1970年，光纖作為光波信息傳輸的媒介被首次發明，并迅速進入高速發展階段。光纖具有低損耗、高速度、抗干擾和低成本等優點。隨著光纖在各行業的應用，光纖傳感技術在橋梁檢測、隧道安全監測等領域的應用已經取得了顯著的成果。通過使用光纖傳感技術，可以實時監測道路、橋梁和隧道的結構質量、實際狀況，從而及時了解其質量和使用性能。這尤其是對于道路監測、橋梁結構的質檢、改擴建等相關土木工程工作都有很大的幫助。

小編通過請教武漢理工大學光纖傳感技術與網絡國家工程研究中心教授 ，武漢理工大學碩士生導師，武理加固檢測（武漢）有限公司創始人符晶華博士，深入地分析了目前光纖傳感器類型及特點，通過回顧國內外土木結構中光纖傳感系統相關應用，對光纖傳感技術應用于土木結構的發展前景進行相關的分析。

一、光纖傳感技術在土木工程檢測中有常見的應用領域：

1.土木工程結構健康監測：光纖傳感技術可以用于監測土木結構的健康狀況，例如道路、橋梁、隧道、建筑物等。通過將光纖傳感器嵌入結構中，可以實時監測結構的應變、溫度、振動等參數，以及檢測結構是否存在裂縫、變形等問題。

 (光纖傳感技術在橋梁檢測的應用)

符教授特別指出，土木工程結構及重大基礎設施設計通常都需要較長的基準期，使用較為惡劣的環境，因此在應用過程中，受疲勞效應、環境荷載及老化的腐蝕材料等因素的不利影響，結構將難免受到積累損傷與衰減抗力，嚴重的還將引發災難性突發事故。為此，需要土木工程結構具有示警或對失事進行感知的智能功能，進而在失事前利用感知系統對結構內部狀態變化進行感知，以便及時作出預警或自動加固結構及修復，以及時修復結構中潛在問題。如同人骨折后，將骨縫對好，斷骨結合將自愈合的功能。

2.地下管道監測：光纖傳感技術可以用于監測地下管道的泄漏、變形等問題。通過將光纖傳感器埋入地下管道中，可以實時監測管道的溫度、壓力、應變等參數，以及檢測管道是否存在泄漏、破裂等問題。

3.地基和土壤監測：光纖傳感技術可以用于監測地基和土壤的變形、穩定性等問題。通過將光纖傳感器埋入地基和土壤中，可以實時監測地基和土壤的應變、溫度、濕度等參數，以及檢測地基和土壤是否存在沉降、滑動等問題。

4.水文監測：光纖傳感技術可以用于監測水文參數，例如水位、流速、水質等。通過將光纖傳感器嵌入水體中，可以實時監測水文參數的變化，以及檢測水體是否存在污染、漏水等問題。

二、光纖傳感技術在土木結構工程中案例

1989 年，在美國州際公路橋上將光纖振動傳感器粘貼路橋結構上用于對橋共振頻率的檢測；

1992年，德國一城市將光纖傳感器埋入橋梁上下表面用于對橋梁應變、裂縫及腐蝕情況的檢測，從而對橋梁安全狀況進行評估；

1994年，德國在柏林市區將光纖干涉應變傳感器粘貼在一橋梁的鋼筋上，用來對鋼筋在車輛通過時發生變形和振動情況的測量；之后，又建成第一座采用預應力碳纖維復合材料和鋼筋結構的橋梁，將光纖布拉格光柵應變傳感器加入碳纖維中，用于對損失碳纖維預應力的檢測。

美國曾將約6.5公里長的光纖埋入水電大壩中，用于對水壩振動、壩面水壓力和流速的檢測。充分利用互聯網資源共享功能，任一國家都充分利用大壩光纖傳感系統數據文件，對水壩安全狀態等開展深入探討，這都可能是未來土木工程結構狀態信息處理的發展趨勢。

下面是小編根據符教授談及光纖傳感技術在實現“智慧道路”方案時整理的相關實施過程的內容：

 

1.光纖傳感布置：在道路中埋設光纖傳感器網絡，可以選擇將光纖傳感器直接埋設在道路下方或者將其嵌入到道路材料中。

2.數據采集和傳輸：光纖傳感器可以實時采集道路的各種參數，例如溫度、濕度、壓力、應變等。采集到的數據通過光纖傳輸到數據中心或者監測中心。

3.數據分析和處理：在數據中心或者監測中心，對采集到的數據進行分析和處理。可以利用數據分析算法和模型，對道路的狀況進行評估和預測，例如預測道路的承載能力、檢測道路的變形和裂縫等。

4.實時監測和告警：通過光纖傳感技術，可以實時監測道路的狀況，并根據設定的閾值進行告警。例如，當道路出現嚴重的變形或者裂縫時，系統可以自動發出告警信號，以便及時采取修復措施。

5.遠程控制和管理：通過與其他智能設備和系統的集成，可以實現對道路的遠程控制和管理。例如，可以根據交通流量和道路狀況，自動調整交通信號燈的配時，優化交通流動性。

綜上所述，通過光纖傳感技術實現“智慧道路”可以提供實時、準確的道路監測數據，幫助交通管理部門和工程師及時發現和解決問題，提高道路的安全性和效率。

 

“智慧道路”監測系統結構框圖

三、土木工程結構中光纖傳感技術的發展前景

總之，光纖傳感技術在土木工程檢測中的應用可以提供實時、準確的監測數據，幫助工程師和監測人員及時發現和解決問題，提高土木工程的安全性和可靠性。隨著光纖傳感技術的不斷發展，其應用范圍和監測能力將進一步提升。未來，光纖傳感技術有望實現更高的精度和更長的監測距離，同時還可以與其他傳感技術相結合，實現多參數、多層次的結構監測。如將光纖傳感元件及形狀記憶合金等驅動元件埋入傳統土木工程結構中，用以測量結構強度、損傷、變形及施工質量，并結合信息處理系統，使土木工程結構實現智能功能，可對結構信息自動采集及分析處理，進而使土木工程結構具有自檢測、自適應、自診斷、自修復等功能。這將為土木工程結構的安全監測提供更加智能可靠和全面的手段。

主要參考資料：盧哲安,符晶華,張全林.光纖傳感器用于土木工程檢測的研究 --關鍵技術及實現途徑[J].武漢理工大學學報.2001,(8).DOI:10.3321/j.issn:1671-4431.2001.08.012.

文章來源：武理加固檢測