如何利用分布式光纤传感技术加强基础设施的健康和安全呢？

 

桥梁、隧道、管道、电信网络、电力传输线路和其他民用基础设施构成了现代社会的支柱，促进了基本的服务和联系。确保这些基础设施的安全和完整性至关重要。值得庆幸的是，技术的进步导致了基础设施监控的创新解决方案，分布式光纤传感技术正在成为这一领域的游戏规则改变者。

分布式光纤传感技术包括在基础设施中集成光纤，以实时监测各种物理参数。这些光纤能够检测到由许多事件引起的温度、应变或机械压力波的变化，这种技术被称为“分布式光纤传感”，即一根标准的光纤可以作为一个长距离的扩展传感器，具有较高的空间分辨率，覆盖了广泛的关键基础设施区域。

光纤传感技术的核心是光学背向散射现象，当沿着光纤核心传播的光与其周围环境相互作用时，就会发生这种现象。

用于光纤传感的后向散射效应

周围物理参数的变化，如应变或温度，会导致光的特性的微小变化，这可以被检测和分析。先进的信号处理技术允许工程师将这些变化转换为有价值的数据：

结构健康监测：光纤传感技术能够对桥梁、建筑物和大坝等建筑物进行连续和实时监测。应变或温度的任何偏差都可以及时检测到，在潜在问题升级为关键问题之前提醒业主和设计师。

管道监测：油气管道及配水系统都容易发生泄漏和损坏。光纤传感系统有助于检测，最重要的是定位泄漏、地面移动或外部第三方干扰，减少事故的风险和防止昂贵的维修。

岩土工程监测：在隧道和地下结构的背景下，光纤传感可以为地面运动、沉降和其他潜在风险提供有价值的见解，有助于采取早期预警和预防措施。

智能电网监测：光纤传感越来越多地用于电网来监测输电线路、变压器和变电站。收集到的数据有助于优化能源分布，提高电网的可靠性。

分布式光纤传感技术具有以下优点：

成本效益：传统的监控系统通常需要在不同的点位安装多个传感器，从而导致更高的安装和维护成本。另一方面，分布式光纤传感使用单一光纤覆盖大面积区域，大大降低了部署和操作的成本。

主动维护：分布式光纤传感提供关于任何变化或异常的及时信息，允许对潜在的问题或威胁作出早期反应。

长生命周期和耐用性：用于传感的光纤和电缆非常坚固，能够承受恶劣的环境条件，使其成为长期基础设施监测的理想选择。

遥感：光纤传感可以实现远程监测，减少对物理检查的需要，并尽量减少人类接触危险地点。

可扩展性：该技术是可扩展的，可用于同时监控各种参数，为复杂的基础设施系统提供了一个全面的监控解决方案。

分布式光纤传感提供了一系列多功能功能，能够监测对基础设施健康至关重要的各种物理参数。用于基础设施监测的三种主要的光纤传感类型是温度、应变和声波。

温度传感：温度异常和过热会显著影响管道、电力电缆和电气设备等基础设施的结构完整性。分布式温度传感（DTS）利用测量背散射光频率或功率作为温度函数的变化的原理。这种方法允许连续监测沿整个光纤长度的温度分布，为可能影响基础设施性能的潜在热点或温度变化提供有价值的数据。

应变传感：监测由机械载荷引起的压力对于评估土木工程资产的健康状况至关重要。分布式应变传感（DSS）依赖于测量由施加在光纤上的机械应变引起的光频率的微小变化的原理。这种技术允许工程师检测变形、裂缝，或过大的负载，帮助防止灾难性的故障，并延长关键结构的使用寿命。

声波传感：分布式声波传感（DAS）是一种尖端技术，能够检测和定位声波干扰和振动。通过分析机械压力波引起的光散射变化，DAS将一根光纤变成了分布在广阔区域内的数千个虚拟麦克风阵列。这种能力尤其有利于监测大型基础设施网络，如管道或铁路，因为它可以检测潜在的泄漏、第三方入侵和干扰，甚至是由地震事件引起的地面运动。

这些不同类型的光纤传感的结合不仅为基础设施监测提供了全面的解决方案，而且还为集成和智能系统提供了新的可能性，以适应我们复杂和相互关联的现代世界不断发展的需求。通过利用光纤传感技术的力量，我们可以提高我们的关键基础设施的安全性、效率和可靠性，确保一个可持续的和有弹性的未来。

将光纤传感技术的持续发展和集成到基础设施监测实践中，无疑将在保护我们的关键基础设施方面发挥关键作用，为工程师和决策者提供必要的工具，以主动应对挑战，并为更有弹性的未来做出明智的决策。

 

 

审核编辑：刘清