基于准分布式光纤传感技术在黄土边坡监测中的应用

来源:用户上传      作者:侯小峰?赵秋鹏?刘博涛

　　摘 要：文章主要分析光纤传感技术的原理，结合边坡监测工程实例，分析研究光纤传感技术在黄土边坡深部位移监测特点，同时获取某些关键部位的位移变化信息，从而实现由点到线再到面的监测，获得黄土边坡体较完整的深部位移信息，及时掌握边坡的稳定状态，为光纤传感监测技术在深部变形的其他类似监测工程提供可以参考的施工经验，具有一定的工程应用价值。
　　关键词：准分布式光纤传感技术;边坡;变形监测;深部位移
　　中图分类号：TP212 文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）08-0165-04
　　Application of Quasi Distributed Optical Fiber Sensing Technology in
　　Loess Slope Monitoring
　　HOU Xiaofeng， ZHAO Qiupeng， LIU Botao
　　（Shaanxi Branch of China National Geological Exploration Center of Building Materials Industry， Xi'an 710003， China）
　　Abstract： This paper mainly analyzes the principle of optical fiber sensing technology， combined with slope monitoring engineering actual examples， analyzes and studies the monitoring characteristics of optical fiber sensing technology in the loess slope deep displacement. At the same time， it obtains the displacement change information of certain key locations， so as to realize the monitoring from point to line to surface and obtain the more complete deep displacement information of loess slope. It timely grasps the stable state of the slope， provides the reference construction experience for other similar monitoring projects in deep deformation of optical fiber sensing monitoring technology， and it has certain engineering application value.
　　Keywords： quasi distributed optical fiber sensing technology; slope; deformation monitoring; deep displacement
　　0 引 言
　　我幅员辽阔，山地、丘陵、高原众多，约占国土面积五分之三。近年来，随着公路、铁路、水利、市政、矿山的高速发展，实际工程中，边坡治理、边坡安全，变成非常重要的问题。由于边坡多分步在荒郊野外，山区丘陵，传统人工巡查手段，已无法满足安全需要，加强地质灾害监测和防治，边坡监测在社会实践中的需求越来越重要。光纤传感技术是利用光纤中光传输特性与外界应变成一定的线性关系技术所发展起来的一种新型传感监测技术。与传统的监测手段相比，具有传感部位无需电源，数据传输，耐腐蚀、灵敏度高、响应快、重量轻、体积小、监测点多，以及可串联，并联等优点。本文通过光纤传感技术的原理，结合边坡监测工程实例，探讨光纤传感在黄土边坡深部位移监测中的应用。
　　1 光纤传感技术的原理
　　光纤传感技术是通过对光纤内传输光某些传输特征参数变化的测量，实现对外界物理量的测量。光纤传感技术以其可串联，可并联应用方便，成本低与云端网络结合紧密传输的优点成为边坡监测技术中最具前途的技术，是边坡内部位移监测技术的发展趋势。其中扫描式激光探测传感技术是最具代表性的准分布式光纤传感技术。扫描式激光监测技术基本原理是利用光纤中的传输光的频率，波长变化量与光纤本体所受的应变和温度等外部物理量之间的线性关系，来监外部物理量的变化。
　　光纤中监测的脉冲光以一定的频率波长自光纤的入射端耦合，与光纤中的传感部件相互作用产生波长漂移频率偏移，其中一部分光沿光纤原路返回到脉冲光的入射端，通过分路器进入探测器、经过一系列复杂的信号处理可以得到该返回探测光功率与原发射光的变化特性。如果光纤受到外界环境的变化特性就发生引起传输光特性改变，由传输光的变化量与光纤应变之间的线性关系可以得到光纤的应变。
　　光纤的轴向应变和温度与入射光波长的漂移量关系表示为：
　　vB（ε，T）=（w-w0）/1.2k+w-1540 000-T0（w-w0）
　　其中vB（ε，T）是光纤温度为T时的光纤应变;vB（ε，T）是光纤0、温度为T0时的光纤应变;T、T0分别为初始温度和测量时的温度;ε和ΔT分别为应变、温度变化量。w、w0分别为温度为T，T0时的波长，k为矫正系数
　　根据监测得知温度系数较应变系数比较大，温度对波长偏移的影响大。本系统采用共扼梁法式的应变的上下两侧温度进行相互补偿，使温度影响降到可以忽略程度。

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