2014年--外文翻译—光纤实时监控传感技术在滑坡监控中的应用（译文）

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1、中文 2665字 出处： Zhang X F, Lv Z H, Meng X W, et al. Application of Optical Fiber Sensing Real-time Monitoring Technology Using in Ripley LandslideC/Applied Mechanics and Materials. 2014, 610: 199-204. 光纤实时监控传感技术在 滑坡 监控 中的应用 关键字：光纤传感，布里渊光时域反射计 ，光纤布拉格光栅，实时监控 摘要： 如今光纤技术早已应用在传感领域。 在滑坡 监控中应用分布式光纤传感技术，可以获得整个

2、 滑坡 的线性应力分部信息，并且在 滑坡 监控中采取 FBG传感技术，可以获得关键 点的应力与位移 信息。本文首先检验了光纤传感器的基本原理，其次结合 FBG技术、 BOTDR技术、数据库技术和网络服务器技术对光纤 传感 器实时监控 系统进行了描述， 最后展示了一个在加拿大开展的将实时监控系统应用到 Ripley滑坡 中的现场试验。该实验表明实时监控系统可以被看做是 FBG和BOTDR对 滑坡 的实时监测，并且本次经历也可拓展至其他 滑坡 中。 简介 光纤监控技术在山体加固工程中的应用源自 近些年对该技术在实际应用上的 研究 。 该技术曾被应用于印度、意大利、中国的中东部地区、瑞士、南美洲、美

3、国以及日本。中国地质调查局（ CGS）已经在理论与实践上对光纤传感进行了研究，并且取得了一些进步。 CGS研究了关于光纤传感器结构模型以及极端环境下包装与建造的技术，而且开发了 FBG解调仪器和分布式光纤测力系统，并且将其应用在了三峡水库区域。 加拿大和中国计划合作研究 滑坡 检测技术。双方希望建立基于光纤的 滑坡 实时监控系统，然后根据现有的经验将其应用到指定的 滑坡 区域，并评估 滑坡 检测 模型的 优点、限制、影响、优化前景，以便进一步应用于两个国家的其他 滑坡 地区。 光纤传感器的原理 FBG传感技术。 FBG传感器利用了光纤光栅平均折射率和光栅周期对环境因素敏感的特点，并且将环境因素

4、的变化转换为布拉格波长的位移。布拉格光山的折射率是周期性变化的，该周期并不恒定并且其反射波长也不同。当光纤包裹的FBG处于拉力、压力或温度变化中，其周期会变化，并引起反射波长的同步变化1。我们测量 反射波长的变化来判定力或温度上的变化。应用不同的包装技术可将光纤光栅做成温度传感器和力传感器。 FBG的原理如图 1所示。 图 1. FBG原理图 BOTDR传感技术。 布里渊光时域反射计利用了光谱和布里渊背向散射功率与外部环境（温度、应力等）相关的特点 3。一般来说，当光穿过光纤时会发生散射 。布里渊散射光与泵浦光之间发生频移。当光纤材料被温度或应力影响后布里渊频移大小会改变 4,5。因此我们能测

5、量布里渊背向散射的变化来判定分布式温度和应力测量。 BOTDR应力测量原理如图 2所示。 图 2. BOTDR应力测量原理 光纤传感器实时监控系统 检测点事轨道旁的一面混凝土墙，待测目标是墙的形变。因此我们结合BOTDR和 FBG来测量该形变。我们结合了 BOTDR、 FBG、数据库技术、网络服务器技术来设计该 滑坡 实时监控系统，其设计方案如图 3所示。 图 3. 滑坡 实时监控系统方案 FBG监控解调系统。 根据 FBG传感器理论，我们用解调技术来开发 FBG监控解调系统并且达到了测量反射波长的目的。根据模型的功能，该系统能被分为两部分：传感器模块和解调模块。传感器模块有 ASE激光光源、

6、光纤、光环形器和FBG传感阵列组成，其功能是产生被待测物理参数调制过的信号光。解调模块包括解调和数据处理两部分。该模块接收到光信号并将其转换为电信号，然后 做A/D转换，将传感信号接入电脑进行数据处理，最终获得传感器的值 6。 图 4. FBG监控解调系统的构成 BOTDR监控系统。 根据 BOTDR原理，我们通过在布里渊背向散射和参考光之间使用光学相干检测法来开发 BOTDR监控系统。该系统用窄带激光器做光源，然后利用光纤耦合器进行功率分配进而产生两条光路。其中一条作为泵浦光， 在脉冲调制器中形成光脉冲，我们将光脉冲接入掺铒 光纤放大器和光环形器，最终导入光纤传感器。另一条作为参考光，形成频率能随微波电光调制器做周期性变化的光信号。这样我们就可以在参考光和激发光的背向布里渊散射光之间 进行光学相干测量。 该激发光来自光纤传感器 ，用来获得原始光电检测信号，并利用电路与电脑处理 将其转换为 传感信息 7。 图 5. BOTDR监控系统的构成 计算机服务器设备。 最后在服务器安装必须的软件，比如微软 S