[發明專利]用于線性工程安全監測的全分布式光纖監測系統與方法

在審

• 申請號: 201810055516.4
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108225387A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 王靜;李姝凡;張建清;隋青美;劉斌;王正方;李亦佳;韓明娟;蔡加興
• 申請（專利權）人: 山東大學;長江地球物理探測（武漢）有限公司
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01D21/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

本發明公開了用于線性工程安全監測的全分布式光纖監測系統與方法，包括全分布式傳感光纖，所述全分布式傳感光纖并行布置在線性工程的內部或表面；所述全分布式傳感光纖將采集的信號分兩路分別傳輸至激光器及光電調制器，所述光電調制器將接收的信號進行處理后依次傳輸至光探測器、數據采集設備及計算機。這套分布式監測系統的第一個優點是利用光纖的特性可以實現遠程、長距離監測；第二個優點是可以實現分布式監測，掌握線性工程整體的運行狀態；第三個優點是由于使用了光纖和光信號，可以在雷電、潮濕等的惡劣環境下使用；第四個優點是可以實現自動化測量與分析，比較迅速地獲得線性工程的變形或溫度異常，及時給出異常區域，并給出預警。

技術領域

本發明涉及巖土工程監測技術領域，特別是涉及用于線性工程安全監測的全分布式光纖監測系統與方法。

背景技術

線性工程一般距離長，范圍大，而且線性工程所處的環境復雜，要求傳感裝置具有防水、防潮、抗電磁干擾等性能。目前已有的常規的測試技術在長期的工程應用中表明，傳統的表面監測法和點式監測技術滿足上述測試要求十分困難，為解決通常遇到的防水防潮和抗電磁干擾的問題，盡管進行過多方面的研究相應的防護措施，但所費代價昂貴，而收效卻甚微。

相較于傳統的傳感技術，光纖傳感器具有靈敏度高、可靠性強、使用壽命長、抗電磁干擾、防水防腐蝕、傳輸距離遠、測量對象廣泛和易實現分布式測量等優勢，而且全分布式傳感光纖可以準確感知線性工程每處的溫度變化及應變并定位。

因此全分布式光纖傳感技術與傳統技術相比，在線性工程監測方面，具有明顯的優越性和很大的發展潛力。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明提供了用于線性工程安全監測的全分布式光纖監測系統，本發明能夠實現對線性工程的長距離、分布式監測。

用于線性工程安全監測的全分布式光纖監測系統，包括

全分布式傳感光纖，所述全分布式傳感光纖并行布置在線性工程的內部或表面；

激光器輸出光源，光電調制器與激光器相連，光電調制器用于調制激光，所述全分布式傳感光纖與激光器相連，所述光電調制器還連接至布里淵背向散射光數據采集設備，所述布里淵背向散射光數據采集設備接收后向散射光并傳輸至數據處理設備；

所述全分布式傳感光纖由布里淵背向散射光數據采集設備同步測量，其應變和溫度的傳感均基于布里淵后向散射光，通過對不同時刻的布里淵后向散射光強度和布里淵頻移的測量，完成全分布式傳感光纖上各點的溫度和應變的測量及空間定位；根據布里淵散射光強度與頻移均與應變和溫度呈線型關系，得到線性工程內部及表面的應變分布和溫度分布，實現對線性工程的長距離、分布式監測。

進一步的，所述激光器為超窄線寬的DFB光纖激光器，線寬小于3KHz。

進一步的，所述光電調制器為壓電陶瓷調制器，用于將激光器輸出的連續光調制成脈沖光。

進一步的，所述光電調制器為兩個，一個是12GHz的高頻率光探測器，另一個是125MHz的光電探測器，兩個光電調制器均連接至布里淵背向散射光數據采集設備。

進一步的，所述布里淵背向散射光數據采集設備通過通訊接口與數據處理設備的通信。

進一步的，所述布里淵背向散射光數據采集設備采用采樣頻率為10GS/s的高速數據采集卡。

進一步的，所述全分布式傳感光纖植入復合材料內部，復合材料為碳纖維復合材料或玻璃纖維復合材料。

進一步的，所述全分布式傳感光纖的數量為四條，四條不同位置的全分布式傳感光纖串接在一條光纖線路上。

用于線性工程安全監測的全分布式光纖監測方法，包括：

在線性工程中布設全分布式傳感光纖；