分布式工程監(jiān)測系統(tǒng)方案及產品介紹

1、分布式光纖傳感與工程應用介紹南京大學（蘇州）光纖傳感技術工程中心蘇州市基礎工程分布式監(jiān)測技術重點實驗室蘇州南智傳感科技有限公司魏廣慶（ ersion 2013.6.12345平臺簡介監(jiān)測技術傳感產品工程案例技術服務南智傳感科研平臺一家長期致力于分布式光纖傳感檢測與監(jiān)測技術研發(fā)、產品生產與技術服務的高科技公司。一個光纖傳感工程應用技術標準化制定和推廣平臺一個新型光纖傳感技術產業(yè)化平臺公司簡介萬級超凈車間合理結構團隊高精度加工檢測設備蘇州科技領軍人才項目江蘇省高新技術企業(yè)高新技術產品5項發(fā)明專利申請16項，授權6項江蘇民營科技企業(yè)公司榮譽與資質.12345平臺簡介監(jiān)測技術

2、傳感產品工程案例技術服務 光纖感測技術與分布式監(jiān)測光纖感測技術是一種以光為載體，光纖為媒介，感知和傳輸外界信號（被測量）的新型感測技術，感測光纖也稱為“感知神經”。分布式監(jiān)測準分布式監(jiān)測點式監(jiān)測 分布式監(jiān)測是指利用相關的監(jiān)測技術獲得被測量在空間和時間上的連續(xù)分布信息2022/8/108分布式光纖傳感技術分類分布式光纖傳感技術準分布布拉格光纖光柵（FBG）瑞利光時域/頻域技術（COTDR，OFDR）拉曼光時域/頻域反射技術（ROT/FDR）（受激）布里淵光時域反射技術（BOTDR/A）（受激）布里淵光頻域技術（BOTDA）光波長復利用 散射原理光相干原理馬赫-曾德干涉儀邁克爾迅干涉儀基于散射原理

3、的分布式光纖傳感技術9透射光脈沖入射光散射光背向散射光激光探測器光纖頻率強度拉曼散射光拉曼散射光入射光瑞利散射光布里淵散射光升溫降溫拉伸壓縮（1）布里淵光散射計（BOTDR，BOTDA，BOFDR）脈沖光單模光纖對溫度和應變同時敏感11（2）拉曼光時域反射計（ROTDR）ROTDR一般采用多模光纖，單端測量，只可以分布式測溫，不能對應變監(jiān)測，多模光纖僅對溫度敏感脈沖光A-SS工程應用最廣的準分布式布拉格光纖光柵(FBG)2022/8/1012 透射光譜入射光譜光強光強反射光譜光強光在光纖光柵上的傳輸1、寬帶光進入光纖，經過光柵反射回特定波長的光2、通過測量光柵反射波長，換算被測體溫度/應變等物

4、理量；3、光柵的溫度特性為10pm/，應變特性為1.2pm/微應變光纖光柵傳感原理波分復用技術1、采用波分復用技術，可實現一根光纖上串聯傳感器；2、通過對不同波長光柵進行特定封裝，在一根光纖上可實現溫度、應變等多參數實時測量；Sensor1Sensor2Sensor3Sensor n123n接頭1接頭2透射光譜入射光譜反射光譜12n3光纖傳感技術優(yōu)勢.抗電磁干擾抗腐蝕電絕緣分布式不漏監(jiān)高性價比高靈敏度優(yōu)勢監(jiān)測技術電阻式應變計振弦式應變計DSS測量方式點式點式分布式，最小采樣間隔可達1cm精度0.2FS0.33FS0.33FS應變范圍20,0003,00030,000 距離范圍電阻值受導線增長而

5、增大，測試距離非常有限不受電阻值增長影響，測試距離非常有限傳感光纜作為傳感器的同時又是光信號傳輸通道，最長可達80公里系統(tǒng)集成度低低高長期穩(wěn)定性低中高電磁影響易受電磁干擾易受電磁干擾光學器件不受電磁干擾耐腐蝕性金屬部件易銹蝕金屬部件易銹蝕傳感器無金屬部件，不易腐蝕常見應變監(jiān)測技術比較.12345平臺簡介監(jiān)測技術傳感產品工程案例技術服務傳感產品體系FBG產品線監(jiān)測系統(tǒng)光纖光柵信號解調設備光纖光柵傳感器光纖光柵串DSS產品線DSS產品線解調設備測試服務監(jiān)測系統(tǒng)DSS產品線DTS產品線測溫儀器監(jiān)測系統(tǒng)測試服務 傳感光纜感測光纜傳感產品傳感產品光學指標通道數1波長范圍1525 1565nm波長分辨率1

6、pm重復性5pm解調速率15Hz動態(tài)范圍40dB通道光譜可查詢光學接口類型FC/APC每通道最大FBG數量20功耗5W工作溫度-10 50工作濕度080%（無結露）存儲溫度-20 60存儲濕度080%（無結露）尺寸（長*寬*高）251*150*43主機重量1.3Kg手持式解調儀堅固的外殼 防塵防水 電池可拆卸 液晶顯示屏 快速操作 全中文操作系統(tǒng)傳感產品光學指標通道數2波長范圍1525 1565nm波長分辨率1pm重復性2pm解調速率2Hz動態(tài)范圍50dB通道光譜可查詢光學接口類型FC/APC典型FBG間隔0.5nmFBG帶寬0.5nmFBG帶寬10dB 測量參數 布里淵平移、溫度、應變 分辨

7、率 應變 2溫度 0.1 布里淵平移 100KHz測量時間 200m 30s 2km 2min 12km 5min 主機重量 8.5Kg 功耗 50w 傳感產品BOTDR解調設備*單端無損測試；*布里淵散射譜寬測試功能；*光纖應力分布測試功能；*光纖損耗分布測試功能； *布里淵散射譜測試功能；工作波長1550nm5nm光纖類型單模最大動態(tài)范圍115dB應變距離分辨率1m測距準確度(0.22取樣間隔210-5距離)(m)應變測試精度20.005%(10-20ns)0.001%(50-200ns)應變測試重復性0.01%應變測試范圍-1.5%+1.5%測試量程0.5、1、2、5、10、20、40、

8、80km最高采樣分辨率0.05m采樣點數20000外形尺寸435(寬)230(高)495(深)mm重量20kg環(huán)境適應性工作溫度：0+40；存儲溫度：-20+65相對濕度：590，無結露傳感產品分布式光纖測溫儀本質安全：高絕緣、防電磁干擾、耐腐蝕、 耐高溫工作溫度高：最高可達600以上穩(wěn)定性高、使用壽命長：探測光纜的壽命 為25年以上精度高：定位精度可達到1米，溫度精度 可達到0.5 測試距離長：單線測試長度可達10km以上分布式監(jiān)測：可獲得光纖沿線任一點的溫度信息施工方便：可直接使用復合電纜，亦可安裝測溫 光纜于監(jiān)測對象表面性能參數測量距離10km測溫范圍-40+120(120需采用耐高溫光

9、纖)光纖類型62.5/125m光纜結構多種可選測溫精度0.5溫度分辨率0.1空間分辨率1m響應時間5s通道數4（可擴展）光纖接口FC/APC傳感產品DTS產品線金屬基裝溫度傳感光纜金屬基裝溫度傳感光纜單層鋼絲加強中心管束感溫光纜高強度鎧裝測溫光纜鋼絲編織網鎧裝光纜塑封芳綸夾鋼絲編織管鎧裝光纜無縫管鎧裝溫度感溫光纜中心管束式溫度傳感光纜鋼絲加強鎧裝光纜扁平型纖維加強溫度傳感光纜傳感產品DSS產品線銅帶式傳感光纜鋼繩式傳感光纜纖維加強單芯光纜纖維加強四芯光纜鋁包纖維加強光纜波紋金屬護套光纜聚氨酯緊套光纜定點光纜感測光纜生產工藝光纖拉絲和涂覆設備裸纖光纖擠塑設備緊包軟光纜感測光纜生產工藝光纖絞合和編

10、織設備高強度感測光纜沖壓和光固化設備金屬基帶式光纜感測光纜生產工藝復合材料筋生產工藝光纖傳感智能筋ItemParametersOptical fiber typeG.652BCable typemetal-basedFiber quantity2 (S&T)Cable sectional dimensions15mm*0.15 mmTensile strength (N)280Cable weight (kg/km)18安裝實例：鋼管樁測試鋼管樁焊接固定環(huán)氧黏貼出線保護金屬基帶式應變&溫度感測光纜ItemParametersOptical fiber typeG.652BCable typem

11、etal-basedFiber quantity1Cable sectional dimensions5Tensile strength (N)930Cable weight (kg/km)38綁扎出線保護成型澆筑金屬基鋼絞線式應變感測光纜開槽 定點固定 放線 覆蓋ItemParametersOptical fiber typeG.652BCable typepoint to pointFiber quantity1Cable sectional dimensions 4.5-8.0Tensile strength (N)120Step length (m)1-20開挖植入：土體開裂定點式應變

12、感測光纜(分布式位移傳感器)定點式應變感測光纜結構與拉伸測試鉆孔植入配重 放線 注漿 保護定點安裝金屬基鋼絞線式應變感測光纜ItemParametersOptical fiber typeG.652BCable typeHYFiber quantity1Cable sectional dimensions 0.9-2.0Tensile strength (N)25-38Cable weight (kg/km)3-8切槽布設光纖環(huán)氧灌封保護混凝土切槽植入:PHC PileSoft 緊包應變感測光纜碳纖維內加熱溫度感測光纜熱量消散理論升溫速率與水分場關系含水量流速孔隙率碳纖維內加熱溫度感測光纜測試

13、應變感測光纖應變系數率定（1）應變感測光纖應變系數率定（2）應變感測光纜自由溫度系數率定（1）感測光纜強度測試MTS臥式拉力機放一張垂掛示意圖應變感測長期荷載穩(wěn)定性應變感測光纜應變傳遞區(qū)間測試.12345平臺簡介監(jiān)測技術傳感產品工程案例技術服務應用領域隧道工程隧道工程及地下工程開挖時將分布應變傳感光纜及準分布式傳感器植入到支護體和周圍巖土體中，可對支護體內力及變形、接觸應力、巖土體變形等進行監(jiān)測控制；工程運營過程中利用先前布置的傳感光纜和后期布設的光纖傳感器件，對支護內力變化、結構變形及環(huán)境溫度等進行監(jiān)測，保障工程安全運營。 該工程的監(jiān)測對象為隧道開挖時的初期支護,監(jiān)測內容主要圍繞初期支護的內

14、力展開,包括初期支護混凝土的內部溫度、應變以及鋼拱架的主筋應力。 現場每個監(jiān)測斷面設計安裝6個鋼筋應力計、2個埋入式應變傳感器和1個溫度傳感器。工程案例1 廣州地鐵小北站施工期監(jiān)測（光纖光柵傳感器） 該工程的監(jiān)測對象為湖底隧道工程的襯砌體,采用淺表開槽法植入地模態(tài)應變感測光纜，對襯砌混凝土的應變變形、收縮裂縫的開啟合變形、溫度變形等進行監(jiān)測。工程案例2 玄武湖隧道運營初期襯體變形分布式監(jiān)測（應變感測光纜） 該工程新建京石鐵路需下穿石太鐵路線，采用豎向植入應變傳感光纜和水平植入分布式位移監(jiān)測管，對下穿隧道施工過程中，周圍土體變形進行分布式監(jiān)測。工程案例3 京石家鐵路下穿太石線隧道變形分布式監(jiān)測（

15、分布式位移傳感器）直徑水平孔孔深，距離外側管棚東管東管東管東管-40-30-20-10005101520距測管頂的距離/m 位移/mm 1月14日 1月18日 1月22日 1月26日 2月1日 2月2日 4月15日 4月16日 4月18日 5月5日 5月9日 5月23日 該工程長線貫穿軟弱地層，沉降變形較大，盾構支護體易發(fā)生變形而滲漏，采用分布式應變感測光纜對襯砌變形進行分布式監(jiān)測，采用內加熱滲漏感測光纜對滲漏進行分布探測，并采用FBG靜力水準對區(qū)間差異沉降進行掌控。工程案例4 蘇州地鐵2號線襯砌變形與滲漏監(jiān)測（應變傳感光纜、滲漏感測光纜、光纖光柵傳感器）應用領域樁基工程采用加筋應變感測光纜植

16、入到樁基內部，簡化傳感器植入工藝。可對載荷過程中樁身應變、樁身內力及側摩阻力進行監(jiān)測，對施工過程中樁身內力變化及形態(tài)偏斜變化等進行監(jiān)測。28 天鋪設吊裝灌注成樁加載測試樁基光纖傳感測試之灌注樁光纜植入澆筑開槽埋設預先植入樁基光纖傳感測試之預制樁光纜植入工程案例1 海上超長PHC樁和鋼管樁分布式光纖測試（金屬基帶式應變傳感光纜）海上工程中PHC樁和鋼管樁均預置成型，且采用打樁或靜壓方式植入土中，其測試元件十分難安裝，極易受海水腐蝕失效。此類樁身內力測試一直是一難點問題，采用全分布式DSS技術，輕易將一根光纖附著到樁基上測得整個樁身的軸力和摩阻力，且長久穩(wěn)定。超長PHC樁傳感光纖鋪設鋼管樁打入現場

17、監(jiān)測某海上大橋樁身應變測試曲線工程案例2 某橋梁應變樁身內力檢測（加筋應變感測光纜） 樁身內力測試的準確高效性一直是困擾巖土工程界的一項工作，傳統(tǒng)的測試方法需要安裝數十個傳感器，并且引出大量的引線，采用全分布式DSS技術，可以通過僅有的一根光纜測得整個樁身的軸力和側摩阻力。裝有振弦鋼筋計的鋼筋籠裝有分布式傳感光纜的鋼筋籠傳統(tǒng)方式引線繁雜DSS技術單根光纜直連加載過程樁身應變分布規(guī)律樁身壓應變隨荷載增加在逐步增大同級荷載樁身壓應變隨著埋深在逐漸遞減對稱光纖應變也對稱分布應變遞減非連續(xù)，存在跳躍和突變基于分布式應變樁身軸力與摩阻力測試結果樁身軸力、側摩阻力測試成果灌注樁撓曲狀態(tài)監(jiān)測對稱光纖因撓曲應

18、變測試差：任一點撓度：推應變分布 繞度計算結果實測與計算結果對比樁身質量與應變異常關系軟弱夾層：應變突然增大， 形成尖鋒塌孔（擴孔）：應變突然減小，形成凹谷，應變會發(fā)生跳躍遞減跑漿：應變跳躍遞減泥皮過厚：應變遞減緩慢（相對）偏心荷載：對稱光纖應變測試不對稱地層變化：應變突變技術應用一:預制樁打入過程監(jiān)測工程問題：樁身打入土至20余米深度時，樁身發(fā)生破壞測試內容：打入過程中樁身應變分布與變化規(guī)律測試方案：鋪設豎向和環(huán)向光纖，每打入一定深度測試一次工程案例3 PHC樁打入過程監(jiān)測（淺表埋入設應變感測光纜）(a) 1號光纖軸向應變 (b) 2號光纖軸向應變樁身應變隨入土深度增大而加大，拉壓對稱分布入

19、土26m時樁在底部5m附近發(fā)生斷裂，局部應變突變應變呈現“S”形分布，樁身發(fā)生偏斜、扭曲樁偏斜造成一側出現較大拉應變（斷裂因素一）軸向應變變化規(guī)律應用領域邊坡工程Stress and Strain fields:you can use FBG , BOFDA, BOTDR/A測斜管傳感光纖網錨桿2022/8/1077路塹高邊坡監(jiān)測馬家溝邊坡多場光纖監(jiān)測方案2022/8/107879（1）坡表變形場監(jiān)測（SF1，SF2）坡表變形監(jiān)測結果（SF1、SF2）SF1測試結果SF2測試結果2022/8/1081（2）滑坡深部變形場監(jiān)測光纖綜合測孔傳感器布設示意圖監(jiān)測結果（JC8）2022/8/1082抗

20、滑樁監(jiān)測2022/8/1083抗滑樁變形監(jiān)測結果樁身撓曲應變樁身位移光纖測值 測斜儀抗滑樁內力監(jiān)測結果85彎矩剪力后緣土壓力計前緣土壓力計溫度場監(jiān)測結果 溫度場 （JC8）馬家溝邊坡滑動帶分布圖應用領域地面沉降與地裂縫監(jiān)測工程案例1 蘇錫常地區(qū)地面沉降及地裂縫監(jiān)測（分布式位移感測光纜、光纖光柵傳感器）由于前期過量開采地下水和礦產，在長三角地區(qū)、華北平原和汾渭盆地形成了大面積的地面沉降區(qū)。DSS滿足監(jiān)測效率高、性能可靠、觀測精度高、自動化程度高、成本可控等條件，為地面沉降的防治研究工作提供更為扎實的監(jiān)測基礎。90試驗步驟制作配重導錘感測光纜的植入鉆孔回填孔口保護歸并尾纖蘇州盛澤中學地面沉降監(jiān)測成

21、果埋入低彈模量光纖，監(jiān)測濕陷性黃土層的濕陷變形；埋入與混凝土彈模相當的GFRP光纜模擬無預內力樁基礎受力特征；樁基中鋪設入尼龍傳感光纖對樁身內力變化進行監(jiān)測；土中和樁身中都埋入松套光纖監(jiān)測土層浸水過程中溫度變化規(guī)律工程案例2 黃土濕陷變形監(jiān)測變形測試成果土層壓縮變形變化 GFRP模型樁應變分布變化 樁身應變變化應用領域礦山工程工程案例1 井筒變形分布式光纖監(jiān)測（應變感測光纜）-1400-1200-1000-800-600-400-20000306090120150180210240270300330-1400-1200-1000-800-600-400-2000應變() 2Mpa 4Mpa 6

22、Mpa 8Mpa 10Mpa 12MpaGFRP混凝土井筒壓裂監(jiān)測試驗研究工程案例2：平頂山一井筒注漿修復圍巖變形監(jiān)測工程案例3 礦山圍巖變形監(jiān)測將分布式傳感光纜從地面通過鉆孔植入到開采煤層的頂部，用于監(jiān)測煤層開采過程中上覆巖層巖移和變形規(guī)律，為煤礦高效安全生產提供重要參數。10煤8煤下火成巖上火成巖25m間距定點8煤頂板位移量監(jiān)測8煤頂板與兩層火成巖間位移量監(jiān)測關鍵層位間位移量監(jiān)測巖體破壞過程監(jiān)測工程案例4 采場硐室變形監(jiān)測將加強傳感光纜或FBG植入到錨桿或錨索中對錨桿或錨索內力進行監(jiān)測； FBG封裝成多點位移計，對松動圈巖移和離層量等進行監(jiān)測； 將FBG封裝成應力包裹體，對巖體地應力進行監(jiān)

23、測；將FBG 封裝成鋼筋應力計、壓力盒、表面應變等傳感器件，對硐室關鍵部位的：襯體混凝土應變量；襯體鋼筋內力；錨固體內力；支護體收斂等進行監(jiān)測；為支護體安全評定提供實時數據煤礦分布式測溫將測溫光纜布設在巷道頂部，線纜橋架，通風管道等部位用于監(jiān)測巷道氣溫、電纜溫度，實現無死角，無漏電的全分布監(jiān)測，保障礦井安全生產，優(yōu)化礦井通風系統(tǒng)。信息層數據層感知層15礦山支護體系的整體結構設計傳感子系統(tǒng)數據管理及存儲子系統(tǒng)數據采集與傳輸子系統(tǒng)淮南某礦區(qū)圍巖變形監(jiān)測（據南京大學 張丹） 淮北某礦區(qū)注水煤層變形監(jiān)測應用領域水工結構與海洋工程應用領域水工結構與海洋工程工程案例1 港珠澳大橋圍堰變形監(jiān)測（光纖光柵應變計、金屬應變傳感帶） 港珠澳跨海大橋人工島所需鋼圓筒處于易腐蝕的海水環(huán)境中，需要一套成熟可靠的監(jiān)測解決方案。南智傳感FBG監(jiān)測系統(tǒng)采用特殊