智能大壩安全監測中分布式光纖傳感技術的應用分析

鄭云濤

青海黃河水電開發有限責任公司工程建設分公司，青海西寧 810001

1 智能大壩安全監測基本概述

智能大壩的主要特征是可以對大壩的施工數據以及日常運行監測數據進行整合與分析，建立全面有效的數據庫，并根據監測的數據信息對大壩的施工、運行等工作進行合理的安排與管理，提高大壩施工與運行的質量。

一般來說，智能大壩主要由實時傳感感知模塊、實時驅動分析模塊以及預警監控模塊組成。其中，實時傳感感知模塊是智能大壩實施智能監控的基礎模塊，只有在確保實時傳感模塊監測具有較強準確性的基礎上，才能確保實時驅動分析模塊與預測監控模塊的有效性與可靠性，才能真正發揮智能大壩安全監測的功能與作用。在智能大壩中應用分布式光纖傳感技術不僅可以對大壩運行狀態與運行環境進行立體式的持續監測，同時可以保證監測結果具有較高的精準度與準確度。因此，對分布式光纖傳感技術在智能大壩安全監測中的應用進行深入探討與分析已經成為當前相關研究人員的重要研究方向。文章對分布式光纖傳感技術在智能大壩中的應用進行分析，僅僅是為分布式光纖傳感技術的應用提供參考。

2 分布式光纖傳感技術的基本概述

分布式光纖傳感技術主要依靠的原理是光波在光纖中進行傳輸時所體現的特征：光波在光纖中進行傳播時能夠沿著光纖長度方向進行連續的傳感測量，測量的主要因素包括溫度、應力、變形以及壓力等。在光波傳輸的過程中，光纖既是一種經過測量的傳輸介質，同時也是傳感介質，因此，光纖傳感技術可以對整個光纖長度上的環境參數進行持續的實時測量，并且能夠根據被測量的空間轉換對空間的分布狀態進行實時測量，確保測量數據的準確性與時效性。分布式光纖傳感技術不可缺少的重要設備就是分布式光纖傳感器，當前各個智能大壩所使用的分布式光纖傳感器具有很多應用優勢：擁有較強的抗干擾抗電磁性能，并且在使用過程中不會產生輻射，另外還具有較好的化學穩定性。這些優點可以使分布式光纖傳感器對光纖路徑上傳輸的測量內容進行準確有效的測量，并且可以很好地保證測量數據的連續性與穩定性。另外，激光脈沖在光纖中進行傳輸時，因為光纖中存在雜質導致激光與光纖發生相互作用，產生了瑞利散射、拉曼散射以及布里淵散射三種散射光影響分布式光纖傳感技術的測量結果，因此，在對分布式光纖傳感技術進行研究時，出現了瑞利散射分布式光纖傳感技術、拉曼散射分布式光纖傳感技術以及布里淵散射光纖傳感技術三種研究方向[1]。

3 智能大壩安全監測中分布式光纖傳感技術的構建原理

智能大壩的基礎系統是實時傳感感知模塊，這一系統主要是通過智能傳感系統實現傳感的感知功能的，而智能傳感系統的應用原理是對人的感官與大腦的協調動作進行有效模擬實現的。與此同時，還要根據長期的大壩監測數據以及實際監測經驗才能確保智能傳感系統的有效性。一般在對智能大壩傳感器系統進行設計時，主要依靠智能傳感監測模塊、智能監測類型以及大壩內部設置的智能傳感器等共同運行，才能實現大壩的智能監測與自動采集分析信息的目的。但是，在智能大壩運行過程中可能存在很多問題影響監測結果的準確度與可靠性，因此，還要注意對智能傳感器系統進行故障監測與預測設計，以便及時發現大壩智能監測存在的不足與誤差，盡早改進優化，確保智能大壩的安全監測系統采集信息與處理信息的準確性，確保智能大壩監測系統的運行穩定性。

總之，智能傳感器系統其實是一項綜合技術系統，是當前智能通信技術中較為先進的新興技術，通常可以有效監測大壩的變形、位移、溫度、應力以及滲流等異常情況，及時對出現變化的數據信息進行傳輸與分析，并根據分析的結果對大壩進行自動化合理化的施工管理以及運行調度等工作，能夠較好地保證大壩的穩定安全運行狀態。而在智能傳感器系統中應用分布式光纖傳感的相關技術可以提高智能大壩安全監測的效率與準確性。在智能大壩安全監測中應用的分布式光纖傳感技術一般為光纖應力應變監測系統與分布式光纖裂縫監測系統，以這兩種監測系統為基礎，通過光纖傳感技術對大壩的溫度、滲漏情況以及位移變化等進行實時連續監測，確保分布式光纖傳感技術在智能傳感器系統中能夠充分發揮作用，提高智能大壩的監測質量；并且能夠根據監測的施工過程對施工方案進行及時調整，確保施工進度與施工質量。智能大壩安全監測中應用分布式光纖傳感技術的基本構架結構如圖1所示。

圖1 分布式光纖傳感技術在智能大壩中應用的基本結構

4 分布式光纖傳感技術在智能大壩安全監測中的應用分析

4.1 分布式光纖傳感技術在智能大壩安全監測中的應用意義

通常情況下，對大壩進行安全監測內容主要包括大壩的建設工程施工過程與大壩的日常運行過程。在監測過程中必須根據實際的施工情況與運行情況對大壩工程發生的位移、變形、溫度、滲流、加速度以及應力等因素的變化進行實時準確的監控，并且要根據采集到的變化數據進行全面科學的分析，再根據分析結果對大壩的施工過程與運行工作進行有效合理地管理與安排，這樣才能保證大壩建設施工的進度與質量，確保大壩運行過程的穩定性與安全性，從而保證大壩運行的經濟效益與社會效益。但是，最初使用的傳統傳感器監測系統對監測環境的要求極高，并且很容易受到外界電磁干擾，安裝施工的難度相對較高，更重要的是對大壩的運行情況不能進行實時全面監測，嚴重影響了大壩安全監測工作的有效性與可靠性。而將分布式光纖傳感技術應用在智能大壩安全監測中可以有效解決以上問題，對提高大壩運行效益十分有利。

4.2 智能大壩裂縫預測和監測中分布式光纖傳感技術的應用

對大壩混凝土結構的應力變化進行實時有效監測是確保大壩堅固性與穩定性的重要內容。但是，在實際監測過程中，經常因為受到其他因素的影響，不能對大壩混凝土結構出現裂縫的位置進行準確定位，這在很大程度上影響了大壩修補的最佳的時間，對大壩的穩定性運行也產生不利影響。而分布式光纖傳感技術可以結合使用分布式光纖裂縫傳感器系統與分布式光纖應變監測系統對大壩混凝土結構的裂縫位置進行準確監測與精準定位，并且根據監測結果可以發出預警信息以及處理解決方案，提高大壩監測的效率與質量。另外，還可以對光纖傳感技術對大壩的內部應力變化進行全面監測，然后制定合理科學的大壩負載分布方案，降低施工誤差，提高大壩的整體性能，避免大壩出現裂縫[2]。

4.3 大壩混凝土結構溫度場監測中拉曼散射分布式光纖溫度傳感系統的應用

根據瑞利散射分布式光纖傳感技術、布里淵散射分布式光纖傳感技術以及拉曼散射分布式光纖傳感技術的研究發現，拉曼散射光對溫度的敏感度更高，可以對監測環境有較強的適應，同時可以自動補償溫度，提高監測準確度。這樣可以大大提高分布式光纖傳感技術對大壩的溫度傳感監測質量。拉曼散射分布式光纖傳感技術研究比較成熟完善，產品化程度較高，目前三峽、百色等大壩安全監測中都使用了以拉曼散射分布式光纖傳感技術為基礎的智能大壩監測系統。

5 結語

總而言之，將分布式光纖傳感技術應用在智能大壩安全監測工作中可以有效提升大壩監測的效率與質量，對大壩的裂縫以及其他問題進行提前預測，有助于工作人員及時采取相應的預防與解決措施。這在很大程度上提升了智能大壩運行的穩定性與安全性。在利用分布式光纖傳感技術對智能大壩進行監測時，相關工作人員必須對大壩的變形、位移、溫度以及應力等信息數據進行準確的傳感監測，確保監測的數據的可靠性與準確性，才能更好的保證大壩能夠長期穩定運行。

[1] 鄭涵.智能大壩安全監測中分布式光纖傳感技術的應用方法[J].大科技，2016（19）.

[2] 閆娜娜.分布式光纖傳感技術在智能大壩安全監測中的應用[J].大科技，2016（28）.