土拱坝内的温度监测系统%三峡大坝内的温度监测
监测技术相比"光纤监测技术有以下独特的优点’ 系统和广东长调水电站混凝土面板的温度监测系统
!!$ 光纤传感器以光纤为媒质%以光信号作为 载体"能抗电磁干扰%防雷击"属本质安全&
等&由于监测的测点多%信息量大"监测成果都较 全面地反映了大坝温度场的分布情况 & )"*
便! ""# 分布式传光型光纤监测系统实质上是多个
单测点光纤传感器的串接复用系统!一旦系统埋设 安装后$测点无法增加! !"#! 分 布 式 传 感 型 !分 布 式 "光 纤 监 测 系 统
分布式传感型光纤监测系统的特点是%利用光 纤本身的特性把光纤作为敏感元件$光纤总线不仅 起传光作用$还起传感作用$所以分布式传感型光 纤监测系统又称本征分布式光纤监测系统或全分布 式光纤监测系统$简称分布式光纤检测系统!
分布式传感型光纤监测系统有下列优点% "!# 信息量大!分布式传感型光纤监测系统能 在整个连续光纤的长度上以距离的连续函数的形式 传感出被测参数随光纤长度方向的变化$即光纤任 一点都是 &传感 器’$ 它 的 信 息 量 可 以 说 是 海 量 信 息! ""# 结构简单(可靠性高!由于分布式传感型 光纤监测系统的光纤总线不仅起传光作用而且起传 感作用$因此结构异常简单$施工方便$潜在故障 少$可维护性好$可靠性高! "-# 使用方便!光纤埋设后$测点可以按需要 设定$即可以取"1 距离为!个测点$也可 以 取 ! 1 距离为!个测点等!因此$在病害定位监测时极 其方便! "’# 性能 价 格 比 好! 目 前$ 光 纤 价 格 不 高$! 条光纤的测点可以达到成百上千个$因此每一个测 点的价格就远远低于传统单测点的价格$即性能价 格比相当好! 分布式光纤监测系统相对于电信号为基础的传 感监测系统和点式光纤监测系统而言$无论是从监 测技术的难度(监测量的内容及指标$还是从监测 的场合和范围都提高到了一个新的阶段!
%!& 由于分布式传光型光纤监测系统是通过一 条光纤将若干个光纤传感器串接而成"系统的光功 率损耗较大"因此!条光纤只能接入有限的光纤传 感器"如分布式光纤光栅监测系统一般仅能接入有 限个光纤传感器$并且"一旦测点数量增加"必将 导致光纤数量增加"从而给埋设及施工造成极大不
魏 德 荣 $ 等 % 分 布 式 光 纤 监 测 技 术 在 中 国 的 发 展 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !"$$, 年 第 ! 期
式!一种是平面网络形式"即取断面作监测对象" 光纤连续地沿坝体横断面自下而上作蛇形布置#另 一种是空间网络形式"即取某坝段作监测对象"光 纤自下而上连续地沿水平截面从左至右或从右至左 作蛇形布置"它不仅可以监测多个横断面施工期和 运行期坝体温度空间分布和变化情况"而且可以对 碾压层面进行渗流定位监测$
-&- 万方数据
!+!+"! 波 分 复 用 波分复用是通过光纤总线上各传感器的调制信
号的特征 波 长 来 寻 址$ 当 光 源 发 出 的 连 续 宽 带 光 %经 光 波 长 编 码 &注 入 光 纤 总 线 时 " 光 纤 传 感 器 与 监 测量发生耦合作用"对该宽带光有选择地反射回相 应的!个窄带光"并沿原传输光纤返回"其余宽带 光则直接透射过去继续前进"遇到第"个光纤传感 器"又有选择地反射回相应的!个窄带光$由于各 传感器的特 征 波 长 不 同" 通 过 滤 波*解 码 系 统 即 可 求出被测信号的大小和位置$该法由于一些实际部 件的限制"总线上允许的传感器数目不多"一般为 &"!" 个 $ !+!+-! 频 分 复 用
量"不仅信息量大而且成果直观& !"$ 光纤既作为传感器又作为传输介质"其结
构简单" 不 仅 方 便 施 工 而 且 可 维 护 性 强% 可 靠 性 高"故光纤监测的潜在故障率大大低于传统技术"
统&但这"个监测系统由于其单模光纤抗拉强度不 够高!当裂缝大于"11 时光 纤易 被拉断$" 故能 测 量的随机裂缝的缝宽不够大"因此对随机裂缝的监 测生命期尚不长 & )"*
授级$"从事大坝安全 检 查 及 监 测 信 息 研 究 工 作# 赵 花 城!!%*’0$"男" 浙 江 省 金 华 市 人" 高 级 工 程 师" 从 事 大坝安全监测工作&
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第 !% 卷 第 ! 期 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 贵 州 水 力 发 电 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !"$$, 年 " 月
时分复用靠耦合于同一根光纤上的传感器之间 的光程差"即光纤对光波的延迟效应来寻址$当某 一脉宽小于光纤总线上相邻传感器之间的传输时间 的光脉冲自光纤总线输入端注入时"由于光纤总线 上各传感器距光脉冲发射端的距离不同"在光纤总 线 的 终 端 %或 始 端 &将 会 接 收 到 许 多 光 脉 冲 " 其 中 每 一个光脉冲对应光纤总线上的!个传感器"光脉冲 的延时即反应传感器在光纤总线上的地址"光脉冲 的幅度或波长的变化即反应该点被测量的大小$在 这里"注入的光脉冲越窄"传感器在光纤总线上的 允许间距越小"可耦合的传感器越多"但是对解调 系统的要求越苛刻$
!!分布式光纤监测系统介绍
分布式光纤监测系统其实是分布调制的光纤传 感系统$所谓分布调制"就是沿光纤传输路径上的 外界信号以一定的方式对光纤中的光波进行不断调 制 %传 感 &" 在 光 纤 中 形 成 调 制 信 息 谱 带 " 并 通 过 独 特的检测技术"解调调制信号谱带"从而获得外界 场信号的大小及空间分布$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"它是一种自动化的监测系统$
"
$!中国大坝分布式光纤监测技术应用 概况
!!"$世纪/$年代"光纤监测 技 术 随 着 光 导 纤 维 及光纤通信技术的发展而迅速发展起来&与传统的
大 提 高 安 全 监 测 的 有 效 性 )!*& 目前从大坝安全监测内容看"中国应用分布式
光纤监测技术的监测系统大致可分为’类’ !!$ 应用于温度监测&如新疆石门子碾压混凝
目前国内北京品傲光电科技有限公司和武汉理 工大学研制的准分布式光纤监测系统都是采用了光 纤光栅传感器"传感信号为波长调制"系统采用波 分复用技术$
三峡大学研制了由 +光纤裂缝计, 和 +光纤测 缝计智能分析仪,组成的准分布式光纤监测系统" 采用的是根据光强调制的测缝计"询址采用的是时 分复用技术$
准分布式光纤监测系统通过将多个相同类型或 不同类型的传感器在!条光纤上串接复用"减少了 传输线路"方便了施工"大大简化了线路的布设$ 并且"可以实现多点同时测量"避免了以往逐点测 量不同步的弊端$但是"准分布式光纤监测系统存 在以下不足!
!’$ 应用于裂缝监测&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"
性能价格比也好& 水电水利工程中有许多物理场需要监测"如温
对光纤测缝计埋设处缝宽变化的监测获得了较好效 果 & )"*
度场%应力场%位移场及渗流场等"但以往都采用
对碾压混凝土坝来说"分布式光纤监测具有较
单点监测方法"由于测点少%成果不直观"故需要 大的应用优势"因为它对施工干扰小"而且不但具
摘!要!简述了分布式光纤监测技术在中国大坝安全监测中的应用情况"详细阐述了"类分布式光纤监测系统 的原理%主要特点及性能"并对今后分布式光纤监测技术的发展作了展望& 关键词!水利工程测量#分布式光纤监测技术#综述#大坝安全监测 中 图 分 类 号 !()*%&+!! ! ! 文 献 标 识 码 !.! ! ! 文 章 编 号 !!$$/0$!--!"$$,$$!0$$$/0$-
贵州水力发电 第!%卷第!期!!!!!!!!!!!!!!2345673 89(:;<78:;!!!!!!!!!!!!!!"$$,年"月
分布式光纤监测技术在中国的发展
魏 德 荣!! 赵 花 城!! 秦 一 涛"! 张 ! 弘"
!!+ 大坝安全监察中心"浙江!杭州!-!$$!’#"+ 宁波振东光电有限公司"浙江!余姚!-!,’$-$
"!展望
当前$分布式光纤监测系统主要是一种时域分 布式光纤监测系统$它的技术基础是光时域反射技 术 7(K; "BYO@MLAO@1F0VB1L@S EFJAFMOBE1FOEN#! 7(K; 最初 用 于 评 价 光 学 通 信 领 域 中 光 纤( 光 缆 和耦合器的性能$是用于检验光纤损耗特性(光纤 故障的手段$其工作机理是脉冲激光器向被测光纤 发射光脉冲$该光脉冲通过光纤时由于光纤存在折 射率的微观不均匀性及光纤微观特性的变化$有一 部分光会偏离原来的传播向空间散射$在光纤中形 成后向散射光和前向散射光!其中$后向散射光向 后传播至光纤的始端$经定向耦合器送至光电检测 系统$由于每一个向后传播的散射光对应光纤总线