明白：光纤分布式应变监测仪产品项目

guozhiwei · 发表于 2023-6-28 11:57:33

　　【技术开发单位】

　　太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室gnss地表位移监测站的最新消息欢迎进入网站了解，网站有专业的客服人员进行详细的解答！

　　【技术简介】

　　近年来，随着我国国民经济的快速发展，工程建设强度逐年增加，随之而来的对于基础建筑结构进行全天候健康监测的难度也逐步增加。传统的结构应变监测方案多采用电阻式应变片，但是应变片是单点测量，且在实际使用中需要大量的导线连接应变仪。如果测量大型结构，则需耗费大量的时间及人力粘贴应变片、焊接导线等，测点较多时可能还需要多台应变仪同时工作。尤其是对于大型地基、塔台、桥梁、大坝、隧道、楼宇等复杂结构体的监测，采用应变片的监测方案不具有可行性。随着光学技术的发展，出现了以光纤光栅（FBG）传感器等为代表的准分布式光纤传感器，但其测点数量会受到激光带宽的限制，不适于多点长距离测量。

　　如今，分布式光纤传感技术日渐成熟，基于背向散射的分布式光纤传感器已经具备了在诸多领域可取代传统电阻式应变片和FBG传感器的潜力。分布式光纤传感器具备测点密度极高，间距可控，质量小，耐腐蚀，电绝缘，抗干扰性强的特点。此外，基于其质地较柔软坚韧的特性，它对结构表面的形状有较好的适应性。

　　按照常用的分布式光纤应变测量技术手段，可以大致分为两大类：一类是布里渊光时域分析技术（BOTDA），其采用双端光注入方式实现，系统信噪比较高，响应快，但实际使用时光缆铺设工作量较大，且整个测量范围内的任何一个断点都会使得整个测量系统失效；另一类是布里渊光时域反射技术（BOTDR），其采用单端光注入测量方式实现，虽然信噪比和实时性略差，但其工程应用性强，即使传感光缆出现断点，也可对断点之前的部分进行测量。

　　太原理工大学测控技术研究所使用低成本的普通通讯光纤作为敏感元件，用于BOTDR原理实现应变的分布式测量。当光纤发生轴向拉伸或压缩时，由于应变的改变会使得光纤后向散射光的布里渊频移产生线性变化，通过解调待测光缆沿程布里渊频移分布，可以计算出应变的沿程分布。

　　光纤分布式应变监测仪内置分为两大部分：

　　光路构建：激光器发出连续光，按一定的能量比例分为两路分别作为探测光和本征参考光。探测光经过光调制器，被调制成脉冲光，经放大、滤波后耦合器，一条支路进入待测光纤，另一支路用于监测入纤峰值功率。返回的后向散射光经过EDFA放大，并由滤波器滤除ASE噪声，通过耦合器与本征参考光一起进入光电探测器，进行相干拍频探测。

　　电路设计：光电探测器输出信号为本征参考光和放大后的后向散射光之间的拍频信号，中心频率为布里渊频移。微弱信号首先经过带通滤波器，有用信号经低噪放大器后与本振微波源混频。通过改变微波源中心频率并配合软件处理算法，可实现基于“频率扫描法”的布里渊频移解调方案，从而实现布里渊频移测量。

　　【主要技术指标】

　　传感距离：10km

　　应变检测范围：-15000με~+15000με

　　测温范围：-30℃~+90℃

　　应变分辨率：±56με

　　空间分辨率：1m。

　　【技术特点】

　　(1) 长距离应变监测。目前系统可在长达10km的测量范围内实现应变监测，可满足长输油气管道、停机坪路面、长距离隧道等大范围场合下的应变监测

　　(2) 米级空间分辨率。在10km的测量范围条件下，空间分辨率可以达到1m，这相当于有1万个测点容量，对比与传统的点式传感器优势明显。

　　(3) 传感传输一体化。传感光缆既是应变传感元件，也是信号传输媒介，剩余了冗杂的信号传输网络和线路。

　　(4) 单端接入，铺设简单。相对于双端接入的BOTDA系统，本监测系统为单端接入，即系统仅需铺设单根光纤即可完成测量；即使出现断点，断点前的光缆仍可用于测量。而上述优点是BOTDA系统所不具备的。

　　(5) 耐腐蚀，抗电磁干扰，可用于恶劣环境。由于光纤本身的耐腐蚀特性和抗电磁干扰特性，是的本传感系统可用于复杂恶劣的测量环境。

　　【适用范围】

　　本系统是性能可靠、研发成本低廉的结构安全健康检监测系统，可实时在线、高精度检测设施所受的应变情况。本系统可用于大型地质灾害预警，如山体滑坡、泥石流、地表沉降或塌陷、火灾等，同时可以对大型基础设施如军用铁路、军用隧道、军用机场、发射塔台等进行结构健康监测，可预防大规模形变或坍塌、有效排除安全隐患，对于保证人们的生命财产安全，避免巨大的经济损失有着重大意义。基于布里渊散射光的分布式光纤应变检测系统，一方面为安全健康检测提供一种方便快捷简单的技术方法，另一方面使安全健康检测技术更加科学化、系统化、数字化、自动化，能够实时检测设施的安全健康状况，及时预警事故的发生，从而提高应变检测技术的信息化水平，保障人们的生命财产安全。同时也可用来对大型机翼、弹体表层的应变变化规律进行检测，能够在高温高压等极端恶劣的条件下发挥效用。

　　【技术状态】

　　目前方案原理验证已完成，准备进入样机组装阶段。

　　【合作方式】

　　共同建立生产研发中心；实现项目中试；合作申报项目。

　　【投入需求】

　　提供必须的生产场地及经费。

　　【转化周期】

　　生产场地装修、设备系统制造及调试，约需6~8个月，之后可立即投入生产。

　　【预期效益】

　　布里渊散射光时域反射测量技术(简称 BOTDR)是目前国际上近几年才发展成熟的一项尖端技术。与常规的监测技术原理不同，它具有分布式、长距离、实时性、精度高和耐久性长等特点，能做到对大型基础工程设施的每一个部位像人的神经系统一样进行感知和远程监测和监控。这一技术的应用和研发，将对现有的传统监测技术产生重要影响，对我国各类重大基础工程建设，如大桥、地下铁路和隧道、高速公路、西气东输管道、地下停车场、堤防等安全监测和健康诊断具有重大的现实意义。

　　【联系方式】

　　联系人：王云才

　　联系电话：13835116319

　　邮箱：wangyc@tyut.edu.cn

　　【产品展示】

　　图1、样机原理实验平台

　　图2 已授权的专利