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分布式光纤应变传感技术及应用


  来源: 中电仪器-中电科40、41所 时间:2016-05-06 作者:袁明 闫宝东 闫继送
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当前,对于BOTDR的研究主要集中在传感距离和空间分辨率两个指标的改进上,已提出的传感距离延伸技术主要有受激布里渊阈值抑制技术、脉冲编码技术,在提高空间分辨率方面,也有人提出了双脉冲BOTDR技术,Yahei Koyamada与Yoshiyuki Sakairi等人利用双脉冲技术搭建的DP-BOTDR系统将BOTDR的最高空间分辨率提升到了20cm。

自2001年起,BOTDR技术就已成功商品化并投入工程应用,由于单端测量、易于施工与工程化等优势,许多专家学者都对BOTDR的工程应用研究投入了大量精力,在国内外已经拥有大量的工程应用案例并总结了各种类型各种要求下的施工方案。目前国际上BOTDR的主要厂商以中国电子科技集团公司第四十一研究所、日本横河为主。

三、分布式光纤应变传感技术的工程应用研究现状

1、在光纤光缆生产、测试领域的应用

分布式光纤应变传感技术可以测量光纤本身的应变分布,因此,分布式光纤应变传感技术在光纤光缆生产、测试中有着重要的应用,在光缆生产过程中,准确掌握光纤在光缆中的应变分布规律,对于保证光缆使用的可靠性和延长光缆使用寿命十分重要,传统做法是用拉伸试验方法测试光缆中光纤的拉伸应变,以考察光纤在光缆中的应变状态,而这一状态是多个光缆生产工序过程综合的结果,使用拉伸试验法得到的是光纤的平均应变状态,无法区分每一工序过程各自对于光纤应变的影响,使用分布式光纤应变传感技术即可定量分析光缆生产中每一工序过程对于光纤应变分别带来的影响,这对于光缆生产工艺的改进将起到明确的指导作用,程淑玲与刘义霞等人利用BOTDR技术进行了这方面的相关实验及研究,研制了使用BOTDR量化分析每一道生产工序对光纤应变带来的影响的可行性,弥补了传统局部拉伸试验法的不足。

分布式光纤应变传感技术也可以用于测试光纤环自身应力对光纤陀螺的影响,在光纤陀螺的研制过程中,分布式光纤应变传感技术就被用于测量不同温度下、不同种类支架下、不同缠绕方式下光纤陀螺中光纤环的应力分布,通过应力分布数据,可以直接得到光纤环的缠绕张力均匀性等参数,了解不同的缠绕方法、不同的支架在不同温度环境下对光纤环应力分布的影响,为进一步改进缠绕工艺提供了直接而有效的依据。

2、在土木工程领域的应用

与传统点式应变传感器相比,分布式光纤应变传感技术具备的分布式、长距离、抗腐蚀、抗干扰等特点更适合于大型土木工程的健康状态监测,因此,如何更有效的在大型土木工程中发挥分布式光纤应变传感技术的分布式、长距离等优势,也是国内外专家学者一直专注的热点,许多专家学者都在这一领域投入了大量的精力对其进行了相关研究。

2003、2004年,张丹与施斌等人利用室内实验与工程应用实例论证了BOTDR对结构进行分布式应变监测可可行性。

2005年,高俊启用BOTDR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。戴加东将BOTDR技术引入基坑监测系统中,并通过实验验证这种方案的可行性。张国炳、黄志怀等人采用BOTDR技术检测GFRP锚杆的变形特征。施斌等人将BOTDR应用在南京市鼓楼隧道健康诊断中。

2006年,刘杰等人结合南京市某深基坑进行的现场试验,探讨了BOTDR应用于基坑深部土体水平位移监测的具体施工工艺。余小奎利用BOTDR进行了PHC管桩和钻孔灌注桩试桩中桩身轴力分布、侧摩阻力分布及桩端阻力等测试。

2007、2008年,金益桓等人利用BOTDA进行了钢筋锈蚀混凝土梁的荷载实验。施斌等人利用BOTDR进行了基坑、锚杆、灌注桩等工程结构的应变分布监测。

关键词:仪器仪表 分布式光纤传感 OFDR BOTDA BOTDR    浏览量:1649

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