分布式光纖監測技術的有效運用

張沖

【摘 要】結合分布式光纖監測技術的背景，特點、種類等方面，對分布式光纖檢測技術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出來的特點進行分析總結。

【關鍵詞】渦軸發動機；耗油率；軸功率；清洗

1.分布式光纖監測技術的研究背景和應用特點

光纖技術于二十世紀七十年代被發現，因其具有靈敏度高、安全性高以及使用壽命較長的特點，在通信技術方面有了一定的運用。隨著科研技術的進一步發展，光纖的應用變得十分廣泛，現代通信幾乎全部采用光纖技術，另外在醫療、采礦和石油工業等方面也因為有了光纖的加入節省了很大的人力、財力和物力。

隨著人們安全意識的提高，特別是在工業上，傳統的監測方法已經不能滿足人們對監測技術提出的新要求。為改進傳統的監測方法，在其基礎上考慮加入光纖傳感技術，構成光纖傳感監測技術用來監測重要的結構件的受載情況，并對其內部的溫度，壓力進行監測，及時的發現重要結構件內部的損傷，提早的進行預防，及時的進行檢修和維護，以免發生重大的安全事故。作為一種新型的監測方法，光纖監測技術以其靈敏度高、耐腐燭、抗干擾能力強等優點正越來越多地受到人們的重視，現在，一些工業技術發達的國家，例如美國、日本等已經將光纖傳感技術用于監控工業中，而對國內的監測技術而言，光纖監測技術在土木工程結構中的應用已經取得了一定的成就。

光纖監測技術的迅猛發展與其獨特的優點分不開，首先，光纖監測技術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構部件的性能影響小。

作為近幾年來的研究熱點，分布式光纖監測技術除了具備有普通光纖技本身所具有的優良性能外還體現出了兩個較為獨特的優良性能，其中之一便是在光纖上的任何地方設置的監測點都可以較為精確的測出需要的數據，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，精簡結構的同時，也為施工和維護檢修提供了很大的方便。

2.分布式光纖監測技術的運用

2.1分布式光纖監測系統及其技術運用分類

分布式光纖監測系統其實就是分布調制的光纖傳感系統。所謂分布調制，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行不斷調制（ 傳感） ，在光纖中形成調制信息譜帶，并通過獨特的檢測技術，介調調制信號譜帶，從而獲得外界場信號的大小及空間分布，因此，分布式光纖監測系統通常由激光光源、傳感光纖（ 纜） 和檢測單元組成，是一種自動化的監測系統[1]。

從分布式光纖監測技術的監測內容看，其運用大致可分為以下四種情況：

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

（2）在位移和隨機裂縫監測方面的運用，如隔河巖水電站水庫在覃家田滑坡中的螺旋型位移監測系統、湖北古洞口面板堆石壩面板上的隨機裂縫自診斷系統，但這2個監測系統由于其單模光纖抗拉強度不夠高（當裂縫大于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測生命期尚不長[2]。

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

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

2.2分布式光纖監測技術的實際運用分析

地質災害在我國發生的頻率相對來說是比較高的，特別是在西南地區，如果采用傳統的監測技術，如果地質災害突然，那么監測系統也會受到地質災害的影響從而造成損害，因而不能及時對現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測技術應用于對地質災害高發地段的監測中，可以隨時監控它們內部溫度，應力應變的變化情況，從而及時的發現危險情況，在面對突發災害時，光纖監測的優點就能體現出來了。

我國西南部因其較為特殊的地理環境，在多雨的季節易頻繁的發生滑坡災害，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濟損失高達數百億。因此，及時的發現滑坡并采取措施對滑坡進行防治變得十分的重要。所以，本文具體討論光纖監測技術在應對山體滑坡中的運用。

對滑坡進行分布式光纖監測，在易發生滑坡的坡體內部埋入光纖形成一個較為完整的監測網絡，對坡體的變形進行監測，形成一個較為全面的分布式光纖監測災害控制系統。以三峽庫區馬家溝為例，在前期準備工作中，針對該工程所處的地理位置及周圍的環境特點進行詳細的記錄和分析，在實施該工程的時候，沿著坡體走向采用直埋和定點相結合的方式在其內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置一個監測孔。通過對坡體進行一段時間的監測，對監測統計到的數據進行分析得到以下結論：坡體表面變形的異常位置都可以通過各類應變傳感光纖進行有效的識別和定位。這也體現出來了分布式光纖技術在監測坡體滑坡方面的有效運用另外，隨著社會的快速發展，各行各業的發展都加快了速度，特別是建筑行業，又因為鋼筋混凝土結構穩定，耐用，極大的滿足建筑行業對結構件本身的要求，所以鋼筋混凝土結構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出其優點，除去人為因素造成的鋼筋混凝土結構的破壞外，鋼筋混凝土因其結構化學性能的影響，其中的鋼筋會發生銹蝕現象，一旦鋼筋混發生了銹蝕現象，其本身具有的優秀性能不僅體現不出來，甚至還會加快其結構的斷裂。因此，銹蝕現象的產生會對鋼筋混凝土結構造成巨大的危害。然而，通過對鋼筋緩凝圖機構進行一系列的研究后發現，銹蝕現象剛發生時是很難被觀察到的，而觀察到有銹蝕現象發生時，已經過了對鋼筋混凝土進行維修的最佳時期了，此時不僅修復難度加大，而且產生的維修費用也是極高的。很多工程案例中都因為銹蝕現象沒有被及時的發現，最終導致總體結構發生破壞，造成巨大的經濟損失甚至會發生人員的傷亡。所以，為了較早的發現鋼筋混凝土發生的銹蝕問題，對鋼筋混凝土內部的鋼筋進行有效的監測時很有必要的。因此，采用分布式光纖監測技術，在鋼筋混凝土結構外圍纏繞上光纖，形成一個完整的監測系統，在鋼筋發生銹蝕現象時，會因為內部產生的銹脹力使得整體結構發生形變，從而使得纏繞在結構上的光纖也發生形變，由于光纖的靈敏度極高，即使在銹蝕發生初期發生的極小的形變也能通過光纖傳感器被發現。從而可以達到對鋼筋混凝土結構進行早期的防銹蝕措施，避免造成重大危險事故。

3.總結與展望

分布式光纖監測技術是一種具有高靈敏度，精度較高等優良特點的監測手段，可以有效的防止災害和事故的發生，對保護人們的生命、財產安全起到了很大的作用。隨著對分布式光纖監測技術的研究進一步加深，其監測系統會變得更加的完善，同時也會受到各行各業的親睞。 [科]

【參考文獻】

[1]魏德榮，趙花城，秦一濤等.分布式光纖監測技術在中國的發展[J].貴州水利發電，2005，19（1）.

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

[3]秦一濤，劉劍鳴，等.分布式光纖溫度監測系統在長調水電站中的應用實踐[J].大壩與安全，2004.