دانلود رایگان ترجمه مقاله نظارت بر سدها و خاکریز ها با سنسور فیبر نوری توزیع شده – Semanticscholar 2013

مقالات انگلیسی و ترجمه های فارسی رایگان با فرمت PDF آماده دانلود رایگان میباشند

همچنین ترجمه مقاله با فرمت ورد نیز قابل خریداری و دانلود میباشد

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

فهرست مقاله:

چکیده

مقدمه

فناوری فیبر نوری توزیعی

فناوری دمای توزیعی رامان

فناوری کرنش توزیعی بریلوئن

کابل سنجش فیبر نوری توزیعی

کابل سنجش دمای توزیعی زره دار

کابل سنجش دمای خود گرم شونده توزیعی( مس+ فیبر نوری)

نوار سنجش کرنش توزیعی: SmarTape II

سنجش ترکیبی دما و کرنش توزیع شده: SmartProfile

سنجش ترکیبی دما و کرنش توزیع شده: SmartProfile

نرم افزار DiView

مهندسی ابزار سد ها و خاکریز ها با حسگر های توزیعی

مثال کاربردی: سد نام نگوم 2 ( لائوس)

مثال کاربردی:سد باطله( شیلی)

مثال کاربردی: سد ریور( لتونی)

مثال کاربردی: پروژه iLevee( امریکا)

نتیجه گیری

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

 مقدمه
نیاز رو به رشد به آگاهی از ایمنی در طی سال های اخیر منجر به توسعه چندین روش پایش شده است که امکان تشخیص رویداد ها در مراحل اولیه و پیش گیری از خرابی سازه ها را داده و در عین حال منجر به تولید دانش بهتری در خصوص خود سازه ها شده است. در زمینه کاربرد های ساختاری و ژئوتکنیکی، نظیر سد ها، خاکریز ها، پل ها، ساختمان ها، زمین لغزه ها و تونل ها، که در آن ها هر دو ابعاد سازه های بزرگ و مقدار آسیب بیانگر یک چالش می باشد، روش های توزیعی قابلیت پایش چندین کیلومتر را با استفاده از حسگر فیبر نوری پیشنهاد می کنند(FOS). از این روی، با استفاده از تعدادمحدودی از حسگر های بسیار طولانی، امکان پایش رفتار ساختاری و کارکردی سازه ها را با تفکیک پذیری مکانی و اندازه گیری بالا با هزینه منطقی را می دهد( گیلسیک و اینادی 2007).
فناوری فیبر نوری توزیعی
بر خلاف حسگر های فیبر نوری محلی و الکتریکی، حسگر توزیعی، ویژگی های منحصر به فردی را دارد که امکان اندازه گیری پارامتر های فیزیکی را در امتداد طول کل آن ها و نیز اندازه گیری هزاران نقطه با استفاده از یک انتقال دهنده( اینادی و گلیسیک 2007) می دهد.
پیشرفته ترین فناوری های حسگر های فیبر نور توزیعی بر اساس پراکندگی رامان و بریلوئن می باشد( اینادی و همکاران 2012). هر دو سیستم از اثر متقابل غیر خطی بین نور و مواد سیلیسی استافده می کند که برای آن یک فیبر نوری استاندارد وجود دارد. در صورتی که نور در یک طول موج معین بر روی فیبر قرار گیرد، مقدا بسیار کمی از آن در هر نقطه در امتداد فیبر پراکنده می شود. نور پراکنده دارای اجزایی در طول موج هایی است که متفاوت از سیگنال اولیه می باشند. این اجزای تغییر یافته حاوی اطلاعاتی در خصوص خواص موضعی فیبر به خصوص کرنش و دما می باشد.
فناوری دمای توزیعی رامان
پراکندگی رامان نتیجه یک فعل و انفعال غیر خطی بین عبور نور در یک فیبر و سیلیس می باشد. وقتی که یک سیگنال نور شدید به فیبر می خورد، دو جزء با فرکانس متغیر موسوم به استوکس رامان و آنتی استوکس رامان در طیف انتشار پسین ظاهر می شود. شدت نسبی این دو جزء بستگی به دمای محلی فیبر دارد. در صورتی که سیگنال نور جهش پیدا کند و شدت پراکندگی پسین به صورت تابعی از زمان رفت و برگشت ثبت شود، از این دست یابی به یک پروفیل دمایی در امتداد فیبر وجود دارد( داکین و همکاران 1986). سیستم های مبتنی بر پراکندگی رامان با SMARTEC در سوییس و سنسورنت در بریتانیا تجاری سازی شده اند( شکل 1).
معمولا یک تفکیک پذیری دمایی 0.1 درجه ای و تفکیک پذیری مکانی 1 متر در طیف اندازه گیری بیش از 30 کیلومتر برای فیبر های چند مودی بدست می اید.

فناوری کرنش توزیعی بریلوئن
حسگر های پراکندگی بریلوئن پتانسیل جالبی را برای پایش دما و کرنزش توزیعی نشان می دهند( کاراشیما و همکاران 1990). سیستم ها قادر به اندازه گیری تغییرات کرنش یا دمای فیبر ها با طول بیش از 50 کیلومتر با تفکیک پذیری مکانی چند متر بوده و اهمیت آن ها در شرایط میدانی اثبات شده است.پراکندگی بریلوئن نتیجه فعل و انفعال امواج صوتی و نوری در فیبر های نوری می باشد. امواج آکوستیک برانگیخته حرارتی( فونون ها) به طور دوره ای شاخص انکساری را تنظیم می کنند. پراکندگی بریلوئن در زمان انتشار نور در فیبر با این نوسان منکسر شده و منجر به ایجاد یک جزء با فرکانس متغیر با یک پدیده مشابه با تغییر داپلر می شود. این فرایند موسوم به پراکندگی بریلوئن لحظه ای می باشد. امواج آکوستیک را نیز می توان با تزریق دو موج انتشاری با تفاضل فراکانس برابر با بریلوئن تولید کرد. از طریق الکترواستریکسیون، این دو موج منجر به ایجاد یک موج آکوستیک می شوند که جمعیت فونون را تقویت می کند. این فرایند موسوم به تقویت بریلوئن تحریک شده می باشد. در صورتی که سیگنال پروب متشکل از یک پالس نوری کوتاه باشد و نمودار شدت منعکس شده آن در برابر زمان پرواز و تغییر فرکانس ترسیم شود، امکان دست یابی به پروفیل تغییر بریلوئن در امتداد طول فیبر وجود دارد.
جالب ترین نوع پراکندگی بریلوئن برای سنجش برنامه ها در وابستگی دمایی و کرنش تغییر بریلوئن( نیکلس و همکاران 1997) می باشد. این نتیجه تغییر سرعت آکوستیک بر طق تغییر در تراکم سیلیس می باشد. SMARTEC، سیستم را بر اساس این تنظیمات تجاری سازی کرده و DiTeSt را ایجاد می کند ( شکل 2). این دارای دامنه اندازه گیری 50 کیلومتر در هر کانال با تفکیک پذیری مکانی 1 متر است. تفکیک پذیری کرنش 2 بوده و تفکیک پذیری دمایی 1 درجه است. تعداد کانال ها را می توان با یک سوییچ کانال 4-20 توسعه داد. سیستم به صورت پرتابل بوده می تواند برای کاربرد های میدانی استفاده شود.
چون تغییر فرکانس بریلوئن بستگی به هر دو کرنش محلی و دمای فیبر داردف تنظیمات حسگر تعیین کننده حساسیت واقعی سیستم است. برای اندازه گیری دما ها استفاده از یک کابل طراحی شده برای محافظت از فیبر های نوری از طویل شدگی کابل کافی است. از این روی فیبر در حالت بدون کرنش قرار گرفته و تغییرات فرکانس را می توان به تغییرات دمایی نسبت داد. اندازه گیری کرنش های توزیعی مستلزم یک حسگر طراحی شده خاص است. یک کوپلینگ مکانیکی بین حسگر و ساختار هاست در امتداد طول کل فیبر بایستی تضمین شود. بخش بعدی به معرفی طرح های کابل مختلف برای اندازه گیری کرنش و دما در زمینه های مختلف می پردازد.

بخشی از مقاله انگلیسی:

INTRODUCTION

The growing demand of safety awareness has stimulated, in the last few years, the development of several monitoring techniques capable of detecting early-stage events, thus preventing structures from major failures and leading to a better knowledge of the structure itself. In the field of structural and geotechnical applications such as dams, levees, bridges, buildings, landslide, sinkhole and tunnels, where both the large structure dimensions and damage location forecast represent a challenge, distributed techniques offer the capability of monitoring over several kilometers using a single Fiber Optic Sensor, (FOS). Thus, using a limited number of very long sensors it is possible to monitor structural and functional behavior of structures with a high measurement and spatial resolution at a reasonable cost (Glisic and Inaudi 2007).

DISTRIBUTED FIBER OPTIC TECHNOLOGY

Unlike electrical and localized fiber optic sensors, distributed sensor offer the unique characteristic of being able to measure physical parameters along their whole length, allowing the measurements of thousands of points using a single transducer (Inaudi and Glisic 2007). The most developed technologies of distributed fiber optic sensors are based on Raman and Brillouin scattering (Inaudi D. et al. 2012). Both systems make use of a non-linear interaction between the light and the silica  material of which a standard optical fiber is made. If light at a known wavelength is launched into a fiber, a very small amount of it is scattered back at every point along the fiber. The scattered light contains components at wavelengths that are different from the original signal. These shifted components contain information on the local properties of the fiber, in particular their strain and temperature.

Raman Distributed Temperature Technology

Raman scattering is the result of a non-linear interaction between the light traveling in a fiber and silica. When an intense light signal is shined into the fiber, two frequency-shifted components called respectively Raman Stokes and Raman anti-Stokes will appear in the back-scattered spectrum. The relative intensity of these two components depends on the local temperature of the fiber. If the light signal is pulsed and the back-scattered intensity is recorded as a function of the round-trip time, it becomes possible to obtain a temperature profile along the fiber (Dakin et al. 1986). Systems based on Raman scattering are commercialized by SMARTEC in Switzerland and Sensornet in UK (Figure 1). Typically a temperature resolution of the order of 0.1°C and a spatial resolution of 1m over a measurement range up to 30 km are obtained for multimode fibers.

Brillouin Distributed Strain Technology

Brillouin scattering sensors show an interesting potential for distributed strain and temperature monitoring (Karashima et al. 1990). Systems able to measure strain or temperature variations of fibers with length up to 50 km with spatial resolution down in the meter range are now demonstrating their usefulness in field applications. Brillouin scattering is the result of the interaction between optical and sound waves in optical fibers. Thermally excited acoustic waves (phonons) produce a periodic modulation of the refractive index. Brillouin scattering occurs when light propagating in the fiber is diffracted backward by this moving grating, giving rise to a frequency-shifted component by a phenomenon similar to the Doppler shift. This process is called spontaneous Brillouin scattering. Acoustic waves can also be generated by injecting in the fiber two counter-propagating waves with a frequency difference equal to the Brillouin shift. Through electrostriction, these two waves will give rise to a traveling acoustic wave that reinforces the phonon population. This process is called stimulated Brillouin amplification. If the probe signal consists in a short light pulse and its reflected intensity is plotted against its time of flight and frequency shift, it will be possible to obtain a profile of the Brillouin shift along the fiber length. The most interesting aspect of Brillouin scattering for sensing applications resides in the temperature and strain dependence of the Brillouin shift (Niklès et al. 1997). This is the result of the change of the acoustic velocity according to variation in the silica density. SMARTEC commercializes a system based on this setup and named DiTeSt (see Figure 2). It features a measurement range of 50 km per channel with a spatial resolution of 1 m. The strain resolution is 2 με and the temperature resolution 1°C. The number of channels can be extended by a 4-20 channel Switch. The system is portable and can be used for field applications. Since the Brillouin frequency shift depends on both the local strain and temperature of the fiber, the sensor setup will determine the actual sensitivity of the system. For measuring temperatures it is sufficient to use a cable designed to shield the optical fibers from an elongation of the cable. The fiber will therefore remain in its unstrained state and the frequency shifts can be unambiguously assigned to temperature variations. Measuring distributed strains requires a specially designed sensor. A mechanical coupling between the sensor and the host structure along the whole length of the fiber has to be guaranteed. The next section will introduce different cable designs to measure strain and temperature in different applications.