分布式光纖傳感器監測技術

光纖傳感技術是二十世紀八十年代開始研發的一種以光為載體，光纖為媒介，集感測與傳輸為一體的高新傳感技術。隨著光纖傳感技術的發展，光纖傳感技術己不僅僅用于事件的定性監測，而是越來越多地用于被測對象在時空上的多參量定量精確測量和監測。為了精確描述，本論文中將一律稱之為光纖感測技術，以區別于一般的只用于事件監測的光纖傳感技術。

在光纖感測技術中，全分布式光纖感測技術因其損耗低、全分布式的特點，十分適合于地質體和大型工程結構體長距離、大范圍和耐久性等的監測要求，因而該類技術一經問世，就得到土木工程、巖土工程和地質界的廣泛重視和應用，成為地質與巖土工程分布式監測的重要方法。

所謂分布式監測，是指利用光纖內部的光學信息獲得光纖外部物理參量在空間和時間上的連續分布信息，而實現分布式監測的一個技術手段就是分布式光纖感測技術（簡稱DFOS）。在DFOS中，光纖不僅可以作為傳感介質感知外界物理量，還可以作為傳輸通道傳輸光信息。DFOS利用光纖單向傳輸的特點，把需要監測的物理量作為光傳輸位置的函數，感測被測參量在光纖沿線上的分布與變化情況。將傳感光纖布置在地質體內部，就象在地質體與工程結構體中植上了能感知外界變化的神經網絡，感測被測對象相關物理屬性在一維、二維和三維的變化規律，克服傳統監測方式只能點對點監測、容易漏檢的劣勢，提高監測的范圍。DFOS在大型或超大型工程的整體應變和溫度等的參量監測方面更具加適用，如長距離隧道的不均勻沉降監測、大面積的地裂縫分布和變形　監測、長距離輸油管道泄漏監測及大型邊坡變形監測等。

分布式光纖監測系統

目前DFOS按照解調原理分類主要有：波長調制型、散射型、偏振型、相位型、微彎型、熒光型等。其中基于光纖布拉格光柵（簡稱光纖光柵或FBG）的準分布光纖感測技術與基于布里淵、拉曼和瑞利散射光的全分布式光纖感測技術，近二十余年來發展迅猛，并在周界安防、巖土工程、環保、生物醫療等眾多領域得到了廣泛的應用，這是因為DFOS具有如下優點：
1、分布式測量
可以實現準分布和全分布測量。一根光纖可以準確測出光纖沿線的每個點上的應變、溫度、位移和滲流等十余種多參量信息。如果將傳感光纖布設成網狀，就可以得到被測對象的平面和立體上的分布情況。
2、長距離監測
可以實現數米到數百公里的長距離連續測量和監控，滿足各類大型基礎工程設施監測的需要。

3、監測物理量多
光纖感測技術獲得的基本物理量主要有應變、溫度和振動和長度等，據此，可以通過傳感光纖封裝技術和轉換原理，還可以測量壓強、應力、水位、流速、水分、濕度、流量、電流、電壓、液位、有毒氣體等物理量，應用面十分廣泛。
（４）抗腐蝕性強，耐久性好
作為傳感介質的光纖或光纖器件，其材料主要成分為二氧化硅，是本質安全的。它具有防雷擊、防水防潮、耐高溫、耐腐蝕等特點，有很好的耐久性。因此，它也適合于環境比較惡劣場所如強輻射、高腐蝕、易燃易爆等環境的監測。在巖土工程中，常常會遇到地下水和咸水的環境，因此，傳感光纖的抗腐蝕性可大大提高傳感器的使用壽命。
（５）抗干擾性能強
光纖的材質是二氧化硅，像玻璃一樣不受電磁干擾；而且光波光頻較高，相對來說電磁噪聲光頻較低，所以電磁干擾對光波無干擾，對光波無干擾。此外，光波易于屏蔽，只要在護套內，外界的光源便無法進入光纖內部。
（６）輕細柔初
傳感光纖體積小，重量輕，幾何形狀可塑，匹配性和適應性強，幾乎不影響被測對象的自身性質。因此，它十分適用于一些重要構筑物和名勝古跡的監測。
（７）測量精度高
光纖感測技術有一大類，包含一個完整技術體系。不同的光纖感測技術具有不同的測量性能。因此，監測不同的地質體，可選擇不同的光纖感測技術。對于一些測量精度要求高的被測對象，可采用如光纖光柵的感測技術，其測量精度要明顯優于同類的常規機電類傳感器，有的甚至是高出幾個數量級。
（８）大容量傳輸
由于光纖可以傳輸大容量信息，因此光纖可作為母線，采集和傳輸各種傳感器的信息，來代替笨重的多芯電纜。
此外，光纖感測技術還具有多分復用、光速傳輸、系統集成化等特點，能解決諸多振弦式和電阻式傳感器無法解決的工程監測難題。

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