基于 BOTDA 的温度和应变测试探讨

基于布里渊散射的分布式光纤传感系统同时具有远距离测量和高精度测量的特点,因此在土木工程监测领域中的运用越来越广泛。根据光纤布里渊频移与光纤应变、温度之间的关系,可以确定光纤各小区间上能量转移达到最大时的频率差,从而得到温度和应变信息,实现分布式测量。基于 BOTDA 的分布式光纤测量系统可以同时测量温度和应变,大大提高了光纤测量的效率。研究发现,在温度测试中光纤的保护层厚度制约了光纤测温的精度,对光纤保护层改进可以提高测温的准确性。在应变测试中,基于 BOTDA 的分布式光纤测量系统对应变测试可以很简便地进行温度补偿,简化了传统应变片测量中的温度补偿,提高了应变测量的准确性,具有很高的性价比。     

基于光纤传感技术的桩体位移监测方法研究

现有光纤传感器的布设方法单一,无法完全适应各类工程的监测要求。为此,从实际工程桩体水平位移监测的需求出发,针对工程施工特点,设计单U型和多U型布设方法,并于室内构建PVC管简支梁模型,利用分布式光纤传感器对PVC管弯曲变形应变进行测量。采用各类应变组合进行挠度计算,分析了各应变组合挠度的试验误差。将上述两种光纤布设方法分别运用于实际工程的桩体水平位移监测中,并对比分析光纤传感器监测数据效果。试验与实际工程分析结果表明：利用分布式光纤计算桩体位移时,应当优先选用垂直基坑开挖面的双轴线应变进行计算,其次可利用其他轴线应变换算成基坑侧应变,进而用双轴线应变计算,而多轴线应变计算会造成多余误差;在实际工程运用时,分布式光纤传感器监测效果优于侧斜管监测效果。     

拉西瓦拱坝混凝土温度监测中的分布式光纤技术应用研究

分布式光纤传感技术越来越广泛地应用于火灾报警、电力火灾监控、温度测量、油气井温度监测等方面,近年来在水利水电工程混凝土温度监测、结构变形、渗流、应力应变监测上也在逐步推广和应用.结合拉西瓦水电站工程,利用分布式光纤传感技术实时监测坝体混凝土温度,对监测资料进行了分析并做了比较系统的应用研究.     

分布式传感光纤测量疏浚土大型充填袋变形

港工建设中采用航道疏浚土作为新型筑堤材料的关键技术研究,对于解决资源短缺和环境制约等问题具有重要意义。由于无法应用传统点式监测技术测量充填袋充填、加载中袋体的受力及变形过程,针对高含泥量疏浚土大型充填袋袋体受力及变形监测等工程实践问题,通过室内标定试验和现场原型试验,开展了传感光纤选型、胶结固定及保护方式、测量精度及误差分析、工程原型应用测试等分布式光纤传感技术应用于高含泥量疏浚土大型充填袋受力及变形测量的可行性研究。试验研究表明,疏浚土大型充填袋袋体受力及变形监测中应选用柔性护套应变传感光纤,以柔性胶固定;选择合适的传感光纤能够使袋体受力及变形的测量精度达到±30με,监测空间分辨率0.1 m,最大应变测量范围30 000με;分布式光纤传感技术是疏浚土大型充填袋袋体受力及变形监测的可靠新型测量方法。     

基于分布式光纤传感器的损伤监测研究

结构损伤的出现通常具有空间位置的任意性,使得传统的离散式传感器难以监测损伤的出现和发展,而分布式光纤传感器具有分布式、长距离、精度高和耐久性长等特点为大型复杂结构的分布式探测提供了可能。首先介绍了BOTDA分布式光纤传感技术与应变的关系,并论述了光纤传感器周围结构出现损伤变形时,传感器会监测到应变显著变化这一监测传感特性,然后制作了钢梁的裂缝损伤模型,应用BOTDA分布式光纤传感系统对梁在正常工作状态、单一裂缝和多裂缝工作状态进行了监测。结果显示,在裂缝损伤出现的位置,分布式光纤传感器监测到显著的应变变化,并可以准确定位损伤位置。通过对钢梁的损伤模拟的研究表明,在单一损伤和多损伤情况下,BOTDA光纤传感器可以准确有效的识别钢梁中裂缝的位置,能够实现复杂结构的分布式损伤监测。更多还原     

基于光纤光栅技术的围岩大应变连续监测研究

围岩应变是地下洞室开挖监测的重要内容之一,采用传统应变监测仪器无法测得连续的围岩大应变。本文结合工程实践,基于光纤光栅位移传感器设计出一种连续测量围岩大应变的改进型大量程光纤光栅应变监测装置。该装置将多支改进型大量程光纤光栅应变传感器组装成串,可连续测得仪器埋设沿线任一测点的应变量。监测成果表明,洞室扩挖时光纤光栅仪器测得围岩应变变化明显,与埋设部位围岩地质结构和施工开挖实际较为吻合,与附近多点变位计监测结果变化规律基本一致。由于光纤光栅仪器具有灵敏度高、精度高等优点,因此能够监测到安装孔内轴向任意间距围岩应变情况。     

基于 DTS 的渗漏定量监测可行性试验研究

本文介绍了分布式光纤温度传感技术渗漏监测的工作原理;对试验光纤进行了温度性能标定,确定了 DTS 激光器的预热时间;在空气、水、含水量8.64%松散砂土和含水量10.83%松散砂土中对铠装光缆进行加热,从介质导热性能方面分析了光纤加热温升过程中剧烈变化段斜率—加热功率关系、渐变段温升—加热功率关系和渐变段斜率—加热功率关系,说明了分布式光纤温度传感系统渗漏定量监测的可行性;讨论了实际工程中分布式光纤温度传感系统渗漏监测提高空间分辨率的光纤合理布置方式。     

基于有限元模拟的分布式光纤监测PCCP断丝可行性研究

作为预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe, PCCP)常见的一种结构破坏形式,断丝的发生会对管体结构的承载能力产生很大的影响。通过某调水工程为原型建立了埋地PCCP的“石-土-管”有限元模型;通过改变断丝数量及断丝位置,分析了不同断丝工况下管体表面应变的变化规律;以有限元计算结果为光纤测值,结合现有分布式应变光纤传感技术的测量精度和空间分辨率,分析了采用分布式光纤应变传感技术监测PCCP断丝的可行性。结果表明：当PCCP发生常见断丝情况时,断丝区表面产生的应变较未发生断丝区域有明显变化,且当断丝数量达到3根及以上时,PCCP表面产生的应变变化均大于2με,且随断丝数量的增加,应变也逐渐增大,即利用目前已有的长距离分布式光纤监测技术对其进行监测在理论上是可行的,可为实际工程中PCCP断丝的分布式光纤监测设计提供指导。     

基于BOTDA的光纤分布式传感温度补偿

布里渊光时域分析(Brillouin Optical Time Domain Analysis, BOTDA) 利用了布里渊受激放大特性,在测量精度和空间分辨率等方面有独特的优势。在应用基于BOTDA的分布式光纤传感技术对结构应变进行监测时,存在布里渊频移对应变和温度交叉敏感的问题。为了消除温度对应变监测的影响,基于BOTDA原理提出了一种温度补偿方法。结果表明该方法可通过附着成一体的应变和温度传感光纤的换算得到消除温度影响后的应变,无需得到待测物温度场,布设安装和数据处理均较方便,温度信息同步性和环境适应性较佳,且成本低廉,与现有温度补偿方法相比具有显著优势。通过对比室内水浴试验和某排水泵站现场试验的结果,可知基于BOTDA的光纤分布式传感温度补偿方法是有效的。     

夹泥灌注桩的光纤传感检测模型试验

为了进一步提高灌注桩基检测水平,介绍基于分布式光纤传感技术的监测原理并设计相关的试验模型,制作含泥量分别为0, 33.3%, 50%, 66.7%, 100%的5种夹泥桩,对不同夹泥桩的光纤温升进行测量,分析不同夹泥桩中光纤温升规律,研究加热功率大小对光纤温升的影响及含泥量对光纤温升的影响。分析结果表明温升与加热功率具有良好的线性关系;光纤温升随含泥量增加而增加,呈现先缓后快的增加规律;光纤温升与其所处桩身介质的结构和导热系数密切相关;该模型试验验证了分布式光纤传感技术用于夹泥灌注桩完整性检测的可行性,也可为基于该技术桩基检测的理论完善提供参考。