隧道结构健康监测系统与光纤传感技术

隧道安全关系到人类生命安全和社会经济活动,及时掌握隧道结构健康状态是确保隧道安全的重要前提。在详细分析结构健康监测的概念、系统组成和发展现状的基础上,结合隧道结构的具体特点,提出了隧道结构健康监测的定义,构建了一个集监测、诊断和状态评价为一体的隧道结构健康监测系统,重点介绍了光纤结构监测(SO-FO)、布拉格光纤光栅(FBG)和分布式光纤传感器(BOTDR)等3种光纤传感技术的基本原理、功能及其在隧道结构健康监测系统中的作用。有理由相信,以光纤传感技术为代表的新一代工程监测技术将为隧道结构健康监测系统的建立提供厚实的技术基础。     

基于BOTDA的光纤传感技术在边坡变形监测中的应用研究

BOTDA光纤传感技术在温度、应变测量上具有优于其他传感技术的测量精度、测量范围和空间分辨率。为了使该技术能成功地应用于地质灾害监测,本文一方面借助光纤传感技术应用研究基础探讨了该技术应用于边坡变形监测的若干技术问题,另一方面结合实际边坡变形监测工程,通过监测系统建设、监测效果分析和数据对比初步研究和证明了该技术在边坡变形监测中的可行性和有效性,同时对采用该技术在边坡变形监测过程中出现的问题进行了分析并提出了相应的解决方法。     

储罐不均匀基础沉降在线监测装置的研发

针对储罐不均匀基础沉降造成储罐破坏的问题,为实现对储罐进行不均匀基础沉降监测,研发了基于光纤传感的储罐基础不均匀沉降在线监测技术,能够对储罐基础沉降进行在线监测,量程范围0~100 mm,监测精度达到1 mm,为开展储罐不均匀沉降在线监测系统现场应用提供了良好的技术基础。     

光纤传输在地震台信号传输中的应用

深圳地震台处于强雷电干扰地区,雷电干扰的破坏给深圳地震台的各类设备带来严重的损害,造成较大的经济损失,后来在信号传输线路上改用了光纤传输,起到了明显的效果。作者将深圳台在应用光纤传输地震信号的实践工作进行简要总结,供一线台站的同行参考。     

水中六价铬光纤传感检测方法的研究

探讨光纤传感检测探头的原理,建立适应现场检测水中六价铬的方法。水中Cr6+与二苯基碳酰二肼反应生成紫红色产物,光纤探头插入水样中进行测定。其检测浓度范围为0.04～1.0mg/L,最低检出限为0.04mg/L。采用光纤传感测定水中六价铬,为野外和在线检测提供一种新方法。     

分布式光纤测温系统试验研究及在原油储罐中的应用

分析了外浮顶储罐密封圈火灾自动报警系统存在的问题,比对了多种光纤测温方式的优劣势,确定了拉曼散色分布式光纤测温装置在原油储罐的适用性,阐述了分布式光纤系统原理。选型设计了分布式光纤测温系统,明确了该系统应实现的功能,开展了该装置的发热性、精度、稳定性试验测试,并进行优化设计,测温距离可达4km,精度为±1℃,进行了现场应用,效果显著。     

光纤传输在地震台信号传输中的应用

深圳地震台处于强雷电干扰地区，雷电干扰的破坏给深圳地震台的各类设备带来严重的损害，造成较大的经济损失，后来在信号传输线路上改用了光纤传输，起到了明显的效果。作者将深圳台在应用光纤传输地震信号的实践工作进行简要总结，供一线台站的同行参考。     

不同埋管形式的预制能量管桩热响应试验研究

能量桩是通过在传统桩基础内安装换热管的新型节能减排技术。通过在PHC桩芯内埋设换热管形成预制能量管桩。现场采用单U和双U热响应试验,利用分布式光纤传感技术,对桩身的温度和应变分布进行了监测,得到了试验过程中能量桩的温度和应变变化规律;发现换热初期热量会堆积在能量桩内无法快速传递到桩外,整个过程桩体升温幅度不大,热量传递效率较低;揭示了预制能量管桩的热、力学变化特征,为预制能量管桩的优化设计和换热能力的评价提供了依据。     

黄土水分场光纤原位监测及非饱和渗透系数估算

土壤含水率和渗透系数的原位测定是研究黄土高原地区各类地质灾害机理的重点和难点。应用基于AHFO的含水率测量方法,对降雨条件下黄土地基的水分场动态分布进行原位监测;以含水率监测结果和土水特征曲线为基础改进传统瞬态剖面法,估算蒸发条件下黄土的非饱和渗透系数。结果表明:①土壤中的水分运移受重力、吸力梯度和大气蒸发力的综合控制;降雨后黄土中的水分循环主要发生在浅层,降雨量较大时,土壤剖面呈现出干湿交替的现象;降雨量较小时,水分入渗到一定深度即向上部运移排泄;②改进的瞬态剖面法可以避免含水率分布函数和吸力未知所带来的计算误差,实现蒸发作用下黄土的非饱和渗透系数估算;③非饱和渗透系数计算值与平均含水率成正相关关系,但离散性较大,其误差主要来源于土壤性质的空间变异性和蒸发作用的滞后性;④该研究成果为降雨入渗模型的建立提供了精确的含水率和渗透系数,可广泛应用于黄土高原地区的原位试验研究。     

压力管道薄弱部位的光纤Bragg 光栅应变监测技术研究

为预防压力管道泄漏或者恶性爆管事故的发生,采用光纤Bragg光栅传感器对压力管道薄弱部位进行表面应变监测,实现对压力管道爆管事故的安全监控。采用一段定制加工的实验压力管道,首先采用ANSYS 软件对压力管道进行了应变建模和有限元分析,得到压力管道的 L 型、U 型和 T 型接头等薄弱部位的应力分布,然后在应力集中区贴装光纤 Bragg 光栅传感器,对表面应变进行实时测试,测试结果经过应变传递误差修正之后,与理论值和电阻应变片结果进行比对,证实了光纤 Bragg 光栅传感器对压力管道薄弱部位安全监测的可行性。