分布式光纤监测技术的有效运用
2015年5月20日 17:19 作者:张冲
分布式光纤监测技术的有效运用
张冲
（通号工程局集团有限公司 北京市丰台区100070）
摘要：结合分布式光纤监测技术的背景，特点、种类等方面，对分布式光纤检测技术的有效运用做一个简单的概述，并对其在实际运用过程中显现出来的特点进行分析总结。
关键词：涡轴发动机；耗油率；轴功率；清洗
一、分布式光纤监测技术的研究背景和应用特点
光纤技术于二十世纪七十年代被发现，因其具有灵敏度高、安全性高以及使用寿命较长的特点，在通信技术方面有了一定的运用。随着科研技术的进一步发展，光纤的应用变得十分广泛，现代通信几乎全部采用光纤技术，另外在医疗、采矿和石油工业等方面也因为有了光纤的加入节省了很大的人力、财力和物力。
随着人们安全意识的提高，特别是在工业上，传统的监测方法已经不能满足人们对监测技术提出的新要求。为改进传统的监测方法，在其基础上考虑加入光纤传感技术，构成光纤传感监测技术用来监测重要的结构件的受载情况，并对其内部的温度，压力进行监测，及时的发现重要结构件内部的损伤，提早的进行预防，及时的进行检修和维护，以免发生重大的安全事故。作为一种新型的监测方法，光纤监测技术以其灵敏度高、耐腐烛、抗干扰能力强等优点正越来越多地受到人们的重视，现在，一些工业技术发达的国家，例如美国、日本等已经将光纤传感技术用于监控工业中，而对国内的监测技术而言，光纤监测技术在土木工程结构中的应用已经取得了一定的成就。
光纤监测技术的迅猛发展与其独特的优点分不开，首先，光纤监测技术是以光纤作为传播媒介、以光信号作为载体，具有很高的灵敏度和监测精度，同时具有很强的抗干扰能力，具有很高的安全性能，其次，光纤纤心的材料为SO2因此光纤传感器耐腐蚀、使用寿命长，最后，光纤质轻柔软，制作出来的光纤传感器的体积小并且重量轻，这样方便安装同时在安装后对其他结构部件的性能影响小。
作为近几年来的研究热点，分布式光纤监测技术除了具备有普通光纤技本身所具有的优良性能外还体现出了两个较为独特的优良性能，其中之一便是在光纤上的任何地方设置的监测点都可以较为精确的测出需要的数据，获取的信息量大并且能得到较为直观的成果。另外一个则是光纤作为传输媒介的同时又作为传感器，精简结构的同时，也为施工和维护检修提供了很大的方便。
二、分布式光纤监测技术的运用
2.1分布式光纤监测系统及其技术运用分类
分布式光纤监测系统其实就是分布调制的光纤传感系统。所谓分布调制，就是沿光纤传输路径上的外界信号以一定的方式对光纤中的光波进行不断调制( 传感) ，在光纤中形成调制信息谱带，并通过独特的检测技术，介调调制信号谱带，从而获得外界场信号的大小及空间分布，因此，分布式光纤监测系统通常由激光光源、传感光纤( 缆) 和检测单元组成，是一种自动化的监测系统【1】。
从分布式光纤监测技术的监测内容看，其运用大致可分为以下四种情况：
（1）在渗流定位监测方面的运用，如布置在某水电站面板周围的渗流监测系统，在水库蓄水期间，有几处渗漏点被及时的监测到，通过采取一定的措施维护了电站的安全。
（2）在位移和随机裂缝监测方面的运用，如隔河岩水电站水库在覃家田滑坡中的螺旋型位移监测系统、湖北古洞口面板堆石坝面板上的随机裂缝自诊断系统，但这2个监测系统由于其单模光纤抗拉强度不够高(当裂缝大于2ｍｍ时光纤易被拉断),故能测量的随机裂缝的缝宽不够大,因此对随机裂缝的监测生命期尚不长【2】。
（3）在裂缝监测方面的运用，如古洞口面板堆石坝周边缝及面板间缝的准分布式光纤测缝计监测系统，对光纤测缝计埋设处缝宽变化的监测获得了较好效果【2】。
（4）在温度监测方面的运用，如设置于广东长调水电站和位于新疆石门子碾压混凝土拱坝内以及三峡大坝内的分布式测温系统，由于合理的进行了测点的布置，最后获得了很大的监测信息，起到了良好的监测作用，将监测场内的温度场的分布情况较为全面的反映了出来[3]。
2.2分布式光纤监测技术的实际运用分析
地质灾害在我国发生的频率相对来说是比较高的，特别是在西南地区，如果采用传统的监测技术，如果地质灾害突然，那么监测系统也会受到地质灾害的影响从而造成损害，因而不能及时对现场的情况作出比较具体的分析，耽误救援的同时也会造成人力物力的浪费和损失。因此将分布式光纤监测技术应用于对地质灾害高发地段的监测中,可以随时监控它们内部温度，应力应变的变化情况，从而及时的发现危险情况，在面对突发灾害时，光纤监测的优点就能体现出来了。
我国西南部因其较为特殊的地理环境，在多雨的季节易频繁的发生滑坡灾害，对人们的生活造成了很大困扰，甚至危及到了人们的生命安全。而每年因滑坡造成的经济损失高达数百亿。因此，及时的发现滑坡并采取措施对滑坡进行防治变得十分的重要。所以，本文具体讨论光纤监测技术在应对山体滑坡中的运用。
对滑坡进行分布式光纤监测，在易发生滑坡的坡体内部埋入光纤形成一个较为完整的监测网络，对坡体的变形进行监测，形成一个较为全面的分布式光纤监测灾害控制系统。以三峡库区马家沟为例，在前期准备工作中，针对该工程所处的地理位置及周围的环境特点进行详细的记录和分析，在实施该工程的时候，沿着坡体走向采用直埋和定点相结合的方式在其内部埋入可以感测坡体变形和温度的光纤，沿垂直于坡体走向的方向，上升一定的高度便设置一个监测孔。通过对坡体进行一段时间的监测，对监测统计到的数据进行分析得到以下结论：坡体表面变形的异常位置都可以通过各类应变传感光纤进行有效的识别和定位。这也体现出来了分布式光纤技术在监测坡体滑坡方面的有效运用
另外，随着社会的快速发展，各行各业的发展都加快了速度，特别是建筑行业，又因为钢筋混凝土结构稳定，耐用，极大的满足建筑行业对结构件本身的要求，所以钢筋混凝土结构的在近些年来被广泛的利用。然而，钢筋混凝土也会到到外界干扰而不能充分体现出其优点，除去人为因素造成的钢筋混凝土结构的破坏外，钢筋混凝土因其结构化学性能的影响，其中的钢筋会发生锈蚀现象，一旦钢筋混发生了锈蚀现象，其本身具有的优秀性能不仅体现不出来，甚至还会加快其结构的断裂。因此，锈蚀现象的产生会对钢筋混凝土结构造成巨大的危害。然而，通过对钢筋缓凝图机构进行一系列的研究后发现，锈蚀现象刚发生时是很难被观察到的，而观察到有锈蚀现象发生时，已经过了对钢筋混凝土进行维修的最佳时期了，此时不仅修复难度加大，而且产生的维修费用也是极高的。很多工程案例中都因为锈蚀现象没有被及时的发现，最终导致总体结构发生破坏，造成巨大的经济损失甚至会发生人员的伤亡。所以，为了较早的发现钢筋混凝土发生的锈蚀问题，对钢筋混凝土内部的钢筋进行有效的监测时很有必要的。因此，采用分布式光纤监测技术，在钢筋混凝土结构外围缠绕上光纤，形成一个完整的监测系统，在钢筋发生锈蚀现象时，会因为内部产生的锈胀力使得整体结构发生形变，从而使得缠绕在结构上的光纤也发生形变，由于光纤的灵敏度极高，即使在锈蚀发生初期发生的极小的形变也能通过光纤传感器被发现。从而可以达到对钢筋混凝土结构进行早期的防锈蚀措施，避免造成重大危险事故。
三、总结与展望
分布式光纤监测技术是一种具有高灵敏度，精度较高等优良特点的监测手段，可以有效的防止灾害和事故的发生，对保护人们的生命、财产安全起到了很大的作用。随着对分布式光纤监测技术的研究进一步加深，其监测系统会变得更加的完善，同时也会受到各行各业的亲睐。
参考文献
[1] 魏德荣,赵花城,秦一涛等.分布式光纤监测技术在中国的发展[J],贵州水利发 电,2005,19(1).
[2] 蔡德所.光纤传感技术在大坝工程中的应用[M],北京:中国水利水电出版社,2002.
[3] 秦一涛,刘剑鸣,等.分布式光纤温度监测系统在长调水电站中的应用实践[J],大坝与安全,2004.
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