分布式光纖監(jiān)測技術(shù)的有效運用

張沖

【摘 要】結(jié)合分布式光纖監(jiān)測技術(shù)的背景，特點、種類等方面，對分布式光纖檢測技術(shù)的有效運用做一個簡單的概述，并對其在實際運用過程中顯現(xiàn)出來的特點進(jìn)行分析總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】渦軸發(fā)動機；耗油率；軸功率；清洗

1.分布式光纖監(jiān)測技術(shù)的研究背景和應(yīng)用特點

光纖技術(shù)于二十世紀(jì)七十年代被發(fā)現(xiàn)，因其具有靈敏度高、安全性高以及使用壽命較長的特點，在通信技術(shù)方面有了一定的運用。隨著科研技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，光纖的應(yīng)用變得十分廣泛，現(xiàn)代通信幾乎全部采用光纖技術(shù)，另外在醫(yī)療、采礦和石油工業(yè)等方面也因為有了光纖的加入節(jié)省了很大的人力、財力和物力。

隨著人們安全意識的提高，特別是在工業(yè)上，傳統(tǒng)的監(jiān)測方法已經(jīng)不能滿足人們對監(jiān)測技術(shù)提出的新要求。為改進(jìn)傳統(tǒng)的監(jiān)測方法，在其基礎(chǔ)上考慮加入光纖傳感技術(shù)，構(gòu)成光纖傳感監(jiān)測技術(shù)用來監(jiān)測重要的結(jié)構(gòu)件的受載情況，并對其內(nèi)部的溫度，壓力進(jìn)行監(jiān)測，及時的發(fā)現(xiàn)重要結(jié)構(gòu)件內(nèi)部的損傷，提早的進(jìn)行預(yù)防，及時的進(jìn)行檢修和維護(hù)，以免發(fā)生重大的安全事故。作為一種新型的監(jiān)測方法，光纖監(jiān)測技術(shù)以其靈敏度高、耐腐燭、抗干擾能力強等優(yōu)點正越來越多地受到人們的重視，現(xiàn)在，一些工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的國家，例如美國、日本等已經(jīng)將光纖傳感技術(shù)用于監(jiān)控工業(yè)中，而對國內(nèi)的監(jiān)測技術(shù)而言，光纖監(jiān)測技術(shù)在土木工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的成就。

光纖監(jiān)測技術(shù)的迅猛發(fā)展與其獨特的優(yōu)點分不開，首先，光纖監(jiān)測技術(shù)是以光纖作為傳播媒介、以光信號作為載體，具有很高的靈敏度和監(jiān)測精度，同時具有很強的抗干擾能力，具有很高的安全性能，其次，光纖纖心的材料為SO2因此光纖傳感器耐腐蝕、使用壽命長，最后，光纖質(zhì)輕柔軟，制作出來的光纖傳感器的體積小并且重量輕，這樣方便安裝同時在安裝后對其他結(jié)構(gòu)部件的性能影響小。

作為近幾年來的研究熱點，分布式光纖監(jiān)測技術(shù)除了具備有普通光纖技本身所具有的優(yōu)良性能外還體現(xiàn)出了兩個較為獨特的優(yōu)良性能，其中之一便是在光纖上的任何地方設(shè)置的監(jiān)測點都可以較為精確的測出需要的數(shù)據(jù)，獲取的信息量大并且能得到較為直觀的成果。另外一個則是光纖作為傳輸媒介的同時又作為傳感器，精簡結(jié)構(gòu)的同時，也為施工和維護(hù)檢修提供了很大的方便。

2.分布式光纖監(jiān)測技術(shù)的運用

2.1分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)及其技術(shù)運用分類

分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)其實就是分布調(diào)制的光纖傳感系統(tǒng)。所謂分布調(diào)制，就是沿光纖傳輸路徑上的外界信號以一定的方式對光纖中的光波進(jìn)行不斷調(diào)制（ 傳感） ，在光纖中形成調(diào)制信息譜帶，并通過獨特的檢測技術(shù)，介調(diào)調(diào)制信號譜帶，從而獲得外界場信號的大小及空間分布，因此，分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)通常由激光光源、傳感光纖（ 纜） 和檢測單元組成，是一種自動化的監(jiān)測系統(tǒng)[1]。

從分布式光纖監(jiān)測技術(shù)的監(jiān)測內(nèi)容看，其運用大致可分為以下四種情況：

（1）在滲流定位監(jiān)測方面的運用，如布置在某水電站面板周圍的滲流監(jiān)測系統(tǒng)，在水庫蓄水期間，有幾處滲漏點被及時的監(jiān)測到，通過采取一定的措施維護(hù)了電站的安全。

（2）在位移和隨機裂縫監(jiān)測方面的運用，如隔河巖水電站水庫在覃家田滑坡中的螺旋型位移監(jiān)測系統(tǒng)、湖北古洞口面板堆石壩面板上的隨機裂縫自診斷系統(tǒng)，但這2個監(jiān)測系統(tǒng)由于其單模光纖抗拉強度不夠高（當(dāng)裂縫大于2mm時光纖易被拉斷），故能測量的隨機裂縫的縫寬不夠大，因此對隨機裂縫的監(jiān)測生命期尚不長[2]。

（3）在裂縫監(jiān)測方面的運用，如古洞口面板堆石壩周邊縫及面板間縫的準(zhǔn)分布式光纖測縫計監(jiān)測系統(tǒng)，對光纖測縫計埋設(shè)處縫寬變化的監(jiān)測獲得了較好效果[2]。

（4）在溫度監(jiān)測方面的運用，如設(shè)置于廣東長調(diào)水電站和位于新疆石門子碾壓混凝土拱壩內(nèi)以及三峽大壩內(nèi)的分布式測溫系統(tǒng)，由于合理的進(jìn)行了測點的布置，最后獲得了很大的監(jiān)測信息，起到了良好的監(jiān)測作用，將監(jiān)測場內(nèi)的溫度場的分布情況較為全面的反映了出來[3]。

2.2分布式光纖監(jiān)測技術(shù)的實際運用分析

地質(zhì)災(zāi)害在我國發(fā)生的頻率相對來說是比較高的，特別是在西南地區(qū)，如果采用傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)，如果地質(zhì)災(zāi)害突然，那么監(jiān)測系統(tǒng)也會受到地質(zhì)災(zāi)害的影響從而造成損害，因而不能及時對現(xiàn)場的情況作出比較具體的分析，耽誤救援的同時也會造成人力物力的浪費和損失。因此將分布式光纖監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于對地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)地段的監(jiān)測中，可以隨時監(jiān)控它們內(nèi)部溫度，應(yīng)力應(yīng)變的變化情況，從而及時的發(fā)現(xiàn)危險情況，在面對突發(fā)災(zāi)害時，光纖監(jiān)測的優(yōu)點就能體現(xiàn)出來了。

我國西南部因其較為特殊的地理環(huán)境，在多雨的季節(jié)易頻繁的發(fā)生滑坡災(zāi)害，對人們的生活造成了很大困擾，甚至危及到了人們的生命安全。而每年因滑坡造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)百億。因此，及時的發(fā)現(xiàn)滑坡并采取措施對滑坡進(jìn)行防治變得十分的重要。所以，本文具體討論光纖監(jiān)測技術(shù)在應(yīng)對山體滑坡中的運用。

對滑坡進(jìn)行分布式光纖監(jiān)測，在易發(fā)生滑坡的坡體內(nèi)部埋入光纖形成一個較為完整的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，對坡體的變形進(jìn)行監(jiān)測，形成一個較為全面的分布式光纖監(jiān)測災(zāi)害控制系統(tǒng)。以三峽庫區(qū)馬家溝為例，在前期準(zhǔn)備工作中，針對該工程所處的地理位置及周圍的環(huán)境特點進(jìn)行詳細(xì)的記錄和分析，在實施該工程的時候，沿著坡體走向采用直埋和定點相結(jié)合的方式在其內(nèi)部埋入可以感測坡體變形和溫度的光纖，沿垂直于坡體走向的方向，上升一定的高度便設(shè)置一個監(jiān)測孔。通過對坡體進(jìn)行一段時間的監(jiān)測，對監(jiān)測統(tǒng)計到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到以下結(jié)論：坡體表面變形的異常位置都可以通過各類應(yīng)變傳感光纖進(jìn)行有效的識別和定位。這也體現(xiàn)出來了分布式光纖技術(shù)在監(jiān)測坡體滑坡方面的有效運用另外，隨著社會的快速發(fā)展，各行各業(yè)的發(fā)展都加快了速度，特別是建筑行業(yè)，又因為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐用，極大的滿足建筑行業(yè)對結(jié)構(gòu)件本身的要求，所以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的在近些年來被廣泛的利用。然而，鋼筋混凝土也會到到外界干擾而不能充分體現(xiàn)出其優(yōu)點，除去人為因素造成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的破壞外，鋼筋混凝土因其結(jié)構(gòu)化學(xué)性能的影響，其中的鋼筋會發(fā)生銹蝕現(xiàn)象，一旦鋼筋混發(fā)生了銹蝕現(xiàn)象，其本身具有的優(yōu)秀性能不僅體現(xiàn)不出來，甚至還會加快其結(jié)構(gòu)的斷裂。因此，銹蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生會對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造成巨大的危害。然而，通過對鋼筋緩凝圖機構(gòu)進(jìn)行一系列的研究后發(fā)現(xiàn)，銹蝕現(xiàn)象剛發(fā)生時是很難被觀察到的，而觀察到有銹蝕現(xiàn)象發(fā)生時，已經(jīng)過了對鋼筋混凝土進(jìn)行維修的最佳時期了，此時不僅修復(fù)難度加大，而且產(chǎn)生的維修費用也是極高的。很多工程案例中都因為銹蝕現(xiàn)象沒有被及時的發(fā)現(xiàn)，最終導(dǎo)致總體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失甚至?xí)l(fā)生人員的傷亡。所以，為了較早的發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土發(fā)生的銹蝕問題，對鋼筋混凝土內(nèi)部的鋼筋進(jìn)行有效的監(jiān)測時很有必要的。因此，采用分布式光纖監(jiān)測技術(shù)，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外圍纏繞上光纖，形成一個完整的監(jiān)測系統(tǒng)，在鋼筋發(fā)生銹蝕現(xiàn)象時，會因為內(nèi)部產(chǎn)生的銹脹力使得整體結(jié)構(gòu)發(fā)生形變，從而使得纏繞在結(jié)構(gòu)上的光纖也發(fā)生形變，由于光纖的靈敏度極高，即使在銹蝕發(fā)生初期發(fā)生的極小的形變也能通過光纖傳感器被發(fā)現(xiàn)。從而可以達(dá)到對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行早期的防銹蝕措施，避免造成重大危險事故。

3.總結(jié)與展望

分布式光纖監(jiān)測技術(shù)是一種具有高靈敏度，精度較高等優(yōu)良特點的監(jiān)測手段，可以有效的防止災(zāi)害和事故的發(fā)生，對保護(hù)人們的生命、財產(chǎn)安全起到了很大的作用。隨著對分布式光纖監(jiān)測技術(shù)的研究進(jìn)一步加深，其監(jiān)測系統(tǒng)會變得更加的完善，同時也會受到各行各業(yè)的親睞。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]魏德榮，趙花城，秦一濤等.分布式光纖監(jiān)測技術(shù)在中國的發(fā)展[J].貴州水利發(fā)電，2005，19（1）.

[2]蔡德所.光纖傳感技術(shù)在大壩工程中的應(yīng)用[M].北京：中國水利水電出版社，2002.

[3]秦一濤，劉劍鳴，等.分布式光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)在長調(diào)水電站中的應(yīng)用實踐[J].大壩與安全，2004.