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地温场是影响岩土工程性质的一个基本物理场。目前对于地温场的监测主要采用热电偶温度传感器和热敏电阻温度传感器,它们一般只能进行点式测量,不能分布式连续测量温度场的变化。布里渊光时域反射技术(BOTDR)是国际上近年来发展起来的一种新型分布式光纤传感技术,它利用布里渊散射光频移量与光纤应变和温度之间的线性关系,可以对光纤应变和温度实现分布式监测。论文根据BOTDR的测量原理,展开了一系列工作,研发出了一种高空间分辨率分布式光纤温度传感技术,并将这一技术应用于地温场的分布式的监测,取得了一些专利性成果。论文的主要研究内容和成果如下:
(1)系统总结了岩土工程领域中常用的温度监测方法,分析了这些方法的不足和缺陷,并对常见的分布式光纤温度传感技术的优缺点进行了剖析。
(2)介绍了基于布里渊散射光的光纤传感原理和技术,分析了这种技术应用于分布式测温所面临的一些技术难点。
(3)发明了一种基于BOTDR的高空间分辨率的分布式温度传感器,详细介绍了它的测试原理、制作方法和封装工艺。通过室内标定实验得出了传感器的温度系数为3.0MHz/℃,验证了传感器的可靠性。这一技术已申请了国家发明专利,受理号:2009100332861.7。
(4)首次将高空间分辨率分布式光纤温度传感器运用于地温场监测,得到了地下1m范围内连续分布的温度曲线。通过与传统点式电磁式温度传感器的监测数据对比,证明了这一技术应用于实际地温场监测的可行性和优越性。
(5)提出了将这一发明成果转化为商业化产品的设想,指出了尚需改进的方面,并提出了具体的改进方案。