基于BOTDA的隧道变形监测技术研究

文章提出了一种将气吹敷设传感光纤法和真空灌浆固定传感光纤法相结合的光纤传感器铺设方法,该方法能在较短施工期内将分布式光纤传感器准确埋入混凝土内部。同时采用经典剪滞理论分析了该方法铺设的传感光纤感应结构应变的有效性,并结合工程应用介绍了基于分布式光纤传感系统的隧道变形监测技术的基本方法。     

光纤感测技术在轨道交通运营线路中的应用

为解决城市轨道交通工程在施工和后期运营过程中隧道差异沉降、结构变形、基坑渗水与失稳及周边建筑物变形等安全问题。依托宁波市轨道交通运1 号运营线,采用分布式光纤传感技术实现长距离隧道的管片变形和差异沉降监测,利用布拉格光纤光栅技术实现了隧道断面和结构变形自动化监测,结果显示监测段隧道变形较小,较为稳定。项目的成功实施,证明了光纤传感技术在轨道交通工程结构监测中的有效性,具有广泛的应用和推广价值。     

基于分布式传感光纤的隧道二次衬砌全寿命应力监测方法

应用气吹灌浆铺设技术将分布式光纤传感器埋入二次衬砌混凝土内部,并将光纤传感器时变应力场监测结果与施工初期埋入的传统传感器初始应力场叠加,得到隧道二次衬砌的长期真实应力水平;通过对采用气吹灌浆铺设的光纤传感器进行标定试验,对二次衬砌长期应力场的监测断面进行应力水平分析,提出将时间序列分析方法应用于所有监测断面健康状态评估。结果表明:所提出的方法能够实现对隧道二次衬砌的全寿命健康诊断与评估。     

基于分布式光纤形状传感的沥青混合料车辙变形监测研究

车辙是沥青路面典型的病害形式，其现有的检测及评估方法大多存在表观性。因此，对沥青路面结构内部车辙的演变过程、横断面形状进行监测和评估具有重要意义。引入分布光纤形状传感技术，研发了可用于沥青路面的柔性分布式光纤形状传感器，通过理论分析和标定试验明确了其形状测试原理。将分布式光纤形状传感器植入车辙试件，采用光频域反射设备(OFDR)对室内车辙试验进行了加载全过程的实时监测，获取了沿车辙横断面上各测点的时程应变数据。进而，采用空间曲线理论中的Frenet-serret方程，提出基于分布式光纤传感技术的车辙横断面二维形状重构算法，得到发生累积变形时分布式光纤形状传感器的形态演变曲线。提取重构曲线中荷载作用位置处的位移与车辙仪位移传感器数据进行对比，平均相对误差仅为0.981%,证实上述方法可以实现车辙变形的准确监测。最后基于重构得到的车辙横断面形状，分析车辙变形的演变规律，结果表明其与沥青路面永久变形发展阶段中的压密、流动过程具有较好的对应关系。创新性地提出了基于分布式光纤形状传感技术的沥青混合料车辙变形监测方法，有助于明晰沥青路面结构内部车辙类病害的发展规律和横断面形态，为道路基础设施全寿命...     

基于BOTDA光纤传感技术的大体积混凝土温度测试研究

大体积混凝土浇筑后,温度监测是混凝土结构健康监测的一个重要内容。基于布里渊光时域分析技术(BOTDA),开展大体积混凝土温度测试研究。首先阐述BOTDA分布式光纤传感技术测温基本原理;然后介绍温度测试系统;最后结合工程实例,研究该技术在工程中的应用,包括光纤铺设、光纤保护、测试及成果分析,同时采用点式温度传感器测试光缆部分位置的温度,采用精密温度计测试环境温度,并与光缆测试温度对比分析。结果表明:基于布里渊光时域分析的分布式光纤传感技术可用于大体积混凝土分布式温度精确测试。     

分布式光纤检测桥梁裂缝研究

光纤传感技术由于能实现空间立体监测和连续性监测,是目前裂缝监测领域研究的重点。本文在深入研究布里渊传感原理基础上,基于光纤传感器精巧、纤细难于适用于混凝土粗放施工的特点,采用基于FRP封装的分布式光纤传感器,对这种传感器在在用桥梁及在建桥梁的敷设方式、对混凝土裂缝从萌生到开展过程的监测响应及裂缝宽度与布里渊频移之间的规律展开了探索性科学研究。并在试验中加入了光纤光栅传感器,研究光纤光栅传感器对分布式光纤传感器的补充作用。通过理论及试验研究,采用FRP封装的分布式光纤传感器适用于在用及在建桥梁的混凝土裂缝监测,光纤传感器对裂缝的开展有很好的感知性能,初步得到了裂缝宽度与布里渊频移之间的规律。光纤光栅传感器与分布式光纤传感器相结合可以实现长距离与局部高精度的互补作用。     

分布式光纤应变传感技术在交通基础设施监测中的研究进展

交通基础设施安全关系到人类生命和财产的安全,实时掌握其健康状态,是交通基础设施安全可靠的重要保障。现概述了分布式光纤传感技术的分类,以分布式光纤应变传感技术为基础,对光纤封装、布设、协调机制、数据解析等关键技术问题进行了分析总结,并重点阐述了其在道路、桥梁、隧道中的工程应用情况。最后,对相关问题进行了展望。     

FBG应变传感器在隧道长期健康监测中的应用

隧道结构长期运营安全监测需要采用长效性好的传感测试技术,近年发展起来的光纤光栅传感器是一种数字式的光纤传感技术,具有长期稳定性好、测量精度高和适宜远程监测等优点.将光纤光栅传感器应用于厦门翔安隧道结构健康监测系统,实现了对二次衬砌混凝土应变的长期监测.结果表明光纤光栅传感器测量数据稳定可靠,监测效果良好.     

分布式光纤技术在隧道变形监测中的应用

目前,隧道的安全服役离不开安全监测和预警,分布式光纤技术为隧道的安全运营提供一种全新的技术保障手段。为解决隧道的差异性沉降监测难题,从实验室内光纤轴向拉伸监测变形和Z字形布线方式监测差异沉降的原理及其在某隧道内的应用效果2个方面,阐述分布式光纤监测技术在隧道工程中的应用。无论室内的等级光纤拉伸和还是Z字形布线方式,位移和应变的对应关系都呈现出良好的线性比例关系,为工程实际应用提供理论依据。从工程监测结果来看,分布式定点应变感测光缆能实现对管片接缝变形的准确定位和毫米级接缝宽度感知,Z字形光缆布设方式也能对隧道内管片差异沉降实现精准感知,充分体现分布式光纤监测技术在隧道结构健康监测中的鲜明优势。     

基于汉堡车辙试验的分布式光纤信号响应-荷载规律研究

引入分布式光纤传感技术用于沥青路面荷载响应监测,提出一种浸入式的沥青路面荷载响应监测方案.为研究不同荷载和不同温度下沥青混凝土中光纤传感信号的变化规律,建立一套包含光源、传感元件、沥青混凝土结构、光电探测模块和数据采集模块的分布式光纤传感测试系统.将封装好的光纤传感器埋置于沥青混凝土车辙试件中,采用室内汉堡车辙试验的方...     

应用于桥跨结构横向错位检测的光纤弯曲监测器硬件电路设计

该文基于光纤弯曲损耗原理,设计了一种针对桥梁伸缩缝横向错位位移检测的光纤弯曲监测器。当桥梁由于自身损伤累积到一定程度或受外力作用,桥梁伸缩缝产生横向、纵向及竖向错位时,对桥跨结构两侧预先敷设的光纤会造成拉动产生弯曲,此时光纤中弯曲损耗会急剧增大。通过检测光电转换后的电压值可以感知桥跨的错位程度,为桥梁提供最后一道安全保障,能够在桥梁垮塌前进行预警。     

光纤光栅孔隙水压力计的研制与应用研究

阐述了光纤Bragg光栅(FBG)技术的原理以及传感器的结构设计原理和方法,采用光纤Bragg光栅(FBG)传感技术研制了适合岩土工程使用的光纤光栅孔隙水压力计,对研制的6支光纤光栅孔隙水压力计进行了试验检验并埋设于某高速公路软土路基中试测孔隙水压力以检验研发成果。实践结果表明该仪器克服了常规仪器的某些缺点,并有稳定性好、耐腐蚀等优点,可以较好地应用于岩土工程监测当中。本仪器的研制对于光纤传感技术在岩土工程领域的应用具有积极的推动作用。     

卡尔曼滤波在光纤测温隧道火灾监测系统中的应用

公路隧道具有结构封闭且狭长的特殊性,隧道内的环境温度监测系统,需要在保证连续实时测量的同时,不引入额外风险。光纤测温技术具有测量连续实时、现场无需供电等优点,适合用于公路隧道的环境温度监测。所以对测温信号进行合理的处理和分析,提升监测的有效性,是需要重点研究的问题。文中采用卡尔曼滤波方法进行光纤测温系统的滤波降噪,并与现有方法进行比较,由实验结果可得,采用卡尔曼滤波方法的测温系统,其工作效果具有更好的实时性和灵敏度,可对高速公路隧道中的温度异常情况进行及时有效地反馈。     

光纤传感技术在城市地铁工程监测中的应用

以广州地铁五号线小北站工程为例,介绍光纤传感技术的基本原理及光纤传感监测系统的组成,阐述其在城市地铁工程监测的应用方法和监测成果,通过对温度、混凝土应变规律、钢筋应变计的监测结果分析,表明光纤传感器耐腐蚀,反应灵敏且数据稳定,能够细微地反映出各种变化,在地下工程监测中具有广阔的应用前景,但由于首次将光纤传感器应用在地下工程监测,还存在测点选择不典型、光纤传感器对应变和温度交叉感应、对测点保护不够等不足之处。     

基于分布式光纤的混凝土路面振动场感知与解析

感知并解析路面振动可为智能车路系统提供健康诊断、定位循迹、风险预警等多功能服务，有效驱动路面智能化。通过优化分布式光纤器件设计与阵列布设，研发了水泥混凝土路面振动分布式感知系统；利用短时能量分析、功率谱分析等构建了振动时间-空间特征、频域-空间特征的场式表达方法；基于短时能量时空场、功率谱频空场，提出了水泥混凝土路面振动时空响应特征、全局频域特征的变维度解析方法；并于同济大学足尺试验场进行实测验证。结果表明：①荷载位置显著影响短时能量时空场，短时能量峰值坐标能灵敏地反映荷载位置变化，且相比线形光缆，由光纤环阵列组成的感知系统具有更高的空间分辨率(0.35 m)；②相同荷载激振下，振动分布式感知系统与商用高精度加速度计测试结果相近(频峰识别误差小于1 Hz，空间振型置信度大于0.9)，且在多点重复测试下具有较高稳定性；③面板模量显著影响功率谱频空场，模量越大前4阶频率越大，且增幅随阶次增高而愈发显著，该实测现象与理论分析吻合，且在6块板内测得相同趋势。该振动分布式感知系统能够准确、稳定地感知路面振动场时间、空间、频域信息；振动场变维度解析方法能够有效、可靠地解析时空响应特征、全局频域特征。     

基于光频域反射技术的破碎带盾构隧道管片监测研究

为探究盾构施工过程中不同地质条件与注浆作用对盾构隧道管片变形的影响规律,依托地质条件复杂的珠江三角洲某盾构隧道工程,采用在空间分辨率及传感精度方面具有显著优势的光频域反射（OFDR）分布式光纤传感技术,进行不同空间位置与不同地质条件下隧道管片的监测研究。其中,监测环选取位于破碎带外的1 529环、1 538环及破碎带内的1 551环,传感光纤沿隧道管片钢筋笼纵筋布设。研究表明： 1) 注浆对隧道管片的变形影响十分显著,同步注浆后管片发生的变形是二次注浆后管片变形的3倍。2) 不同地质条件下管片变形差异性明显,破碎带内管片相对于破碎带外管片的变形较大且不稳定; 当隧道管片进入到完整的岩层内部,管片变形相对稳定。3) 破碎带内的管片变形是破碎带外的管片变形的2.6倍。     

导电沥青混凝土的桥面铺装开裂预警技术研究

沥青混凝土桥面铺装层在低温条件下极易产生开裂,空气中水分、灰尘等通过裂缝深入到桥面板与铺装层中间,会进一步造成层间滑移、水损坏。为及时对沥青混凝土桥面铺装的低温开裂病害进行预警,降低后期维修养护费用,采用碳纤维、石墨制备了复合导电沥青混凝土,并通过间接拉伸蠕变试验研究了其变形发展与电阻率的变化关系,根据曲线特点利用多项式拟合获得了不同蠕变阶段其力-电机敏特性。结果表明:碳纤维-石墨导电沥青混凝土电阻率与应变在不同阶段分别呈现出二次非线性、线性相关关系。同时,结合实体工程设计了分布式光纤传感器布设方案与施工流程,即在桥面铺装层间布设分布式光纤,上面层铺筑碳纤维-石墨导电混凝土,形成一种新型桥面铺装结构,为沥青混凝土桥面铺装低温开裂预警提供了一种全新的思路。