纤长度方向上某一个位置处频率扫描,得到对应位置处的“频率－Brillouin增益”组图一、引言二、分布式光纤监测技术三、应用与展望瑞典新建和重修的大堤都要求进行光纤全线监测渗漏。美国采用加温的传感光缆对堤防的渗流进行监测。瑞士在日内瓦湖底布置了传感光缆对日内湖四季的温度进行监测。……DiTeSt-STA201及其软件系统水利部“948”引进项目

——“堤防渗漏与形变在线监测及预警系统关键技术”通过引进瑞士世界先进的瑞士OMNISENS公司光时域反射分析系统（DiTeSt-STA202）,利用配套传感光缆可实现数十公里范围内温度和形变的实时在线监测。离散型的点式监测有限的传感器有限的信息仅可获取监测点的摆动和应变量级分布式监测可获取沿程各点的的应变与温度信息每一点摆动的频率与振幅均可获取分布式监测系统能够获取全部的结构完整性信息无法捕获故障信息能够捕获故障信息在构件失效前进行维护分布式光纤传感技术在大坝中施工中的温度监测分布式光纤传感技术在大坝中施工中的温度监测结果BOTDR技术在三峡库区巫山残联滑坡监测的应用三峡库区巫山残联滑坡下部BOTDR监测应变沿光纤分布图应用与展望隧道、地铁、公路的火灾监测和报警隧道及地铁顶部结构安全监测公路、铁路路基监测路面的结冰探测,铁路监测石油、天然气输送管线或储藏罐泄漏监测,防盗监测油库、油管、油罐的温度监测及故障点的检测煤矿的温度监测,位移及应用安全监测电力电缆的表面温度检测监控、事故点定位电缆隧道、夹层的火情监测发电厂和变电站的升温温度监测、故障点的检测和火灾报警大坝、河堤、建筑、桥梁的混凝土固化与养护温度应变测试大坝、建筑位移、应变测试河流及湖泊底部地理变化监测光纤通讯信号窃听监视,垃圾处理站温度监测,山体滑坡监测光纤光缆生产在线控制,光缆维护,工作光缆应变监测,光纤掺杂物测量热、通风和空气条件（HVAC）,外界海洋,森林,野外场所的长期温度测量交通油气水利土木电力其他多传感器N个传感器,N