分布式光纤测温技术性能分析

光纤传感器可构成传感网络,实现分布式测量,广泛应用于大型建筑物的结构健康监测等方面,因此分布式光纤传感技术成为近年来光纤传感领域的研究热点.文章通过分布式光纤测温系统的工作原理、特点及性能等方面,从基于光纤后向散射的光时域及频域反射技术的分布式光纤测温和基于光复用技术的光纤光栅分布式测温的分布式光纤测温技术两个研究方向进行了综述;同时阐述分析了两个方向在建筑节能测温中的应用情况,并提出了展望.     

电力电缆温度实时在线监测

本文通过比较和讨论目前各种已经被广泛应用的电缆温度检测方式的性能,引出一种光频域反射为基本原理设计而成的分布式光纤温度在线监测系统。同时详细的介绍这一系统的基本原理和特征。然后结合该系统探讨在某一大桥隧道中的具体的布置、光纤的铺设等实际问题,以及该系统配合软件设置能够有效的完成人工设置,从而实现温度报警。通过实践证明,这一系统能够有效的时时的检测高压电缆实时温度。     

分布式光纤测温技术在井下电缆温度监测中的应用

由于煤矿井下作业场所的特殊性,电缆着火引发的重大事故会严重威胁煤矿的安全生产,本文提出采用分布式光纤测温技术对井下电缆温度进行监测预警技术,给出了分布式光纤测温系统的组成、原理和光缆布设方案,对保证井下电力系统的安全运行有重要应用指导价值.     

基于分布式光纤测温技术的灌注桩完整性检测

阐述分布式光纤测温技术的基本原理,分析灌注桩在水化热过程中桩身温度分布与其完整性的关系,提出基于分布式光纤测温技术的灌注桩完整性检测方法。开展现场试验,采用一套可行的光纤铺设方案,对测得数据进行修匀处理,得出试桩浇注完毕后的5组桩身温度分布曲线。试验结果表明：桩顶至35m段桩身完整性较好,35m至桩底段桩身存在不同程度的离析,但5次测量的桩身温度分布曲线变化趋势一致,整体温度突变不大,整个桩身没有严重的缺陷。     

应用于油田开发的光纤传感技术

光纤光栅传感器已在国外的油田开发中得到应用,分布式光纤传感技术尚未成熟,应用于油田开发尚需时日。本文介绍了光纤光栅传感器和各种分布式光纤传感器的原理,重点介绍了基于布里渊光时域反射的分布式光纤传感器。通过和光纤光栅传感器作对比,分析了基于布里渊光时域反射的分布式光纤传感器应用于油井参数监测的优势。     

结构裂缝的分布式光纤监测方法及试验研究

结构裂缝监测是评估结构安全性的重要依据之一,分布式光纤裂缝监测技术可有效避免点式检测空间不连续造成的漏检现象,且易于实现自动化监测。该文提出了布里渊光频域分析计（BOTDA）结合斜交光纤组的裂缝监测方法,通过几何分析得到了光纤应变和裂缝宽度及开展方向的理论模型,并采用标定试验建立了由光纤测试应变反算裂缝宽度及开展方向的数值方程。同时开展了光纤裂缝传感器标距和预拉力大小对测量精度影响的试验研究,并标定了300mm标距的光纤裂缝传感器实测应变和裂缝宽度及夹角的定量关系。最后通过裂缝模拟试验对裂缝开展进行了跟踪监测,结果表明斜交光纤组能有效得到光纤与裂缝之间夹角值并实时监测裂缝宽度变化。     

基于分布式光纤传感技术的封闭空间火源精确定位方法研究

为了解决封闭空间火源精确定位困难的问题,文中提出了一种基于拉曼散射的分布式光纤传感技术的火源精确定位方法,对比分析了分布式拉曼测温系统在温度测量领域的优势,简化了封闭空间火场的火源模型,在分析温度与后向拉曼散射光的关系特性的基础上,给出了传感光纤布阵方案和火源粗略、精确定位的数学模型,并通过实验验证了方法的有效性,实验结果表明本方法定位误差范围可控制在54cm^2以内.此方法解决了封闭空间火灾火源定位精度低的问题,为分布式光纤传感技术在二维、三维空间传感领域提供了一定的理论基础.     

混凝土坝分段连续测温光纤测点精准定位方法研究

分布式测温光纤连续监测大坝多仓混凝土温度时存在测温位置定位不准确的问题,精准定位光纤测点对获取混凝土坝真实温度分布具有非常重要的意义。为准确识别连续测温功能区间和定位有效测温光纤段,首先,结合混凝土坝分布式光纤双股绑扎埋设施工工艺,分析了光纤测温数据的结构特征;其次,建立了基于翻转、平移和曲线拟合的数据对称分析数学模型,确定了新浇仓双股光纤原始监测数据的对称中心;最后,结合浇筑仓埋设光纤关键测点米标记录值、每段有效测温光纤的实际埋设长度、混凝土平均浇筑温度、收仓后24h内光纤测温原始数据及现场实测气温数据,确定了新浇仓有效测温光纤测点数量、光纤玻璃芯感温位置(Length)与仓内监测位置的对应关系,从而实现了新浇仓有效测温光纤段每个测点空间位置的精准定位。白鹤滩工程应用结果表明,利用该方法可准确确定新浇仓有效测温光纤测点空间位置,并利用点温度计与同位置光纤测点监测温度数据对比验证,监测显示21天龄期内两者绝对差值基本在0.8℃以内,同一位置处光纤测与点温度计测温值吻合较好,验证了本文提出的精准定位结果精度和可靠性高,目前已成功完成白鹤滩大坝5个典型坝段共计161仓光纤测点的精准定位,为获取精确可靠的混凝土坝光纤测温原始数据提供了技术保障。     

分布式拉曼光纤测温系统研究进展

分布式拉曼光纤测温系统是一种快速、可靠、稳定的实时在线测量系统,它已经成为工业过程中一种重要的新检测技术.详细介绍了分布式光纤拉曼温度传感原理与系统结构,总结了国内外研究历史,重点介绍了主要应用领域和实际应用案例.     

混沌激光布里渊散射的分布式光纤温度传感

提出一种基于混沌激光布里渊散射的分布式光纤温度传感方法.采用相干长度为88.53 cm的混沌激光作为光源,结合相干域反射技术,利用可变光延迟线调节参考光光程,通过检测传感光纤不同位置的混沌布里渊散射光与参考光的干涉信号,获知整条光纤的温度信息分布.搭建实验系统,研究了注入光功率与偏振态对混沌激光布里渊散射光的特性影响.实验研究待测光纤中固定点的布里渊频移随温度的变化情况,获得1.27℃/MHz的温度系数.在长度为155 m的普通单模光纤上实现空间分辨率为1.2 m的分布式光纤温度传感测量.     

混凝土内部应变分布式光纤实时检测方法及试验研究

布里渊散射光时域分析技术（BOTDA）是1种新型光电监测技术,可对沿光纤轴向的应变、温度进行分布式监测,并具有长距离、分布式、高精度和耐久性等特点,适用于结构的健康监测。系统介绍了基于BOTDA的混凝土内部分布式应变的检测方法,并通过试验研究标定了由气吹再灌浆技术铺设的埋入式传感光纤的工作性能,解决了工程应用中无法将长距离分布式传感光纤埋入混凝土内部的技术难题。试验结果表明,以气吹再灌浆技术铺设的埋入式光纤传感器能有效检测混凝土内部分布式应变,可应用于结构物的全面、长期、稳定、实时的健康监测。     

线型光纤感温火灾探测监控系统的研究与设计

设计了一款基于分布式光纤的上位机监控软件,能够观察到光缆的敷设平面图温度情况,并根据温度实现实时报警.介绍了分布式光纤传感系统的基本原理、结构及硬件系统信号采集模块的优化设计,重点研究了上位机监控软件结构和功能,并用Qt编写上位机软件.系统能够准确地监控和显示待测光纤的空间温度分布状况,且界面友好,实时性强.     

BOTDR技术监测GFRP锚杆应变的试验研究

为掌握玻璃纤维增强塑料(GFRP)锚杆的变形特性,采用布里渊光时域反射测量计(BOTDR)技术,对沿光纤的轴向应变进行分布式监测,得到试验锚杆通体的轴向应变.阐述了BOTDR技术的工作原理以及对GFRP锚杆的张拉应变监测试验过程.试验结果表明:光纤能与锚杆同步变形,BOTDR技术对锚杆体轴向应变的监测效果好,可以替代传统的锚杆应变计.     

基于白光干涉原理的光纤传感技术一Ⅱ．光纤白光干涉测量的基本方法

主要介绍了白光干涉光纤传感原理,描述了光纤中光程的变化和被测参数(如:应变和温度)之间的关系,并讨论了白光干涉光纤传感系统中温度表观应变和温度补偿技术.     

基于光纤技术的井筒围岩稳定实时监测系统

针对井筒围岩变形监测受采动影响的问题,提出了采用光纤传感技术监测井筒围岩变形的方法.研究了光纤传感器的不同埋入方式、粘结材料以及施工工艺对结构变形监测的影响,结合金川Ⅱ矿区14行风井加固工程,设计并布设了光纤光栅传感监测系统.现场监测结果表明,基于BOTDR的分布式光纤传感技术具有实时性、远程和自动监测围岩变形的优点,可以直观地得到井筒在不同位置的围岩变形分布特征,为井筒围岩变形提供了准确的测试数据.     

燃气管道泄漏引发的温度变化研究

研究燃气管道泄漏引发的温度变化,可以构建燃气管道泄漏的光纤传感探测技术的理论基础。该文对燃气管道泄漏处产生的温度变化进行理论分析,对实际数据和物理模型进行了仿真分析。分析结果表明,基于泄露温度变化信号的光纤传感器检测技术具有两个优点:1)对处于不同环境下的燃气管道存在一定的普适性;2)由于内部压力大而更容易发生泄漏的地方,极易被监测到。该研究对于分布式光纤传感器在油气管道故障监测中的应用有一定的指导意义。     

光开关在分布式光纤温度传感系统的应用研究

分析了决定分布式光纤温度传感器系统传感距离的因素,提出了使用光开关扩展系统的传感长度。设计了多模1×2棱镜光开关的单片机驱动接口,计算机软件通过RS232串行接口发出指令控制光开关的切换。测试结果表明,嵌入了1×2光开关可使系统传感光纤长度延伸为原来的2倍。     

干涉型分布式光纤振动传感周界安防监测系统研究

针对长距离、大范围周界安防的需求,设计了复合干涉型分布式光纤振动传感周界安防系统。研究了光纤干涉方式实现振动传感的机理,为克服传统干涉结构两路传感光纤需等长且相互隔离的问题,提出采用Sagnac与Mach-Zehnder复合光路结构,通过测量干涉光强的变化还原调制光信号中的振动信号,实现对入侵行为的感知。实验结果证明,本系统的频率响应范围在100 Hz~20 kHz,可良好还原外界振动信号,在20 km的测试距离内,可灵敏感知外界扰动。     

Advances in fibre optic based geotechnical monitoring systems for underground excavations

Geotechnical stability is a major concern for the long-term safety and integrity of underground infrastructures such as tunnels, railway stations, mine shafts and hydraulic power chambers. An effective geotechnical monitoring system is able to provide adequate warning to underground personnel prior to any unexpected major geotechnical failure. This paper reviews the conventional geotechnical monitoring sensors and the emerging Fibre Optic Sensing(FOS) techniques, pointing out their unique features and major differences. Recent advances in various FOS based monitoring systems, including Brillouin time domain distributed optical sensors and fibre Bragg grating(FBG) sensors, are investigated through a critical review of the laboratory studies and field applications used for underground geotechnical monitoring. Particular emphasis is given to fibre packaging, temperature compensation, installation methods and instrumentation performance in the underground environment. A detailed discussion of the advantages and limitations of each FOS monitoring system is also presented in this paper.