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                分布式布里渊光纤传感器的应用
                分布式布里渊光纤传感器的应用首页-机械检测仪器那些事-行业应用
                日期:21-06-26 浏览次数:
                分布式布里渊光纤传感器的应用
                综述

                分布式布里渊光纤传感器用来测量长距离范围内的应变和温度状况,是监控大型建筑结构状态的理想工具。这类传感器利用光纤通信的巨大经济规模,在每公里成本上,提供了其他技术无可比拟的高精度长范围监控方法。


                工作原理
                在典型的大型结构监控中㊣,使用光纤传感器系统并不需要对布里渊传感器有详细的了解。当然在选择布里渊传感器解决方案时,对于测量系统的基本△理解有益于促进相关性能参数的取舍。

                大多数的布里渊传感器利用一种称为受激布里渊散射的现象〓。


                典型的传感器设置包括两台激光器(一台连续光,一台脉冲光)分别从同一根被测光⊙纤的两端输入。当两台激光器的频率差与光纤的布里渊频率相同时,两个激光束在光纤内部发生强烈的相互作用并产生声子。这个相互@作用把布里渊信号放大到经光时域反射型设备可以定位检测。沿光纤测量应变◇和温度时,需要扫描频差(拍频)绘出布里渊频谱,通过拟合该频谱以获得温度和应变信息。
                图1底部的公式说明,光纤上每@ 点的布里渊频率与该处光纤所感知的外界的温度和应变成线性关系。对于色散位移光纤(LEAF),布里渊频谱上实际存在着两个峰,这样有利于同时从一根光纤上◣获取温度和应变两种信息。
                布里渊光纤传感器的成本核算
                正如※我们以前阐明的,布里渊光纤传感器在长距离高精度结构监控中,提供了其他测量技术无可比拟的低成本(每公里)。这直接导致了在关↘键的结构监控中因使用布里渊传感器而获得快速投资回报机会。下图展示了一个简单的节约成本例子:


                在一个典型的节约成本估算中,由于自动〇化的监控,最重要的因素是减少维护和检查成本,减少停工期,减少灾难性事故的可能性。在很多情况下,停工№和故障造成的损失比上述例子中的高出很多。
                最近发▃生的几起管道停运事件证明了对适时监控的需求。图2所作的经济性优算仅仅是针对中等规模区域性管道分配网络。对于ξ大型的骨干管道系统,其经济性将更加明显。由于系统停止运行,每天所造成的损失很轻易地就会超过上千万。分布式布里渊传感器监测系统的费用可折算成♀每米1-2美元。只要能有效地避免那怕一次被监测系统的故障停机,就远︾远超过了适时监测系统的所有安装和运行费用。而其它大型结构,如电力传输,大坝,桥梁等同样具有『因灾难性故障或停机而造成重大损失的风险。
                如果要获得节约费用的数据表,或者根据你的结构监控需要而定制的版本,请和我们联系。
                用于结构监∮控的光纤传感技术比较
                布里渊光纤传感器在长距离和大面积上胜︼人一筹。事实上, 在任何长于一公里的温度和应变应用上,都应该考虑布里渊传感器。另外一个适用于定点测量的光纤传感〓器是光纤布拉格光栅传感器。然而,在事前不能预知结构损坏或者管道泄露位置的结构监控中,何处安装布拉格光栅传感器或应变仪是结构监控中必须面对的问题。布拉格光栅传感器或应←变仪的安装地点不在结构损坏或者管道泄露位置时,结构监控也就无从谈起。当然在已知特定位置的情况下,布拉格光栅传感器是优秀的测量仪。而布里渊光纤传感器适用于更大范围、更长距离的结构监控,并且能够定位未知╱的故障点,这是布拉格光栅传感器所无法胜任的。
                有两种类型的布里渊光纤传感器。布里渊光时域反射仪(BOTDR)基于单一脉〒冲的布里渊反射求解应变和温度。布里渊光时域分析仪(BOTDA)利用一种更复杂的称为受激布里渊反射的→现象。
                因为通过两个反向传输的光束来增强布里渊散射,BOTDA技术显然更为强大有力。由于信号强度大,应变和温度的测〖量更为精确。另外在LEAF光纤中产生的两个布里渊峰, 有助于同时提供温度和应变信息。
                BOTDA方法要求更多的光学部件和双向光路,造成总的系统成本通常略〓高 (感应光纤必须形成回路或者安装反射镜)。然而,因为适度↙增加的成本带来了显著的测量精度的提高,BODTA还是目前应用最为广泛的实用系统。
                表1提供了常用的光纤应力和温度传感技术的比较,以及每种类型的典型性能限度。


                使用色散位移LEAF光纤,可以同时测量温度和应变。如同单模光纤(SMF),LEAF光纤在高速光纤通信中广泛使用价格便宜。在结构监控项目中,尽早确定光纤类型非常重要。虽然测试设备可以在◤后来改动或者升级,但是如果要求同时测量温度和应力,安装正确的光纤类型是最基本的要求。
                MYG公司正在与主要的大学研究机构合作把新技术↓带入市场,通过提高性能和降低成本来拓展布里渊光纤传感器的市场。如果想知道这些技术会给您带来何种好处,请与我们联系。
                布里々渊光纤传感器的主要应用
                布里渊光纤传感器已经有为数众多的应用。如前所述,运用布里①渊散射机理的传感器系统,在高精度大范围的应用中有着无可比拟的优势。与其他传感器技术不同,布里渊光纤传感器系统直接利用了安装卐在世界各地的数以百万计的通信光纤的经济规模。如下表2所揭示的,布里渊光纤传感器最广泛的应用,确实是在大规模的线性或者空间尺度上。



                应用案例:

                1、厦门海沧大桥荷载◇监测

                • 海沧大桥是从厦门岛通往海沧的一座兼具公路和城市桥梁功能的内海湾大桥,是亚洲第↑一、世界第二的三跨连续全漂浮钢箱梁悬索桥,代表着20世纪中国建桥水平最高成就,至今服役时间近15年。
                • 2015年,利用公〖司产品 “高分辨率分布式光纤ω温度应变分析仪” 为厦门海沧大桥进行桥梁结构健康监测。
                • 桥梁监测主要关注在荷载情况下,其应变和温度分布情况。通过车辆不同位置停放,形成四种不同加载工况。利用铺设在钢箱∑ 梁底板正中位置的三根传感光纤对不同工况进行测量。
                • 测量结果可以准确反映车辆停靠在不同位置时,桥梁对应位置及桥梁整体发生的应变变化。测量☆结果为桥梁结构健康评估提供了有力的依据。
                • 2、青藏高原路基沉降监测

                  由于青藏高原地理环境特殊、地质条件复杂∞、气候多变,穿越大片连续多年冻土区的高速公路极易发生路基变形,因此ㄨ对构筑物稳定性具有更高要求,对高原高速公路的建设、养护和运营管理提出了更特殊的要求。目前,冻土工程病害准确实时预报是世界性的难题。公司利用自主♀研制的“高分辨率分布式光纤温度应变分析仪”,开展高原高速公路状态评价和灾害预警分布光纤检测,建立高寒高海拔地区高速公路全线检测数※据分析、状态评估和灾害预警的实用现行标准。

                • 3、高精度光纤陀螺ぷ环检测

                  光纤陀螺仪作为一种确定运动物体方位的仪器,已经发展成为惯性技术领域具有划时代意义的新型仪表。目前它已【经在航空航天、武器导航、机器人控制、石油钻井及雷达等领域◣获得广泛应用。作为光纤陀螺仪核心器件的光纤环,其质量直接影响光纤陀螺仪的精¤度。我公司自行研制的“布里渊分布式多参量测试技术”可以在线、分布式检◤测光纤环各处应变、温度和双折射分布,有效判断光纤环质量好坏,有效解决光纤陀螺仪精度提高方面的难题。所提出技术为光纤环的绕■制、固胶、温度控制等工艺提供有效指导,极大地促进高精度光纤陀螺的发展。

                • 4、钢筋混凝土梁应变监测

                  公司利用自主研制的“高分辨率分布式光纤温度应变分析仪”与有关单位在实验室环境下进行了钢筋混凝土梁荷载〗情况监测,该项目验证了我公司研制的“温度应变解调仪”在土木工程检测方面进行广泛应用的可能,提出我公司产品可以应用于桥梁、大坝和隧道等大型□ 结构建筑物健康监测、石油管线漏油、电力线路故障检测和火灾报警等多领域。

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