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　　光纖傳感技術(shù)是隨著近代光纖及通信技術(shù)發(fā)展而逐步發(fā)展起來的一門嶄新技術(shù)。與傳統(tǒng)的機(jī)電傳感技術(shù)相比，光纖傳感技術(shù)采用光作為信息的載體，用光纖作為傳輸信息的介質(zhì)，因此具有不受電磁干擾、耐久性好、靈敏度高、響應(yīng)快、體積小、適用溫度環(huán)境范圍大、可復(fù)用實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量等突出的優(yōu)點(diǎn)，使其測(cè)量的對(duì)象十分廣泛，可應(yīng)用于許多工程領(lǐng)域。目前最常用的光纖傳感技術(shù)有分布式光纖傳感技術(shù)與光纖光柵傳感技術(shù)。按照調(diào)制方式的不同，分布式光纖傳感技術(shù)分為兩種系統(tǒng)：分布式傳光型光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；依據(jù)信號(hào)的性質(zhì)，該技術(shù)可分為：利用后向瑞利散射的傳感技術(shù)；利用喇曼效應(yīng)的傳感技術(shù)；利用布里淵效應(yīng)的傳感技術(shù)；利用前向傳輸模耦合的傳感技術(shù)。分布式傳感型光纖傳感系統(tǒng)或準(zhǔn)分布式光纖傳感系統(tǒng)和分布式光纖傳感系統(tǒng)；光纖總線僅起傳光作用，根據(jù)尋址方式不同，又可分為時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用、頻分復(fù)用、偏分復(fù)用和空分復(fù)用等幾類。其中，時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用和空分復(fù)用技術(shù)較成熟，復(fù)用的點(diǎn)數(shù)較多。而用FBG光纖光柵傳感器可組成波分復(fù)用分布式光纖傳感系統(tǒng)。

 

　　利用布里淵效應(yīng)的分布式光纖傳感技術(shù)是目前應(yīng)用較為廣泛的測(cè)試技術(shù)之一。測(cè)量原理為：脈沖光以一定的頻率自光纖的一端入射，入射的脈沖光與光纖中的聲學(xué)聲子發(fā)生相互作用后產(chǎn)生布里淵散射，其中的背向布里淵散射光沿光纖原路返回到脈沖光的入射端，進(jìn)入BOTDR的受光部和信號(hào)處理單元，經(jīng)過一系列復(fù)雜的信號(hào)處理可以得到光纖沿線的布里淵背散光的功率分布。發(fā)生散射的位置至脈沖光的入射端，即至BOTDR的距離Z可以通過計(jì)算得到。之后按照上述的方法按一定間隔改變?nèi)肷涔獾念l率反復(fù)測(cè)量，就可以獲得光纖上每個(gè)采樣點(diǎn)的布里淵散射光的頻譜圖，理論上布里淵背散光譜為洛倫滋形，其峰值功率所對(duì)應(yīng)的頻率即是布里淵頻移νB。如果光纖受到軸向拉伸，拉伸段光纖的布里淵頻移就要發(fā)生改變，通過頻移的變化量與光纖的應(yīng)變之間的線性關(guān)系就可以得到應(yīng)變量。

 

　　目前研制儀器設(shè)備的最大測(cè)量距離為80km，應(yīng)變測(cè)量范圍為-15000με～+15000με，距離分解度可達(dá)0.1m，應(yīng)變的測(cè)量精度達(dá)±30με，能滿工程的測(cè)試要求。與傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，其特點(diǎn)主要有長(zhǎng)距離分布式測(cè)量、高精度、耐久性好，不需對(duì)光纖進(jìn)行加工，不需要作特別保護(hù)，傳輸與傳感于一體，測(cè)試費(fèi)用低等；

 

　　FBG傳感技術(shù)是目前應(yīng)用較為廣泛的光纖光柵傳感技術(shù)之一。布拉格光柵是利用光纖的紫外敏感特性，在光纖的一段范圍內(nèi)沿光纖軸向?qū)懭肟墒估w芯折射率發(fā)生周期性變化的芯內(nèi)體光柵，其長(zhǎng)度一般為10mm左右。當(dāng)寬頻激光源射入光纖中遇到光柵時(shí)，波長(zhǎng)為的光會(huì)被反射回來。

 

　　光纖光柵傳感器可以貼在結(jié)構(gòu)的表面或預(yù)先埋入結(jié)構(gòu)中，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康檢測(cè)、沖擊檢測(cè)、形狀控制和振動(dòng)阻尼檢測(cè)等，以監(jiān)視結(jié)構(gòu)的健康情況.。另外，多個(gè)光纖光柵傳感器可以串接成一個(gè)傳感網(wǎng)絡(luò)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)分布式檢測(cè)，也可以用計(jì)算機(jī)對(duì)傳感信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

 

　　因?yàn)楣饫w光柵布設(shè)在巖體的外部，并不影響測(cè)斜儀的便用，這樣就把兩種測(cè)試技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來了。對(duì)于裸纖，光纖光柵的封裝方法也是應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，圖1是錨桿軸力采用的光纖光柵封裝方法，實(shí)踐證明該方法安全、可靠、特別經(jīng)濟(jì)、可行，可推廣使用。

 

　　僅對(duì)裸纖進(jìn)行封裝，只能構(gòu)成測(cè)試元件，把封裝后的光纖光柵與測(cè)斜率管結(jié)合起來才能構(gòu)成傳感系統(tǒng)，這也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它的質(zhì)量直接影響到測(cè)試成果的水平。以下的制作過程是尤其要注意的：首先將測(cè)斜管表面兩個(gè)的凹槽用砂紙打磨，再用脫脂棉球沾酒精將打磨處擦洗干凈，避免灰塵油污對(duì)表面的污染，然后將光纖穿入其中。在測(cè)斜管接頭處有兩個(gè)凸起與兩個(gè)凹槽相對(duì)應(yīng)，用來固定相連接的兩個(gè)測(cè)斜管，應(yīng)將凸起部分用工具去除，并用砂紙打磨光滑并清理，使光纖能從凹槽中順利穿過。

 

　　2.1工程概況

 

　　某隧道圍巖以Ⅲ～Ⅴ級(jí)為主，圍巖較差。按照新奧法理論，隧道設(shè)計(jì)是一種動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，施工圖基本是一種預(yù)設(shè)計(jì)，需在掘進(jìn)過程中根據(jù)已開挖段揭露的圍巖地質(zhì)水文狀況、支護(hù)穩(wěn)定情況不斷對(duì)開挖支護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。故需要在道施工過程中對(duì)錨桿軸向受力進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)。

 

　　2.2測(cè)試結(jié)果

 

　　根據(jù)某拱腳處錨桿的軸力測(cè)試資料，得出它的時(shí)程曲線?？芍汗澳_、邊墻和墻腳錨桿大部分受拉，并且從時(shí)程曲線可以看出，在隧道開挖過程中錨桿拉力逐漸增大，經(jīng)過一段時(shí)間的圍巖變形以后，趨于穩(wěn)定，說明系統(tǒng)錨桿在施工過程發(fā)揮了一定的作用。錨桿軸力的最大拉力值出現(xiàn)在拱腳位置（錨桿1），同時(shí)墻腳位置的錨桿受拉也比較明顯，說明鎖腳錨桿的在整個(gè)系統(tǒng)錨桿中的作用很重要，在施工時(shí)要特別注意鎖腳位置錨桿的施工質(zhì)量。系統(tǒng)錨桿中部分錨桿出現(xiàn)了受壓，這可能是由于施工不當(dāng)，錨桿沒有徑向打設(shè)，致使錨桿傾斜過大，而未能穿過松動(dòng)圈錨固于高強(qiáng)度圍巖中，導(dǎo)致錨桿受壓力，沒有起到懸吊作用。

 

 

　　與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法相比，光纖光柵測(cè)試技術(shù)具有不受電磁干擾、耐久性好、靈敏度高、響應(yīng)快、體積小、適用溫度環(huán)境范圍大、可復(fù)用實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量等突出的優(yōu)點(diǎn)。但裸光纖光柵的封裝技術(shù)、溫度補(bǔ)償技術(shù)、傳感系統(tǒng)的埋設(shè)技術(shù)對(duì)施工工藝要求較高。將光纖光柵技術(shù)運(yùn)用隧道錨桿軸力的量測(cè)，測(cè)試結(jié)果可靠，具有一定的代表性。