論分布式光纖監(jiān)測技術(shù)在我國的發(fā)展

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1、今怖式蕪笄曲測啟*在我?的茨展摘要本文簡述了分布式光纖監(jiān)測技術(shù)在我國大壩安全監(jiān)測屮的應(yīng)用情況，詳細(xì)闡述了兩類分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)的原理、主要特點(diǎn)及性能，對今后分布式光纖監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展作了展望。關(guān)鍵詞分布式監(jiān)測光纖1我國大壩分布式光纖監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用概況20世紀(jì)70年代，光纖監(jiān)測技術(shù)伴隨著光導(dǎo)纖維及光纖通信技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來。與傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)相比，光纖監(jiān)測技術(shù)有-?系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：(1)光纖傳感器的光信號作為載體，光纖為媒質(zhì)，光纖的纖芯材料為二氧化硅，因此，該傳感器具有耐腐蝕，抗電磁干擾，防雷擊等特點(diǎn)，屬本質(zhì)安全；(2)光纖本身輕細(xì)纖柔，光纖傳感器的體積小，重量輕，不僅便于布設(shè)安裝，

2、而且對埋設(shè)部位的材料性能和力學(xué)參數(shù)影響英小，能實(shí)現(xiàn)無損埋設(shè)；(3)靈敏度高，可靠性好，使用壽命長。分布式光纖監(jiān)測技術(shù)除了具有以上的特點(diǎn)外，還具有以下二個(gè)顯苦的優(yōu)點(diǎn)：(1)可以準(zhǔn)確地測出光纖沿線任一點(diǎn)的監(jiān)測量，信息量大，成果直觀；(2)光纖既作為傳感器，又作為傳輸介質(zhì)，結(jié)構(gòu)簡單，不僅方便施工，潛在故障大大低于傳統(tǒng)技術(shù)，可維護(hù)性強(qiáng)，而且性能價(jià)格比好。我國從20世紀(jì)90年代后期在新跚石門子水庫首次利用分布式光纖監(jiān)測技術(shù)測量碾壓混凝土拱壩溫度以來，至今已有多個(gè)工程應(yīng)用，并且，我國已有專門從事分布式光纖監(jiān)測儀器設(shè)備制造廠——寧波振東光電有限公司，發(fā)展極為迅速。由于水電水利工程小有許多物理場需

3、要監(jiān)測，如溫度場、應(yīng)力場、位移場、滲流場等等。以往釆用單點(diǎn)監(jiān)測方法，測點(diǎn)少，成果不總觀，需要通過分析才能最終了解場的情況，這種傳統(tǒng)的單點(diǎn)監(jiān)測方法不僅費(fèi)工、費(fèi)吋、費(fèi)錢，而且效果也不理想。而如果采用分布式光纖監(jiān)測技術(shù)就可以準(zhǔn)確地測定光纖沿線任一點(diǎn)上的溫度、應(yīng)力和位移，信息量大，成果直觀。如果將光纖按一定的網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)，可實(shí)現(xiàn)對大壩安全的全方位監(jiān)測，可以克服傳統(tǒng)點(diǎn)式監(jiān)測容易漏測和滲流難以定位的弊端，極大提高女全監(jiān)測的有效性，如俄羅斯薩揚(yáng).舒屮斯克重力拱壩，內(nèi)部儀器埋設(shè)達(dá)2500多支，竟未測出壩基長達(dá)486m的水平縫，直至該縫向壩內(nèi)延伸2()余米，引起廊道漏水才被發(fā)覺，這充分說明點(diǎn)式監(jiān)測的局限

4、性，因此，分布式光纖監(jiān)測技術(shù)倍受青睞。從監(jiān)測內(nèi)容看，當(dāng)前我國應(yīng)用大致可分為四類。第一類是溫度監(jiān)測。如設(shè)直于新疆石門子碾壓混凝土拱壩內(nèi)的分布式光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)置于三峽人壩內(nèi)的分布式測溫系統(tǒng)，設(shè)置于廣東長調(diào)水電站混凝土面板的溫度監(jiān)測系統(tǒng)等等。由于分布式光纖監(jiān)測測點(diǎn)多，信息量大，都獲得了較好的監(jiān)測成果，較全而地反映了大壩溫度場的分布情況。第二類是滲流定位監(jiān)測。如設(shè)置于廣東長調(diào)水電站面板周邊縫的分布式光纖溫度——滲流監(jiān)測系統(tǒng)。水庫莆水期間，即發(fā)現(xiàn)周邊縫有兒處滲漏點(diǎn)，對滲漏定位相當(dāng)有效。笫三類是位移和隨機(jī)裂縫監(jiān)測。如設(shè)置于隔河巖電站水庫草家田滑坡中的螺旋型分布式光纖位移監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)置于湖

5、北古洞口面板堆石壩面板上的隨機(jī)裂縫光纖自診斷系統(tǒng)。由于單模光纖抗拉強(qiáng)度不高，能測隨機(jī)裂縫的縫寬不大，當(dāng)裂縫大于2mm時(shí)，光纖易被拉斷。因此，對隨機(jī)裂縫的監(jiān)測生命期尚不長。笫四類是裂縫監(jiān)測。如設(shè)置于古洞口面板堆石壩周邊縫面板間縫的準(zhǔn)分布式光纖測縫計(jì)監(jiān)測系統(tǒng)。通過監(jiān)測，也獲得了光纖測縫計(jì)埋設(shè)處縫寬變化的較好效果。當(dāng)前，在建和擬建的水電水利工程，如索風(fēng)營水電站、景洪水電站、三板溪水電站、水布婭水電站、灘坑水電站、錦屏-?級水電站、瀑布溝水電站、拉西瓦水電站等等，在大壩安全監(jiān)測中，都正在或計(jì)劃采用分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)。分布式光纖監(jiān)測技術(shù)在碾壓混凝土壩的應(yīng)用發(fā)展較快，繼新疆石門子碾壓混凝土拱壩

6、后，索風(fēng)營碾壓混凝土重力壩，景洪碾壓混凝土重力壩都已經(jīng)和準(zhǔn)備應(yīng)用。對碾壓混凝土壩，分布式光纖監(jiān)測具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢，因?yàn)樗鼘κ┕じ蓴_小，它既具有監(jiān)測溫度場的功能，又兼有對碾壓層面進(jìn)行滲流定位監(jiān)測的功能。從冃前應(yīng)用情況來看，光纖網(wǎng)絡(luò)布置冇二種形式。一種是平面網(wǎng)絡(luò)形式，光纖連續(xù)地沿壩體橫斷面自下而上作蛇形布置；期一種是空間網(wǎng)絡(luò)形式，取某壩段作監(jiān)測對象，光纖自下而上連續(xù)地沿水平截面從左至右或從右至左作蛇形布置。空間網(wǎng)絡(luò)布宜不僅可以監(jiān)測多個(gè)橫斷面的溫度場，了解施工期和運(yùn)行期壩體溫度空間分布和變化情況，而且可以對碾壓層面進(jìn)行滲流定位監(jiān)測。2兩種分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)其實(shí)是分布調(diào)

7、制的是光纖傳感系統(tǒng)。所謂分布調(diào)制，就是沿光纖傳輸路徑上的外界信號以一定的方式對光纖中的光波進(jìn)行不斷調(diào)制(傳感)，在光纖中形成調(diào)制信息譜帶，并通過獨(dú)特的檢測技術(shù)，介調(diào)調(diào)制信號譜帶，從而獲得外界場信號的大小及空間分布。因此，分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)通常由激光光源，傳感光纖(纜)和檢測單元組成，是-?種自動化的監(jiān)測系統(tǒng)。按照調(diào)制方式的不同，分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)分為分布式傳光型光纖監(jiān)測系統(tǒng)和分布式傳感型光纖監(jiān)測系統(tǒng)或準(zhǔn)分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)和分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)。2.1分布式傳光型(準(zhǔn)分布