分布式光纤测温技术在乐昌峡拦河坝温控中的应用

３ 选 择 几个 不 同的 温 度 点 ， 每 个 温 度 点 恒 温 ｌ ） 在 ｈ 以后 ，Ｔ ２０— ４ Ｄ Ｓ０ ２０测温 主机 和二 级标 准 温度 计 同 时采
集 不 同 区间 的温度 ， 后 进 行 比较 ， 成代 表 光 纤 的率 然 完
定 。观测成 果 的 比较 见 表 １ 。
操 作简便 等 优点 。 目前 在 国 内已用 于 电力 、 公路 、 铁路 隧 道等方 向的监测 。
为 了给 乐 昌峡碾 压混凝 土 温控措 施 提供有 效 依据 ，
快 速施 工 ， 同时 即使在 光 纤 发 生 断裂 的情 况 下 ， 测 机 监 也会 立 即启动 其 预警装 置 ， 从双 端测 量方 式 自动转换 并 为单 端 测量方 式 ， 确保其 测 量数据 的连 贯性 … 。
摘 要： 分布式光 纤监 测 系统实测大坝混凝土温度数据能够 准确地反 映浇筑面中混凝 土的实 际温度状 态 ， 据具有较 高的 数
真 实 性 ， 正 确地 反 映 混 凝 土 浇 筑 层 面 温 度 的 变化 规 律 。 乐 昌峡 水 利 枢 纽 拦 河 坝 工 程 使 用 的 碾 压 混 凝 土 分 布 式 光 纤传 感 能
单 位距 离 的平 均温 度 。 上 述试 验 室 内和现 场检 验结 果表 明 ： 在实 际应 用大
层混 凝土 碾压 结束 而 在新一 层 混凝 土 尚未铺 摊之 前 ， 在 混凝 土表 面 平铺 光缆 再 覆 盖 混 凝 土 即可 。每 一 层 按 间 隔 为 １５— ｍ（ 根 据 设 计 要 求 ） 用 Ｓ形 铺 设 ， 光 ． ２ 可 采 在
时便 于 与常规 温度 计监 测成 果进 行 比较 。
１ 分 布 式光 纤测 温特 点
凝 土重力坝 的温度场 隋况 。主要设 备为光纤熔 接机 、 温度 显示 调 节 服 仪 （ 控 器 ）恒 温水 箱 、 级 标 准 温 度 计 、 温 、 二
Ｉ ３０ ２０测温 主机 、 Ｙ ２０— ４ Ｐ １台安装有 数 据采集 处理 软件 的 笔记本 电脑和双铠多模 四芯光纤 Ｇ Ｔ ５ — Ａ ｂ Ｙ Ａ ３ ４ ｌ。
文章 编 号 ：０ ８一 ｌ２ ２ １ ） １ ０ ８ ０ １０ ｏ １ （０ ２ ０ — ０ ９— ３
前 言
扰较 小 。不仅 可 实时在 线监 测温 度 的变化 ， 可监测 不 还
混 凝 土温度 控 制一直 是 大坝混 凝 土体浇 筑 的关键 ， 在 施工 期 间 ， 乎所 有 的混 凝 土坝都 要 采取措 施 进行 温 几
３ １ 测温 光缆 ． 本 ｌ 程采 用特 殊 Ｇ Ｔ ４ Ｔ Ｙ Ｓ一 Ｄ型号 的测 温光缆 ， 种 这 光缆 除 了增加 普 通 的光 纤 芯 数 外 ， 增 加 内置 钢丝 ， 还 外 有金 属护 套 。这 种结 构 型式 的光缆 具有 较 高 的抗 压 、 抗
折强 度 ， 安装 简便 ， 受侵 蚀 、 动 及 电磁 场 的影 响 。 同 不 震
Ｄ Ｓ ０ ２ ０光纤 测 温主机 的 厂家标 称 精度 为 ： 度 精 Ｔ ２ ０— ４ 温
１ ｃ 然后 将 光 缆 敷 设 在 槽 内 ， 除 混 凝 土 粗 骨 料 ， ０ ｍ， 剔 为 保证 光缆 的高 成 活率 ， 预先 确 定 光 缆 走 向 ， 应 光
并 人 回填 混凝 土 。
２ 使 待标 定 的探测 光 纤 段处 于 已知 的标 准 温 度 环 ） 境 中 ， 过将 光纤 测温 装置显 示 的该段 探测 光纤 的温度 通 值校 正 至该标 准温 度值 ， 完成 对该 段装 置 的标定 。
传感器的数量和连接 电缆的数量 ， 对碾压混凝土施工干
收 稿 日期 ： １ ２ １—１ ２ ０ １— ５
各 检验参 数 ； 在混 凝 土热 生层 埋设 光缆 可采 取开 槽 的方 式 。在 混凝 土浇 筑过 程 中 ， 设计 高程 的仓 面 上先 沿光 在
纤 设计 布设 线路 开 挖 １条光 缆槽 ， 缆 槽 的深度 约 为 ５ 光
～
温 度 精 度 达 到 ± ０５Ｃ， 度 分 辨 率 达 到 ０ １Ｃ。 ．￣ 温 ． ｏ
２ ２ 率 定方 法 ．
在过去的几年里 ， 布光 纤温度传 感器 （ Ｔ ） 分 Ｄ Ｓ 已经发 展了对 多点温 度进行 监控 的方法 。在 多种应用 Ｄ Ｓ的可 Ｔ 能方法 中 ， 该设备运用了分布反斯 托克斯 喇曼温度测量 原 理 （ Ａ Ｔ ： —个短 的激光脉 冲发射 到光 纤 中， Ｄ Ｒ ）把 依靠光纤 反斯托 克斯 和斯托 克斯 回应 的背 向散 射温 度被看 作是 到
时， 这种 光缆 对 温度 极其 敏感 ， 光缆 的 空 问分 辨 率 和 温 控 范 同均满 足 大坝混 凝 土温 控要 求 。
２ 测温 光纤 的率 定 ２ １ 检验 条件 ．
对 大坝 混 凝 土 温 度 进 行 跟 踪 监 控 ， 昌 峡 拦 河 坝 于 乐
２１ ０ ０年 高温 季 节 在 非 溢 流 坝 段设 计 布 置 测 温 光 纤 ， 同
分布式 光纤测温系统对大坝混凝土 温度测 试前 ， 必须 对测温光缆进行率定 ， 工程采用 Ｄ Ｓ０ ２Ｏ光纤 测温 本 Ｔ ２０— ４ 主机及双铠 多模 四芯光 纤 Ｇ Ｔ ５ ４ ｌ 监测 碾压 混 Ｙ Ａ ３— Ａ ｂ来
时 的大 坝混凝 土 温度场 ， 导大坝 的混 凝土 施工 。光 纤 指 本身 具 有一定 的抗 拉 、 压 的 能力 ， 于碾 压 混 凝 土 的 抗 利
度场信息是大体积混凝 土施工控制 的关键 。分布式光 纤测 温技 术 具有 监控 范 围大 、 缆 成 活 率 高 、 测 系统 光 观
松 套管
［ 光纤 Ｉ Ｖ
Ｐ 护 套 Ｅ
Ｐ Ｐ 带 Ｓ钢 阻 水 层 钢丝 加强件 填 充 绳
纤膏
第二种方法 ： ３ｍ捆绑好 的工地所用铠装光缆 竖直 将 ０
放 入水 中 ， 中一半沉入 水中 ， 使其 另一半露 在外部 ， 其 观察 温度梯度 （ 其峰值变化） 以达到对整拥光纤 的率定 。 ，
探测 光缆 具有 一定 的的抗 压和抗 拉 强度 ， 只在上 一
达 到一致 ， 两段 结合 部 的温度 没 有 明显 的分界 线 。 由 但
于 光纤 为铠 装 ， 内外都 有 铁皮 包裹 ， 的导 热性 较好 ， 铁 因 此 这种 方法 可 以发 现测 温光 纤 测 到 的 实 际测 量 温 度 是
表 １ 温 度 计 与 Ｄ Ｓ０ ２ ０测 温主 机 的 观 测 成 果 比较 Ｔ ２ ０— ４
一
图 １ 测 温 光 缆 结 构 示 意
定 要做 好埋 前 准 备和埋设 工 作 ， 而保 证光纤 成功 监 从
测 到数据 ， 能 够 反 映 浇 筑 层 面混 凝 土 的 温 度 变 化 过 并
度 控制 ， 减小 坝体 内温度梯 度 ， 防止 裂缝 发生 ， 确保 大 坝 安全 ， 因此 及时 和准 确地 获得 大坝 混凝 土结 构 内部 的温
同方 向的温 度分 布 ， 映整 个仓 面 的温度场 变化 。测 量 反 到 的温 度数据 是 不 间断 、 点 的连续 分 布 ， 多 能够 反 映 实
程。
在光 缆 埋设 前采 取 激 光 光 源 对 光纤 的完 好 性 进 行
检 验 ， 确保 光纤 通 信 状 态 良好 的情 况 下 ， 定 光 缆 的 在 确
２ ３ 检验 结果 比较 ． 经过 ２种 方法 的对 温度 参 数 的 比对 ， 以发现 ： 可
方法 一 ， 内试 验 时 Ｄ Ｓ ０ 室 Ｔ ２ ０—２ ０测 温 主 机 采 集 ４
缆 拐角处 可垂 直埋 人 钢 筋 ， 光 缆 沿 着 钢 筋 敷 设 ， 证 将 保
面 积 的温度 测 量环境 下 ， 测量 精度 符合 仪 器厂 家 的标称
精 度 ， 以满 足碾压 混凝 土 重力 坝工 程大 体积 混凝 土 温 可
度 监测 工作 的需要 。
３ 测 温光 缆 的埋设
光 缆 的弯 曲半径 。在 水平 埋设 时 ， 先在 仓 面上根 据 要埋 设 的轨迹 挖槽 （ 宽为 １ ０～１ ｃ 深 为 ５—１ ｃ ， ５ ｍ， ０ ｍ） 回填 时 剔 除带菱 角 的粗 骨 料 ， 设 后 下 料 碾 压 。竖 向牵 引 时 ， 敷 可 采用 钢模 外套 ， 光 缆 贴 附在 钢 管 表 面安 装 ， 使 用 将 并 胶 带 固定 。在 光缆 拐角处 的钢管 预先 做好 弯 曲 ， 弯 曲 其 半 径 需 大 于 １０ ｍ。每个 回路 尽 量 减 少 接 头 ， 头 采 ５ｍ 接 用 接 头盒用 熔 接机 熔接 连接 ， 装配 接头 盒 时需在 接 缝 在 处 加 防水硅 胶 条 ， 防 漏 水 。光 缆 是 绕 在卷 盘上 的 ， 以 在 放 线 时一 定要 使用 放 线 器 ， 以防 光 缆 上劲 ， 致 使 光 纤 而 扭 曲变形 ， 至折 断 。在 Ｓ形铺 设 或改 变仓 面 时一 定要 甚 保 证 光缆 的 弯 曲半 径 不 小 于 １０ ｍ。每层 仓 面 铺 设 结 ５ｍ
的直方 图中可 以计算 出反斯 托克 斯和斯 托克 斯 回应 的空
间强度分布 ， 每米 的点 数量 已经在 直方 图 的精度 中 给出 ，
使设备有一个 ０５ ．ｍ空 间分辨率的温度分 布图 ］ 。 分 布式 光纤 温度 监 测 系 统 是采 用 高 标 准 传 输 通讯 用 多模 光纤 作 为温度 传感 器 和信息 传递 的介 质 ， 减少 了
度 ± ． ℃ ， 度分 辨率 ０５Ｃ， ０５ 温 ． 定位 精度 为 ±１Ｏ ｏ ．ｍ。
方法 二 ， 基本 上显 现 出该 温 度 曲线 ， 存 在 较 为 严 但 重 的温度 均 化现 象 ， 于 恒温 箱 外 的光 纤 ， 部 分 与 室 位 大 外温 度达 到 一致 ， 于恒 温箱 内 的一半 光纤 与箱 体温 度 位
缆 不 能直 接敷设 在 冷 面管 、 道 、 廊 灌浆 孔 等上 面 ， 以免 在 碾压 时损 坏光 缆 ； 要 避 开 可 能 施 工 中要 钻 孑 的位 置 ， 也 Ｌ 以免 直接 将光 缆钻 断 ； 量 光 缆 布 置平 面位 置 ， 记 录 测 并 光缆 刻度 ， 绘制 光缆 平 面布 置草 图 。
第 １期
２１ ０ ２年 １月
广 东 水 利 水 电
ＧＵＡＮＧＤ０ＮＧ ＡＴＥＲ Ｗ ＲＥＳ ０ＵＲＣＥＳ ＡＮＤ ＹＤＲＯＰＯＷ ＥＲ Ｈ
Ｎｏ １ ．
Ｊｎ ２ １ ａ ．０ ２
分布 式光纤测温 技术 在乐 昌峡拦河 坝温控 中的应用
王 婷， 乐育 生
（ 东省 乐 昌峡 水利 枢 纽管理 处 ， 东 乐 昌 ５ ２ ０ ） 广 广 １２ ０
达 时间的一项功能 。知道光 在光纤 中的速度 ， 到达 时间 从
第 一种 方法 ： 过对 次 类 型 光 纤 进行 恒 温 标 定 ， 通 确
定 光纤 代表 参数 ， 再对 该段 光纤 进行 率定 。 １ 先 在试 验 室将连 接 在 Ｄ Ｓ ０ ） Ｔ ２ ０—２ ０测 温主 机 上 ４ 的一段 待标定 的探测光 纤 置于 １个标 准恒 温水箱 内 ， 水 箱 通过 控制 电路 控制 ， 具有 恒定 温度值 。
作者简 介 ： 王婷 （９ ４一） 女 ， １８ ， 助理工程 师 ， 从事水利信息化建设与管理工作 。
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８ ・ ９
２１ ０２年 １月 第 １期
ຫໍສະໝຸດ Baidu
王 婷 ， ： 布 式 光 纤 测 温 技 术 在 乐 昌峡 拦 河坝 温控 中 的 应 用 等 分
Ｎ ． Ｊｎ ２ １ ｏ１ ａ．０ ２
监 测技 术 ， 对大坝温度监 测传统仪 器、 是 理论和 方法的变革和创新 ， 不论是在施 工期还是 运行 期都具有十分重要 的意义。
关 键 词 ： 利 工程 ； 纤 测 温 ； 水 光 温度 监 测 ； 压 混 凝 土 坝 碾
中 图分 类 号 ：Ｖ ４ ． ２ ５４ ９ １ ｒ
文 献 标 识 码 ： Ｂ