分布式光纤应用扩展

一、前言

分布式光纤传感技术是一种基于光纤的独特传感方式，它利用光纤同时作为传感敏感元件和传输信号介质，通过感知光信号的频率、强度、相位和偏振等变化来探测外界环境的相关参数，如温度、应变等。

二、监测需求

公路、铁路、管道、管廊、电网等大型基础设施，是社会经济发展的重要支撑，一旦出现问题，损失巨大！对上述设施进行在线监测，是保障其安全可靠运行的关键所在。

三、技术特点

分布式光纤传感技术特点：

光纤即是传感器，又是信号传输介质；

大空间范围内进行连续传感；

既能测温度、应变，又能测振动。

四、典型应用方向

（一）光纤传感用于公路监测

路面路基健康

通过分布式光纤应变传感，在路面开槽新埋设传感光缆，能够感知全线的路面、路基健康，包括路面开裂、路基空洞、水土流失等。相当于为道路安装了全线路的实时健康“体温计”。

全线路交通流特性

通过分布式光纤声波振动传感，利用公路现有的通信光缆，能够感知全线的车流量、速度和密度信息。相对于现有通过雷达和摄像头的断面监测方案，光纤传感没有盲区、实时监测。

事故即时告警

通过AI人工智能算法，对公路全线路应变传感和声波传感的结果进行分析和学习，能够对公路上的路面事故和车辆事故进行即时的告警，比如滑坡落石、路面坍塌、异常停车、交通故障等。系统告警响应到交管局指挥中心的时间可在数秒级别。

（二）光纤传感用于铁路监测

铁路附近施工时钢轨稳定性监测

通过分布式光纤温度和应变传感，在钢轨轨腰上粘贴布设光纤，实现对铁路附近施工期间轨道的竖向、横向位移和温度超限的实时定量分析、异常报警，保障附近施工期间轨道的安全（凹陷、凸起、扭曲等）。

（三）光纤传感用于管道监测

管道泄漏

通过分布式光纤温度传感和声波传感，利用管道伴行的通信光缆或者新布设光缆。系统实时监测管道全线异常的温度变化和泄漏声波，能够感知管道全线的泄漏并进行秒级别的告警。

管道变形

将应变传感光纤贴到管道表面，利用分布式光纤应变传感的原理，光纤可以感知管道的变形，系统能够感知管道本体全线路沉降和扭曲变形。

管道地质灾害

通过分布式光纤应变传感，利用管道附近布设的传感光缆，感知受到的土体位移作用，避免管道本体受到挤压，避免管道变形、泄漏甚至断裂。

管道外力破坏

通过分布式光纤声波传感，利用管道伴行的通信光缆或者新布设光缆。系统能够感知全线路的管道周围声波，通过AI算法识别车辆经过、人工挖掘、机械施工等多种破坏模式。

五、技术发展现状与趋势

分布式光纤传感技术自20世纪70年代末提出以来，得到了广泛的关注和深入的研究。随着OTDR（光时域反射计）技术、OFDR（光频域反射技术）等先进技术的不断发展，分布式光纤传感系统的测量精度、空间分辨力和测量范围都得到了大幅提升。未来，分布式光纤传感技术将继续向提高测量精度、扩大测量范围、缩短测量时间等方向发展，并基于二维或多维的分布式光纤传感器网络将成为光纤传感器的重要研究方向。

总之，分布式光纤传感技术以其独特的优势在多个领域发挥着重要作用，并随着技术的不断发展而不断完善和拓展其应用领域。

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