BOTDR分布式光纤传感器及其在结构健康监测中的应用

分布式光纤传感器与传统的传感器相比具有很大的优越性,已经成为传感器领域的研究热点。其中,基于布里渊散射原理的布里渊光时域反射计(BOTDR)是一个重要的发展方向。本文在介绍了BOTDR的测量原理的基础上,设计了一个钢筋的三点弯试验,由BOTDR检测钢筋的上、下表面的应变分布,通过与有限元计算结果的对比,说明了BOTDR可以比较真实地得到结构物的应变分布,将BOTDR用于结构变形的健康监测是完全可行的。     

边坡工程分布式光纤监测技术研究

 通过对边坡及其加固工程进行实时、在线监测,可掌握边坡的变形动态,对滑坡进行预警。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,可满足加固工程安全监测和滑坡早期预警的要求。对布里渊光时域反射技术(BOTDR)的测量原理和优点进行介绍,设计一套基于BOTDR的新型分布式边坡监测系统,详细阐述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。通过将传感光纤按一定的方式布设在加固工程及坡体内,并相互连接构成基于BOTDR的边坡分布式光纤监测系统,进而实现对整个边坡的远程分布式监测。以实际工程为例,对边坡分布式变形监测结果进行分析。结果表明,基于BOTDR技术的边坡分布式光纤监测系统能够准确地反映边坡及加固工程的变形情况,具有显著的优越性,可用于边坡稳定性的监测和预报。     

光纤传感网络在边坡稳定监测中的应用研究

本文设计了一种新型的光纤传感网络。该网络利用分布式光纤应变监测技术(BOTDR),将光纤(光缆)按一定方式布设成网络,埋入边坡表面以下一定位置,通过监测光纤(光缆)的应变变化,推算出边坡的表面变形。对室内模型进行的加载实验表明,该网络对悬挂重物而引起的表面变形很敏感,且能够精确分析发生异常的区域和应变大小,进而对表面变形状态进行三维模拟。     

BOTDR检测钢筋混凝土梁分布式应变的试验研究

为了验证基于布里渊光时域反射计(简称BOTDR)的光纤传感技术应用于桥梁健康监测的可行性,本文在钢筋混凝土简支梁的钢筋和混凝土表面布置了分布式光纤传感系统,对各级荷载作用下构件混凝土和钢筋的应变分布进行了在线监测。试验结果表明,BOTDR光纤传感技术能够准确监测试验梁的应变,并可识别梁的结构性破坏,可以应用于桥梁的健康监测。     

基于BOTDR的锚杆拉拔试验研究

对锚杆应力分布状态的监测一直是岩土锚固工程中的难题之一。针对基于布里渊光时域反射计分布式光纤传感技术的特点设计了传感光纤的布设方案及安装工艺;结合锚杆拉拔试验,分析了这一技术用于锚杆应力状态监测的可行性。结果表明:基于BOTDR的分布式光纤传感技术具有结构简单、易于布设安装和测量范围大的优点,可以直观地得到锚杆在各级荷载下锚杆的通体应力、应变分布特征,试验中获得的多项测试数据的规律性都较好,该技术在锚杆应力应变分布状态的长期监测中具有广阔的应用前景。     

黑龙江呼兰河大桥的光纤光栅智能监测技术

对光纤光栅波长变化与应变的关系进行了理论分析,并通过材料试验和等强度梁试验加以验证;研究了光纤光栅的布设工艺,并在黑龙江省呼兰河大桥预应力箱形梁的施工过程中成功地布设了12个光纤光栅应变传感器与3个温度传感器;布设的传感器监测了预应力箱形梁张拉过程的钢筋应变历程,以及箱形梁静载试验的钢筋应变增量与分布;大桥建成后,利用布设的光纤光栅应变和温度传感器对呼兰河大桥进行了阶段性运营监测,监测了车辆荷载下的应变历程和大桥温度变化过程。监测结果表明埋入的光纤光栅可以方便地监测汽车的流量及其可能的疲劳损伤,为桥梁结构的健康诊断提供依据。一年多的考验表明,光纤光栅的稳定性与耐久性满足钢筋混凝土桥梁结构长期健康监测的要求,性能明显优于传统的电阻应变片。     

分布式光纤传感技术在预制桩基桩内力测试中的应用

分布式光纤传感技术具有分布式和长距离检测等特点,且传感光纤极易植入到成型工程构件中,在线形工程构件的监测和检测中具有独特优势。介绍了布里渊光时域反射计(BOTDR)的传感原理及预制桩传感光纤的植入工艺,给出了基于分布式应变模式下桩身变形和内力的分析方法和计算公式,并结合实例对测试误差来源进行了分析。研究表明:采用开槽粘贴布纤的铺设工艺,实现了预制桩分布式光纤应变测试,可获得桩身轴力、侧摩阻力及桩端阻力的分布特征,简化和完善了预制桩的内力测试工作。测试精度可通过设置参比光纤、提高定位精度、完善铺设工艺及滤波去噪等方法进行提高。     

BOTDR光纤在钻孔灌注桩中的应用

结合某工程大直径、后注浆超长桩现场静载荷试验,采用BOTDR分布式光纤测量技术,跟踪测量静载荷试验中桩身应变分布,确定不同荷载下桩身轴力及桩侧摩阻力、桩端阻力的分布情况。分布式应变采样点最小间距为5cm。测试结果表明,分布式光纤传感器具有较高的测量精度,分布式光纤测量技术相对于传统钢筋应力计方法可以得到更精细的试验数据,为设计提供更丰富的信息。     

3PE防腐管道分布式光纤应变监测试验研究

为了研究3PE防腐层对光纤应变传感器应变传递的影响,设计了3PE防腐管道分布式光纤应变监测试验方案,并提出了分布式光纤应变传感器的布设方法,进行了一系列的荷载试验研究。通过分布式光纤应变传感器测量结果与应变片测量结果以及数值模拟结果的对比,表明3PE防腐层对管道应变的传递几乎没有影响,粘贴于3PE防腐层表面的分布式光纤应变传感器可以准确获得管道的纵向应变。研究成果为应用分布式光纤应变传感器监测3PE防腐管道结构状态提供了科学依据。     

可用于结构健康监测的BOTDR光纤变形检出特性试验研究

应用BOTDR检测技术对用于结构物健康监测的光纤变形检出特性进行了试验研究,包括光纤锥重拉伸试验和光纤压缩与拉张试验。通过试验,分析了光纤应变区长度对检测结果的影响,确定了光纤应变检测段长度的选择区间,验证了BOTDR检测光纤压应变和张应变的有效性。     

分布式光纤监测混凝土梁的应变传递系数与布设工艺

分布式光纤由于其长距离、分布式、实时在线监测,适用于土木工程结构的健康监测。本文基于光频域反射技术(OFDR)的分布光纤技术在型钢构件和混凝土梁外表面分别布置光纤传感器及传统电阻应变片,验证光纤监测数据的有效性,探究钢梁表面光纤封装厚度对应变传递系数的影响及一种适合混凝土表面的光纤布设方式。试验结果表明：分布式光纤传感器能够对结构应变、损伤开裂进行准确的监测,可以有效弥补应变片易损及测试精度不足。在相同布设条件下,0.9 mm分布光纤与2 mm分布光纤在光滑的钢梁表面应变测试偏差率与理论计算应变传递系数差值基本符合。推荐的一种分布光纤表面粘贴布设方式可以弥补传统布设工艺的缺点,在小应变时测试更准确。     

基于BOTDA技术的预应力钢绞线分布式应力监测技术研究

介绍了一种利用分布式光纤传感技术监测预应力混凝土中预应力钢绞线应力、应变状态的新方法。通过在钢绞线表面布设分布式传感光纤,并安装在预应力混凝土的波纹管内,与同一波纹管中的其他钢绞线同时受拉变形,对预应力钢绞线应变进行分布式测量,从而实现预应力混凝土中预应力钢绞线的分布式应力监测。该技术在某高架桥预应力混凝土横梁中成功应用,揭示了预应力钢绞线应力衰减的变化过程。     

浅谈分布式光纤岩土工程监测技术

基于布里渊光时域反射计（BOTDR）的工作原理,介绍了光纤测试技术是近年来国际上研发成功的一项新型的分布式光电传感技术。实践证明通过该技术,将传感光纤按照一定的工艺粘贴在埋置于土体中的测斜管上,由传感光纤实测的应变分布,可以实现深部土体水平位移的在线监测。     

基于BOTDA的地下连续墙分布式变形监测技术研究

介绍了一种利用 BOTDA 分布式光纤传感技术，监测地下连续墙在基坑开挖过程中受力变形过程的方法。通过在地下连续墙钢筋和H型钢上布设分布式光纤传感器，使之能够在基坑开挖过程中自动获取桩身的应变、弯矩、挠度等数据；采用双线的测量方法，具有温度自补偿的能力。     

混凝土面板堆石坝面板挠度分布式监测试验

混凝土面板堆石坝的混凝土面板安全是保证混凝土面板堆石坝安全运行的最重要保障,混凝土面板的挠度变形监测是混凝土面板安全监测的主要组成部分。基于分布式光纤传感技术,提出了一种混凝土面板挠度分布式监测新技术,开展了系统试验测试验证混凝土面板挠度分布式监测新技术测量精度并论证其可行性。建立了基于Matlab程序和准分布式散点应变测试数据的挠度计算方法,结果表明该方法所得计算值与实测结果吻合,各测点挠度变形测量的绝对误差5 mm,平均相对误差3%,挠度变形测量准确度达到mm级,能较好监测不规则挠度变形曲线,验证良好,且实现了全断面分布式挠度变形监测,证明了混凝土面板堆石坝的面板挠度分布式监测新技术的适用性和先进性,并适合大挠度变形测量,可满足300 m级混凝土面板堆石坝在全长范围混凝土面板分布式挠度监测需求。     

边坡分布式和倾斜光纤传感器位移监测方案的探讨

文中介绍了光纤传感器的测量原理及在边坡监测中的优点,并针对以往监测方法的不足,提出了基于(BOTDR)的新型分布式边坡监测系统,详细阐述传感器的布设方法,解决了光纤保护、温度补偿技术的难题,提出有效的整体远程监测系统的构件方案。     

基于BOTDR深基坑工程地下连续墙变形监测应用研究

分布式光纤监测技术应用到基坑支护墙体的变形监测中可弥补传统监测方式实时性差、智能化程度低等缺点。本文介绍了基于BOTDR的光纤感测技术对基坑支护体系地下连续墙的变形监测的传感光缆布设方法、变形计算原理,并对计算过程中产生的误差进行分析。分析结果显示,误差大小与支护墙体的深度、变形大小成正比,与两测线间的距离呈反比。研发了新型高强度应变传感光缆并将其应用于苏州地铁车站的基坑开挖过程引起的支护墙体变形监测中。监测结果表明：三级钢支撑可有效控制变形,该围护结构设计可行,地下连续墙变形在合理范围内;光纤数据与测斜管数据对比基本一致,说明了该计算方法的可行性。研究成果表明该方法可大规模应用于基坑开挖引起的地下连续墙变形实时预警监测。     

PPP-BOTDA分布式光纤技术在白水河滑坡监测中的应用

光纤传感技术是滑坡监测领域较新的方法,通过在白水河滑坡前缘采用定点固定加直接埋设的方式并行布设应变式光纤和温度补偿式光纤,开展地表变形监测。根据PPP-BOTDA分布式光纤理论,对应变式光纤和温度补偿式光纤的应变数据进行温度补偿处理,得到光纤因变形而引起的实际应变。利用巴特沃斯低通滤波去噪方法,比较4组不同采样频率下的滤波效果及残差,确定滤波器阶数n和截止频率Wn。为表征2次监测数据之间的差异,选取光纤2次监测曲线与固定横轴的面积差作为评判指标,获取光纤沿线面积差,得到面积差与光纤应变差异程度之间为正相关关系,同时与野外实测数据进行对比分析。结果表明,采用PPP-BOTDA技术进行滑坡地表变形监测时,利用巴特沃斯滤波器进行去噪处理,并采用应变面积差表征光纤应变差异程度的分析结果,与野外空间地理位置上吻合度较高,对光纤技术在滑坡监测中的应用具有一定的借鉴意义。     

简论桥梁结构试验检测应变和挠度测量方法

应变与挠度作为桥梁结构试验检测的两个物理量,对于整体桥梁结构试验检测起到了至关重要的作用。本文旨在研究桥梁结构试验检测应变和挠度测量方法,从应变电测技术、光纤应变测试方法、钢弦式应变测量传感器以及新型的挠度测量方法的角度详细进行阐述,为我国桥梁检测的发展提供一些可行性的思路。     

分布式光纤传感器监测预应力锚索应力状态的试验研究

对预应力锚索应力分布状态的监测一直是岩土预应力锚固工程中的难题之一，而布里渊光时域反射计（BOTDR）光纤应变传感技术是一项新型光电监测技术，可对光纤及其附着支护表面的轴向应变实现分布式监测，因此研究如何将其应用于岩土工程预应力锚固体系的应力监测具有重要的理论意义与工程价值。分别对1根钢铰线锚索与3根基纶纤维增强复合塑料（AFRP）锚索进行了应力状态监测试验，分布式应变采样点最小间距为5cm。测试结果表明，分布式光纤传感器具有较高的测量精度，光纤传感器与应变计测量结果之间的相对误差小于3．8％。在张拉锚固阶段，1根钢铰线锚索的预应力损失为8．8％，3根AFRP锚索的预应力损失小于6．08％；30d后钢铰线锚索预应力损失为11．1％，AFRP锚索预应力损失小于10．3％。由此可见，将BOTDR分布式光纤传感技术应用于岩土工程预应力锚索的应力分布状态监测具有广阔的前景。