虹科課堂 | 光纖傳感器比傳統(tǒng)傳感器強(qiáng)在哪？——以大壩監(jiān)測(cè)為例

大壩安全監(jiān)測(cè)中心經(jīng)常對(duì)當(dāng)前工程中的大壩進(jìn)行檢查[1,2], 以確保水電站的安全運(yùn)行[3]。

大壩原有的觀測(cè)模式是傳感器加上人工觀測(cè)模式，多數(shù)傳感器經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行后逐漸老化，出現(xiàn)測(cè)點(diǎn)損傷，且精度無(wú)法與現(xiàn)有光纖傳輸傳感器相比，受現(xiàn)有傳感器類型和精度的限制，

大壩變形監(jiān)測(cè)只能依靠部分大壩人工觀測(cè)，人力成本高，且沒(méi)有進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)。

對(duì)于傳統(tǒng)的觀測(cè)方式，應(yīng)用光纖光柵可埋入結(jié)構(gòu)，對(duì)其內(nèi)部的應(yīng)變等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)地高分辨率和大范圍監(jiān)測(cè)，是未來(lái)智能結(jié)構(gòu)的集成光學(xué)神經(jīng)，也是目前健康監(jiān)測(cè)首選的傳感器之一。由于光纖光柵具有不受干擾和光路波動(dòng)影響、具有絕對(duì)測(cè)量和易于實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用的準(zhǔn)分布式傳感等突出優(yōu)點(diǎn)，可以構(gòu)成大型的傳感網(wǎng)絡(luò)。因此，某項(xiàng)目工程采用光纖監(jiān)控手段對(duì)壩體的安全性能進(jìn)行監(jiān)控［4］。

NO.1-應(yīng)用成效

1）包括應(yīng)力、傾斜、變形、滲透壓力、振動(dòng)等多種監(jiān)測(cè)方法，解決大壩全覆蓋監(jiān)測(cè)，這不僅是大壩監(jiān)測(cè)的目的，也是國(guó)內(nèi)外在該方面的技術(shù)空白。

2）對(duì)水工設(shè)施的全方位監(jiān)測(cè)，徹底改變了大壩安全監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀，使大壩的行為完全可控、可控。

3）該成果的應(yīng)用完全取代了人工觀測(cè)，其最大的好處就是安全，可以保證大壩的安全狀況處于可控可控的狀態(tài)［4］。

NO.2-總結(jié)特性

通過(guò)光纖傳感器在工程實(shí)踐中的應(yīng)用表現(xiàn)，可總結(jié)出其具備如下幾個(gè)特性［4］

1）多用途、全方位。

2）高精度、無(wú)零漂。

3）抗干擾、防雷擊。

4）網(wǎng)布設(shè)、免維護(hù)。

NO.3-Micronor光纖傳感器

Micronor AG 是傳感領(lǐng)域的專家，在光纖和機(jī)電傳感器技術(shù)方面擁有廣泛的專業(yè)背景。創(chuàng)新和深厚的光纖技術(shù)領(lǐng)域的知識(shí)使 Micronor 能夠應(yīng)對(duì)溫度、應(yīng)變、位置測(cè)量解決方案中的挑戰(zhàn)，這些解決方案即使在惡劣的環(huán)境中也能可靠地工作。他們的光纖傳感器多應(yīng)用于鐵路（振動(dòng)監(jiān)控、定位）、礦業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、風(fēng)電行業(yè)、石油石化行業(yè)等。

多軸光纖加速度器

用于測(cè)量高壓環(huán)境或潛在爆炸性環(huán)境中的振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)。典型應(yīng)用包括受電弓監(jiān)測(cè)、風(fēng)力渦輪機(jī)葉片、MRI、變壓器、發(fā)電機(jī)、采礦以及石油和天然氣。

多點(diǎn)溫度測(cè)量

溫度測(cè)定基于"拉曼效應(yīng)"，從而確定沿玻璃纖維的溫度分布。通過(guò)使用極短的光脈沖，可實(shí)現(xiàn)約100mm的空間分辨率，測(cè)量光纖的最大長(zhǎng)度為250m。

光纖位置傳感器

包含光纖增量編碼器(常用于檢測(cè)電機(jī)軸或線性驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)和速度)；光纖絕對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器（用于確定軸位置）；線性傳感器（以高分辨率記錄幾米的純被動(dòng)線性運(yùn)動(dòng)）。

光纖信號(hào)設(shè)備

包括光纖微動(dòng)開關(guān)、緊急停止開關(guān)。在大電流附近進(jìn)行安全信號(hào)檢測(cè),旨在滿足 MRI、醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用的挑戰(zhàn)性要求。

參考文獻(xiàn)

［1］中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì).中國(guó)水力發(fā)電科學(xué)技術(shù)發(fā)展 報(bào)告（2012版）［M］. 北京：中國(guó)電力出版社，2013.

［2］張秀麗. 國(guó)家水安全戰(zhàn)略目標(biāo)下水電站大壩安全管理 的啟示［J］.大壩與安全，2021（6）：1-5

［3］吳偉，柳翔，劉雨佳. 站大壩運(yùn)行安全巡視檢查在線管 理的探索與實(shí)踐［J］.大壩與安全，2021（6）：6-7；13.

［4］趙緒新,劉錦程,楊璐宇,魯恩龍,崔志剛.一種新型光纖傳感器在實(shí)際工程中的應(yīng)用[J].東北水利水電,2022,40(08)10.14124/j.cnki.dbslsd22-1097.2022.08.014.

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