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基于光纤传感技术的基坑变形监测试验研究

山西建筑 2024年第13期50卷 116-119,131页

作者：杨振辉翟乾智董清志杨力龙河南省交通规划设计研究院股份有限公司河南郑州450015 盾构及掘进技术国家重点实验室河南郑州450001

对传统常规的基坑深层变形监测方法进行了分析,为实现更加精准、高效的基坑深层变形监测目的,对光纤传感技术在深层变形监测方面的应用进行了试验研究,基于布里渊光时域分析技术(botda),改进了一套光纤传感装置,能同时满足光纤传感和传... 详细信息

对传统常规的基坑深层变形监测方法进行了分析,为实现更加精准、高效的基坑深层变形监测目的,对光纤传感技术在深层变形监测方面的应用进行了试验研究,基于布里渊光时域分析技术(botda),改进了一套光纤传感装置,能同时满足光纤传感和传统测斜监测使用需求,并将其应用于马来西亚吉隆坡地铁二期大马城南站基坑深层变形监测的现场试验。结果表明,botda能够进行垂直和平行于基坑两个方向的深层土体变形监测,达到了监测速度快、分布式测量的效果,有效解决了传统方法监测速度慢、离散测量的问题。

关键词：光纤传感 botda 深层变形监测分布式测量

Spatial resolution improved OFDM-botda utilizing frequency-division-multiplexed Brillouin phase/gain spectrum

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Science China(Information Sciences) 2021年第12期64卷 254-255页

作者： Can ZHAO Hao WU Ming TANG Wuhan National Laboratory for Optoelectronics (WNLO) & National Engineering Laboratory for Next Generation Internet Access System School of Optical and Electronic InformationHuazhong University of Science and Technology

Dear editor,In the up-to-date dynamic measurement occasion, the traditional botda(Brillouin optical time-domain analysis)measurement method of point-by-point frequency sweep fundamentally limits the measurement effici... 详细信息

关键词： nonlinear fiber optics stimulated Brillouin scattering OFDM botda BPS BGS

基于botda的砂土地基预应力管桩抗拔静载试验研究

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水利水运工程学报 2023年

作者：孔洋汪璋淳何宁何斌张中流周彦章水利部水库大坝安全重点实验室南京水利科学研究院

针对砂土地基抗拔桩受力性能与荷载传递机理研究不足问题，将布里渊光时域分析（botda）光纤传感技术应用于长江下游地区厚层砂土地基预应力管桩原位抗拔静载试验研究，采用特殊设计的桩身刻槽钻孔、光纤粘贴保护、接桩过程连续植纤等... 详细信息

针对砂土地基抗拔桩受力性能与荷载传递机理研究不足问题，将布里渊光时域分析（botda）光纤传感技术应用于长江下游地区厚层砂土地基预应力管桩原位抗拔静载试验研究，采用特殊设计的桩身刻槽钻孔、光纤粘贴保护、接桩过程连续植纤等技术工艺，实现了预应力管桩在拉拔过程中桩身受力变形状态的分布式测量与数据精确定位。研究结果表明：在上拔荷载作用下，试验桩桩身轴力沿桩身方向逐渐减小；桩侧摩阻力在下桩发挥效果较好，上桩侧摩阻力值较小，全桩长侧摩阻力最大值在桩底；抗拔桩随上拔荷载的增加，轴力逐渐向下传递，向下传递的轴力主要由预制管桩侧摩阻力承担；分布式光纤应变传感技术能较好地监测预应力管桩桩身贯入施工因素对抗拔承载特性的影响。研究结果可在其他类型抗拔桩受力特性监测项目中推广应用。

关键词： botda 抗拔桩分布式光纤传感静载试验砂土地基

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botda振动信号特征提取及识别算法

BOTDA振动信号特征提取及识别算法

作者：巩彪华北电力大学

学位级别：硕士

光纤复合海底电缆被广泛用于海上电力与信息传输等方面,但复杂的海底环境和人类频繁的海事活动使海缆的正常运行受到考验,甚至引发故障。由于故障会引起海缆振动,因此监测海缆振动信号并提取振动信号特征实现故障识别和分类,为分析海缆... 详细信息

光纤复合海底电缆被广泛用于海上电力与信息传输等方面,但复杂的海底环境和人类频繁的海事活动使海缆的正常运行受到考验,甚至引发故障。由于故障会引起海缆振动,因此监测海缆振动信号并提取振动信号特征实现故障识别和分类,为分析海缆故障原因和及时修复故障提供了技术支持。本文搭建了基于布里渊光时域分析(Brillouin Optical Time Domain Analysis,botda)的海缆故障模拟振动信号监测实验系统,利用botda监测海缆受海浪冲刷、海缆与岩石摩擦、船锚下落作用时的海缆光单元振动信号。由于botda系统发生受激布里渊散射效应时,采集到的振动信号信噪比低,故本文引入被囊群生物优化算法优化变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)算法,获得本征模态函数(Intrinsic Mode Functions,IMF)分量,提出利用IMF与原始信号的相关性、IMF的方差贡献率联合确定IMF的多尺度排列熵降噪阈值,实现降噪,获得了良好降噪效果。海缆冲刷、锚砸、摩擦三种典型海缆振动信号的信噪比分别提升了:12.2460 d B、12.9897d B、10.8532d B。一般的振动信号特征提取方法从单一的时域或者频域提取特征,易受botda运行状态与外界环境的干扰。为了更全面准确地提取海缆振动信号特征,本文提出从时域、频域、时频域及熵四个维度进行特征提取。由于存在冗余特征,故本文引入了补偿距离评估技术对特征进行筛选,去除冗余特征,提高提取效率。筛选后的特征构建成特征向量输入随机配置网络中实现识别。随机配置网络(Stochastic Configuration Network,SCN)具有识别速度快的优点,在故障分类领域广受欢迎。但是当实际故障分类样本数量有限时,其常规分类器会出现识别率偏低的问题。针对此问题,本文提出了新型的识别算法,将AdaBoost(Adaptive Boosting,AdaBoost)算法与SCN算法结合,使识别率由85.2%提升到了96.3%。本文的研究成果为海缆振动信号降噪和故障分类识别提供了有益的参考。

关键词：光纤复合海底电缆 botda 振动信号 VMD SCN

变换域中鲁棒的提取botda传感信息方法的研究

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变换域中鲁棒的提取BOTDA传感信息方法的研究

作者：杨增森北京交通大学

学位级别：硕士

随着分布式光纤智能传感技术的发展,布里渊光时域分析(Brillouin Optical Time Domain Analysis,botda)技术广泛地应用在大型建筑健康监测、油气管道检测等场景。本文研究的是基于差分脉宽对的布里渊光时域分析系统(Differential Pulse-... 详细信息

随着分布式光纤智能传感技术的发展,布里渊光时域分析(Brillouin Optical Time Domain Analysis,botda)技术广泛地应用在大型建筑健康监测、油气管道检测等场景。本文研究的是基于差分脉宽对的布里渊光时域分析系统(Differential Pulse-width Pair botda,DPP-botda),系统采集得到的布里渊增益谱(Brillouin Gain Spectrum,BGS)不再符合洛伦兹线型,这对布里渊频移(Brillouin Frequency Shift,BFS)的获取造成一定困难。而且由于两个布里渊信号做差分得到的DPP数据含噪量多,导致传感信号的测量精度降低。针对上述问题,本文主要研究的内容包括:(1)针对不规则BGS的拟合问题,本文提出了快速傅里叶洛伦兹曲线拟合(Fast Fourier Transform Lorentzian Curve Fitting,FFTLCF)方法。在不需要改变BGS序列的前提下,该方法可以在变换域中拟合不符合洛伦兹线型的BGS,精确地得到BFS参数。实验表明,当BGS的中心频率在曲线循环移位位置附近时,FFTLCF方法拟合得到的BFS标准差为1.57MHz,远远小于传统的洛伦兹曲线拟合(Lorenz Curve Fitting,LCF)方法得到的BFS标准差11355.98MHz。(2)针对应力过渡区的双峰BGS拟合问题,本文提出了双峰快速傅里叶洛伦兹曲线拟合(Double Peak-Fast Fourier Transform Lorentzian Curve Fitting,DP-FFTLCF)方法。该方法将双峰BGS放置在频域中处理,依次拟合双峰中的单峰继而得到两个峰的中心频率,可以精确地定位布里渊频移突变点。实验表明,LCF方法在拟合部分双峰BGS时已经失效,而DP-FFTLCF方法仍可以精确地获取BFS,测量误差为4MHz。(3)针对实验数据带噪量较大导致测量精度降低的问题,本文提出了面向不规则BGS的高空间分辨率数据降噪方案。实验中采用不同算法降噪,再利用FFTLCF方法和LCF方法分别拟合BGS,统计BFS的标准差,以此作为测量精度的衡量指标。实验表明,FFTLCF方法的拟合精度优于LCF方法的拟合精度。在处理传统数据时,BFS的标准差可降低到4με;在处理DPP数据时,BFS标准差可降至8με。

关键词： botda 传感信息处理不规则BGS拟合双峰BGS拟合降噪分析

基于botda的110kV油浸式变压器绕组应变特性研究

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基于BOTDA的110kV油浸式变压器绕组应变特性研究

作者：王佳雪华北电力大学

学位级别：硕士

变压器是电力系统的重要组成部分,绕组故障是变压器的主要故障类型,绕组形变是故障的重要隐患。因此及时准确地获取变压器绕组的应变信息,了解变压器的运行状态具有重要意义。目前多采用定期停运、离线检查的方式检查绕组状态,无法满足... 详细信息

变压器是电力系统的重要组成部分,绕组故障是变压器的主要故障类型,绕组形变是故障的重要隐患。因此及时准确地获取变压器绕组的应变信息,了解变压器的运行状态具有重要意义。目前多采用定期停运、离线检查的方式检查绕组状态,无法满足在线实时获取信息的需要。分布式光纤传感技术近年来快速发展,可实现对检测对象应变的分布式传感,并且具有抗电磁干扰、灵敏度高等优势。研究基于布里渊光时域分析技术(Brillouin Optical Time Domain Analysis,botda)的变压器应变分布式检测具有一定的理论基础和应用价值。本文针对利用布里渊光时域分析技术进行变压器绕组分布式应变检测的可行性展开了以下研究:首先研究了布里渊频谱的拟合方法,提出了一种双峰拟合算法,实现了亚分辨率检测,有效提高了botda系统的事件分辨率与空间分辨率,使系统能更灵敏地检测到微小形变,更准确地获取形变信息,为分布式光纤传感技术在相对尺寸较小的变压器绕组的应用提供了基础。随后研究了绕组实际形变量与光纤形变量的函数关系,确定了应变传递率。通过对不同布置方式、不同布置位置的传感光纤复合绕组模型的分析比较,确定了采取包裹式将光纤布置于绕组外侧的最佳布置方式,基于该布置方式研究了光纤的应变传递率,获得了绕组实际形变量与光纤形变量的一次函数关系,验证了将botda系统应用于变压器绕组应变检测的可行性,提高了检测结果的准确性。最后研制了一台传感光纤复合31.5MVA/110k V油浸式变压器样机,基于上述工作重点研究了光纤在变压器内部的布置与防护方法、法兰盘的位置与可靠性。在顺利通过出厂试验后对样机进行短路冲击试验,验证光纤的应变传感性能及botda系统在短路过程中检测的准确性、稳定性与可靠性。借助botda在变压器内部实现空间分辨率20cm的应变检测,实际验证了将botda应用于变压器绕组应变检测的工程可行性,为变压器绕组应变的在线检测提供了新思路。

关键词：双峰拟合应变传递 botda 绕组变形检测短路冲击试验

采动覆岩变形botda分布式测量及离层分析

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采矿与安全工程学报 2015年第3期32卷 376-381页

作者：朴春德施斌魏广庆于霖陈恩玉中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 南京大学光电传感工程监测中心江苏南京210046 苏州南智传感科技有限公司江苏苏州215123 淮北矿业集团杨柳煤矿安徽淮北235119

根据杨柳矿地下煤层开采和岩层特征,采用botda光纤传感技术:研究了覆岩变形分布式监测方法,分析了采动引起的覆岩变形特征,探讨了离层变化机理。研究结果表明,回采工作面在通过监测孔垂向线过程中,在经过监测孔之前,随着工作面与监测孔... 详细信息

根据杨柳矿地下煤层开采和岩层特征,采用botda光纤传感技术:研究了覆岩变形分布式监测方法,分析了采动引起的覆岩变形特征,探讨了离层变化机理。研究结果表明,回采工作面在通过监测孔垂向线过程中,在经过监测孔之前,随着工作面与监测孔距离的减小,采动覆岩的应力越明显且压应力变化值越大,其应力变化范围为覆岩中变形位移顶部到其上稳定硬岩之间;回采工作面经过监测孔之后,随着工作面的推进,覆岩中逐渐产生离层,并在离层位置拉应力值逐渐增大,其拉应力值大小与稳定硬岩厚度及力学性质、开采范围和距煤层顶板的距离有关。离层分布式监测结果与理论计算结果基本吻合。

关键词：覆岩变形分布式监测 botda 离层煤层开采

基于botda光纤传感技术的盾构隧道变形感知方法

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岩石力学与工程学报 2013年第9期32卷 1901-1908页

作者：王飞黄宏伟张冬梅张伟徐然同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

盾构隧道横断面收敛变形是评价隧道结构性态的重要指标。由预制管片拼装而成的盾构隧道,接头刚度显著低于管片刚度,因此,其横断面变形主要集中在接头张开及管片转动部位。针对盾构隧道横断面变形特点,提出考虑分布式光纤传感技术空间分... 详细信息

盾构隧道横断面收敛变形是评价隧道结构性态的重要指标。由预制管片拼装而成的盾构隧道,接头刚度显著低于管片刚度,因此,其横断面变形主要集中在接头张开及管片转动部位。针对盾构隧道横断面变形特点,提出考虑分布式光纤传感技术空间分辨率的点式固定方法,测量相邻管片接头两侧的相对位移。运用几何学原理,对管片接头张开、管片转动及隧道变形进行分析。通过2组不同轴力下的盾构隧道接头室内原型试验验证该方法,结果表明该方法可以有效感知盾构隧道横断面变形。采用该方法长距离布设光纤,可形成盾构隧道变形感知神经网络,提高监测密度,实现长距离、高密度、高精度、低成本的盾构隧道变形健康监测,从而保证地铁隧道的运营安全。

关键词：隧道工程盾构隧道光纤传感变形感知 botda

基于botda的地下连续墙分布式变形监测技术研究

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岩土工程学报 2014年第S2期36卷 500-503页

作者：丁勇王平李鹏飞夏涛唐金龙南京理工大学江苏南京210094 中国第一冶金建设公司湖北武汉430081

介绍了一种利用botda分布式光纤传感技术,监测地下连续墙在基坑开挖过程中受力变形过程的方法。通过在地下连续墙钢筋和H型钢上布设分布式光纤传感器,使之能够在基坑开挖过程中自动获取桩身的应变、弯矩、挠度等数据;采用双线的测量方法... 详细信息

介绍了一种利用botda分布式光纤传感技术,监测地下连续墙在基坑开挖过程中受力变形过程的方法。通过在地下连续墙钢筋和H型钢上布设分布式光纤传感器,使之能够在基坑开挖过程中自动获取桩身的应变、弯矩、挠度等数据;采用双线的测量方法,具有温度自补偿的能力。

关键词：地下连续墙 botda 应变弯矩挠度温度自补偿