缪(mou)宏  北京百世通(tong)管(guan)道科技有(you)限公(gong)司总(zong)经(jing)理(li)

目录(lu)

一、 光(guang)纤(xian)传感技(ji)术(shu)

二(er)、 分(fen)布(bu)式(shi)光纤(xian)应(ying)变(bian)传(chuan)感器(qi)技(ji)术(shu)

三(san)、 分布式(shi)光纤应(ying)变传(chuan)感器(qi)技(ji)术应用(yong)案(an)例(li)

四、 山体滑坡监(jian)测预警方案

内容简介(jie)

一、 光(guang)纤(xian)传(chuan)感(gan)技(ji)术

光(guang)纤传(chuan)感器(qi)技(ji)术简(jian)介

光纤(xian)传(chuan)感(gan)器（Fiber Optical Sensor）是20世(shi)纪(ji)70年代中期(qi)发展起(qi)来的(de)一(yi)种基于光(guang)导(dao)纤(xian)维的(de)新型传(chuan)感(gan)器。

它(ta)是(shi)光(guang)纤和通(tong)讯(xun)技(ji)术(shu)迅(xun)速发展(zhan)的(de)产物，它(ta)与(yu)以(yi)电(dian)为基础(chu)的(de)传(chuan)感(gan)器(qi)有(you)本(ben)质区别。

光(guang)纤(xian)传(chuan)感(gan)器用光作(zuo)为敏(min)感(gan)信(xin)息(xi)的(de)载(zai)体(ti)，用光(guang)纤(xian)作为传(chuan)递(di)敏(min)感信(xin)息的(de)媒质。因(yin)此，它同时(shi)具(ju)有光(guang)纤及(ji)光学(xue)测(ce)量的(de)特(te)点。

光(guang)纤(xian)是光(guang)导纤(xian)维的(de)缩(suo)写(xie)。光纤损耗小，带(dai)宽(kuan)大(da)，传(chuan)输速率高(gao)，是信息(xi)传(chuan)输网(wang)络(luo)的主要介质(zhi)。大量(liang)研究(jiu)发现，光(guang)纤折(zhe)射(she)率(lv)随(sui)环(huan)境(jing)发生微弱变化的同时，会(hui)引起(qi)光的偏振、相(xiang)位(wei)、强(qiang)度以及辐(fu)射特性等的(de)变化(hua)。据此(ci)，可以(yi)测量温度(du)、压(ya)力(li)、振动(dong)、应(ying)变、位移、气体(ti)浓(nong)度等(deng)物(wu)理参(can)数(shu)。光纤具有高(gao)度灵(ling)敏(min)、无(wu)源、本(ben)安、不受(shou)电磁(ci)干扰(rao)等越(yue)性(xing)，光(guang)纤(xian)也是制(zhi)作传(chuan)感器(qi)的绝(jue)佳(jia)材料。

点式(shi)光纤传(chuan)感器(qi)

分(fen)布式(shi)光纤传感(gan)技(ji)术(shu)

分(fen)布(bu)式光纤温度监测(ce)技术(shu)

分(fen)布式光(guang)纤振(zhen)动(dong)监(jian)测技术(shu)

分(fen)布(bu)式光(guang)纤应变(bian)监(jian)测技(ji)术(shu)

光纤传(chuan)感(gan)技(ji)术(shu)的(de)主要(yao)优(you)点(dian)：

无源(yuan)、本安、抗电(dian)磁干扰、传感光纤(xian)集信(xin)号采(cai)集与(yu)传输于(yu)一(yi)身(shen)、长(zhang)距离(li)、大范(fan)围(wei)实时在(zai)线监(jian)测、分区域设置不同阙值、监(jian)测实时(shi)温(wen)度(du)的同(tong)时亦(yi)能监测(ce)温(wen)度(du)升高的(de)速率(lv)和趋(qu)势、适用(yong)于易(yi)燃、易(yi)爆、有(you)毒(du)、高温、高湿(shi)、辐(fu)射(she)、强腐蚀(shi)、强(qiang)电场(chang)等(deng)恶(e)劣环(huan)境。

满足(zu)各种特(te)殊应(ying)用环境的(de)光(guang)纤(xian)传(chuan)感器

◇市(shi)场(chang)对(dui)新型光纤(xian)传感器(qi)的需求(qiu)剧增(zeng)加(jia)

随(sui)着(zhe)光传感(gan)技(ji)术的(de)飞速发(fa)展(zhan)和(he)工(gong)程(cheng)需求(qiu)的领(ling)域的不断(duan)扩大，实(shi)际应(ying)用环(huan)境的(de)日益复杂，对光(guang)纤传(chuan)感(gan)器(qi)提出了更高(gao)的(de)要求。

◇光(guang)纤(xian)传感(gan)器(qi)的设计理(li)念和通(tong)信(xin)光(guang)缆的区别

普(pu)通(tong)通信光(guang)缆(lan)希望借助很(hen)多(duo)层的(de)保护(hu)材料来(lai)减小(xiao)外界环(huan)境因素对通(tong)信(xin)光(guang)纤的(de)干(gan)扰(rao)，而光纤(xian)传(chuan)感器的(de)设(she)计(ji)理念是采用(yong)最少(shao)的(de)保护(hu)层(ceng)，在(zai)保(bao)证(zheng)光(guang)纤(xian)安全(quan)的情(qing)况下(xia)，外界的(de)干(gan)扰(rao)对光(guang)纤的(de)影响(xiang)越(yue)敏(min)感(gan)越(yue)好(hao)。

◇百世(shi)通(tong)对(dui)新型(xing)特(te)种光纤传感(gan)器的(de)研究成果

百世通科技根据工(gong)程实(shi)际(ji)需(xu)求(qiu)，采(cai)用(yong)新(xin)兴的(de)高科技(ji)材料(liao)，设(she)计开发(fa)了(le)诸如(ru)耐(nai)高温高(gao)压、非金属耐电腐蚀(shi)、阻(zu)燃(ran)低烟(yan)无(wu)卤、耐酸(suan)碱腐蚀(shi)、金(jin)属(shu)防(fang)鼠(shu)咬等(deng)各种(zhong)类型的(de)温度(du)、振(zhen)动、应变类光(guang)纤(xian)传感(gan)器(qi)，并取得很多(duo)专项(xiang)专利。

分布(bu)式光纤传(chuan)感技(ji)术(shu)的核(he)心优势：现场(chang)传(chuan)感单(dan)元(yuan)无(wu)源、本安(an)！

光纤(xian)传感(gan)技(ji)术的应(ying)用(yong)领(ling)域(yu)

二、分布(bu)式(shi)光纤(xian)应变(bian)传感(gan)器技(ji)术

分布(bu)式光(guang)纤应变(bian)监测技(ji)术(shu)原(yuan)理

BOTDA采(cai)用(yong)布里渊光(guang)时(shi)域(yu)分(fen)析(xi)技术，系统连接(jie)两根远端环(huan)接的单(dan)模光纤(xian)作(zuo)为分布式(shi)传感器(qi)，实(shi)现对被监(jian)测对(dui)象(xiang)的(de)应变/温(wen)度信号实(shi)时(shi)采集和分(fen)析(xi)处(chu)理(li)。在(zai)BOTDA传(chuan)感(gan)系(xi)统中，配(pei)备(bei)了(le)一个(ge)用(yong)于(yu)测(ce)量(liang)分布式应(ying)变和温度的(de)电(dian)光调制(zhi)器(qi)。该技(ji)术基于受激布(bu)里(li)渊散(san)射原(yuan)理(li)（SBS），利用(yong)了光(guang)纤中(zhong)的(de)布里(li)渊(yuan)散(san)射(she)光频率(lv)变(bian)化(hua)量（频(pin)移量）与光纤轴(zhou)向应变(bian)或环境温(wen)度之间的线(xian)性(xing)关(guan)系来(lai)实现传(chuan)感(gan)。

当(dang)脉冲(chong)光在光(guang)纤的一(yi)端(duan)发(fa)出，而(er)连续光(guang)在光纤另一(yi)端发出(chu)，泵脉冲(chong)产生后向的(de)单模光(guang)纤布里渊增(zeng)益(yi)。光(guang)纤(xian)的(de)布里渊频(pin)移和光(guang)纤应(ying)变(bian)或温(wen)度的(de)变化(hua)量(liang)成正比。因(yin)此，布里(li)渊(yuan)频移(yi)可以(yi)用(yong)下(xia)面的(de)公(gong)式(shi)来(lai)表(biao)示(shi)：

v(ε,T)= v(0,0) C1*ε C2*T

其(qi)中(zhong)ε为应变，T为温度(du)，C1和C2分别(bie)为应变和温(wen)度(du)系(xi)数。

三、分布(bu)式光(guang)纤(xian)应变(bian)传(chuan)感(gan)器技术(shu)应(ying)用(yong)案(an)例(li)

军用(yong)海(hai)光缆防锚(mao)害(hai)监测预警(jing)项(xiang)目(mu)

胜(sheng)利(li)油(you)田海底管道(dao)应变监(jian)测预(yu)警(jing)项目(mu)

由于海(hai)洋(yang)环境的(de)特(te)殊性(xing)，地(di)震(zhen)、地质沉(chen)降、锚钩等对(dui)海底(di)输油(you)管道的安全(quan)威胁时(shi)刻的存(cun)在(zai)，世界各(ge)大海洋石油(you)公司(si)的(de)海(hai)上(shang)溢(yi)油事故(gu)触目惊心。胜利油(you)田(tian)海(hai)洋(yang)采油厂为(wei)了(le)加强海底(di)管道泄(xie)露事故的(de)实(shi)时(shi)在线(xian)监测，于2012年5～9月(yue)份(fen)安(an)排胜(sheng)利(li)油建(jian)三(san)公司(si)配合(he)我(wo)们(men)（百世通(tong)）开(kai)展(zhan)了(le)海底管道(dao)的(de)安全监(jian)测(ce)预(yu)警(jing)项(xiang)目(mu)。我们(men)在(zai)钢(gang)套(tao)钢海(hai)管的内层(ceng)管(guan)道(dao)外(wai)壁(bi)敷(fu)设了应变(bian)、振(zhen)动监(jian)测(ce)传感光缆后(hou)，包裹管道(dao)保温材(cai)料(liao)，组装外(wai)层钢(gang)管(guan)。

中国水科院(yuan)PCCP管道(dao)复(fu)合(he)碳(tan)纤(xian)维(wei)补强应(ying)变检测(ce)项(xiang)目(mu)

南水北调大(da)型PCCP管(guan)道(dao)复(fu)式(shi)碳纤维补(bu)强(qiang)应(ying)变检(jian)测项目

南水北调(diao)大型PCCP管(guan)道预应力(li)钢丝应(ying)变(bian)检(jian)测项(xiang)目(mu)

四(si)、 山体(ti)滑(hua)坡(po)监测(ce)预(yu)警(jing)方案

山体(ti)滑(hua)坡(po)的原(yuan)因(yin)

1、自(zi)然因素

地理条(tiao)件(jian)：坡度(du)大于(yu)10度(du)、小(xiao)于45 度、下(xia)陡中缓(huan)上(shang)陡以(yi)及上部呈(cheng)环(huan)状的山体(ti)；

土(tu)体特(te)质(zhi)：结(jie)构松(song)软(ruan)、抵抗风化破坏能(neng)力(li)较低、在(zai)水的(de)作用(yong)下(xia)容(rong)易(yi)发(fa)生(sheng)变(bian)化(hua)的岩(yan)土；

自然(ran)灾害：地(di)震、降(jiang)雨、冰(bing)雪(xue)融化(hua)以及河流(liu)对斜(xie)坡坡(po)脚的冲刷和浸(jin)泡(pao)；

2、人(ren)为(wei)因(yin)素

工程施(shi)工：如(ru)开(kai)挖(wa)坡脚(jiao)、坡(po)体(ti)上(shang)堆载(zai)、水(shui)路蓄泄水等；

增(zeng)加(jia)振(zhen)动源：修(xiu)建铁路、公(gong)路、引(yin)水工(gong)程(cheng)而(er)打隧洞(dong)；

强行爆(bao)破：采(cai)石(shi)、开(kai)挖(wa)，导致(zhi)坡体(ti)下(xia)部(bu)失(shi)去支(zhi)撑。

山(shan)体滑(hua)坡(po)的本(ben)质

山体(ti)滑坡(po)的(de)本质，是(shi)某(mou)种或多种诱(you)的存(cun)在，导(dao)致(zhi)山(shan)体(ti)表(biao)面风化层和山(shan)体稳(wen)定(ding)层(ceng)之间(jian)的结合(he)力下降(jiang)，在重(zhong)力(li)的作用(yong)下(xia)向(xiang)下滑落(luo)。

山(shan)体(ti)在发生滑(hua)坡(po)前，有(you)一(yi)个(ge)缓(huan)慢(man)的(de)能(neng)量积聚(ju)过(guo)程。由(you)于(yu)表层土壤吸(xi)收暴(bao)雨或(huo)者融(rong)雪导致的(de)土(tu)体含水率(lv)超高(gao)，会(hui)慢慢(man)增(zeng)加(jia)表(biao)层(ceng)土(tu)体(ti)的重量，打(da)破既(ji)有(you)的(de)平衡(heng)，降(jiang)低土体和(he)深层(ceng)的(de)摩(mo)擦(ca)力(li)；因(yin)为地(di)震、爆破(po)或(huo)者大型工(gong)机械(xie)开挖的(de)振(zhen)动导致表(biao)层土(tu)石(shi)和(he)深(shen)层(ceng)山体(ti)之间(jian)的(de)结合力下降(jiang)，以(yi)及因为(wei)开(kai)山(shan)采石(shi)、修(xiu)建(jian)大(da)型(xing)工程使(shi)坡底(di)土(tu)石方(fang)缺(que)失(shi)而对(dui)地(di)表层(ceng)失(shi)去支撑而(er)导(dao)致的山(shan)体滑(hua)坡(po)，都有一个(ge)缓慢(man)的(de)能量(liang)累(lei)积(ji)到局部(bu)小(xiao)规(gui)模(mo)滑(hua)坡(po)再(zai)到大(da)规模滑坡(po)的(de)过(guo)程。

所以，山体(ti)滑(hua)坡是(shi)可(ke)以(yi)监测并(bing)实(shi)现预警的(de)，只(zhi)是既(ji)有的(de)点(dian)式传感(gan)器(qi)不适(shi)合做(zuo)大范(fan)围的监(jian)测。

典(dian)型案(an)例：深(shen)圳(zhen)渣土(tu)堆塌方导致西气东(dong)输(shu)往香(xiang)港(gang)输(shu)送天(tian)然气的管道中断前(qian)，和(he)管道伴行的通(tong)信光缆中断，却因为负责(ze)通信的人员(yuan)没有深(shen)究光(guang)缆中(zhong)断的原因(yin)，错失了(le)报警的良机(ji)。

分(fen)布(bu)式(shi)光纤应(ying)变监测系统的优势(shi)

1、分布式连续(xu)监测： 分(fen)布(bu)式(shi)光纤(xian)传感器(qi)是(shi)线性(xing)连(lian)续(xu)传(chuan)感(gan)器，能够监测被测山体长(zhang)度(du)上(shang)任(ren)何一(yi)点应(ying)变变(bian)化，而传(chuan)统的应(ying)变片(pian)或者(zhe)光(guang)纤光栅传感(gan)器(qi)只能(neng)做单(dan)点(dian)测(ce)量。

2、现场的(de)传感单(dan)元(yuan)无(wu)源、本(ben)安：传统(tong)的电(dian)基传(chuan)感器需(xu)要(yao)现场(chang)供电(dian)，施(shi)工困(kun)难，传(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)砂(sha)砾区域(yu)无(wu)法安(an)装，只能把(ba)传(chuan)感(gan)器安装(zhuang)在(zai)锚杆(gan)上，滑坡(po)时锚杆跟着(zhe)砂(sha)石(shi)跑(pao)了(le)只要(yao)锚(mao)杆(gan)没(mei)有(you)发生大的应(ying)变(bian)，传(chuan)感器测(ce)不(bu)到滑(hua)坡(po)；在结(jie)实(shi)的巨(ju)石(shi)上存(cun)在同样(yang)的(de)问(wen)题(ti)，石头跑(pao)了(le)，传(chuan)感(gan)器(qi)却没有测到应变。

3、实时在线(xian)监(jian)测：光(guang)纤(xian)传(chuan)输速(su)率高，带(dai)宽大(da)，可(ke)实(shi)现实时(shi)在线的数(shu)据(ju)采(cai)集(ji)，尽(jin)早(zao)发现问(wen)题，及(ji)时提供(gong)山(shan)体滑(hua)坡预(yu)警(jing)信息(xi)。

4、分(fen)布式(shi)光(guang)纤(xian)应(ying)变(bian)监测(ce)系(xi)统中(zhong)的光纤传(chuan)感器没有(you)方向(xiang)性(xing)，其(qi)他(ta)的点式传感器(qi)都有(you)方向性(xing)。

5、分布(bu)式光(guang)纤(xian)应变(bian)监测系统(tong)能(neng)够及(ji)早(zao)判断山体发(fa)生(sheng)应变(bian)的(de)趋势和速(su)率，便(bian)于(yu)及(ji)早制定和采取应急(ji)预(yu)案。

山(shan)体滑(hua)坡(po)监(jian)测预警系(xi)统拓扑(pu)结构(gou)图

分布式应(ying)变传(chuan)感光(guang)缆(lan)选(xuan)型(xing)和(he)安装(zhuang)要点

1、应变传(chuan)感光缆(lan)的(de)余(yu)长(zhang)要(yao)根据(ju)山(shan)体滑坡(po)监测预警(jing)项(xiang)目的(de)实(shi)际(ji)要(yao)求设计、定(ding)制(zhi)；

2、应变传(chuan)感(gan)光(guang)缆的(de)选材(cai)和(he)结构(gou)强(qiang)度要适(shi)合(he)山(shan)区(qu)环境，具备耐(nai)鼠咬(yao)、防(fang)白(bai)蚁等性(xing)能(neng)；

3、为保(bao)证应(ying)变(bian)传(chuan)感光缆(lan)的(de)灵(ling)敏度(du)，须按(an)照(zhao)一(yi)定的间距埋设钢(gang)管(guan)桩(zhuang)固定光缆(lan)，光缆(lan)须带张(zhang)力(li)埋(mai)设，且(qie)保证(zheng)各(ge)段光(guang)缆的(de)张力保(bao)持基本(ben)一(yi)致；

4、光缆敷设过(guo)程中(zhong)需(xu)要(yao)标注(zhu)光缆(lan)和山(shan)体(ti)之间的(de)绝(jue)对(dui)和(he)相对(dui)位置(zhi)，以利于(yu)准(zhun)确显(xian)示报警区(qu)域(yu)和(he)位置；

5、如(ru)果(guo)条(tiao)件(jian)允许，监控(kong)报(bao)警主(zhu)机(ji)尽(jin)量(liang)就(jiu)近监(jian)测现(xian)场(chang)；报警主机(ji)须配(pei)备(bei)应急电源(yuan)；

6、报警信(xin)息尽(jin)量(liang)采(cai)取(qu)有(you)线(xian)和无(wu)线(xian)两种(zhong)方式相(xiang)互备(bei)份，避免(mian)山体滑(hua)坡导致(zhi)通信光(guang)缆中断(duan)而不能(neng)在(zai)第(di)一(yi)时间把(ba)预警、报(bao)警(jing)信(xin)号发(fa)送(song)到指(zhi)定接(jie)警终(zhong)端。