分布式光纖監測系統在混凝土壩的研究與應用

周柏兵，萬永波，徐國龍，周克明

（1.水利部南京水利水文自動化研究所，江蘇 南京 210012；2.中水顧問集團成都勘察設計研究院，四川 成都 610072）

0 前言

傳統大壩壩體溫度測量一般使用電類溫度傳感器，此類傳感器對工作的環境要求嚴，抗干擾能力差，安裝復雜干擾施工，尤其是傳統的溫度計信息量太少，很難掌握整個壩體內部溫度場的變化。鑒于此，人們不斷尋求新技術來解決這些問題，光纖傳感技術恰恰解決了這一問題。

實現光纖傳感測量的技術有多種，經過比較，在傳感器定位精度上，利用拉曼效應分布式光纖傳感系統技術定位誤差最小，能實現真正的分布式溫度監測。利用拉曼效應分布式光纖傳感系統是一種比較適合于水電大壩溫度監測的系統。

1 分布式光纖傳感技術的類型

1.1 利用后向瑞利散射的分布式光纖傳感技術

瑞利散射是入射光與介質中的微觀粒子發生彈性碰撞所引起的，散射光的頻率與入射光的頻率相同。在利用后向瑞利散射的光纖傳感技術中，一般采用光時域反射（OTDR）結構來實現被測物理量的空間定位。

1.2 利用布里淵效應的分布式光纖傳感技術

光通過光纖時，光子和光纖中因自發熱運動而產生的聲子會產生非彈性碰撞，發生自發布里淵散射。溫度、應變與自發布里淵散射光的功率分別存在正、反比例關系，并依據布里淵散射光的頻移與溫度和應變的變化成正比的試驗結果提出，通過求解功率與頻率變化的耦合方程可實現單根光纖上溫度與應變同時測量。……