ICC訊 光頻域反射技術(OFDR)使得分布式光纖傳感技術在巖石室內試驗具有極大的優勢，相較于傳統應變片能捕捉更大范圍的應變信息，相較于DIC(數字圖像相關法)需求的外部環境有著更低和更為簡單的后處理過程。

  OSI-S是基于光頻域反射技術的高精度分布式光纖傳感系統，其空間分辨率最小可達1mm，應變測量精度為±1με，滿足巖石室內試驗應變測量精度。高精度分布式光纖傳感系統在巖石室內試驗的應用有助拓展測試技術，為研究更復雜的科研問題提供基礎。

  圖1. OSI-S高精度分布式光纖傳感系統

  試驗樣品為直徑為68.7mm的砂巖，解調設備為OSI-S，傳感器采用直徑為125μm的聚酰亞胺光纖，“水平+螺旋”纏繞光纖的布設方案可以實現對試樣環向應變和豎向應變的測量。由于試驗過程室內溫度較為穩定，因此無需加設溫度補償光纖。

  圖2. 應變光纖在砂巖試樣上的布設示意圖

  應變測量光纖通過環氧樹脂膠水粘貼在巖石試樣表面，并在光纖附近位置布設應變片，布置方案和過程如圖2所示。對布設好光纖后的樣品進行單軸壓縮加載，一共進行25級加載，每級壓力增大2MPa，最大壓力為50MPa，每次加載采集了光纖的應變測值和應變片的應變測值。

  圖3. 光纖測值和應變片測值的對比

  如圖3所示，在砂巖單軸壓縮加載過程中，使用OSI-S設備采集了光纖的應變測值，與傳統應變片的應變測值結果基本吻合，說明分布式光纖測量應變的準確性。

  圖4. 25級加載光纖測量應變值

  如圖4所示，光纖測值提供砂巖表面應變場的分布情況，可以了解加載時應變集中區的發展狀況。

  圖5. 砂巖表面應變集中分布與最終破壞形態的對比(展開圖)

  如圖5所示，砂巖表面形態破壞在95%~100%時光纖會產生應變，利用光纖產生的應變值大小可以有效判斷裂紋區域大小，捕捉裂紋開裂的時序，測量得出的結論和實際裂紋破壞形態一致。

  根據光纖、環氧樹脂層與砂巖三者的應變傳遞理論，對砂巖加載過程產生的微裂縫寬度進行量化分析，開裂寬度隨加載水平的變化情況如圖6所示。

圖6. 砂巖表面微裂縫寬度發展

  基于OFDR的分布式光纖傳感技術可實現對單軸壓縮巖石試樣全局應變場的實時準確測量，根據儀器測得的應變值和應變場的發展規律，預測巖石潛在的破壞位置和破壞時序，判斷初期裂縫開裂寬度及發展規律，為巖石室內試驗提供了一種新的可靠測量技術。

  除了單軸壓縮試驗，更多的應用場景值得進一步研究。

  昊衡科技

  一家集研發、生產、銷售于一體的高科技公司，專業從事工業級自校準光學測量與傳感技術開發，也是國內唯一一家實現OFDR技術商用化的公司。

  目前，昊衡科技已推出多款高精度高分辨率產品，主要應用于光學鏈路診斷、光學多參數測量、高精度分布式光纖溫度和應變傳感測試。已與全球多個國家和地區企業建立良好的合作關系，并取得諸多成果。

  電話：027-87002165

  官網：http://www.mega-sense.com/

  公眾號：“昊衡科技”或“大話光纖傳感”

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  來源：Rock Mechanics and Rock Engineering

  題名：A Novel Approach to Surface Strain Measurement for Cylindrical Rock Specimens Under Uniaxial Compression Using Distributed Fibre Optic Sensor Technology

  作者：Shao-Qun Lin, Dao-Yuan Tan, Jian-Hua Yin, Hua Li