光纤传感网络在边坡稳定监测中的应用研究
高速公路边坡光伏系统光纤传感监测 关键技术研究及应用示范
高速公路边坡光伏系统光纤传感监测关键技术研究及应用示范全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：随着我国交通建设的快速发展，高速公路已经成为我国交通运输的主要干线之一。
由于高速公路建设过程中地形条件复杂，部分区域的坡道出现了较为严重的坡体滑坡问题，给公路安全运行带来了一定的隐患。
如何对高速公路边坡进行有效监测和预警，成为当前交通建设领域亟待解决的重要问题之一。
近年来，光伏系统在能源领域的应用愈发广泛，并且光伏系统的技术日益成熟。
结合光伏系统和光纤传感技术，对高速公路边坡进行监测和预警已经成为一种新的解决方案。
光伏系统可以在边坡上进行布设，利用太阳能发电的配合光纤传感技术，实现对边坡的实时监测和数据采集。
这种智能化的监测方式，为及时发现边坡问题提供了有力的技术支持。
在实际应用中，高速公路边坡光伏系统光纤传感监测的关键技术主要包括以下几个方面：一、边坡光伏系统的设计和布设：首先需要对边坡进行详细的勘测和分析，确定光伏系统的布设位置和安装方式。
光伏系统的设计需要考虑光伏板的安装角度、倾斜度等因素，以保证太阳能的充分利用。
光伏系统的布设还需要考虑边坡的结构特点和稳定性，确保系统安装牢固。
二、光纤传感技术的应用：光纤传感技术可以实现对边坡的形变、温度、应力等多种参数的监测。
通过在光纤中引入微弯曲或断裂，当光纤受到外力或温度变化时，将引起光纤的光学特性发生变化，通过监测这些变化可以实现对边坡的实时监测。
光纤传感技术的应用为高速公路边坡的安全运行提供了一种全新的解决方案。
三、数据采集和分析系统的建设：在实际监测过程中，需要建立相应的数据采集和分析系统，对光伏系统和光纤传感技术采集到的数据进行实时监测和分析。
通过数据分析可以及时发现边坡问题，并进行预警和处理，保障高速公路的安全运行。
四、应用示范及效果评估：为了验证高速公路边坡光伏系统光纤传感监测的实际效果，可以在某一段高速公路上进行应用示范。
通过长期的实地监测和数据分析，评估该技术在边坡监测中的应用效果，并不断改进和优化技术方案。
光纤传感在边坡监测中的应用
2010年第 3期
转载
中国科技论文在线
术在边坡工程监测中的应用常常是局部的 、有限 的 , 大范围的工程应用较少 。
本 文 针 对 光 纤 光 栅 ( fiber B ragg grating, FB G) 、布里渊光时域分析 (B rillouin op tical time2 domain analysis, BOTDA ) 和光纤低相干干涉 ( low2 coherence interferometry, LC I) 等光纤传感技术 , 深 入探讨了它们的传感原理 、适用范围 、基本架构 等 , 并论述了香港某公路边坡应用光纤传感技术进 行监测的工程实例 , 介绍了监测仪器的布设 、数据 采集与处理等工作 。
度 、变形 、受力等状况 。但是 , 在工程应用层面 ,
2010年第 3期
工程勘察 G eo techn ica l Inves tiga tion & S u rveyin g 7
中国科技论文在线
必须注意到该技术的几个固有缺陷 : 首先 , 由于该 技术基于光纤的双端解调 , 因此现场布线时必须做 好防止光纤断裂的保护工作 , 或者采取预设后备光 纤的措施 ; 其次 , 在数据解调方面 , 由于每次测试 需要一定的频谱扫描时间 (通常为几秒到几分钟之 间 ) , 因此无法实现高频数据采集 ; 同时 , 该技术 的应变 、温度的定位能力也受到空间分辨率的限 制。
光纤传感器在地质灾害监测中的应用研究
光纤传感器在地质灾害监测中的应用研究光纤传感器是一种新型的传感器，它是通过光的散射和反射来进行测量的。
在地质灾害监测方面，光纤传感器的应用越来越广泛。
本文将介绍光纤传感器在地质灾害监测中的应用研究。
第1章绪论目前世界各地都存在着各种各样的地质灾害，如山体滑坡、泥石流、地震等，这些灾害严重影响着人们的生命和财产安全。
因此，如何及时有效地监测地质灾害，成为了一个重要的研究课题。
光纤传感器是一种无源、无电、抗干扰能力强，能够实时反映环境变化的新型传感器。
它的基本原理是将一根光纤作为传感器，通过光的散射和反射来测量物理量的变化。
因为光纤传感器具有高精度、高稳定性和高可靠性等优点，所以在地质灾害监测中有着广泛的应用前景。
第2章光纤变形传感器在监测山体滑坡方面的应用山体滑坡是一种常见的地质灾害，是由于岩土体内部的水分变化、地震、降雨等因素引起的。
如何及早发现和预防山体滑坡对于防范山体滑坡灾害具有重要的意义。
光纤变形传感器在山体滑坡的监测中具有广泛的应用。
它能够测量地表和地下的形变情况，通过对测量数据的分析，可以判断山体滑坡的发生和演变趋势，提供科学的依据和技术支持。
第3章光纤光学传感器在监测泥石流方面的应用泥石流是一种大规模的地质灾害，是由于山体滑坡、岩崩、暴雨等因素引起的。
泥石流在形成时速度快、冲力大，对人类和物质造成了极大的危害。
因此，及时对泥石流进行监测和预警，是防止泥石流灾害的重要手段。
光纤光学传感器具有高精度、高灵敏度、高稳定性和高可靠性等优点，在泥石流监测中有着广泛的应用。
它能够实时测量泥石流的速度、体积、浓度等参数，对泥石流进行精确的监测和预警，为防止泥石流灾害提供科学依据和技术支持。
第4章光纤传感器在地震监测中的应用地震是世界各国都面临的自然灾害之一，它对人们的生命和财产安全造成了极大的威胁。
如何及时有效地监测地震的发生和变化情况，对于减轻地震灾害的损失具有重要的意义。
光纤传感器在地震监测中具有广泛的应用。
光纤传感技术在交通监测中的应用
光纤传感技术在交通监测中的应用在咱们如今这个交通日益繁忙的时代，各种新技术那是层出不穷，其中光纤传感技术就像是一位默默无闻的超级英雄，在交通监测领域发挥着至关重要的作用。
先来说说这光纤传感技术到底是个啥。
简单来讲，它就像是交通世界里的“敏锐触角”，能够感知各种细微的变化。
比如说，道路的振动、温度的变化，甚至是车辆的重量和速度，它都能精准地捕捉到。
我想起有一次，我开车路过一个正在进行道路施工的路段。
工人们在那里安装着一些看起来很神秘的设备，后来我才知道，那就是基于光纤传感技术的监测装置。
当时我就特别好奇，这东西到底怎么工作的呢？原来啊，光纤传感技术利用了光纤对光的特殊敏感性。
当外界的物理量发生变化时，比如有车辆经过，会引起光纤中传输的光的某些特性发生改变，通过对这些变化的检测和分析，就能获取到各种有用的交通信息。
在交通监测中，光纤传感技术的应用那可真是广泛得很。
比如说，在桥梁监测方面，它可以实时监测桥梁的结构健康状况。
想象一下，一座大桥每天承载着成千上万辆车的来来往往，如果没有及时的监测，万一出现点问题，那后果简直不堪设想。
光纤传感技术就像是桥梁的“私人医生”，时刻关注着它的“身体状况”。
一旦发现有异常的振动或者应力变化，就能及时发出警报，让相关人员采取措施进行维修和加固。
在高速公路上，光纤传感技术也大显身手。
它可以监测车流量、车速等信息，帮助交通管理部门更好地进行交通疏导和控制。
我记得有一回在高速上遇到了大堵车，车一动不动，心里那个烦躁啊。
后来才知道，原来是前方发生了事故，交通管理部门没有及时获取到准确的信息，导致疏导不及时。
要是当时有了更先进的光纤传感技术进行实时监测，说不定就能避免这样的大堵车了。
还有在铁路轨道监测方面，光纤传感技术也发挥着重要作用。
它能够检测轨道的位移、温度变化等，保障列车的安全运行。
总之，光纤传感技术就像是交通监测领域的一把“万能钥匙”，打开了高效、精准监测的大门。
相信在未来，随着技术的不断进步和完善，它会在交通领域发挥更加重要的作用，让我们的出行更加安全、便捷。
基于光纤传感的边坡工程监测技术
基于光纤传感的边坡工程监测技术摘要：边坡工程是土木工程中一个重要的领域其稳定性和安全性直接关系到周围环境和人民生命财产的安全。
然而，由于边坡地质、气候变化和人为因素等原因，边坡工程存在着一定的安全风险。
因此，边坡工程的实时监测和预警对于减少风险、保障工程安全具有重要意义。
关键词：光纤传感；边坡工程；监测技术引言随着城市建设的不断发展，边坡工程在土地开发和基础设施建设中起着重要的作用。
边坡工程在现代建设中广泛应用，但由于水土流失、地震等因素的影响，边坡的稳定性成为了一个关键问题。
本文主要研究了基于光纤传感的边坡工程监测技术，希望通过光纤传感技术的应用，提高边坡工程的监测效果和预警能力。
1、光纤传感边坡工程监测技术的概述光纤传感边坡工程监测技术是利用光纤传感器实时监测边坡工程的变形、位移、应力、温度等多种参数的技术。
传统的边坡工程监测方法往往需要大量的传感器和设备，而光纤传感边坡工程监测技术通过将光纤布设在边坡内部或表面，利用光纤传感器对环境参数的变化进行测量，从而实现边坡的实时监测和预警。
光纤传感器是一种基于光纤的传感器设备，可以通过测量光的强度、相位或延时来获取环境的各种参数。
它具有高灵敏度、高精度和抗干扰等特点，不仅能够提供准确的监测数据，还能够适应复杂的边坡监测环境。
光纤传感边坡工程监测技术主要包括光纤光栅传感器（FBG）和光纤拉曼散射传感器（OTDR）两种常见的应用方法。
光纤光栅传感器通过将光纤中的一段光栅进行周期性折射，形成波长的反射光，从而实现对温度、应变等参数的测量。
在边坡工程中，光纤光栅传感器可以用于测量边坡的变形、位移和应力等参数。
光纤光栅传感器的操作原理是通过光纤中的光栅结构，使得光在特定波长上被反射，当光纤受到应变和温度变化时，光的反射特性会发生变化，从而通过测量反射光的波长变化来获得应变和温度的信息。
光纤拉曼散射传感器是一种通过测量光纤中的拉曼散射信号来获取环境参数的传感器。
光纤传感技术在边坡监测中的应用与发展
中图分类号 ： Ｕ４ ３６ Ｔ １ ．
文献标识码 ： Ａ
Ｏ 引言
一
化锗 ， 以提高纤芯 的折 射率 ， 用 形成 全 内反射 的弱导 光纤将光 限
制 在 纤 芯 中 。 纤 芯 的直 径 在 ５ｐ ａ ５ ． 之 间 ， 中单 模 光 纤 为 ｎ－ ０ｐ ｍ 其
５ 圆形截面钢 筋混凝 土偏压 构件正截 面承载 力的精 考虑 ， 步选 用了后压浆钻孔灌 注桩 、 初 预制混凝土桩 、 沉管灌注桩 ［ ］ 李广平 ． 确算 法［］工业建筑，０ １４ ：９６ ． Ｊ． ２０ （ ）５ —０ 三种 桩 基 方 案 。通 过 埘 三 种 方 案 分 别 进 行 设 计 计 算 ， 满 足 结 构 在
则利用 区问（ ．２ ，］ ０ ６ ５ １ 内的分段 函数 （ ） ａ 来求解方程 的根 ａ 。
一
参考文献 ：
＾
由于未知因子 ，
ｒ
ห้องสมุดไป่ตู้
１ 、 ｊ ｒ
的存 在 ， 仍然 无法 精确 的确定 函数
［ ］ 朱浮声． １ 地基基础设计 与计 算 ［ ． Ｍ］ 北京 ： 民交通 出版社 ， 人
１ 光 纤应变监 测技术 设计原 理及 实用性研 究
１ １ 光 纤传 感监测 系统 ．
成的面状 网络 ， 通过特定 的布设 方法 ， 以仅 凭一条光 纤便将所 可 有节点都连接起来 ， 从而简化了数 据线 的接入 问题 。
根据具体的边 坡 条件 ， 节点 被 固定在 土体 表 面以下 一定 位 光纤传感 监测 系统 主要 由 以下三 部分 构成 ： 纤传感 器 系 置 ， 光 或直接 附着 在岩体表面 ， 固定方式可 以采取锚杆等方法 ； 光纤 统、 信号传输 与采集系统 、 数据处理与监测系统。 （ 光缆 ） 通过专门的固定剂粘着在节点 上 ， 将岩土体表 面的各节 点 光纤 传 感 器 所 用 光 纤 由纤 芯 、 层 和 涂 覆 层 组 成 。 光纤 纤 芯 包 连接成 网， 以监测岩土体的表面变形。而且 ， 用 如果将光纤同地梁 的 主要 成 分 为 二 氧 化 硅 ， 中含 有 极 少 量 的 掺 杂 剂 ， 般 为 二 氧 其 一
光纤传感技术在工程结构安全监测中的应用研究
光纤传感技术在工程结构安全监测中的应用研究引言随着工程结构规模的不断扩大和复杂程度的增加，工程结构的安全监测变得越来越重要。
传统的监测方法通常无法满足对复杂结构下精准监测的需求。
而光纤传感技术的出现为工程结构安全监测提供了全新的解决方案。
本文将对光纤传感技术在工程结构安全监测中的应用进行研究，并探讨其优势和局限性。
一、光纤传感技术的基本原理光纤传感技术是一种将光纤作为传感元件的技术。
通过在光纤中引入一定的光学器件，如布拉格光栅、光纤拉曼散射、光纤布里渊散射等，可以实现对光纤中温度、应变、变形等参数的实时监测。
基于光纤传感技术的工程结构安全监测主要包括光纤布拉格光栅传感、光纤拉曼散射传感和光纤布里渊散射传感三种方式。
二、光纤布拉格光栅传感光纤布拉格光栅传感是最常用的光纤传感技术之一。
通过将光纤中引入布拉格光栅，可以实现对温度和应变的实时监测。
光纤布拉格光栅传感具有灵敏度高、分辨率高、抗干扰性强等优点。
在工程结构安全监测中，可以通过在结构表面或内部布置光纤布拉格光栅传感器，实时监测结构变形、温度变化等情况，并及时预警。
三、光纤拉曼散射传感光纤拉曼散射传感主要基于光纤中的拉曼散射效应。
通过对光纤中散射光谱的分析，可以获取光纤所处位置的温度和应变信息。
光纤拉曼散射传感具有分布式监测能力，可以实现对大范围结构的监测。
该技术还具有抗电磁干扰、阻燃性能好等特点，适用于工程结构安全监测的长期稳定性需求。
四、光纤布里渊散射传感光纤布里渊散射传感是一种基于光纤中的布里渊散射效应实现测温的技术。
光纤布里渊散射传感器可以实现对光纤所处位置的温度监测。
该技术具有分布式监测能力，可以覆盖大范围的监测区域，并且具有高精度和抗干扰性强的优势。
在工程结构安全监测中，光纤布里渊散射传感技术可以实时监测结构温度变化，并通过数据分析和处理提供准确的温度信息。
五、光纤传感技术应用案例1. 桥梁安全监测：通过在桥梁结构中布置光纤传感器，使用光纤布拉格光栅传感或光纤拉曼散射传感技术，可以实时监测桥梁的温度、应变和变形情况，及时预警桥梁的安全隐患。
边坡位移传感器原理
边坡位移传感器原理
边坡位移传感器是用来测量边坡或土质边坡运动的仪器。
它
的原理基于监测点的位移变化，并将其转化为电信号输出。
1.阻力式传感器：这种传感器是通过感知通常通过土壤的位
移来测量边坡的位移。
它包括一个传感器杆和一个与之相连的
测量装置。
当土壤位移发生时，传感器杆会相应发生位移，从
而引起测量装置的变化。
这种传感器通常使用的校正装置来补
偿温度或风速的影响。
2.光纤传感器：光纤传感器原理是通过光纤中传播的光信号
受位移影响而产生的光纤长度或光强度比较来测量边坡的位移。
常用的光纤传感器包括布拉格光纤传感器和拉曼光纤传感器。
这种传感器具有高灵敏度和高稳定性的特点。
4.GPS系统：GPS全球定位系统可以用来测量边坡的位移。
它利用卫星信号来确定监测点的三维位置。
通过连续监测地点
的位置变化，可以计算出边坡的位移。
这种方法具有高精度和
广覆盖范围的特点，但需要较高的设备成本。
边坡位移传感器的原理多种多样，根据具体的使用场景和应
用需求，可以选择适合的传感器来监测和测量边坡的位移。
这
些传感器可以提供及时准确的数据，帮助工程师有效地评估边
坡的稳定性，及时采取相应的措施，避免潜在的灾害。
分布式光纤传感技术在高速公路边坡安全监测中的应用
ＳＮＳ（ｓａｆｅｔｙｎｅｔｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ）柔 性 防 护 网 是 利 用 高 强 钢 丝 绳 网 （高 强 度 钢 丝 格 栅 ）、支 撑 绳 、锚 杆 和其他安装附件 作 为 主 要 构 成 部 分，以 覆 盖 或 包 裹路 基 边 坡 坡 面，限 制 坡 面 岩 石 体、土 体 等 崩 塌、 滚落（坠 落 ）的 一 种 柔 性 安 全 防 护 系 统。ＳＮＳ 柔 性防护网以其柔 性 特 性，将 局 部 集 中 荷 载 向 四 周 均 匀 传 递 ，充 分 发 挥 整 个 系 统 的 防 护 能 力 ，从 而 使 系 统 能 承 受 较 大 的 荷 载 ，降 低 单 根 锚 杆 锚 固 力 ，与 常规边坡 坡 面 防 护 体 系 相 比 更 胜 一 筹。ＳＮＳ 主
随着我国高 速 公 路 网 的 日 渐 完 善，高 速 公 路 频繁穿越山区地 带，这 些 路 段 通 常 具 有 路 基 高 填 深挖的特点，公 路 沿 线 由 山 体 崩 塌 滑 坡 所 引 发 的 灾害会大范围影响出行安全。为确保路基路面的 安 全 及 稳 定 ，需 加 大 对 路 基 边 坡 监 测 的 研 究 力 度 ， 建立实时有效的高速公路边坡安全预警系统。
姚明远 张浩霖
（武 汉 理 工 光 科 股 份 有 限 公 司 武 汉 ４３００００）
摘 要 现 有 的 高 速 公 路 边 坡 监 测 技 术，主 要 面 临 的 难 点 是 电 类 技 术 抗 干 扰、取 电、信 号 传 输、维 护。文中利用分布式光纤传感技术，以 ＳＮＳ柔性防护网为光缆载体，实现了现场无需供电、集传 感 与传输于一体的长距离监测。通 过 对 应 力 和 振 动 监 测 数 据 的 采 集 分 析，提 供 准 确 的 告 警 信 息，定 位精度可达±２０ｍ。该技术有效克服了现有边坡监测技术的不足，并且 将 主 动 预 警 和 被 动 报 警 相 结 合 ，可 及 时 发 现 高 速 公 路 边 坡 危 岩 落 石 灾 害 事 件 。 关 键 词 高 速 公 路 边 坡 监 测 分 布 式 光 纤 传 感 ＳＮＳ 柔 性 防 护 网 中 图 分 类 号 Ｕ４１５；４１６．１＋４
基于传感器和无线模式的自动监测系统在高速公路边坡监测中的应用与发展
无 线 电自动化 监测信 息数 据采集 技术 具有 以下几 点优 点 ： 第一， 测 量的数 据精确 、 稳定 、 可靠 ； 第二， 可 以 长期而又 实时地 采集数 据 ， 克服 了人工监 测不 能 进行 不 中断监测 、 测频 率受 限 、 受 气候 环境 影响大 等缺 点 ； 第三， 可 以节 省大 量 的人力 、 物力， 很 好地 服务 于公 路 的养护 管理 。 ３ ２ 无 线 电 自动 化监测 信息数 据 采集 技术 的不足 之处
振弦 式传感器 的 敏感元 件是一 根 金属 丝弦 ， 常用 高弹性 弹簧 钢 、 马 氏不锈 钢或钨 钢制成 。 使 用过程 中一 端固定 受力点 ， 另一 端与 传感器 受力部件 连接 ， 利 用振 弦的 自振频 率与 振弦 所受 的外 加张力 存在 的一 一对 应关 系测量 各项 物理
量。
应 用 技 术
ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ
基 于 传 感 器 和 无 线 模 式 的 自动 监 测 系统 在 高 速 公 路 边 坡
监 测 中 的 应 用 与 发 展
罗金 才
（ 广东 省 南粤交 通投 资 建设有 限公司 ）
［ 摘 要］ 本文 剖析 了边 坡 监测 的现 状 ， 分 析 了无 线 电 自动 化监 测信 息 数据 采集 技 术的 原理 和利 弊 ， 并以广 乐 高速 公路 为例 ， 阐述 了传 感 技术 在广 乐 高速 公 路高路 堑 与高路 堤 边坡检 测 中的应 用 ［ 关键 词］ 自动监 测系 统 ； 数 据采 集技 术 ； 传 感技 术 ； 应 用 中图分 类号 ： Ｔ Ｇ３ ３ ３ ． ７ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ９ —９ １ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ — ０ ３ ９ ０ — ０ ２
边坡监测中的应用新型技术探讨
边坡监测中的应用新型技术探讨徐建平，徐科（江西省地质矿产勘查开发局赣东北大队，江西上饶334000）摘要：在边坡监测中若使用分布式光纤传感技术可轻易获得滑坡体的整体特点，文中详细介绍其更多的应用优势。
关键词：光纤传感布里渊频移光纤应变BOTDA联合监测工程总体效果1脉冲预泵浦布里渊光时域分析技术(PPP －BOT-DA )原理1．1布里渊频移与光纤应变的关系在光波、声波相互作用下，光纤中会产生一种非弹性散射。
在布里渊过程中产生的斯托克期（Stokes ）光相对于泵浦光存在一个频移，称为布里渊频移，并与光纤轴向应变成线性关系，即V B （x ）=V B （0）ж（1+a ε（x ）），（1）或V B （x ）=V B （x ）－V B （0）=a εB （0）ε（x ）（2）其中νB （x ）代表变形后光纤上x 点的中心频率，νB （0）为其初始值，ε（x ）代表光纤上x 点所受的轴向应变，α为光纤的应变系数，为光纤自身的参数。
因此，通过测量布里渊频移变化量ΔνB （x ）可获得光纤的应变量。
1．2BOTDA 工作原理该技术最初由Horiguchi 等人提出。
基于该技术的传感器典型结构如图1所示。
处于光纤两端的可调谐激光器分别将一脉冲光（泵浦光）与一连续光（探测光）注入传感光纤，当泵浦光与探测光的频差与光纤中某区域的布里渊频移相等时，在该区域就会产生布里渊放大效应（受激布里渊），两光束相互之间发生能量转移。
由于布里渊频移与温度、应变存在线性关系，因此，对两激光器的频率进行连续调节的同时，通过检测从光纤一端耦合出来的连续光的功率，就可确实光纤各小段区域上能量转移达到最大时所对应的频率差，从而得到温度、应变信息，实现分布式测量。
由于BOTDA 采用两个反向传输的光束来增加布里渊散射，因而它的的信号强度更大，应变和温度的测量就更为精确，测量范围更大。
图1基于BOTDA 的分布式光纤传感系统1．3PPP －BOTDA 技术PPP －BOTDA 通过改变泵浦光的形态，在测量的脉冲光发出前，增加一段预泵浦脉冲波来激发声子，测量原理如图2所示。
光纤光栅传感技术在露天矿边坡监测的应用
光纤光栅 的波长 随着 和 人 的改变而变化 ，当
光纤 光 栅周 围 的温度 、应 力 、应变 或其 它待 测物 理
形 的光 纤光栅 传感 器 Ｆ Ｂ Ｘ 一 测 量锚杆 ｊ ， 这种 新 型的传感器是在一根玻璃纤维增强 聚合物 岩石测 量锚 杆 杆 体 中埋 人 光 纤 光 栅 然 后 将 测 量 锚 杆埋 设 在围岩体 中用于监测 隧道硐 室或者深埋地基 等工 程 中 的岩体 变形 和结 构变 化。爱 尔 兰 的 Ｍ ｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ
为 了建 立 采 矿 作 业 的准 确 稳 定 控 制 系 统 ，研 究 人 员 设 计 了一 种 基 于 宽 带 掺 饵 光 纤 光 源 和 可 调 Ｆ — Ｐ 滤波 器 的光纤 光 栅 传 感 系统 用 于 井下 巷 道 的 监测 。 德 国的 Ｇ Ｆ Ｚ Ｐ ｏ ｔ ｓ ｄ ａ ｍ 公 司 开 发 了 一 种 测 量 围 岩 变
Ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ｓ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ（ Ｍ Ｏ Ｓ ） 公 司 为 了监 测 采 矿 引起 的路 面沉 降 ，在澳 大利 亚 的一 条公路 的沥青混 凝 土 路 面 内埋 入若 干传 感 电缆 。柏林 南部 的一 家采 石 场 在爆 破作 业 时 ，产 生 的爆破 振 动效应 引起 了附近 居 民的注意 ，他 们认 为爆 破作 业对 他们 的居住 的建 筑
录。
２ 光纤Байду номын сангаас栅传 感原理
光 纤 光栅是 利 用光纤 中的光 敏性 制成 的。所谓
金属锚杆插入钻孑 Ｌ 内部 ，然后灌入水泥砂浆使锚杆 固定 ，待水 泥砂 浆凝 固以后用 金属 丝将 ２ 根 锚杆 连
在一 起 。在使 用 金属 丝连 接 ２ 根锚 杆 的过程 中必 须
基于光纤传感技术的降雨边坡模型试验
基于光纤传感技术的降雨边坡模型试验顾春生;杨伟峰【摘要】Based on the existing geological data,the evolution process of slope failure under the condition of rainfall was explored,and the slope instability monitoring model based on the optical fiber technology as the main monitoring system was designed. The moisture content changes of slope and the slope stability variation caused by rainfall were determined via PR2 optical fiber sensor. According to the slope monitoring and the slope displacement evolution using optical fiber sensor,the state of slope critical instability were classified and distinguished,which proved that the new method of locating potential failure of the structure based on the optical fiber sensing technology is n a new technique for landslide prediction.%根据已有地质资料对降雨条件下边坡失稳破坏演化过程进行探究,设计出以光纤技术为主要监测手段的边坡失稳监测试验模型.通过P R2光纤传感器确定降雨引起的坡体含水率变化规律及其影响下的坡稳定性变化规律,利用光纤传感器监测边坡应变变化、坡体位移演化情况,对边坡临界失稳状态进行阶段划分、判别,验证了基于光纤传感技术的结构面确定潜在破坏位置的新方法,为滑坡预测预报提供一个新技术手段.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2017(000)002【总页数】4页(P141-144)【关键词】光纤传感技术;边坡稳定性;降雨;模型试验【作者】顾春生;杨伟峰【作者单位】中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州221116;中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州221116;东华理工大学建筑工程学院,江西南昌330013【正文语种】中文【中图分类】TD854.6每年全球各国都会受到滑坡灾害的威胁[1-3]。
光纤传感技术在工程监测中的应用
光纤传感技术在工程监测中的应用概述：工程监测是确保建筑物和基础设施的结构安全和正常运行的重要手段。
光纤传感技术作为一种独特而强大的监测工具，在工程监测领域得到了广泛应用。
本文将探讨光纤传感技术在工程监测中的应用，并讨论其优势、应用案例以及未来发展趋势。
一、光纤传感技术的原理光纤传感技术利用了光纤作为传感器来测量和监测物理量，如应力、应变、温度和振动等。
其基本原理是利用光纤中的光散射现象，通过测量散射光的强度和时间延迟来推断传感区域的物理参数。
光纤传感技术具有灵敏度高、分辨率高、可靠性好等优点，因此在工程监测中有广泛应用的潜力。
二、光纤传感技术在结构安全监测中的应用1. 应力和应变监测：光纤传感技术可以通过测量光纤中的形变来监测结构体的应力和应变情况。
这对于工程结构的安全性评估和结构设计的优化非常重要。
例如，可以利用光纤传感技术监测桥梁的应力和变形，以确保桥梁的稳定性和安全性。
2. 温度监测：光纤传感技术可以利用光纤的热敏效应来监测结构物的温度变化。
温度是影响工程结构性能的重要因素之一。
通过实时监测温度变化，可以及时发现异常情况，采取相应的措施来保护工程结构。
三、光纤传感技术在土木工程监测中的应用1. 岩土体监测：光纤传感技术可以应用于岩土体监测，用于测量土体的应力和变形情况。
例如，可以在地下隧道中嵌入光纤传感器，用于监测隧道的变形、应力和渗透等情况。
这可以帮助工程师及时发现潜在的问题，采取相应的修复和加固措施。
2. 水利工程监测：光纤传感技术可以应用于水利工程监测中，用于测量水体流速和水位等参数。
通过在水利工程的关键部位安装光纤传感器，可以实时监测水流情况，预测水灾情况，并及时采取措施来保护周边的建筑物和人员安全。
四、现有光纤传感技术的优势和挑战1. 优势：光纤传感技术具有高灵敏度、高分辨率和实时监测等优势。
与传统传感器相比，光纤传感器安装简便，可潜入较小的空间，且能够长时间稳定工作。
此外，光纤传感技术可以实现分布式监测，将传感器信号传输到不同位置的监测中心，提高监测的覆盖范围和灵敏度。
光纤传感技术在边坡工程监测中的应用
年 代 取 得 了 巨 大 进 步 。 管 这 些 行 业 的 尽 发 展 在 近 几 年 陷入 低 谷 ． 其 中 很 多 先 但
能 知道 外界 物 理参 量 的变 化 。 弯原 理 微
的 作 用 机 理 如 下 ：当 钢 绳 受 轴 向 应 力 被 拉 伸 时 光 纤 也 一 起 跟 着 被 拉 紧 ． 敷 贴 在 绳 索 上 ．并 产 生 侧 向 变 形 。另 外 ．随
扰 。在 对 三 峡 链 子 崖 山 体 长 达 几 十 年 的
技术 的 发展 。
光 纤 传 感 器 虽 然 比 传 统 电子 传 感 器
界 其 他 物 理 量 之 间 的 关 系 ． 里 钢 绳 相 这
当 于 外 部 变 形 器 它 具 有 连 续 ． 韧 柔 体
体 积 小 、重 量 轻 ．但 其 更 敏 感 ．传 感 速 积 小 ．几 何 与 材 料 参 数 （ 径 ．纵 弹 性 直 度 更 快 ． 有 更 宽 的 带 宽 。光 纤 传 感 器 拥
时 传 感 器 也 应 能 在 水 环 境 中保 持 工作 稳 成 本 也 大 大 地 降 低 了 ． 进 了光 纤 传 感 之 间 的 关 系 式 ．就 能 知 道 应 变 大 小 、外 促
定 ．即 满 足 防 水 、防 潮 要 求 。Ｊ ｌ Ｊ － ： ．在 ￣
自 然 环 境 中 ． 应 能 防 雷 击 和 抗 电 磁 干
Ｅｇ ｅｒｇ ａ ｅ 工程市场 ｎ ｅｎ ＆ｍ ｒ ｉ ｉ ｎ ｋ
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维普资讯
【 工程技术】
光纤传感技术 在边坡工程监测 中的应用
文 ／昊 明 潘仁累
要 防 止 由于 公 路 建 设 造 成 的边 坡 灾 了监 测 技 术 的 实 施 ．因 此 ． 测 设 备 必 监
光纤传感技术在边坡变形监测中的应用
光纤传感技术在边坡变形监测中的应用摘要:边坡的失稳和滑坡一直是人们关注的问题，滑坡的发生严重威胁着交通运输安全，甚至生命安全。
所以对边坡变形实施长期、实时的监测、掌握其变形规律、在边坡地质灾害的预防中有着十分重要的意义。
传统的监测大都用的是电磁类传感器和仪器，很容易受到电磁的干扰，而且不能实时在线监测，而基于光纤的传感器具有抗电磁干扰、体积小、重量轻、耐腐蚀、灵敏度高等优点。
近年来光纤传感技术在飞速发展。
关键词：边坡；传感器；光纤传感技术1.引言我国是一个多山的国家，是世界上滑坡频繁的国家之一，滑坡与滑坡体的的组成物质、形状、结构、受力状态、软弱面等因素有关。
边坡的监测一直以来都是人们关注的问题。
传统的监测方法有宏观地质监测法、大地测量法、地质雷达法、数字化近景摄影测量法、测缝法、钻孔测斜法、监测土体含水率、地下水位、孔隙水压力计等方法，它们自动化程度低、监测效率低、难以实现实时监测、易受电磁干扰等缺点。
光纤传感作为一种新型的监测技术，由于其具有可靠性好、抗电磁干扰、抗腐蚀、体积小、可在恶劣的环境下工作等优点，近年来发展非常迅速。
2. 光纤传感技术在边坡中的分类与应用光纤传感在边坡的主要技术有分布式光纤传感技术和光纤布拉格光栅技术（FBG），其中分布式光纤传感技术主要包括布里渊散射光时域反射技术（BOTDR）和布里渊散射光时域分析技术(BOTDA)，下面将详细的介绍上述的光纤技术在边坡监测中的应用。
2.1 FBG光纤传感技术在边坡监测中的应用与研究1978年，Hill K O成功研制了世界上第一根光纤布拉格光栅（简称FBG）。
FBG技术在空间上测量的数据并不是连续分布的，但FBG技术的测量精度很高，并且系统测量时间较短，可实现实时监测。
FBG用于应变监测时，主要用于变形位置已大致确定，形变较大的结构体的应变监测。
2016年章易坤、郭永兴等[1]将一根FBG经预拉伸后，光纤的两端固定在凸台上，刻有光栅的部位位于凸台之间并将重物分割为两部分分别粘贴固定于梁的正反面,当传感器发生倾斜时由于重物的重力作用，将带动梁的弯曲，凸台上被张拉的光纤光栅受到的拉力将增大或者减小，通过光纤光栅反射的中心波长的改变计算出角度的变化，此设计在灵敏度、分辨率、线性、重复性上都有很好的改进但是在实际工程中的应用还需要设计一个温补的装置。
光纤光栅传感技术在边坡预应力锚索监测中的应用
ＡＢ＝ ２ ｎ
是对人类的直接性灾害。 自然 因素如地震 、 降雨 洪 水、 泥 石流 等 ； 人 为 因 素如 土地 开 发 、 森 林 滥 伐 都是
造成边 坡变 形 、 失稳 的直接 因素 。 目前 ， 应 用 于水 电 工 程边 坡上 的锚 索监 测 主 要 采 用 常规 的 电测 法 ， 无 法满 足锚索 的 长期 监 测 要 求 。其 原 因 ， 一 方 面 是 与 锚 索 直接联 系 的工 作条 件 十分 恶 劣 ， 对 传 感 器 的 防
率ｎ ｅ ｆ ｆ 也随外界应力状 态的变化而 变化＿ ２ ｊ ， 这为采 用光纤 Ｂ ｒ ａ ｇ ｇ 光栅制成光纤应变传感器提供了最基
本 的物 理 特 性 。 由 于拉 、 压 应 力 都 能 对 其 产 生
作者简 介： 王蓉川 （ １ ９ ６ ３一） ， 女， 河南新 野人 ， 高级工程师 ， 主要从事工程安全监测设计工作 。 ８ ３
纤技 术发 展非 常迅 速 ， 已在 有锚 固预 应 力 技 术 的 斜 拉桥 、 立交 桥等 大 型土木 建筑 物 中应 用 ， 解决 了监 测 大型 工程 的结 构稳 定 、 强 度 等 难 题 。工 程 边 坡 的稳 定 影 响到人 类生 存 条件 与 环 境 ， 它 们 的变 形 与失 稳
输入信号
● ＿二 ●’
—
＿ ＇ － 传输信号
反射信号
１ ＿ ． —△ ■— ＋ ８ 光 纤 ～ 。
图 １ 光 纤 光 栅 原 理
Ｂ ｒ ａ ｇ ｇ波 长 的 变 化 ， 因此 该 传 感 器 在 锚 索 结 构 检 测 中具 有 优 异 的 变 形 匹 配 特 性 ， 其动 态 范 围大 （ 达 １ ０ ０ ０ ０ ／ ． ￣） ， 并 且 线性度 好 。基 于此原 理 的光纤 光 栅
露天矿边坡稳定性监测技术现状及进展
1引言露天矿山在生产过程中，由于开采、运输及排弃等作业，形成了大量的人工边坡。
这些边坡在长期高强度的开采扰动以及外部环境条件等因素作用下，常常发生边坡失稳现象，甚至引起滑坡和泥石流等各种地质灾害，导致大量人员伤亡和巨额的经济损失[1,2]。
由此可见，露天矿边坡稳定是确保露天矿山安全生产的重要保障之一。
边坡失稳现象的出现往往导致岩土体物理力学性能参数（如位移和压力等）的变化，监测边坡稳定性能够有效地捕捉到这些参数的变化，掌握边坡岩土体变形破坏规律，并进行边坡失稳预警。
因此，露天矿边坡监测对确保露天矿边坡稳定有着十分重要的意义。
目前，最能直接体现边坡稳定状态的是边坡变形特征[3]。
边坡位移监测通过监测边坡岩土体的位移，获得边坡变形区域分布、变形类型和变形时间，建立变形演化与边坡稳定性间的关系，进而对露天矿山边坡变形趋势进行预测和失稳预警。
本文将露天矿边坡位移监测分为表面位移监测和地下位移监测这两种，通过分析近年来露天矿边坡位移主要监测技术的基本原理以及适用范围，总结边坡监测的主要问题及未来发展方向，为露天矿边坡安全监测提供参考。
2露天矿边坡表面位移监测2.1传统大地测量法传统大地测量法主要是利用测量仪器（如经纬仪、水准仪和全站仪等）对边坡变形监测点进行位置变化测量监测，并通过对监测点的定期监测，计算获得边坡表面变形，并分析边坡变形特征和评价边坡稳定性。
由于该方法具有操作简单和成本低等特点，因而在露天矿边坡的监测中得到了十分广泛的应用。
其缺点是需要布设大量的监测点来获取边坡整体变形情况，效率较低且工作量大，一旦突发滑坡等地质灾害将会对工作人员生命和仪器设备构成威胁，同时受地形、外部环境和气候等因素的影响也较大，目前正在逐渐被其他监测方法所取代。
2.2测量机器人监测技术测量机器人监测技术主要是利用智能型电子全站仪对露天矿边坡监测点进行自动搜索、跟踪、辨识和测量，快速定位并获取定点的位置及坐标信息，并根据安全阈值进行自动预警，以实现对边坡变形的实时自动监测，通常用于滑坡发生后的应急预警。
光纤位移传感器在地质灾害监测中的应用
光纤位移传感器在地质灾害监测中的应用地质灾害是指由于地质因素引起的自然灾害，如滑坡、泥石流、地面塌陷等。
这些灾害严重威胁人民生命财产安全，因此，定期检测和监测地质灾害是至关重要的。
为此，人们一直在寻找更加精准和可靠的监测手段，其中光纤位移传感技术逐渐成为了应对地质灾害的热门选择。
何为光纤位移传感技术？光纤位移传感技术是一种利用光学信号传输和处理数据的技术。
它通过将光纤传感器固定在被监测物体上，利用输入光信号和随后输出的光信号之间的微小差异，来测量被监测物体的位移、温度、应变等参数。
在地质灾害监测中，光纤位移传感器主要用于测量被监测物体的位移、形变等参数。
光纤位移传感技术的优势相对于传统的地质灾害监测手段，光纤位移传感技术具有以下几个显著优势：1.高精度光纤位移传感器可以实现非常高的精度，最高可以达到亚毫米级别。
这种高精度可以提供更加准确的数据，有助于地质灾害监测和预警。
2.长测距由于光纤传输光信号没有电磁干扰，因此可以实现长距离的信号传输。
在地质灾害监测中，由于往往需要监测比较大的范围，因此这个优势尤为明显。
3.抗干扰性强光纤传输的光信号对电磁干扰、温度、震动等有很强的抗干扰性。
这种抗干扰性可以大大提高数据的稳定性和可靠性，保证监测数据的准确性。
4.实时监测光纤位移传感器可以实现实时监测，及时发现被监测物体的位移、形变等变化。
这对于地质灾害的预警和应急处理具有非常重要的意义。
光纤位移传感技术的应用光纤位移传感技术已经在地质灾害监测中得到了广泛应用。
下面介绍几个常见的应用场景：1.滑坡监测滑坡是中高山区特有的一种地质灾害，给当地居民的生命、财产造成了严重威胁。
在滑坡监测中，光纤位移传感器可以被安装在边坡、断层带等关键部位，实时测量其位移变化情况，为滑坡预警和应急处理提供依据和支持。
2.地面塌陷监测地面塌陷是由于城市化建设以及人类活动等因素引起的地质灾害，并且随着城市化的加速，地面塌陷的危害性越来越大。
基于BOTDA的光纤传感技术在边坡变形监测中的应用研究_庞伟军
ｖＢ（Ｔ，０）＝ｖＢ（Ｔｒ，０）［１＋ＣＴ（Ｔ －Ｔｒ）］ （３） 式中：Ｔｒ 为参考温度（℃）；ＣＴ 为 布 里 渊 频 移 的 温 度 系 数 （１／℃ ）。
在 边 坡 变 形 监 测 中 ，当 光 纤 铺 设 工 艺 完 备 时 ，边
坡的变形和环境温度的变化将对铺设的同步光纤注
入信号，并通过（２）、（３）式 的 影 响 关 系 式，可 确 立 光
第６期
庞伟军等：基于 ＢＯＴＤＡ 的光纤传感技术在边坡变形监测中的应用研究
２９
用于混凝土结构的 检 测 之 后，许 多 研 究 人 员 先 后 对 光 纤 传 感 系 统 在 土 木 工 程 中 的 应 用 进 行 了 研 究 。 ［２］ 近二十多年来，基于 瑞 利 散 射 和 拉 曼 散 射 的 光 纤 传 感技术在土木工程 中 的 应 用 日 趋 成 熟，并 已 实 现 了 实用化。而基于布里渊散射的光纤传感技术的研究 起步较晚，至今 国 内 只 对 ＢＯＴＤＲ 光 纤 传 感 技 术 研 究较多，如：张俊义等 将 ［３］ 该技术应用于三峡库 区 崩 滑 灾 害 监 测 中 ，并 依 据 工 程 中 的 实 际 问 题 ，总 结 了 该 技术 的 关 键 问 题；薛 星 桥 等 将 ［４］ 该 技 术 应 用 于 地 质 灾 害 的 监 测 中 ，并 结 合 重 庆 市 巫 山 县 的 工 程 实 例 ，论 证了该技术可在复杂的环境下进行地应力和应变的 监测；施 斌 等 将 ［５］ 该 技 术 成 功 地 应 用 于 边 坡 变 形 监 测 ，实 现 了 对 整 个 边 坡 的 远 程 分 布 式 监 测 。 期 间 ，相 关研究人员在实验室采用模拟试验对该技术也进行 了大量的研究。但对于基于受激布里渊散射原理的 ＢＯＴＤＡ 技术的应 用 研 究 还 处 于 起 步 阶 段，目 前 国 内仅有天津大学、浙江大学、华北电力大学等 高 ［６］ 校 做了相关技术的理 论 和 试 验 研 究，并 进 行 了 系 统 方 案设计，但用于 边 坡 变 形 监 测 尚 无 实 际 案 例。 由 于 ＢＯＴＤＡ 光纤传感 技 术 在 温 度、应 变 测 量 上 能 达 到 优于其他光纤传感 技 术 的 测 量 精 度、测 量 范 围 和 空 间分辨率，因此将 该 技 术 应 用 于 边 坡 变 形 监 测 具 有 很高的研究价值和实际意义。
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图 2 光纤传感网络室内模型 Fig. 2 A model of fiber optic sensing net for laboratory test
如图 3 所示，光纤被拉直后粘着在一个 3 m×1 m 的金属框架上，形成一幅纵横交错的网络。具体的布 设方法如下：
图 3 光纤传感网络室内模型结构示意图 Fig. 3 The structure of fiber optic sensing net for laboratory test
sensitive to the surface deformation caused by loading. By analyzing the strain of optical fiber (cable) and the position of loading, a 3-D
simulation was made.
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， 到新型的 GPS[1~2]、TDR[3]和光纤传感器[4~6]，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[7]。传统监测技术虽然在数字化、自
相关的 BOTDR 监测仪器和设备，并将之逐步应用在 工程实践当中[8,9]。目前作者在该中心致力于将这一技 术应用在边坡稳定性监测的技术研究。
第4期
丁 勇，等．光纤传感网络在边坡稳定监测中的应用研究
339
式中 υB (ε ) 为某应变下的布里渊频移；υB (0) 为无
应变下的布里渊频移；C 为应变比例常数；ε 为应变
量。 随着该技术的日趋成熟，仪器量程、精度等测量
指标都在逐渐提高。目前它的最大测量距离为 80 km，
应变测量范围为-15,000 ∼+15,000 με ，距离分解度可 达 1 m，应变的测量精度达±30 με ，基本满足边坡工
2 光纤传感网络
本文设计的光纤传感网络（以下简称“光纤网”）， 是基于 BOTDR 技术，通过特定布设方式而形成的具 有应变传感功能的光纤智能网络。根据不同的用途， 光纤网的光纤材料、布设方式也不尽相同，但本文仅 讨论适用于监测边坡表面变形的光纤网，其它类型将 另文讨论。
BOTDR 光纤传感技术在边坡监测方面的应用， 国外已经有许多成功的先例，主要是用于对坡面变形 的发生进行预警[13]，但由于传感光纤（缆）的布设方 式过于简单，停留在一维变形的层面上，同一条光纤 各部分彼此没有联系，因而无法准确描述坡面变形情 况以及破坏程度。本文中所设计的光纤网，则是利用 光纤各部分的交叉联系，组成一张可以监测表面变形 的传感网络。
南京大学光电传感工程监测中心在南京大学 985 工程项目的支持下，建成了我国第一个针对大型基础 工程的 BOTDR 分布式光纤应变监测实验室，引进了
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[5]，并根据公式(1)中布
Abstract: A newly developed fiber optic sensing net is presented in this paper. Optical fiber (cable) was weaved into a fiber optic sensing
net. The distribution of strain experienced by the net was measured by a BOTDR (Brillouin Optical Time-Domain Reflectometer). The
将光纤固定于两根 3 m 长的边框，上边框代号 A， 下边框代号 B，每个边框由左至右均匀分布了 15 个 点，分配在 2 m 的长度内，间距 0.143 m。布设时将 金属框架水平放置，以 A1 为起点，光纤拉紧后与 B8 相连，由 B8 向 B9 过渡时，冗余 0.2 m 松弛光纤，以 减少光纤弯曲所造成的光损，再由 B9 拉紧后连接 A2， 依次类推，直至 A15 与右下方框角连接后，经 1 m 的 边框过渡至右上方的框角，再连接 B15，依次类推。
图 5 绘制了光纤网在不同受力状态下的两条应变 分布曲线，浅色线表示光纤传感网络在实验前自由状 态下的初始应变，由于手工布设各段光纤时的力度大 小不一，因而各段光纤的初始应变差异较大，曲线起 伏不平；深色线是在网络中 A4B4 号节点悬挂砝码后 的应变分布，它在浅色线的基础上，整体微小上浮， 局部区域有明显上升。
Key words: BOTDR; slope monitoring; fiber optic sensing net; deformation
0引 言
长久以来，边坡工程的安全监测，一直是岩土工 程的一个重要课题，尤其在我国这样一个地质情况复 杂的国家，滑坡灾害频繁，严重威胁着国家和人民的 生命财产安全。为了确保边坡安全、及时预报险情， 除了对边坡进行加固、维护之外，对边坡工程以及自 然边坡的安全和稳定状态的监测评估也十分重要。
里渊频移变化量与应变的关系，求得光纤的应变量[10]
ε = ΔυB = υB (ε ) −υB (0) ，
(1)
υB (0) × C υB (0) × C
─────── 基金项目：国家杰出青年科学基资助金项目（40225006）；国家教育部 重点项目资助项目（01086） 收稿日期:2004–05–12
第 27 卷 第 3 期 2005 年 3 月
岩 土 工程 学报
Chinese Journal of Geotechnical Engineering
Vol.27 No.3 Mar.,2005
光纤传感网络在边坡稳定监测中的应用研究
A fiber optic sensing net applied in slope monitoring based on Brillouin scattering
另外，各节点上相交的光纤没有相互粘接，即光 纤在节点处只是相邻很近，但仍有一定空隙。这导致 了同一节点上，在相同外力的作用下，A、B 两段光 纤的应变值有高低差异，假设力的方向是由 B 向 A， 那么 B 组光纤首先变形，直到超过了两段光纤之间的 空隙，才拉动 A 组光纤变形，如图 4 所示。
适中的物体，如记事本，放置在光纤网中任意位置， 待其稳定后，用 BOTDR 应变分析仪测量光纤在受力 状态下的应变分布。
4 实验分析
BOTDR 应变分析仪采集的应变数据，经局域网 线传入计算机中，以文本格式保存。由于是分布式数 据，因此每次采集都包含了 10,000 个连续的采样点， 即每一个文件中都有 10,000 个按光纤长度连续分布的 应变数据。实验分析的第一步，便是按照 0.1 m 的采 样间隔绘制应变曲线，直观表示光纤的应变分布。 4.1 单节点实验
BOTDR （ Brillouin Optical Time-Domain Reflectometer），中文名称为布里渊散射光时域反射测 量仪，是国际上新近发展起来的一项分布式光纤应变 监测技术。本文设计了一种专门用于监测边坡表面变 形的光纤传感网络，并开展了相关的实验室研究，为 边坡安全监测提供一种新的方法。
丁 勇，施 斌，崔何亮，索文斌，刘 杰
（南京大学 光电传感工程监测中心,江苏 南京 210093）
摘 要：本文设计了一种新型的光纤传感网络。该网络利用分布式光纤应变监测技术（BOTDR），将光纤（光缆）按一定方式布设 成网络，埋入边坡表面以下一定位置，通过监测光纤（光缆）的应变变化，推算出边坡的表面变形。对室内模型进行的加载实验 表明，该网络对悬挂重物而引起的表面变形很敏感，且能够精确分析发生异常的区域和应变大小，进而对表面变形状态进行三维 模拟。 关键词：BOTDR；边坡监测；光纤传感网络；变形
图 1 光纤传感网络布设示意图 Fig.1 Fiber optic sensing net laid in a slope
根据具体的边坡条件，节点被固定在土体表面以 下一定位置，或直接附着在岩体表面，固定方式可以 采取锚杆等方法；光纤（光缆）通过专门的固定剂粘 着在节点上，将岩土体表面的各节点连接成网，用以
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
动化方面比较落后，但在长期的工程实践当中，这些 技术积累了大量的成功经验，相关的分析手段也比较 完备和成熟，而一些新型的监测技术，运用了新的测 试原理，显示出更优异的性能。以光纤传感器为例， 利用玻璃光纤作为传感和传导介质，可以抗电磁干扰 以及地下水的腐蚀，寿命更长、精度更高。
程的监测要求，该技术详细的测量原理及性能详见文 献[6,11,12]。
监测岩土体的表面变形。而且，如果将光纤同地梁和 锚杆（索）相结合，把光纤植入地梁当中，用锚杆（索） 来固定节点，还可以起到监测与加固的双重作用。
3 室内实验
为了验证光纤网的可行性，我们设计了一个与实 际网络相类似的室内模型（见图 2），在相同面积下它 的节点更多，受力更加复杂，有助于获得丰富的数据 样本。
flexible fiber optic sensing net laid on the surfபைடு நூலகம்ce of a slope can deform along with the slope surface. Therefore, the surface deformation of
the slope can be monitored by measuring the strain of the fiber optic sensing net. The laboratory experiment showed that the net was
如图 1 所示，光纤网是若干个节点经由光纤（或 光缆）连接而成的面状网络，通过特定的布设方法， 可以仅凭一条光纤便将所有节点都连接起来，从而简 化了数据线的接入问题。除了边角的四个起固定作用 的节点外，每个节点都有至少 3 个不在同一直线上的 节点与之相连，因而确保了网络内任意部分节点（或 节点群）的移动都可以被监测到。节点之间的光纤， 也由于节点群的约束，对周围环境的变形非常敏感。