3、頻分復用
頻分復用是將多個光源調制在不同的頻率上,經過各分立的傳感器匯集在一根或多根光纖總線上,每個傳感器的信息即包含在總線信號中的對應頻率分量上。采用光源強度調制的頻分復用技術可用于光強調制型傳感器,采用光源光頻調制的頻分復用技術可以用于光相位調制型傳感器。
4、空分復用
空分復用是將各傳感器的接收光纖的終端按空間位置編碼,通過掃描機構控制光開關選址。這時,開關網絡應合理布置,信道間隔應選擇合適,以保證在某一時刻單光源僅與一個傳感器通道相連??辗謴陀玫膬烖c是能夠準確地進行空間選址,實際復用的傳感器不能太多,以少于10個為佳。
目前國內北京品傲光電科技有限公司和武漢理工大學研制的準分布式光纖監測系統都是采用了光纖光柵傳感器,傳感信號為波長調制,系統采用波分復用技術。
三峽大學研制了由“光纖裂縫計”和“光纖測縫計智能分析儀”組成的準分布式光纖監測系統,采用的是根據光強調制的測縫計,詢址采用的是時分復用技術。
準分布式光纖監測系統通過將多個相同類型或不同類型的傳感在一條光纖上串接復用,減少了傳輸線路,方便了施工,大大簡化了線路的布設。并且,可以實現多點同時測量,避免了以往逐點測量不同步的弊端。但是,準分布式光纖監測系統存在如下不足:
(1)由于分布式傳光型光纖監測系統是通過一條光纖將若干個光纖傳感器串接而成,系統的光功率損耗較大,因此,一條光纖只能接入有限的光纖傳感器,如分布式光纖光柵監測系統一般僅能接入8—12個光纖傳感器。
(2)分布式傳光型光纖監測系統實質上是多個單測點光纖傳感的串接復用系統。一旦系統埋設安裝后,測點無法增加。
2.2分布式傳感型(分布式)光纖監測系統
分布式傳感型光纖監測系統的特點是,利用光纖本身的特性把光纖作為敏感元件,光纖總線不僅起傳光作用,還起傳感作用,所以分布式傳感型光纖監測系統又稱本征分布式光纖監測系統,或全分布式光纖監測系統,簡稱分布式光纖檢測系統。
分布式傳感型光纖監測系統有下列優點:
(1)信息量大。分布式傳感型光纖監測系統能在整個連續光纖的長度上,以距離的連續函數的形式傳感出被測參數隨光纖長度方向的變化,即光纖任一點都是“傳感器”,它的信息量可以說是海量信息。
(2)結構簡單,可靠性高。由于分布式傳感型光纖監測系統的光纖總線不僅起傳光作用,而且起傳感作用,因此結構異常簡單,方便施工,潛在故障少,可維護性好,可靠性高。
(3)使用方便。光纖埋設后,測點可以按需要設定,可以取2m距離為一個測點,也可以取1m距離為一個測點等,按需要可以改變設定。因此,在病害定位監測時極其方便。
(4)性能價格比好。目前,光纖價格不高,一條光纖的測點又可達成百上千個,因此,每一個測點的價格就遠遠低于傳統單測點的價格,性能價格比相當好。
分布式光纖監測系統相對于電信號為基礎的傳感監測系統和點式光纖監測系統而言,無論是從監測技術的難度、監測量的內容及指標,還是從監測的場合和范圍都提高到了一個新的階段。
3、展望
當前,分布式光纖監測系統主要是一種時域分布式光纖監測系統,它的技術基礎是光時域反射技術OTDR(opticaltime—domainreflectormetry)。OTDR最初用于評價光學通信領域中光纖、光纜和耦合器的性能,是用于檢驗光纖損耗特性、光纖故障的手段,其工作機理是脈沖激光器向被測光纖發射光脈沖,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,經定向耦合器送至光電檢測系統。由于每一個向后傳播的散射光對應光纖總線上的一個測點,散射光的延時即反應在光纖總線上的位置。
由于從光纖返回的后向散射光有3種成分:
(1)由光纖折射率的微小變化引起的瑞利(RayLeigh)散射,其頻率與入射光相同;
(2)由光子與光聲子相互作用而引起的拉曼(Raman)散射,其頻率與入射光相差幾十太赫茲;
(3)由光子與光纖內彈性聲波場低頻聲子相互作用而引起的布里淵(Brillouin)散射。其頻率與入射光相差幾十吉赫茲。
因此,時域分布光纖檢測系統按光的載體可分為三種形式:基于拉曼散射的分布式光纖檢測系統、基于瑞利散射的分布式光纖監測系統和基于布里淵散射的分布式光纖檢測系統。當前,前二種形式的研究和應用較多,后一種形式是國際上近年來才研發出來的一項尖端技術,國內研究才剛剛起步。由于后一種形式可用來測量光纖沿線的應變分布,可以預計,不久在這方面將有所突破,并且前二種形式將發展成更多的應用種類,逐漸向大壩安全監測的各個領域滲透。光纖網絡布置形式將更趨豐富多樣,更趨科學合理。
與此同時,準分布式光纖監測系統將獲得較大發展,以光纖應變計組成的三向應變和二向應變的準分布式監測系統將面世;同一壩段一些非物理場類監測量,如裂縫監測,以及同一區域一些非物理場類監測量,如預應力監測,將出現更多的準分布式光纖監測系統,從而使相關量獲得同步觀測,大大提高觀測資料的質量。
4、結語
分布式光纖監測技術是當代高科技的結晶,是一種理想的大壩安全監測系統,廣大安全監測工作者應予以積極推廣。
分布式光纖經久耐用,安全可靠,由它構成的網絡可以遍布壩體,這些光纖網絡猶如神經系統,可以感知壩體各部位相關信息,大壩因此而有望成為一種機敏結構。
可以感覺到,光纖智能大壩正在悄悄地向我們走來。
參考文獻
1、B.culshawJ.Dakin:光纖傳感器(M)華中理工大學出版社1997.7
2、蔡德所:光纖傳感技術在大壩工程中的應用(M)中國水利水電出版社2002.12
3、秦一濤,劉劍鳴等:分布式光纖溫度監測系統在長調水電站中的應用實踐(J)
大壩與安全2004.1
4、魏德榮,趙花城等:基于光纖溫度測量的滲流監測技術(J)浙江水利科技2004.2
基于音噪比TTN的增壓器噪聲試驗研究
利用EGR技術降低渦輪增壓內燃機排氣…
綠色生態理念在戍浦江河道整治中的運用
溫度對活性污泥沉降性能與微生物種群…
富水流域水資源狀況及開發利用分析
湖北省湖泊水質現狀研究
神農架林區小型水電站建設與生態環境…
采取綜合措施治理窯尾粉塵污染
噪聲污染的危害及防治措施
農村垃圾處理現狀調研
噪音的危害防治及利用
淺析我國環境保護的形勢及對策
大氣污染的現狀與存在的問題
大氣污染的危害以及防治措施
廢舊電池的危害及回收利用
我國周邊安全環境分析研究