分布式光纤传感技术在国内外的发展状况及应用前景
时间:2017-01-17 20:44 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 分布式光纤传感技术的发展历史世纪70年代中期，为适应光纤通信中对光纤诊断的要求，产生了以背向瑞利散射为测量信号的光时域反射计(optical Time-Domain Reflectometer)[2]。 1972年 Ippen在光纤中观察到了布里渊谱[3]，然后人们通过布里渊谱分析对多模光纤[4]和单模光纤[5]的光学特性进行了分析和估计。5399 1980年Rogers提出了Polarization-optical-Time-Domain Reflectooetry (POTDR)技术[6]，这是光纤应用中第一次真正意义上的分布式光纤传感技术[7]，并在工程中得到了应用[8]。 1981年Aoyama对OTDR在单模光纤中的应用进行了研究，通过对OTDR的光源和探测器信噪比的改进，实现了17km长光纤的断点诊断以及光纤中接头插入损耗的测量[9]。 1989年Culverhouse在用F一P干涉仪对光纤的布里渊频谱分析时首次发现了布里渊频移的温度效应[10]，并敏锐地提出了以布里渊散射进行分布式温度传感的潜在可能行[11].同年Horiguchi在利用BOTDA进行光纤衰减特性[12]的研究中发现了布里渊频移的拉伸应变效应[13]，并根据频移系数的理论推导和试验验证结果提出了以布里渊散射进行分布式应变传感的BOTDA法[14]。 1989年Horiguchi提出的BOTDA[15]法和1992年Kurashima提出的BOTDR[15]法很好地提高了布里渊谱的测量精度，并为布里渊散射的传感奠定了基础。 1989年Rossi等人将多模光纤埋入混凝土中[16]，根据裂缝位置处瑞利散射光的衰减(即损耗增大)来进行裂缝的感知。 1994年Vanser等人利用裂缝与光纤夹角变化后导致的光纤微弯损耗的改变，来进行裂缝宽度和滑移的传感[17]，并检测到了初始宽度小于0.1mm的裂缝。 1994年日本Aodo公司推出了首款商用BOTDR[18] (AQ8601)，目前较为成熟的BOTDR产品有日本安腾(横河)公司的AQ8603以及Omnisense公司的DiTeSt两种。 2003年日本Neubrx公司利用脉冲预泵浦技术，开发出了新一代的PPP-BOTDA 商用机器，并在室内试验中进行了初步应用，取得了较好的效果[19,20]。该仪器最高空间分辨率为10cm，空间定位精度为5cm，应变测量精度达25µε，温度测量精度可达1℃。 南京大学地球环境计算工程研究所在南京大学985工程项目的支持下，建成了我国第一个针对大型基础工程的BOTDR分布式光纤应变监测实验室，引进了相关的BOTDR监测仪器和设备，开展了一系列实验研究，成功的将这一技术应用到了隧道工程健康监测和监控[21]。2003年，他们将该项技术应用于云南嵩待公路白泥井3号隧道[22]，并且得出了非常好的效果。 2003年中国地质科学院方法所引进BOTDR光纤应变分析仪，在三峡库区巫山县滑坡地质灾害预警示范站进行监测。 2006年东南大学土木工程学院在国内率先引进了BOTDA技术，并在室内试验中进行了初步的应用。 2007年，郭华伟等对郑州会展宾馆的后压浆钻孔灌注桩进行桩身应变测量[23]，取得较好的效果。 南京理工大学丁勇等人利用此技术对光纤的布设工艺、在结构应变监测中的应用、在结构裂缝监测中的应用等进行了研究，取得了可喜的成果。 之后国内在分布式光纤传感技术方面开始大力发展，将其应用在桥梁道路的健康监测，应用于边坡稳定监测，应用于输电线路覆冰实时监测，该项技术在国内开始进一步的发展。 1.2.2分布式光纤传感技术在国内外工程中的应用展望 布式传感技术的优势为工程的安全监测与健康诊断提供了重要手段，已经成为国内外的一大发展趋势，也是一项需要继续深人研究、不断完善的高新技术。可以应用于如下诸多方面： (1)隧道、地铁方面。隧道、地铁、公路的火灾监测和预警，隧道结构安全监测，公路、铁路路基监测，路面的结冰探测等。 (责任编辑：qin) |