分布式光纤传感技术与工程应用研究(7)
如上所述，为了得到光纤沿线的应变分布，BOTDR需要得到光纤沿线的布里渊散射光谱，也就是要得到光纤沿线的 分布。BOTDR的测量原理与OTDR技术很相似,脉冲光以一定的频率自光纤的一端入射，入射的脉冲光与光纤中的声学声子发生相互作用后产生布里渊散射，其中的背向布里渊散射光沿光纤原路返回到脉冲光的入射端，进入BOTDR的受光部和信号处理单元，经过一系列复杂的信号处理可以得到光纤沿线的布里渊背散光的功率分布，如图2.9中（B）所示。发生散射的位置至脉冲光的入射端，即至BOTDR的距离Z可以通过式（2.5）计算得到。之后按照上述的方法按一定间隔改变入射光的频率反复测量，就可以获得光纤上每个采样点的布里渊散射光的频谱图，如图2.9中（C）所示，理论上布里渊背散光谱为洛仑兹型，其峰值功率所对应的频率即是布里渊频移 。如果光纤受到轴向拉伸（温度不变），拉伸段光纤的布里渊频移就要发生改变，通过频移的变化量与光纤的应变之间的线性关系就可以得到应变量。
（2.6）
c：为真空中的光速；
n：为光纤的折射率；
T：为发出的脉冲光与接收到的散射光的时间间隔。
图2.9. BOTDR的应变测量原理图
BOTDR独特的分布式应变测量能力，使它得以广泛应用在各类结构健康监测中。
智能材料：2000年的国际美国杯帆船级别赛（IACC）上，使用BOTDR技术测量布设在帆船船体表面的传感光纤的应变变化，用以监测帆船结构的退化和损伤[72,73] 。Yari[74]结合BOTDR和BRG进行飞行器结构健康监测，并将BOTDR的距离分解度提高到0.5m，最终通过对复合材料的实验证明了BOTDR在距离分解度上的提高是有效的。
建筑物： Kwon[75]等在韩国的一座4层建筑物的表面布设了一根1,400m的单模光纤，使用BOTDR来监测建筑物的温度分布。连续监测的结果发现夜间的温度分布起伏总体上要小于中午，一天内的温度变化通常在4°C以内。
管道：Yasue, H[76].等将分布式传感光纤布设在混凝土管道的内表面，以测量管道在受压变形后的裂缝发育。这个实验证明BOTDR可以监测到传统应变计所无法量测的小裂缝。
桩：日本NTT公司与北海道土木工程研究学会合作将BOTDR分布式光纤传感技术用于混凝土灌注桩的载荷试验研究。试验结果表面：BOTDR的应变测量结果与电阻应变片的测量结果具有很好的一致性[77]。
梁：Kim, S.H.[78]等应用BOTDR技术监测梁的弯曲变形。将分布式传感光纤布设在一根8m长铝制梁上，对梁进行三点弯荷载实验，结果与布里渊散射光测量原理基本吻合。
隧道：Shiba, K.[79]等应用BOTDR技术监测隧道支护结构的应力和变形。光纤传感器的监测结果与传统传感器相比，在精确度方面能够满足要求，在预测应力分布方面具有一定的优越性。Shi, B.[80]建立了基于BOTDR的隧道监测系统，并对光纤铺设方法、光纤保护、距离分解度、温度和湿度影响、光纤疲劳效应、变形计算和智能监控系统等问题进行了深入研究。
堤坝：Naruse, H.[81]等在室内人工堆砌了一个全尺度的防洪堤，将传感光纤粘贴于铝板上，并将铝板按一定间隔埋设在防洪堤内。河水的渗透会使坡面土体发生移动，带动铝板变形，进而使粘贴于铝板上的光纤产生应变。通过探测不同位置的光纤的应变就可以得到防洪堤的破坏情况。Kihara, M.[82]等在此基础上进行了现场试验，同时为了提高传感器的灵敏度，采用了一种新的光纤铺设方式。试验进行了三个月，据报道，经过温度补偿后，该系统可以进行长期稳定地工作。