引言
隨著經濟、科技的快速發(fā)展，各種由人為因素、自然因素導致的建筑工程、地質災害、電力電纜、石油管道等事故頻頻發(fā)生，不僅對造成了大量經濟財產損失，也對人民群眾的安全造成了很大影響。社會對于大型建筑健康狀態(tài)監(jiān)測、地質災害預警、電力電纜狀態(tài)監(jiān)測、管道監(jiān)測技術越來越重視，要求越來越高。傳統(tǒng)的點式人工監(jiān)測方式已經明顯捉襟見肘，無法滿足監(jiān)測及預警工作中越來越高的應變精度需求以及空間分辨率需求。分布式光纖應變傳感技術是一種新型的應變監(jiān)測技術，不僅彌補了點式人工監(jiān)測方式在應變精度和空間分辨率方面的不足，而且在工程應用中便于施工并大量減少維護和施工成本。
近年來，分布式光纖應變傳感技術得到快速發(fā)展，并且逐漸從實驗研究走向實際應用，目前已成功應用于土木工程、安全防護、軍事、交通等領域。與傳統(tǒng)的點式應變傳感器相比，分布式光纖應變傳感器具備以下優(yōu)勢：
1）分布式：分布式光纖傳感技術可以測出光纖沿線上任意一點的應變信息，將光纖縱橫交錯鋪設成網狀即可構成具備一定規(guī)模的監(jiān)測網，實現(xiàn)對監(jiān)測對象的全方位監(jiān)測，克服傳統(tǒng)點式監(jiān)測漏檢的弊端，提高監(jiān)測成功率；
2）長距離：現(xiàn)代的大型或超大型結構通常為數(shù)千米到數(shù)十千米（如地鐵），要通過傳統(tǒng)的監(jiān)測技術實現(xiàn)全方位的監(jiān)測是相當困難的，而分布式光纖應變傳感儀器以光纖作為傳感體和傳輸體，通過鋪設光纖就可以較容易的實現(xiàn)幾千米到幾十千米的長距離監(jiān)測；
3）耐久性：傳統(tǒng)的應變監(jiān)測一般采用應變片監(jiān)測技術，應變片易受潮濕失效,不能適應一些大型工程長期監(jiān)測的需要。光纖的主要材料是石英玻璃，與金屬傳感器相比具有更大的耐久性，而且光纖本身也具有結構簡單、體積小、質量輕、耗能少等優(yōu)勢；
4）抗干擾：光纖是非金屬、絕緣材料，避免了電磁、雷電等干擾，況且電磁干擾噪聲的頻率與光頻相比很低，對光波無干擾。此外，光波易于屏蔽，外界光的干擾也很難進入光纖。
分布式光纖應變傳感技術根據探測光輸出方式、信號光檢測方法以及探測原理的不同分門別類形成了各種基于分布式光纖傳感的應變探測技術，在應變測量精度、測量距離、空間分辨率以及數(shù)據刷新速度等方面各具優(yōu)勢。近年來，分布式光纖應變傳感器已經成功的應用于橋梁、大壩、隧道、高層建筑等土木工程的健康狀態(tài)監(jiān)測、施工狀態(tài)監(jiān)測；泥石流、滑坡等地質災害的預防、維護狀態(tài)監(jiān)測；輸油管道、天然氣管道的形變、泄漏監(jiān)測；電力電纜、電力高塔的覆冰、變形監(jiān)測等應用，潛力巨大，因此分布式光纖應變傳感器的相應技術以及應用越來越受到國內外專家學者的重視。
1 分布式光纖應變傳感技術原理及發(fā)展現(xiàn)狀
分布式光纖應變傳感技術主要包括以下幾類：相干光時域反射（Coherent Optical Time Domain Reflectometry，COTDR）技術、偏振光時域反射（Polarization Optical Time Domain Reflectometry，POTDR）技術、布里淵光頻域分析（Brillouin Optical Fiber Frequency Domain Analysis，BOFDA）技術、光頻域反射（Optical Fiber Frequency Domain Reflectometry，OFDR）技術、布里淵光相關域分析（Brillouin Optical Correlation Domain Analysis，BOCDA）技術、布里淵光相關域反射（Brillouin Optical Correlation Domain Reflectometry，BOCDR）技術、布里淵光時域分析（Brillouin Optical Time Domain Analysis，BOTDA）技術、布里淵光時域反射（Brillouin Optical Time Domain Reflectometry，BOTDR）技術。
1.1 COTDR技術
COTDR技術利用了后向瑞利散射曲線的可再現(xiàn)性和可恢復性特性。可再現(xiàn)性是指光纖在相同的外界條件（相同的溫度和應變）、同一激光頻率下測得的OTDR曲線總是呈現(xiàn)完全相同的波形；可恢復性是指光纖的溫度或應變發(fā)生變化引起的波形變化可通過調整光的頻率來還原，COTDR技術正是利用了后向瑞利散射曲線的這種起伏特性，在測量分布式溫度和應變方面具有很高的測量分辨率，其系統(tǒng)原理圖如圖1所示。
2009年，Y. Koyamada與Mutsumi Imahama搭建的COTDR傳感系統(tǒng)可以在8km長的光纖上實現(xiàn)89με/0.1℃的應變/溫度分辨率以及1m的空間分辨率。2010年，Ryosuke Shimano與Yuta Iitsuka等人利用雙向EDFA搭建的COTDR系統(tǒng)在31km長的光纖上實現(xiàn)了2m的空間分辨率以及178με/0.2℃的應變/溫度分辨率。
目前，COTDR雖然應變/溫度靈敏度極高，89με/0.1℃對應135MHz的頻移，但是若要測量100℃的變化范圍，則需要135GHz的頻移測試范圍，技術難度太高，精度與應變/溫度測試范圍難以兼顧。面對技術復雜、溫度應變測試范圍小、應變分辨率較低等原因，目前尚未發(fā)現(xiàn)有正式產品與工程應用出現(xiàn)。但由于COTDR極高的溫度分辨率，隨著COTDR技術的不斷發(fā)展，其溫度應變范圍、空間分辨率、測試距離的不斷提高，相信COTDR也會出現(xiàn)在市場上并占據一席之地。
1.2 POTDR技術
入射光與介質中的微觀粒子發(fā)生彈性碰撞時將引起瑞利散射，且其散射光具有頻率以及在散射點的偏振方向均與入射光相同的特點，因此散射光包含了光纖散射點的偏振信息?；谶@個物理規(guī)律，1980年，Rogers提出了偏振光時域反射技術（POTDR）的思想，其應變傳感系統(tǒng)如圖3所示。
自POTDR技術提出后的30年以來，許多研究人員根據研究的需要提出了各種POTDR測量方案，國內的電子科技大學與北京交通大學等單位也在進行POTDR的相關研究。由于磁場、電場、壓力、振動、加速度和溫度等物理量都能對在光纖中傳播的光的偏振態(tài)進行調制，很難從測量結果中準確地分離出是那種調制效應導致的偏振態(tài)變化；同時POTDR系統(tǒng)的偏振態(tài)對外界環(huán)境非常敏感，很難保持傳輸光纖中偏振態(tài)穩(wěn)定性等原因，對POTDR應用的實施和推廣還存在著很多技術難點，目前尚未見到有實際產品與工程應用的報道。
1.3 BOFDA技術
BOFDA是由德國Garus等人基于OFDR技術提出來的，BOFDA通過兩個激光器的頻率差和探測光的幅度調制頻率來確定溫度和應變的大小，通過分析光纖布里淵散射光響應函數(shù)的頻譜得到應變和溫度變化的空間位置，其基本結構如圖3所示。該方案采用網絡分析儀接收探測器輸出信號，再進行反傅里葉變換得到系統(tǒng)脈沖響應函數(shù)。
Garus等人設計的實驗系統(tǒng)可以在1km的光纖上獲得3m的空間分辨率。BOFDA最大的優(yōu)點在于信噪比較高，而且不需要高速的采樣和數(shù)據采集技術，可以降低系統(tǒng)成本，其低噪聲特性使得它非常合適于短程傳感。
德國的薩克森紡織研究所使用該技術在堤壩監(jiān)測方面做了一些探索性的研究。意大利Bernini R等也在理論方面取得了一些突破，他們在Garus等人的實驗基礎上利用諧波重建算法對Garus方案中的BOFDA系統(tǒng)進行了比較實驗和計算，證實BOFDA系統(tǒng)可以獲得小于1 m的空間分辨率。2009年，Aldo Minardo與Romeo Bernini等人搭建了BOFDA單端測試系統(tǒng)，在5km的光纖上取得了1m的空間分辨率。2011年，Romeo Bernini與Aldo Minardo等人搭建的BOFDA系統(tǒng)得到了29mm的空間分辨率，驗證了BOFDA技術高空間分辨率的可行性。雖然BOFDA技術與剛提出時的性能有了很大的改進，但是現(xiàn)在還沒有見到基于BOFDA的實際產品與工程應用出現(xiàn)，對于BOFDA的研究與開發(fā)還需更加深入。
1.4 OFDR技術
光頻域反射計（OFDR）結構包括線性掃頻光源、邁克爾遜干涉儀結構、光電探測器和頻譜儀（或信號處理單元）等，基于光外差探測，其原理可用圖4進行表示，。2006年，Brian J. Soller與Steven T. Kreger等人利用OFDR系統(tǒng)在70m長的光纖上實現(xiàn)了2mm的空間分辨率以及±1/0.1℃的應變/溫度分辨率；D.K.Gifford與M.E.Froggatt等人搭建的OFDR系統(tǒng)在800米的光纖上取得了9cm的空間分辨率；Jia Song與Wenhai Li等人在2014年搭建的OFDR實驗系統(tǒng)在300m光纖上實現(xiàn)了7cm的空間分辨率以及2.3/0.7℃的應變/溫度分辨率。目前，OFDR的主要生產商是美國LUNA公司，但是OFDR昂貴的價格以及測試距離的限制等原因，導致其主要應用領域被限制在精密加工、實驗室研究等領域，還無法大規(guī)模進行工程應用。
1.5 BOCDA技術
布里淵光相關域分析技術（BOCDA）基于時頻混合的連續(xù)光整合技術，將連續(xù)的探測光與泵浦光進行頻率調制，利用探測光與泵浦光相互作用得到測試結果。
布里淵光相關域分析技術的工作原理如圖5所示，在激光器中加入周期性正弦的頻率調制，并將其一分為二，分別作為探測光和泵浦光。當探測光和泵浦光在傳感光纖中相遇時，泵浦光和探測光在特定的區(qū)域中產生相關（correlation），從而只在相關峰（correlation peak）處產生布里淵效應。改變激光器的頻率調制的周期，就可以改變相關峰的位置，使其在傳感光纖中掃描，從而實現(xiàn)分布式的布里淵傳感。空間分辨率由激光器光頻率調制的周期（或頻率）和調制深度決定。
近年來，BOCDA的相關研究取得了許多新的研究成果，如今BOCDA已經能夠實現(xiàn)2cm~30cm的空間分辨率，且采樣頻率也可達到1kHz，測試量程最高可達1km。但是由于BOCDA作用距離較短、系統(tǒng)復雜等原因，目前尚未發(fā)現(xiàn)BOCDA的產品及其實際工程應用。
1.6 BOCDR技術
布里淵光相關域反射技術（BOCDR）基于自發(fā)布里淵散射信號，將探測光進行頻率調制，利用泵浦光與參考光的相互作用得到測試結果，其系統(tǒng)實驗裝置如圖6所示。
BOCDR擁有高速測試、高分辨率以及連續(xù)分布式等特點，可以測量光纖的應變分布、溫度分布以及振動分布，目前，BOCDR技術在5m長的光纖上可以得到50Hz的測試速度以及13mm的空間分辨率，在1km長的光纖上可以取得66cm的空間分辨率。由于BOCDR的空間分辨率與最大測試距離存在平衡關系，明顯的限制了BOCDR的應用及發(fā)展，至今為止并未見到實際尚未見到有實際產品與工程應用的報道。
1.7 BOTDA技術
BOTDA利用光纖中的受激布里淵散射信號測量光纖的應變分布或溫度分布，其基本系統(tǒng)如圖7所示，首先需要將連續(xù)光和脈沖光分別射入光纖的兩端，當連續(xù)光和脈沖光的頻率差與光纖中某處的布里淵頻移相等時，該位置會產生受激布里淵放大效應，兩束光之間發(fā)生能量轉移。
當前，對于BOTDA的研究主要集中于在保證其溫度/應變測量精度的前提下，改進傳感距離、空間分辨率和測試速度。已提出的改進技術包括脈沖編碼、分布式拉曼放大、差分脈沖對BOTDA、脈沖預泵浦BOTDA、暗脈沖BOTDA、相移脈沖BOTDA、斜率輔助BOTDA等技術。
在傳感距離方面，BOTDA已經可以在超過120km的光纖上實現(xiàn)了1m的空間分辨率，最長測試距離也已達到150km以上；在空間分辨率提升方面，BOTDA技術已經可以實現(xiàn)最高1cm的空間分辨率；BOTDA最高可以實現(xiàn)100Hz振動的測量；
目前，BOTDA產品已經進入商品化以及實用化階段，日本的Neubrex公司、瑞士Ominisens公司、加拿大OZ公司都已向市場推出成熟產品，產品也已經被用于各種分布式工程實用化研究以及實驗。
1.8 BOTDR技術
BOTDR利用自發(fā)布里淵散射光信號探測技術，可以在光纖的一端來測量光纖中軸向應力的分布情況。其測量原理如圖8所示，光脈沖注入光纖系統(tǒng)的一端，光纖中的后向散射光作為時間的函數(shù)，同時帶有光纖沿線應變分布的信息。自發(fā)布里淵散射信號的布里淵頻移量與光纖應變和溫度的變化量呈良好的線性關系。因此通過側量布里淵散射頻移量即可得到光纖中的應變與溫度分布。
當前，對于BOTDR的研究主要集中在傳感距離和空間分辨率兩個指標的改進上，已提出的傳感距離延伸技術主要有受激布里淵閾值抑制技術、脈沖編碼技術，在提高空間分辨率方面，也有人提出了雙脈沖BOTDR技術，Yahei Koyamada與Yoshiyuki Sakairi等人利用雙脈沖技術搭建的DP-BOTDR系統(tǒng)將BOTDR的最高空間分辨率提升到了20cm。
自2001年起，BOTDR技術就已成功商品化并投入工程應用，由于單端測量、易于施工與工程化等優(yōu)勢，許多專家學者都對BOTDR的工程應用研究投入了大量精力，在國內外已經擁有大量的工程應用案例并總結了各種類型各種要求下的施工方案。目前國際上BOTDR的主要廠商以中國電子科技集團公司第四十一研究所、日本橫河為主。
2 分布式光纖應變傳感技術的工程應用研究現(xiàn)狀
2.1 在光纖光纜生產、測試領域的應用
分布式光纖應變傳感技術可以測量光纖本身的應變分布，因此，分布式光纖應變傳感技術在光纖光纜生產、測試中有著重要的應用，在光纜生產過程中,準確掌握光纖在光纜中的應變分布規(guī)律，對于保證光纜使用的可靠性和延長光纜使用壽命十分重要，傳統(tǒng)做法是用拉伸試驗方法測試光纜中光纖的拉伸應變，以考察光纖在光纜中的應變狀態(tài),而這一狀態(tài)是多個光纜生產工序過程綜合的結果，使用拉伸試驗法得到的是光纖的平均應變狀態(tài)，無法區(qū)分每一工序過程各自對于光纖應變的影響，使用分布式光纖應變傳感技術即可定量分析光纜生產中每一工序過程對于光纖應變分別帶來的影響，這對于光纜生產工藝的改進將起到明確的指導作用，程淑玲與劉義霞等人利用BOTDR技術進行了這方面的相關實驗及研究,研制了使用BOTDR量化分析每一道生產工序對光纖應變帶來的影響的可行性，彌補了傳統(tǒng)局部拉伸試驗法的不足。
分布式光纖應變傳感技術也可以用于測試光纖環(huán)自身應力對光纖陀螺的影響，在光纖陀螺的研制過程中，分布式光纖應變傳感技術就被用于測量不同溫度下、不同種類支架下、不同纏繞方式下光纖陀螺中光纖環(huán)的應力分布，通過應力分布數(shù)據，可以直接得到光纖環(huán)的纏繞張力均勻性等參數(shù)，了解不同的纏繞方法、不同的支架在不同溫度環(huán)境下對光纖環(huán)應力分布的影響，為進一步改進纏繞工藝提供了直接而有效的依據。
2.2 在土木工程領域的應用
與傳統(tǒng)點式應變傳感器相比，分布式光纖應變傳感技術具備的分布式、長距離、抗腐蝕、抗干擾等特點更適合于大型土木工程的健康狀態(tài)監(jiān)測，因此，如何更有效的在大型土木工程中發(fā)揮分布式光纖應變傳感技術的分布式、長距離等優(yōu)勢，也是國內外專家學者一直專注的熱點，許多專家學者都在這一領域投入了大量的精力對其進行了相關研究。
2003、2004年，張丹與施斌等人利用室內實驗與工程應用實例論證了BOTDR對結構進行分布式應變監(jiān)測可可行性。
2005年，高俊啟用BOTDR對各級荷載作用下構件混凝土和鋼筋的應變分布進行了在線監(jiān)測。戴加東將BOTDR技術引入基坑監(jiān)測系統(tǒng)中，并通過實驗驗證這種方案的可行性。張國炳、黃志懷等人采用BOTDR技術檢測GFRP錨桿的變形特征。施斌等人將BOTDR應用在南京市鼓樓隧道健康診斷中。
2006年，劉杰等人結合南京市某深基坑進行的現(xiàn)場試驗，探討了BOTDR應用于基坑深部土體水平位移監(jiān)測的具體施工工藝。余小奎利用BOTDR進行了PHC管樁和鉆孔灌注樁試樁中樁身軸力分布、側摩阻力分布及樁端阻力等測試。
2007、2008年，金益桓等人利用BOTDA進行了鋼筋銹蝕混凝土梁的荷載實驗。施斌等人利用BOTDR進行了基坑、錨桿、灌注樁等工程結構的應變分布監(jiān)測。
2009年，周智等人利用BOTDA實現(xiàn)鋼絞線應力全尺度監(jiān)測。郭彤等人利用BOTDA進行了鋼筋錨固性能實驗和混凝土梁受彎加載實驗。軒元等人利用BOTDA技術監(jiān)測鋼筋混凝土結構的應變。廖軍等人在上海世博園浦西綜藝大廳改建工程中利用BOTDA實現(xiàn)施工全過程監(jiān)測。施斌等人進行了灌注樁與預制樁的應變、溫度分布測試。
2010年，甘宇寬等人利用BOTDR技術對混凝土中鋼筋銹蝕引起的混凝土膨脹進行了監(jiān)測。何勇等人提出了一種將分布式應變傳感光纖技術用于鋼筋混凝土中鋼筋應力監(jiān)測的方法。劉靜等人證明了BOTDA對裂縫的開展有很好的感知性能。沈圣等人提出一種基于BOTDA的結構變形分布監(jiān)測方法。周智等人研制了支持BOTDR/BOTDA的復合智能筋，并驗證了該系統(tǒng)的有效性。陳麗蓉依托上海虹橋交通樞紐工程，使用BOTDR測試了灌注樁的樁身應力。賈喜鴿等人利用BOTDA技術搭建了打浦路隧道健康監(jiān)測系統(tǒng)。
2011年，張大偉利用BOTDR對高層建筑深基坑中的測斜管進行了土體位移測試實驗。楊莉等人利用BOTDR進行了混凝土裂縫監(jiān)測實驗。毛江鴻等人提出了一種新型埋入式長距離光纖傳感器，并利用BOTDA進行了實驗。路杰等人利用BOTDA對橋面預應力箱形梁進行了監(jiān)測。陳炳云等人列舉了嵩待高速公路隧道中BOTDR傳感器的鋪設方法。曹建梅、Wang Shuai等人對設計了一套基于BOTDR的隧道形變監(jiān)測系統(tǒng)。邱海濤等人在西南某隧道搭建了基于BOTDR的隧道監(jiān)測系統(tǒng)。
2012年后，何勇與姜帥等人提出了BOTDA結合斜交光纖組的裂縫監(jiān)測方法。周柏兵等人以BOTDR技術為基礎，搭建了基坑型鋼變形監(jiān)測系統(tǒng)。王飛等人針對盾構隧道橫斷面變形特點，提出了一種基于分布式傳感技術的點式固定方法。
目前，國內已經有很多關于將分布式光纖應變傳感器用于土木工程應用的相關研究，包括不同用途下傳感光纜的鋪設方法、應變數(shù)據的后期處理方法等問題也有了多種解決方案，分布式光纖應變傳感器在土木工程領域中很多方向的應用也得到了驗證，但是作為一種誕生不久的新型傳感器，分布式光纖應變傳感器要想在土木領域得到大規(guī)模應用，還需要更多的努力。
2.3 在電力領域的應用
電力行業(yè)作為社會基礎產業(yè)，是國家發(fā)展的命脈產業(yè)之一。電網建設與國家能源資源結構、產業(yè)布局、經濟發(fā)展規(guī)劃和相關政策密切相關，同時也與本國的能源資源條件、能源資源輸入可能性以及國家能源戰(zhàn)略安全等密切相關，“智能電網”是當今世界電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新動向，并被認為是21世紀世界電力系統(tǒng)的重大科技創(chuàng)新和發(fā)展趨勢。智能電網就是電網的智能化，它是建立在集成、高速、雙向通信網絡的基礎上，將先進的傳感和測量技術、先進的設備和控制方法等有效結合，實現(xiàn)電網的可靠、安全、經濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標，并優(yōu)化電網的運行和管理。由于電力系統(tǒng)網絡結構復雜、分布面廣，網絡上存在著各種各樣的隱患，對系統(tǒng)內各種線路、網絡進行分布式監(jiān)測顯得尤為重要。如何實時監(jiān)測這些故障隱患，直接關系到電力系統(tǒng)的生產安全與運行穩(wěn)定。因此，國內外許多專家學者探索用分布光纖傳感器網絡與電網相融合建立智能電網，對電網中電纜的應變狀態(tài)以及溫度狀態(tài)進行監(jiān)測，實現(xiàn)電網在線實時監(jiān)測與控制。
2009年，楊黎鵬針對海底電力電纜出現(xiàn)的故障，提出了采用BOTDR技術檢測電力電纜內部溫度及所受外力的方法。李成林等人也提出了利用BOTDR傳感系統(tǒng)通過監(jiān)測電纜沿線應力大小測量覆冰重量的輸電線路覆冰監(jiān)測方案。蔣奇與徐于超等人提出基于布里淵散射原理的分布式光纖傳感技術監(jiān)測電纜所受外力變化和監(jiān)測電纜內部溫度變化的方案和方法。
2010~2013年，趙宏波與丁健等人提出了使用BOTDR測量多條光纜路由的方法。胡文侃等人設計了基于BOTDA技術的海底電纜監(jiān)測系統(tǒng)。滕玲等人采用BOTDA監(jiān)測技術對光纜中光纖的應變進行了監(jiān)測實驗。吳飛龍與徐杰等人搭建了基于BOTDR技術的海纜本體狀態(tài)實時在線監(jiān)測系統(tǒng)。
目前，利用分布式光纖應變傳感器對電纜進行監(jiān)測的研究還在逐漸深入當中，隨著研究的不斷深入，分布式光纖應變傳感器將在智能電網中發(fā)揮越來越大的作用，既可實現(xiàn)電纜纜的智能化監(jiān)測，也可以挖掘光纖利用率，便于調度與運行人員實時掌握其運行情況，為電纜的調控、維護、保障提供科學的依據，提高電纜的可靠性。
2.4 在石油領域的應用
長距離、分布式、本質安全的優(yōu)點令分布式光纖應變傳感器在石油領域中也有著很大的應用潛力，國外很多學者也對分布式光纖應變傳感器在石油領域的研究投入了很多的精力，國內一些專家也開始進行在該領域的應用研究，但總體來說，分布式光纖應變傳感器在石油領域的應用研究尚處于起步階段，雖然已經有一些工程應用研究出現(xiàn)，但距離大規(guī)模推廣還存在一定距離。
2009年，魏源利用BOTDR技術搭建了套管應力監(jiān)測系統(tǒng)。
2010年，殷鳳磊結合大慶油田非油層段和油層段的套管損壞形式，搭建了一套基于BOTDR技術的光纖傳感套損監(jiān)測系統(tǒng)。周智等人針對輸油管道在凍脹融沉作用下易發(fā)生大變形的情況，提出采用BOTDA對輸油管道進行長期監(jiān)測的方案。
2011年，李德橋等人應用溫度補償?shù)?/span>BOTDA傳感技術對管道變形開展實驗研究。
2012年，賈振安與王虎等人，提出了一種基于BOTDA技術的油氣管道應力監(jiān)測方法。林發(fā)枝等人基于BOTDR技術開發(fā)了油水井套管外光纖傳感技術。賈振安等人設計了一應變傳感光纜，利用BOTDA技術檢測漏油位置。
2.5在地質災害領域的應用
我國是世界上地質災害最嚴重、受威脅人口最多的國家之一，地質條件復雜，構造活動頻繁，崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降、地裂縫等災害隱患多、分布廣，且隱蔽性、突發(fā)性和破壞性強，防范難度大。與傳統(tǒng)點式傳感技術相比，分布式光纖應變傳感技術具備的長距離、分布式等優(yōu)點更適合用于長距離、大面積的地質災害預警監(jiān)測，而且還可以更好的克服點式傳感器常出現(xiàn)的漏檢和盲區(qū)問題，如何更好的將分布式光纖應變傳感器用于地質災害預警，減少地質災害造成的人民財產損失，已經成為許多專家學者非常重視的課題，尤其是分布式光纖應變傳感技術在邊坡預警監(jiān)測中的工程應用研究，倍受學者們的青睞。
2005年，丁勇等人就提出一種利用BOTDR推算邊坡的表面變形的方案。2008年，李煥強等人利用BOTDR與光纖光柵技術建立了邊坡實驗模型。隋海波等人搭建了基于BOTDR的邊坡分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)。史彥新在巫山殘聯(lián)滑坡上鋪設監(jiān)測光纖，并利用BOTDR獲得整個滑坡體的應變信息。
2009以后，宋震等人驗證了基于BOTDR的錨桿應變分布監(jiān)測的可行性。王寶軍等人將光纖傳感器布設在用于加固邊坡的土工織物中，并利用BOTDR進行了室內監(jiān)測實驗。朱鴻鵠等人基于BOTDA及其它技術建立了邊坡監(jiān)測系統(tǒng)。王寶軍等人利用室內小比例尺模型試驗，驗證了BOTDR應用于土質邊坡變形監(jiān)測的可行性。劉永莉通過對浙江省諸永高速公路紅巖村I號滑坡抗滑樁BOTDR監(jiān)測結果，證明了通過BOTDR技術監(jiān)測抗滑樁的深部變形是可行的。
2.6 在水利領域的應用
分布式光纖應變傳感技術可用于大壩、河堤、海堤等大型水利工程的健康狀態(tài)監(jiān)測，水利工程利國利民，其重要性不言而喻，但同時也蘊含著潛在的成災風險，例如垮壩洪水不僅破壞水庫、水電工程本身，還會對下游千百萬人民生命和財產造成慘重災難。歷史上垮壩的教訓很多，美國Teton土石壩、我國板橋水庫潰決，都是著名的實例。其主要原因之一就是未設觀測系統(tǒng)，或觀測系統(tǒng)不完備，無法及時得到本來可防止這場災難的信息。傳統(tǒng)的常規(guī)儀器由于點式測量的原因，難免會出現(xiàn)漏報以及盲區(qū)等情況，而分布式光纖應變傳感技術具有長距離、分布式的特點，可以很好的克服點式傳感器的缺陷，因此也受到相關領域學者的關注。
2009年，ZHU Ping-yu等人提出了采用BOTDA技術的堤壩形變監(jiān)測系統(tǒng)。葛捷利用BOTDR技術對上海臨港新城海堤兩個斷面進行了長期監(jiān)測，驗證了方案的可行性。2010年，曾紅艷針對黃河丁壩的特性，研制、開發(fā)了基于BOTDA技術的丁壩形變監(jiān)測系統(tǒng)。張清明與周楊等人采用BOTDA系統(tǒng)開展了堤壩形變監(jiān)測試驗研究。
3 結束語
分布式光纖應變傳感技術是近年來最受人關注的傳感技術之一，該技術不僅可以為大型建筑健康狀態(tài)監(jiān)測、地質災害預警、電力電纜狀態(tài)監(jiān)測以及管道監(jiān)測技術等提供了高性能且便于施工和維護的現(xiàn)代化解決方案，而且BOTDR和BOTDA產品都已經在各種工程應用中取得了良好的效果，證明了分布式光纖應變傳感儀器的在優(yōu)勢與可行性。
同時，分布式光纖應變傳感技術種類很多，例如可以用于單端長距離探測的BOTDR和雙端長距離探測的BOTDA技術；適用于單端短距離精細測量的OFDR、BOCDR、COTDR技術，雙端短距離快速測試的BOCDA技術，雙端短距離精確測量的BOFDA技術等以及對偏振敏感的POTDR技術等，可以適應不同工程不用應用的需要，相信隨著分布式光纖應變傳感技術工程應用研究的不斷進步、光學技術、光學元件的發(fā)展，分布式光纖應變傳感技術也會不斷的發(fā)展，并在未來的工程、生活中發(fā)揮更大的作用。
