[实用新型]用于线性工程安全监测的全分布式光纤监测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及岩土工程监测技术领域，特别是涉及用于线性工程安全监测的全分布式光纤监测系统。

背景技术

线性工程一般距离长，范围大，而且线性工程所处的环境复杂，要求传感装置具有防水、防潮、抗电磁干扰等性能。目前已有的常规的测试技术在长期的工程应用中表明，传统的表面监测法和点式监测技术满足上述测试要求十分困难，为解决通常遇到的防水防潮和抗电磁干扰的问题，尽管进行过多方面的研究相应的防护措施，但所费代价昂贵，而收效却甚微。

相较于传统的传感技术，光纤传感器具有灵敏度高、可靠性强、使用寿命长、抗电磁干扰、防水防腐蚀、传输距离远、测量对象广泛和易实现分布式测量等优势，而且全分布式传感光纤可以准确感知线性工程每处的温度变化及应变并定位。

因此全分布式光纤传感技术与传统技术相比，在线性工程监测方面，具有明显的优越性和很大的发展潜力。

实用新型内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了用于线性工程安全监测的全分布式光纤监测系统，本实用新型能够实现对线性工程的长距离、分布式监测。

用于线性工程安全监测的全分布式光纤监测系统，包括

全分布式传感光纤，所述全分布式传感光纤并行布置在线性工程的内部或表面；

激光器输出光源，光电调制器与激光器相连，光电调制器用于调制激光，所述全分布式传感光纤与激光器相连，所述光电调制器还连接至光探测器，所述光探测器连接至布里渊背向散射光数据采集设备，所述布里渊背向散射光数据采集设备负责接收后向散射光进行数据采集并传输至数据处理设备；

所述全分布式传感光纤由布里渊背向散射光数据采集设备同步测量，其应变和温度的传感均基于布里渊后向散射光，通过对不同时刻的布里渊后向散射光强度和布里渊频移的测量，完成全分布式传感光纤上各点的温度和应变的测量及空间定位；根据布里渊散射光强度与频移均与应变和温度呈线型关系，得到线性工程内部及表面的应变分布和温度分布，实现对线性工程的长距离、分布式监测。

进一步的，所述激光器为超窄线宽的DFB光纤激光器，线宽小于3KHz。

进一步的，所述光电调制器为压电陶瓷调制器，用于将激光器输出的连续光调制成脉冲光。

进一步的，所述光探测器为两个，一个是12GHz的高频率光探测器，另一个是125MHz的光电探测器，两个光探测器均连接至布里渊背向散射光数据采集设备。

进一步的，所述布里渊背向散射光数据采集设备通过通讯接口与数据处理设备的通信。

进一步的，所述布里渊背向散射光数据采集设备采用采样频率为10GS/s的高速数据采集卡。

进一步的，所述全分布式传感光纤植入复合材料内部，复合材料为碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料。

进一步的，所述全分布式传感光纤的数量为四条，四条不同位置的全分布式传感光纤串接在一条光纤线路上。

用于线性工程安全监测的全分布式光纤监测方法，包括：

在线性工程中布设全分布式传感光纤；

全分布式传感光纤由布里渊背向散射光数据采集设备同步测量；

全分布式传感光纤其应变和温度的传感均基于布里渊后向散射光，通过对不同时刻的布里渊后向散射光强度和布里渊频移的测量，完成全分布式传感光纤上各点的温度和应变的测量及空间定位；

根据布里渊散射光强度与频移均与应变和温度呈线型关系，得到线性工程内部及表面的应变分布和温度分布，实现对线性工程的长距离、分布式监测。

进一步的，采用电方法来分别得到布里渊频移的大小和强度的变化，首先将后向散射光经过光滤波器滤除拉曼散射光和布里渊反斯托克斯光，然后将布里渊斯托克斯和瑞利散射光的干涉交流信号分为两路，一路通过12GHz的高频率光探测器，从高频率光探测器的交流输出端口得到与布里渊频移有关的交流信号，另一路通过125MHz的光电探测器和滤波器放大器得到直流部分和交流部分的峰值，再进行数据处理得瑞利散射光强度和布里渊散射光强度，再根据另一路中得到的布里渊频移的变化，通过解调布里渊强度的变化和频移的变化来同时得到由传感光纤感受到的温度变化和应变。

进一步的，从高频率光探测器的交流输出端口得到与布里渊频移有关的交流信号时，具体为：

假设瑞利散射光的电磁场和布里渊散射斯托克斯光的电磁场如下：