1、綜述
大壩的投資大、效益高、在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著舉足輕重的作用，與人民的生活也休戚相關(guān)。一個龐大的水庫，一旦失事，造成人民生命財產(chǎn)的損失是巨大的。所以大壩的安全顯得尤為重要。根據(jù)《小型水利發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》的安全監(jiān)測規(guī)定，主要水工建筑物安全監(jiān)測項(xiàng)目分別為：混凝土壩、砌石壩、土石壩、河床式廠房閘壩、隧洞、調(diào)壓室、壓力管道、地下式廠房、高陡邊坡等，其主要觀測項(xiàng)目也大體分為：上下游水位、揚(yáng)壓力、滲漏水量、位移、伸縮縫、上下游沖淤、沉降、應(yīng)力應(yīng)變、圍巖山體壓力、圍巖變形等；目前從國內(nèi)眾多水壩監(jiān)測儀器上分析，國內(nèi)工程人員目前選用傳統(tǒng)方式的較多，真正使用光纖傳感技術(shù)的相對較少。隨著我國光纖傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，國內(nèi)光纖式傳感器在國內(nèi)的水壩上應(yīng)用也是一種趨勢，北京達(dá)卡科技有限公司針對這一情況，特別推出可靠的相關(guān)產(chǎn)品：光纖應(yīng)變傳感器、光纖鋼筋計、光纖位移計、光纖裂縫計、光纖土壓力計、光纖分布式溫度監(jiān)測系統(tǒng)（DTS）、光纖分布式應(yīng)力溫度監(jiān)測系統(tǒng)（DTSS）、光纖光柵健康監(jiān)測系統(tǒng)（FBG）、光纖地震波監(jiān)測系統(tǒng)、水利大壩氣象觀測系統(tǒng)等。
北京達(dá)卡科技有限公司推出2套系統(tǒng)應(yīng)用于水利大壩方面，第一、分布式光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)（DTS）和分布式光纖應(yīng)力溫度監(jiān)測系統(tǒng)（DTSS）；第二、準(zhǔn)分布式光纖光柵監(jiān)測系統(tǒng)（FBG）
在后面的章節(jié)中，將分別介紹這些系統(tǒng)如何在水利大壩應(yīng)用以及區(qū)別。
2、分布式光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)（DTS）和分布式光纖應(yīng)力溫度監(jiān)測系統(tǒng)（DTSS）
(1)分布式光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)提出的常態(tài)大體積混凝土分布式光纖傳感監(jiān)測技術(shù)可實(shí)現(xiàn)大體積混凝土施工期和運(yùn)行期的溫度場監(jiān)測，是對大壩溫度監(jiān)測傳統(tǒng)儀器、理論和方法的變革和創(chuàng)新。
(2)所優(yōu)選的光纖分布式溫度測量系統(tǒng)安裝方便，可快捷、準(zhǔn)確地檢測到壩體混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度場的變化，這對大壩的健康診斷和安全運(yùn)行十分有利。
分布式光纖監(jiān)測技術(shù)在碾壓混凝土壩的應(yīng)用發(fā)展較快，對碾壓混凝土壩，分布式光纖監(jiān)測具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢，因?yàn)樗鼘κ┕じ蓴_小，它既具有監(jiān)測溫度場的功能，又兼有對碾壓層面進(jìn)行滲流定位監(jiān)測的功能。從目前應(yīng)用情況來看，光纖網(wǎng)絡(luò)布置有二種形式。
一種是平面網(wǎng)絡(luò)形式，光纖連續(xù)地沿壩體橫斷面自下而上作蛇形布置；另一種是空間網(wǎng)絡(luò)形式，取某壩段作監(jiān)測對象，光纖自下而上連續(xù)地沿水平截面從左至右或從右至左作蛇形布置。空間網(wǎng)絡(luò)布置不僅可以監(jiān)測多個橫斷面的溫度場，了解施工期和運(yùn)行期壩體溫度空間分布和變化情況，而且可以對碾壓層面進(jìn)行滲流定位監(jiān)測。
2.1 分布式光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)性能指標(biāo)
光纖類型 單模/多模 （可選擇）
測量時間 最小30s，取決與測量距離、溫度與空間分辨率
測量距離 3Km以下 3-10Km 10 Km以上
空間分辨率 ±1m ±1m ±1.5m
溫度分辨率 ±1℃
溫度范圍 取決于傳感光纜（最大600 ℃）
通道數(shù) 最大可以擴(kuò)展32通道
2.2 分布式光纖應(yīng)力溫度監(jiān)測系統(tǒng)性能指標(biāo)
光纖類型 單模(SMF)
測量時間 最小30s，取決與測量距離、溫度與空間分辨率
測量距離 3Km以下 3-10Km 10 Km以上
空間分辨率 ±1m ±1m ±1.5m
分辨率 溫度/應(yīng)力
測量范圍 取決于傳感光纜
外接口 Ethernet, USB, RS232, SPST
操作系統(tǒng) Windows 2000系統(tǒng)，160G硬盤
通道數(shù) 最大可以擴(kuò)展32通道
3、技術(shù)發(fā)展展望
分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)主要是一種時域分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)，它的技術(shù)基礎(chǔ)是光時域反射技術(shù)OTDR（optical time—domain reflectormetry）。OTDR最初用于評價光學(xué)通信領(lǐng)域中光纖、光纜和耦合器的性能，是用于檢驗(yàn)光纖損耗特性、光纖故障的手段，其工作機(jī)理是脈沖激光器向被測光纖發(fā)射光脈沖，該光脈沖通過光纖時由于光纖存在折射率的微觀不均勻性，以及光纖微觀特性的變化，有一部分光會偏離原來的傳播向空間散射，在光纖中形成后向散射光和前向散射光。其中，后向散射光向后傳播至光纖的始端，經(jīng)定向耦合器送至光電檢測系統(tǒng)。由于每一個向后傳播的散射光對應(yīng)光纖總線上的一個測點(diǎn)，散射光的延時即反應(yīng)在光纖總線上的位置。
目前北京達(dá)卡科技有限公司的拉曼技術(shù)和布里淵技術(shù)都基于OTDR系統(tǒng)而發(fā)展起來的。
分布式光纖經(jīng)久耐用，安全可靠，由它構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)可以遍布壩體，這些光纖網(wǎng)絡(luò)猶如神經(jīng)系統(tǒng)，可以感知壩體各部位相關(guān)信息，大壩因此而有望成為一種機(jī)敏結(jié)構(gòu)。由此而構(gòu)成光纖智能大壩，更加便于我們工程人員應(yīng)用。隨著光纖傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，這種技術(shù)是目前最為合理和最為理想的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，所以此種技術(shù)應(yīng)該得到國家水利部門的大力推廣。
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