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对于一些边坡工程,其监测方法靠某一种监测仪器是很难完成的,而是需要一个复杂的监测系统。传统的边坡数据的采集方式为点对点模式,即采集一个参量对应一台控制仪器。这种做法的直接缺点就是,由于各种仪器的系统误差和性能的不同,把它们采集的数据进行预测预报时,会产生很大的误差,甚至会出现由于某台仪器的功能失效造成预测错误。 因此我们就设想利用一台仪器控制多个传感器或者数据采集器,由此可以保证在相同的系统误差的情况下各参量数据的同步性和统一性。 利用这台仪器控制多个数据采集传感器,根据每个边坡的特点,任意组合需要采集的参量数据,从而选用不同的传感器。同时,将采集到的数据通过网络传输到远程的专家电脑里面,从而使专家们在远处就可以对现场的状况做出判断。 基于上述思想,从而设计出多参数的智能监测系统。目前, 国内外应用于边坡安全监测的技术和方法很多, 从传统的测斜管、压力计、雨量计和位移计, 新型的GPS,TDR和光纤传感器, 都被大量运用于实际工程监测当中, 而且很多是以多种技术集成的形式出现。 传统监测技术在数字化、自动化方面已经显得比较落后,在各种技术迅速发展的今天,一些运用新的测试原理的更为智能化的监测技术将显示出更优异的性能,下面来认识一下BOTDR监测系统与FBG监测系统。 BOTDR ( brillouin optical time domain reflectometer 布里渊散射光时域反射测量仪)光纤监测,该技术是光纤监测领域的尖端技术,国内外已进行了很多的研究工作,取得了可喜的研究成果。 2.1 BOTDR 的测量原理 BOTDR的测量原理是当单频光在光纤内传输时会发生布里渊背向散射光,而布里渊背向散射光的频移(Brillouin Frequency Shift)与应变和温度成正比。为了扣除温度变化对频移的影响,可利用一段不受外力作用的自由光纤进行温度补偿,并根据下面公式中布里渊频移变化量与应变的关系,求得光纤的应变量: 其中,vB (ε)为某应变下的布里渊频移,vB (0)为无应变下的布里渊频移,ε为应变比例常数,C为应变量。 2.2 同步协调变形 BOTDR 监测属于分布式传感型光纤监测, 利用光纤本身的特性把光纤作为传感敏感元件, 监测过程中, 光纤不仅起着传感作用, 还起到传输作用,不需要另外布置传输线路。 利用BOTDR 技术, 可以直接获得铺设光纤上任何一点的应变值,在监测变形异常点定位中比较方便,具有信息量大、结构简单、可靠性高、使用方便、测试结果直观等优点。由于BOTDR 测得的是光纤沿线上任何一点的应变值, 通过光纤发生的应变来反映边坡变形, 定位监测体变形异常点, 这就要求光纤与其沿线上的介质保持同步协调变形。 同步协调变形是BOTDR 技术推广应用的关键所在,光纤的固定技术是保证光纤与监测体同步协调变形的基础。在边坡工程中应用光纤时, 对于介质松散的边坡,介质与黏结剂的黏结效果较差,所以采用黏结式固定方式比较困难, 可考虑采用植入式。 对于岩质边坡或者坡面喷浆后的监测, 在边坡体上刻槽, 通过植入式保证光纤与监测体的同步变形, 不仅工作量较大, 而且受地形复杂的限制。因此, 本文在坡面上固定光纤时, 引入准分布式监测理念, 采用夹具定点固定光纤( 夹具由上海某光纤厂生产, 为光纤专用)。夹具被固定在坡面上, 保证与坡面的同步协调变形。同步协调变形也就是介质中力场的变化能够准确传递到光纤上。最后统一接入BOTDR 应变分析仪,采集的应变数据,经局域网线传入计算机中,进行分析处理。 BOTDR技术主要用于长距离分布式监测, 可用于大型长大边坡的长期稳定性监测, 如大型堤防工程、库岸边坡等的监测, 对于小型边坡, 由于其造价太高, 并不适用。 通过应变公式可求得: 3.2 FBG监测系统运用范围 FBG技术主要进行点式高精度监测, 具有高速实时监测的性能, 可用于激烈变动边坡的监测, 适用于中小型边坡工程。 与传统的电阻式测试技术相比, 光纤传感技术具有明显的优点: 光传感技术可以进行分布式监测,由于只需要输入光源, 因此不受电磁等干扰, 稳定性好,监测精度高, 完全可以满足工程监测的要求,同时, 光纤应变监测技术可以进行远程监测, 便于与各种管理系统及应急监视处理系统联网。光纤传感技术最具有前景的优点是: 在恶劣环境下可以达到无人监测的功能, 这些是传统的传感器无法胜任的,另外准分布或者分布式光纤传感器, 它不仅能测量传感器
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