智能大坝安全监测中分布式光纤传感技术的应用分析

郑云涛

青海黄河水电开发有限责任公司工程建设分公司，青海西宁 810001

1 智能大坝安全监测基本概述

智能大坝的主要特征是可以对大坝的施工数据以及日常运行监测数据进行整合与分析，建立全面有效的数据库，并根据监测的数据信息对大坝的施工、运行等工作进行合理的安排与管理，提高大坝施工与运行的质量。

一般来说，智能大坝主要由实时传感感知模块、实时驱动分析模块以及预警监控模块组成。其中，实时传感感知模块是智能大坝实施智能监控的基础模块，只有在确保实时传感模块监测具有较强准确性的基础上，才能确保实时驱动分析模块与预测监控模块的有效性与可靠性，才能真正发挥智能大坝安全监测的功能与作用。在智能大坝中应用分布式光纤传感技术不仅可以对大坝运行状态与运行环境进行立体式的持续监测，同时可以保证监测结果具有较高的精准度与准确度。因此，对分布式光纤传感技术在智能大坝安全监测中的应用进行深入探讨与分析已经成为当前相关研究人员的重要研究方向。文章对分布式光纤传感技术在智能大坝中的应用进行分析，仅仅是为分布式光纤传感技术的应用提供参考。

2 分布式光纤传感技术的基本概述

分布式光纤传感技术主要依靠的原理是光波在光纤中进行传输时所体现的特征：光波在光纤中进行传播时能够沿着光纤长度方向进行连续的传感测量，测量的主要因素包括温度、应力、变形以及压力等。在光波传输的过程中，光纤既是一种经过测量的传输介质，同时也是传感介质，因此，光纤传感技术可以对整个光纤长度上的环境参数进行持续的实时测量，并且能够根据被测量的空间转换对空间的分布状态进行实时测量，确保测量数据的准确性与时效性。分布式光纤传感技术不可缺少的重要设备就是分布式光纤传感器，当前各个智能大坝所使用的分布式光纤传感器具有很多应用优势：拥有较强的抗干扰抗电磁性能，并且在使用过程中不会产生辐射，另外还具有较好的化学稳定性。这些优点可以使分布式光纤传感器对光纤路径上传输的测量内容进行准确有效的测量，并且可以很好地保证测量数据的连续性与稳定性。另外，激光脉冲在光纤中进行传输时，因为光纤中存在杂质导致激光与光纤发生相互作用，产生了瑞利散射、拉曼散射以及布里渊散射三种散射光影响分布式光纤传感技术的测量结果，因此，在对分布式光纤传感技术进行研究时，出现了瑞利散射分布式光纤传感技术、拉曼散射分布式光纤传感技术以及布里渊散射光纤传感技术三种研究方向[1]。

3 智能大坝安全监测中分布式光纤传感技术的构建原理

智能大坝的基础系统是实时传感感知模块，这一系统主要是通过智能传感系统实现传感的感知功能的，而智能传感系统的应用原理是对人的感官与大脑的协调动作进行有效模拟实现的。与此同时，还要根据长期的大坝监测数据以及实际监测经验才能确保智能传感系统的有效性。一般在对智能大坝传感器系统进行设计时，主要依靠智能传感监测模块、智能监测类型以及大坝内部设置的智能传感器等共同运行，才能实现大坝的智能监测与自动采集分析信息的目的。但是，在智能大坝运行过程中可能存在很多问题影响监测结果的准确度与可靠性，因此，还要注意对智能传感器系统进行故障监测与预测设计，以便及时发现大坝智能监测存在的不足与误差，尽早改进优化，确保智能大坝的安全监测系统采集信息与处理信息的准确性，确保智能大坝监测系统的运行稳定性。

总之，智能传感器系统其实是一项综合技术系统，是当前智能通信技术中较为先进的新兴技术，通常可以有效监测大坝的变形、位移、温度、应力以及渗流等异常情况，及时对出现变化的数据信息进行传输与分析，并根据分析的结果对大坝进行自动化合理化的施工管理以及运行调度等工作，能够较好地保证大坝的稳定安全运行状态。而在智能传感器系统中应用分布式光纤传感的相关技术可以提高智能大坝安全监测的效率与准确性。在智能大坝安全监测中应用的分布式光纤传感技术一般为光纤应力应变监测系统与分布式光纤裂缝监测系统，以这两种监测系统为基础，通过光纤传感技术对大坝的温度、渗漏情况以及位移变化等进行实时连续监测，确保分布式光纤传感技术在智能传感器系统中能够充分发挥作用，提高智能大坝的监测质量；并且能够根据监测的施工过程对施工方案进行及时调整，确保施工进度与施工质量。智能大坝安全监测中应用分布式光纤传感技术的基本构架结构如图1所示。

图1 分布式光纤传感技术在智能大坝中应用的基本结构

4 分布式光纤传感技术在智能大坝安全监测中的应用分析

4.1 分布式光纤传感技术在智能大坝安全监测中的应用意义

通常情况下，对大坝进行安全监测内容主要包括大坝的建设工程施工过程与大坝的日常运行过程。在监测过程中必须根据实际的施工情况与运行情况对大坝工程发生的位移、变形、温度、渗流、加速度以及应力等因素的变化进行实时准确的监控，并且要根据采集到的变化数据进行全面科学的分析，再根据分析结果对大坝的施工过程与运行工作进行有效合理地管理与安排，这样才能保证大坝建设施工的进度与质量，确保大坝运行过程的稳定性与安全性，从而保证大坝运行的经济效益与社会效益。但是，最初使用的传统传感器监测系统对监测环境的要求极高，并且很容易受到外界电磁干扰，安装施工的难度相对较高，更重要的是对大坝的运行情况不能进行实时全面监测，严重影响了大坝安全监测工作的有效性与可靠性。而将分布式光纤传感技术应用在智能大坝安全监测中可以有效解决以上问题，对提高大坝运行效益十分有利。

4.2 智能大坝裂缝预测和监测中分布式光纤传感技术的应用

对大坝混凝土结构的应力变化进行实时有效监测是确保大坝坚固性与稳定性的重要内容。但是，在实际监测过程中，经常因为受到其他因素的影响，不能对大坝混凝土结构出现裂缝的位置进行准确定位，这在很大程度上影响了大坝修补的最佳的时间，对大坝的稳定性运行也产生不利影响。而分布式光纤传感技术可以结合使用分布式光纤裂缝传感器系统与分布式光纤应变监测系统对大坝混凝土结构的裂缝位置进行准确监测与精准定位，并且根据监测结果可以发出预警信息以及处理解决方案，提高大坝监测的效率与质量。另外，还可以对光纤传感技术对大坝的内部应力变化进行全面监测，然后制定合理科学的大坝负载分布方案，降低施工误差，提高大坝的整体性能，避免大坝出现裂缝[2]。

4.3 大坝混凝土结构温度场监测中拉曼散射分布式光纤温度传感系统的应用

根据瑞利散射分布式光纤传感技术、布里渊散射分布式光纤传感技术以及拉曼散射分布式光纤传感技术的研究发现，拉曼散射光对温度的敏感度更高，可以对监测环境有较强的适应，同时可以自动补偿温度，提高监测准确度。这样可以大大提高分布式光纤传感技术对大坝的温度传感监测质量。拉曼散射分布式光纤传感技术研究比较成熟完善，产品化程度较高，目前三峡、百色等大坝安全监测中都使用了以拉曼散射分布式光纤传感技术为基础的智能大坝监测系统。

5 结语

总而言之，将分布式光纤传感技术应用在智能大坝安全监测工作中可以有效提升大坝监测的效率与质量，对大坝的裂缝以及其他问题进行提前预测，有助于工作人员及时采取相应的预防与解决措施。这在很大程度上提升了智能大坝运行的稳定性与安全性。在利用分布式光纤传感技术对智能大坝进行监测时，相关工作人员必须对大坝的变形、位移、温度以及应力等信息数据进行准确的传感监测，确保监测的数据的可靠性与准确性，才能更好的保证大坝能够长期稳定运行。

[1] 郑涵.智能大坝安全监测中分布式光纤传感技术的应用方法[J].大科技，2016（19）.

[2] 闫娜娜.分布式光纤传感技术在智能大坝安全监测中的应用[J].大科技，2016（28）.