混凝土坝裂缝监测的光纤传感网络.pdfVIP

混凝土坝裂缝监测的光纤传感网络+ 刘浩吾“ 教授 四川大学水电学院 成都 中国 [摘要]本文提出了混凝土坝裂缝监测的新型的奎分布式光纤传感网络．传感光纤埋设在混凝土中， ● 与预期裂缝呈斜交，开裂使光纤产生两个微弯，导致后向瑞利(Rayleigh)散射的损耗．混凝土模 型实验表明，传感网络不仅能以高分辨率(O．Olmm)感知缝宽，而且能定位(定位精度±O．25m)． 莫分布检测能力对于裂缝监测特剐有用，因为大坝裂缝的出现具有空间随机性．文中还建议了对三 峡重力坝以及拱坝监测应用的典型方案． § 关键词大坝安全监测混凝土裂缝分布式光纤传感器光纤传感网络 l序言 光纤传感是近年来结构物、建筑物(如大坝、桥梁等)安全监测领域内最重要的发展。其必威体育精装版成就 是分布式光纤传感器“I。这种传感系统能够将监测参量测出其对光纤沿程的连续函数。这种全分布 生一般具有空间随机性。从而，采用常规测缝计不可能测出这种裂缝而不漏检。 作为力学间断面，裂缝会严重影响大坝整体性及其结构安全。因此，裂缝应当属于大坝监测的头等 重要的监测项目，对于像三峡丈坝这种世界最大的在建水电工程尤其是如此。为实旌对大坝裂缝的有效 而可靠的监测，必需发展光纤传感技术。 对裂缝检测曾提出所谓方位角式传感器，并用金属板模型进行了试验[“。但是，它是一种准分布式而 非分布式传感。本文提出了一种混凝士坝裂缝的全分布式光纤传感网络。 2传感机理 ● 分布式传感技术一般都是基于光时域反射技术(OTDR)。它是将激光脉冲入射光纤一端，并在同一端 由光时域反射仪(OTDR)对后向散射、信号加以接收、分析，得出其衰减波形。 OTDR的检测信号是瑞利(Rayleigh)散射。其功率(由0TDR接收)遵循以下方程： P(z)=：s(J)卢(I)exp卜2l陋，扛’)+口一O’)】出’} (1) 0 式中x为散射点的沿程距离，s(D为后向散射光的捕获比，r为光纤的群光速，口，(曲和锄(曲各为光纤前 向、后向衰减系数，口(曲为光纤衰减系数。 0TDR接收的光强以及光纤内任意两点闻的功率损耗，均可按光行程的函数加以确定。故当散射系数芦 和捕获比s为常数时．oTDR能感知衰减系数的变化。 ’国家自然科学基金委员会和中国长江三峡工程开发总公司联合资助的重大基金项目(№ 28 285403533，F“：865220670．邮编：610065 “作者信址：E哪丑i1：啦§§垒酆!@b卿趔￡Q匝Tel：86 ．652， 对于同一根通信光纤，嘶=％=a，且a和S均为常量。在这种情况下，光强衰减为一指数函数 (见图1)： P(J)=C。P山 式中G、b为常数。裂缝按雷达原理加以定位，即J=f以这里#是后向散射光的行程时间。 叫j卜_ ● 蔽私 ≥夕 (b) ＼n ＼