Monitoring konstrukcji ziemnych przy zastosowaniu rozłożonych przestrzennie światłowodowych sensorów optycznych, zintegrowanych w geosyntetykach

• Autorzy: Wosniok A. , Krywult Ł. , Liehr S. , Krebber K. , Wendt M. , Chrost A.

Warianty tytułu

EN

Monitoring of earthwork structures using spatial distributed fibre optic sensors embedded in geosynthetics

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W nowoczesnych konstrukcjach ziemnych (nasypy drogowe i kolejowe, tamy i zapory), do powszechnego sposobu postępowania należy umieszczanie wewnątrz tych konstrukcji geosyntetyków w postaci tkanin i siatek. Te geosyntetyczne materiały działają jako filtry oraz elementy wzmocnienia i drenażu. Są one również adaptowane do zbrojenia konstrukcji ziemnych i zapobiegania erozji powierzchniowej. Przez integrację sensorów w geotekstyliach można zrealizować "inteligentne" techniczne tekstylia. Takie multifunkcjonalne techniczne tekstylia potrafią współoddziałowywać z ich środowiskiem oraz odczytywać różne wielkości pomiarowe jak temperatura, naprężenie i parametry chemiczne, które to pozwalają wykryć i zlokalizować w czasie rzeczywistym obecność uszkodzeń i zniszczeń. W porównaniu z tradycyjnymi systemami pomiarowymi (ciśnieniomierze, piezometry i inklinometry umożliwiające tylko pomiary punktowe) właśnie to światłowodowe sensory optyczne są dopasowane do wspomnianych celów monitoringu rozłożonego przestrzennie. Te bardzo cienkie światłowody optyczne o średnicy mniejszej niż 1 mm mogą mieć zastosowanie jako sensory działające w silnych polach elektromagnetycznych, w "surowych", wybuchowych i chemicznie trujących środowiskach oraz podczas wpływu jonizującego promieniowania. Rozłożone przestrzennie światłowodowe sensory optyczne bazują na efekcie rozproszenia Brillouin w światłowodach szklanych oraz na optycznej reflektrometrii w dziedzinie czasu (OTDR) w światłowodach polimerowych. Publikacja ta stanowi przegląd inowacyjnych, światłowodowych sensorów optycznych zintegrowanych w geosyntetykach, oraz prezentuje wyniki ich testów w terenie.

EN

In modern earthwork structures (roads and railway embankments, dikes and dams), it is common procedure to embed geosynthetics like non-woven and grid structures into their soil bodies. These geosynthetic materials act as filters, reinforcement and drainage elements. They are also integrated for strengthening of the earthwork structures and prevention from surface erosion. By incorporating sensors in the geotextiles, "smart" technical textiles can be realised. Such multifunctional technical textiles can interact with their environment and sense various measurement categories such as temperature, strain and chemical parameters which allow to detect and to locate the presence of any damages and destructions in real time. In comparison with traditional measuring systems (pressure cells, piezometers and inclinometers which produce only point measurements) fibre optic sensors are well suited for mentioned spatial distributed monitoring purposes. The very tiny optical fibres of a diameter of less then 1 mm can operate as sensors in strong electromagnetic fields, under "harsh" explosive and chemical environments and under ionizing radiation. The spatial distributed fibre optic sensors are based on Brillouin scattering in glass optical fibres and on optical time domain reflectometry (OTDR) in polymer optical fibres. The paper gives an overview of these innovative fibre optic sensors embedded in geosynthetics and presents field test results.

Słowa kluczowe

PL

POF OTDR; BOTDA; BOFDA; światłowodowy sensor optyczny; sensor rozłożony przestrzennie; światłowód polimerowy (POF); światłowód szklany (GOF); sensor Brillouin; geosyntetyki; geotekstylia; tekstylia techniczne; czujnik światłowodowy z siatką Bragga

EN

fibre optic sensor; spatial distributed sensor; polymer optical fibre (POF); glass optical fibre (GOF); POF OTDR; Brillouin sensor; BOTDA; BOFDA; Fibre Bragg grating (FBG); geosynthetics; geotextiles; technical textiles

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Górnictwo i Geoinżynieria
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 35, z. 2
• Strony: 597--604
• Opis fizyczny: Bibliogr 14 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Wosniok A.

• BAM Federal Institute for Materials Research and Testing, Berlin, Niemcy

autor

Krywult Ł.

• ZPPUH BUDOKOP Sp. z o.o., Mysłowice

autor

Liehr S.

• BAM Federal Institute for Materials Research and Testing, Berlin, Niemcy

autor

Krebber K.

• BAM Federal Institute for Materials Research and Testing, Berlin, Niemcy

autor

Wendt M.

• BAM Federal Institute for Materials Research and Testing, Berlin, Niemcy

autor

Chrost A.

• ZPPUH BUDOKOP Sp. z o.o., Mysłowice

Bibliografia

• [1] Bao X., Webb D.J., Jackson D.A.: 22-km Distributed Temperature Sensor Using Brillouin Gain in an Optical Fiber. Optics Letters 18(7), 1993, pp. 552-554
• [2] Garus D., Krebber K., Schliep F., Gogolla T.: Distributed Sensing Technique Based on Brillouin Optical-fiber Frequency-domain Analysis. Optics Letters 21(17), 1996, pp. 1402-1404
• [3] Horiguchi T, Kurashima T, Tateda M.: A Technique to Measure Distributed Strain in Optical Fibres. IEEE Photonics Technology Letters 2(5), 1990, pp. 352-354
• [4] Husdi I.R., Nakamura K., Ueha S.: Sensing Characteristics of Plastic Optical Fibres Measured by Optical Time-domain Reflectometry. Measurement Science and Technology 15, 2004, pp. 1553-1559
• [5] Krebber K., Liehr S., Lenke P., Wendt M.: Distributed POF Sensor for Structural Health Monitoring - First Practical Application and Field Test Results. Proc. of 18th Int. Conf. Plastic Optical Fibres, 2009
• [6] Kurashima T, Horiguchi T, Tateda M.: Distributed-temperature Sensing Using Stimulated Brillouin Scattering in Optical Silica Fibers. Optics Letters 15(18), 1990, pp. 1038-1040
• [7] Liehr S., Lenke P., Wendt M, Krebber K.: Perfluorinated Graded-index Polymer Optical Fibers for Distributed Measurement of Strain. Proc. of POF Conference, 2008
• [8] Liehr S., Lenke P., Wendt M., Krebber K., Muenich J. C., Stempniewski L., Metschies H.: Distributed Polymer Optical Fiber Sensor Integrated Technical Textiles for Monitoring of Masonry Structures Graded-index Polymer Optical Fibers for Distributed Measurement of Strain. Proc. of SHMII-4, 2009
• [9] Liehr S., Lenke P., Wendt M, Krebber K., Seeger M, Thiele E., Metschies H., Gebresselassie B., Muenich J.C.: Polymer Optical Fiber Sensors for Distributed Strain Measurement and Application in Structural Health Monitoring. IEEE Sensors Journal, 2009
• [10] Noether N., Wosniok A., Krebber K, Thiele E.: A Distributed Fiber Optic Sensor System for Dike Monitoring Using Brillouin Frequency Domain Ananlysis. Proc. SPIE 7003, 2008
• [11] Noether N, Wosniok A., Krebber K, Thiele E.: A Distributed Fiber-optic Sensor System for Monitoring of Large Geotechnical Structures. Proc. of SHMII-4, 2009
• [12] Wosniok A., Noether N, Krebber K.: Distributed Fiber Optic Sensor System for Temperature and Strain Monitoring Based on Brillouin Optical-Fibre Frequency-Domain Analysis. Proc. of Eurosensors XXIII, 2009
• [13] Wosniok A., Noether N, Krebber K, Thiele E.: Distributed Monitoring of Mechanical Deformation in River Dikes. Proc. of Eurosensors XXII, 2008
• [14] Zhou Z, Ou J.: Techniques Temperature Compensation for FBG Strain Sensors Used in Long- term Monitoring. APCOM 2004, Khabarovsk, Russia, 2004