光纤应变分布传感的工程实用情况及其在水工领域的应用前景

崔何亮，郑晓红，王玉洁

（国家电力监管委员会大坝安全监察中心，浙江杭州310014）

1 光纤传感技术概述

光纤传感是一种新型的监测技术，其基本原理是将通常用于通讯的光纤加工为传感敏感元件，通过探测光纤中反射、散射光信号的变化，获取应变、温度等物理信息。因此，与传统的差阻、电阻、振弦等基于电信号的传感方式不同，光纤传感可实现多点串联甚至全分布式连续测点，具有长期稳定性好、无零漂、不受电磁干扰等优点。目前已投入实际工程应用的光纤传感技术主要有三类，见表1。

2 布里渊光时域分析技术简介

表1 三种实用性较强的光纤传感技术Table 1:Three kinds of practical fiber optic sensing technology

布里渊光时域反射技术将标准单模光纤同时用于传感与信号传输，其基本原理为：短频率脉冲光进入光纤后，在前进的相反方向产生布里渊背向散射光，其频率分别与光纤局部的轴向应变及温度变化成线性关系，即有：

其中：vB（ε，T）为任意时刻（产生应变与温差时）光纤布里渊背向散射光频率；vB（ε0，T0）为初始状态下光纤布里渊背向散射光频率，ε为光纤局部产生的应变；T为温度；C1、C2分别为传感光纤的应变系数与温度系数。从上式可以看出，光纤轴向应变与温度与其布里渊光频率耦合相关，因此如果需要解耦，最直接的方法就是对其中一个分量进行补偿，通常的方法是用纤芯自由的温度测量光纤进行温度补偿，从而得到各位置实际的应变变化量。

布里渊光时域类解调仪器主要有以下两类：BOTDR系列和BOTDA系列。……