大尺度BOTDR光纤应变灵敏特性研究

首先介绍了布里渊光时域反射计(BOTDR)应变测试仪的基本测试原理;并基于BOTDR光纤变形检出特性进行了试验研究,其中包括裸光纤在长度相同而空间分辨率和采样间隔不同时悬挂重物试验和等强度梁实验。通过试验,分析了当光纤长度相同而BOTDR所设参数不同(主要指空间分辨率和采样间隔)时对检测结构的影响,确定了裸光纤在应变监测中长度区间的选择。     

一种光纤光栅倾角传感器的试验研究

设计了一种新型的光纤光栅倾角传感器。本设计将简单可靠的金属悬臂梁结构与高灵敏度的光纤布拉格光栅相结合,考虑了光纤布拉格光栅的温度补偿及灵敏度,从而保证其整体耐久性较好、测量精度较高。将该倾角传感器与光纤光栅解调仪组成监测系统,同时利用无线电容式倾角仪对其灵敏度进行标定,取得了良好的线性数据,证明该倾角传感器性能良好。     

基于BOTDR的预制桩应变-温度联合测试方法研究

提出了一种可以实现分布式应变-温度联合测试的方法,采用特殊封装的方法改变传感光缆的频移系数,用于空间差异式分布的温度补偿。通过预制桩浸水试验对该方法的有效性进行验证,采用该方法对监测数据进行温度补偿,对应变、温度沿桩身的分布规律以及随时间的变化规律进行了分析。研究表明：该应变-温度联合测试方法能够较好地解决温度在空间上差异式分布时的温度补偿问题;预制桩浸水试验中,水下渗导致的桩身温度变化较大,应变和温度2个因素对传感光缆上各点频移变化量的贡献比例关系较为复杂。     

一种高分辨率温度传感器

介绍一种基于Pt1000惠斯通平衡电桥的高分辨率温度传感器。 实验测试表明, 该温度传感器具有精确、 稳定、 分辨率高的特点, 测试温度的分辨率可以达到1×10^-5℃。 其温度测试范围可调, 从而可以满足不同测试环境温度测试的需要, 具有较广泛的应用范围, 并可同通用数据采集器连接构成精密温度观测系统。     

边坡变形的分布式光纤监测试验研究及实践

布里渊光时域反射计（BOTDR）是一项新型光电传感仪器,可对沿光纤的轴向应变进行分布式监测。该技术采用光纤作为传感和传输介质,具有良好的抗干扰、长距离、可植入性和分布式监测等特点。本文总结了近几年来分布式光纤在边坡工程中监测的工程实践和试验研究结果。实践表明,将光纤传感器铺设在加固边坡的锚杆和框架梁中,在加固边坡的同时进行安全监测,可以取得良好的效果;而将光纤直接铺设在边坡浅层土体中进行监测,可以及时对边坡安全提供预警,但往往不利于长期监测。本文还介绍了将光纤传感器布设在用于加固边坡的土工织物中进行安全监测的室内试验研究。实验证明,不同的光纤类型、布设方法、土工织物性能等都会对监测结果产生影响。最后分析了分布式光纤监测在岩土工程监测中的应用前景,以及今后研究的关键技术问题。     

对高灵敏光纤光栅温度传感器的稳定性的初探

光纤光栅作为新型传感元件,因为其具有抗电磁干扰和分布式测量等电学传感器无法比拟的优点,正在被广泛的研究.为了实现替代现有的高精度电学温度传感器的目的,可以尝试利用光纤光栅对温度和应变共同敏感的特性,制作高灵敏度光纤光栅温度传感器.尽管已经出现了对高灵敏光纤光栅温度传感器的报到,但是,很少有针对高灵敏光纤光栅温度传感器稳定性的研究.在实验室环境下,我们对高灵敏光纤光栅温度传感器的稳定性进行了测试.我们制作了一款高灵敏光纤光栅温度传感器,将其与普通光纤光栅温度传感器和电学石英温度传感器共同置于盛满水的不锈钢容器中,观测室温变化.通过对它们两周的观测结果进行对比,我们发现:尽管与普通光纤光栅温度传感器的结果相比,高灵敏光纤光栅温度传感器的观测结果与石英温度传感器的结果更一致;但是,高灵敏光纤光栅温度传感器出现了微小漂移.因为该漂移出现在进一步拉伸光纤光栅的过程中,所以它很可能是由于光纤光栅的固定点出现了微小滑动造成的.这为光纤光栅在高精度温度测量领域的应用作了有益尝试.     

分布式光纤声波传感器及其在天然地震学研究中的应用

分布式光纤声波传感器(Distributed Acoustic Sensing, DAS)是近年来兴起的超密集地震观测系统,具有一系列观测密度高、观测成本低、耐受恶劣环境等优势,在油气行业得到了广泛应用,也引起了天然地震学界的关注.本文简要回顾了DAS系统的测量原理、发展历程、技术方案、介绍了测量原理及其响应特性,然后围绕多个观测实验,介绍浅部结构成像、深部结构探测和地震监测三个方向的典型应用实例,最后讨论了DAS系统在天然地震学研究中应用面临的挑战和发展趋势.     

一种光纤传感式油气探测地震检波器探头

高灵敏度波动和振动传感器是目前油气探测急需的关键技术之一.本文设计了一种光纤Bragg光栅(FBG)型波动和振动传感探头,分析了其工作参数和传感优势,给出了这种新型地震检波器探头结构的有限元分析结果和实验室振动测试结果.结果表明,这种检波器探头有较好的频率响应,测试性能稳定,此结构具有很高的灵敏度放大作用.     

分布式光纤传感器原理及在地震监测中的应用研究现状

一般情况下,地震发生前都会出现各种异常信号,重点监测这些地震前兆信号对研究地震有重要意义。基于分布式光纤传感的地震监测应用系统,由于其自身的独特优势,在地震勘探领域正得到越来越广泛的重视,是目前理论界和实际应用的研究热点。DAS系统的基本原理是基于光纤的弹光效应,通过探测由弹光效应产生的光信号的相位、波长等参量,可以实现对地震波的监测。DAS系统可以通过检测激光脉冲在光纤中散射引起的相位变化来测量光纤的轴向应变,其中光纤的每一小段都可以等同为一个单分量应变仪,地表仪器系统与光纤相连接受信号,用于分析振动信号并将其转换为地震信号进行分析;DAS率先在地震勘探领域中得到应用,之后逐渐推广到微地震、VSP井中地震勘探等领域,甚至有研究项目已经开始在海上进行监测,取得了实际效果;国内外关于应用光纤传感技术地震计的研究和应用,充分证明了光纤传感技术地震计未来不可或缺的研究方向,未来在监测的精度和工程应用领域出现的各种问题将会是继续跟踪的研究重点。     

基于应变率的分布式光纤声波传感全波形反演研究

分布式光纤声波传感系统(Distributed Acoustic Sensing, DAS)是近年来迅速发展的新型地震数据采集系统.与传统地震检波器相比,DAS具有耐受恶劣环境,易实现大区域高密度观测等优点.传统地震检波器测量质点速度,而DAS接收沿光纤的轴向应变率(或应变)信号,传统基于速度—应力场弹性波方程全波形反演无法直接用于DAS数据反演.在前人DAS数据全波形反演研究中,将DAS数据转换为沿光纤的质点速度,但会放大低波数噪声,在低信噪比条件下影响反演精度.本文提出了直接基于应变率数据的DAS信号全波形反演方法.首先推导实现了直接基于应变率参数的DAS数据全波形反演理论.其次通过典型模型测试和DAS实测数据验证了直接基于应变率的全波形反演方法在DAS数据速度反演中的可行性和有效性.     

分布式光纤声波传感系统在近地表成像中的应用Ⅱ:背景噪声成像

随着城市化的发展,城市地球物理日益成为地球物理研究的重要方向,地震成像是构建城市地下空间三维/四维图像的重要手段,但面临观测成本高的困难.近年来国际上新发展的分布式光纤声波传感器作为高密度地震观测系统已经在地震层析成像方面得到了应用,在提高成像分辨率的同时,又降低了观测成本.本研究使用国产分布式光纤声波传感器开展了观测实验,利用480 m埋地光缆记录了13 h背景噪声,计算得到噪声互相关函数,获得了高频Rayleigh面波信号.采用多道面波分析方法提取相速度频散曲线,其结果与传统检波器记录和主动源结果较为一致.采用遗传算法反演得到了研究区内二维S波速度剖面,获得了下方沉积物横向变化特征.通过本次实验,初步验证了国产设备开展地震背景噪声成像研究、构建地下浅层结构模型的可行性.

     

基于分布式光纤传感的堤坝安全监测技术及展望

及时、准确地掌握堤坝的性态,是保证堤坝安全运行的基础.因此,需要一种实时监测系统对堤坝进行监测.分析了堤坝健康监测的主要内容,介绍了分布式光纤传感技术的工作原理及使用现状;探讨了分布式光纤传感技术在我国堤坝渗流和形变中的应用;指出了分布式光纤传感技术在土堤坝使用中存在的问题,并给出了新的堤坝长期安全监测系统设计建议,结论有益于指导构建新的基于分布式光纤技术的堤坝安全监测系统.     

基于光纤光栅的高精度测温传感器研究

利用光纤光栅对温度和应变同时敏感的特性,我们设计制作了一款满足地震前兆观测中地温观测精度要求的双金属光纤光栅温度传感器,并首次对温度增敏后的光纤光栅传感器样品进行了精度分析,得到该传感器的精度达到士0.05℃,获得了现今光纤光栅温度传感器最高的分辨率0.0014℃/pm.该传感器的成功研制从实验上证明了光纤光栅用于地震前兆观测的可行性,为地震前兆观测的光学化打下了坚实的基础.     

温度与非轴向力对光纤光栅应变传递影响的分析

由于光纤、保护层和粘贴层以及基体材料的物理力学性能不同,使得光纤光栅传感器的测量应变不等于基体材料的实际应变。本文以埋入式非轴向力作用下的光纤光栅作为研究对象,采用弹性理论分析,利用剪滞法,推导了光纤光栅传感器在非轴向力和温度共同影响下的测量应变与基体结构实际应变之间的应变传递计算公式,并采用有限元方法对其分析,讨论了温度变化对非轴向力作用下的光纤光栅应变传递的影响,为埋入式光纤光栅传感器在非轴向力和温度影响下的应变测量提供理论依据。     

光纤健康监测方法在土木工程中的研究与应用进展

在土木工程领域，光纤智能健康监测方法是对建筑物或构筑物的健康状况进行检测的一种新方法。本文首先论述了光纤智能健康监测系统的构成，然后对国内外光纤健康监测系统在土木结构中的研究与应用进行了回顾，介绍了光纤传感器的种类、原理、特点和当前应用的状况，重点介绍了光纤位移传感器和布拉格光栅（Bragg grating)应变传感器，最后展望了光纤智能健康监测方法在土木结构中的应用前景。     

油气井生产测井中的光纤传感技术

本文系统地分析了常规生产测井仪器流量、温度、压力、持率、密度、伽马传感器应用于油藏监测、生产测试和油田开发中存在的问题，总结了新一代流量、温度、压力、持率、密度、伽马仪的光纤传感器的原理、特点，国内外研究现状及应用情况，论证了光纤传感技术以其独特的优势取代传统电子传感技术的发展趋势及这些新型生产测井仪器在油田测试与油藏监测中的应用前景.     

光纤传感技术的地下水pH动态监测中的应用研究

阐述了应用于地下水ＰＨ实时监测的光纤传感技术，介绍了光纤地下水ＰＨ动态监测仪的工作原理、设计及其测试结果，并给出了它的主要特征参数。     

粤赣高速公路K3边坡光纤监测与数值模拟对比分析

本文采用基于FLAC^3D软件的数值模拟方法,对粤赣高速公路K3边坡工程锚杆的应力应变状态进行数值模拟,分析了全长粘结式锚杆的荷载传递机理;根据运用基于自发布里渊背向散射原理（BOTDR）的分布式光纤应变传感技术对锚杆的轴向应变进行的监测数据,分析了工程锚杆的变形特征。数值模拟与实测数据的对比分析表明,模拟曲线与监测曲线反映的工程锚杆的变形特征具有较高的一致性,验证了应用FLAC^3D有限差分软件模拟锚杆。框架体系应力应变特征的合理性,以及基于BOTDR的锚杆应变分布监测的可行性。     

基于分布式光纤温度测井的注入和产出剖面解释方法研究

近年来,随着分布式光纤温度传感(DTS)技术的快速发展,由于其对井干扰小、施工方便、能实时提供准确且连续的温度数据等优势,越来越多的被应用于井下的动态监测中.然而,实际应用中DTS数据量巨大且复杂,如何分析数据和用其解释井下的流量剖面及生产动态仍是一项巨大挑战.为此,本文基于井筒与地层间的传热机理,建立了多相流井筒温度分布模型,分析了不同影响因素下井筒的温度曲线响应特征.对实测DTS数据进行分析,建立基于井筒温度分布模型的拟合评价目标函数,用L-M(Levenberg-Marquarelt算法)和Sqp-legacy(Sequential quadratic programming-legacy,顺序二次规划遗传算法)两种算法进行反演后,将PSO(Particle Swarm Optimization,粒子群优化算法)与两种算法结合,对比两组组合算法的反演误差后选用PSO-LM算法,PSO-LM算法既具有PSO算法的随机性也具有L-M算法的高效性.然后对两口实测井进行解释,误差结果表明PSO-LM算法的精度较高,满足实际应用,验证了反演解释模型的正确性和可靠性．