引言

隨著經(jīng)濟(jì)、科技的快速發(fā)展，各種由人為因素、自然因素導(dǎo)致的建筑工程、地質(zhì)災(zāi)害、電力電纜、石油管道等事故頻頻發(fā)生，不僅對造成了大量經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，也對人民群眾的安全造成了很大影響。社會(huì)對于大型建筑健康狀態(tài)監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警、電力電纜狀態(tài)監(jiān)測、管道監(jiān)測技術(shù)越來越重視，要求越來越高。傳統(tǒng)的點(diǎn)式人工監(jiān)測方式已經(jīng)明顯捉襟見肘，無法滿足監(jiān)測及預(yù)警工作中越來越高的應(yīng)變精度需求以及空間分辨率需求。分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)是一種新型的應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)，不僅彌補(bǔ)了點(diǎn)式人工監(jiān)測方式在應(yīng)變精度和空間分辨率方面的不足，而且在工程應(yīng)用中便于施工并大量減少維護(hù)和施工成本。

近年來，分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)得到快速發(fā)展，并且逐漸從實(shí)驗(yàn)研究走向?qū)嶋H應(yīng)用，目前已成功應(yīng)用于土木工程、安全防護(hù)、軍事、交通等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的點(diǎn)式應(yīng)變傳感器相比，分布式光纖應(yīng)變傳感器具備以下優(yōu)勢：

1）分布式：分布式光纖傳感技術(shù)可以測出光纖沿線上任意一點(diǎn)的應(yīng)變信息，將光纖縱橫交錯(cuò)鋪設(shè)成網(wǎng)狀即可構(gòu)成具備一定規(guī)模的監(jiān)測網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測對象的全方位監(jiān)測，克服傳統(tǒng)點(diǎn)式監(jiān)測漏檢的弊端，提高監(jiān)測成功率；

2）長距離：現(xiàn)代的大型或超大型結(jié)構(gòu)通常為數(shù)千米到數(shù)十千米（如地鐵），要通過傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)實(shí)現(xiàn)全方位的監(jiān)測是相當(dāng)困難的，而分布式光纖應(yīng)變傳感儀器以光纖作為傳感體和傳輸體，通過鋪設(shè)光纖就可以較容易的實(shí)現(xiàn)幾千米到幾十千米的長距離監(jiān)測；

3）耐久性：傳統(tǒng)的應(yīng)變監(jiān)測一般采用應(yīng)變片監(jiān)測技術(shù)，應(yīng)變片易受潮濕失效,不能適應(yīng)一些大型工程長期監(jiān)測的需要。光纖的主要材料是石英玻璃，與金屬傳感器相比具有更大的耐久性，而且光纖本身也具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、耗能少等優(yōu)勢；

4）抗干擾：光纖是非金屬、絕緣材料，避免了電磁、雷電等干擾，況且電磁干擾噪聲的頻率與光頻相比很低，對光波無干擾。此外，光波易于屏蔽，外界光的干擾也很難進(jìn)入光纖。

分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)根據(jù)探測光輸出方式、信號光檢測方法以及探測原理的不同分門別類形成了各種基于分布式光纖傳感的應(yīng)變探測技術(shù)，在應(yīng)變測量精度、測量距離、空間分辨率以及數(shù)據(jù)刷新速度等方面各具優(yōu)勢。近年來，分布式光纖應(yīng)變傳感器已經(jīng)成功的應(yīng)用于橋梁、大壩、隧道、高層建筑等土木工程的健康狀態(tài)監(jiān)測、施工狀態(tài)監(jiān)測；泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防、維護(hù)狀態(tài)監(jiān)測；輸油管道、天然氣管道的形變、泄漏監(jiān)測；電力電纜、電力高塔的覆冰、變形監(jiān)測等應(yīng)用，潛力巨大，因此分布式光纖應(yīng)變傳感器的相應(yīng)技術(shù)以及應(yīng)用越來越受到國內(nèi)外專家學(xué)者的重視。

 1 分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)原理及發(fā)展現(xiàn)狀

分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)主要包括以下幾類：相干光時(shí)域反射（Coherent Optical Time Domain Reflectometry，COTDR）技術(shù)、偏振光時(shí)域反射（Polarization Optical Time Domain Reflectometry，POTDR）技術(shù)、布里淵光頻域分析（Brillouin Optical Fiber Frequency Domain Analysis，BOFDA）技術(shù)、光頻域反射（Optical Fiber Frequency Domain Reflectometry，OFDR）技術(shù)、布里淵光相關(guān)域分析（Brillouin Optical Correlation Domain Analysis，BOCDA）技術(shù)、布里淵光相關(guān)域反射（Brillouin Optical Correlation Domain Reflectometry，BOCDR）技術(shù)、布里淵光時(shí)域分析（Brillouin Optical Time Domain Analysis，BOTDA）技術(shù)、布里淵光時(shí)域反射（Brillouin Optical Time Domain Reflectometry，BOTDR）技術(shù)。

1.1 COTDR技術(shù)

COTDR技術(shù)利用了后向瑞利散射曲線的可再現(xiàn)性和可恢復(fù)性特性?？稍佻F(xiàn)性是指光纖在相同的外界條件（相同的溫度和應(yīng)變）、同一激光頻率下測得的OTDR曲線總是呈現(xiàn)完全相同的波形；可恢復(fù)性是指光纖的溫度或應(yīng)變發(fā)生變化引起的波形變化可通過調(diào)整光的頻率來還原，COTDR技術(shù)正是利用了后向瑞利散射曲線的這種起伏特性，在測量分布式溫度和應(yīng)變方面具有很高的測量分辨率，其系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

2009年，Y. Koyamada與Mutsumi Imahama搭建的COTDR傳感系統(tǒng)可以在8km長的光纖上實(shí)現(xiàn)89με/0.1℃的應(yīng)變/溫度分辨率以及1m的空間分辨率。2010年，Ryosuke Shimano與Yuta Iitsuka等人利用雙向EDFA搭建的COTDR系統(tǒng)在31km長的光纖上實(shí)現(xiàn)了2m的空間分辨率以及178με/0.2℃的應(yīng)變/溫度分辨率。

目前，COTDR雖然應(yīng)變/溫度靈敏度極高，89με/0.1℃對應(yīng)135MHz的頻移，但是若要測量100℃的變化范圍，則需要135GHz的頻移測試范圍，技術(shù)難度太高，精度與應(yīng)變/溫度測試范圍難以兼顧。面對技術(shù)復(fù)雜、溫度應(yīng)變測試范圍小、應(yīng)變分辨率較低等原因，目前尚未發(fā)現(xiàn)有正式產(chǎn)品與工程應(yīng)用出現(xiàn)。但由于COTDR極高的溫度分辨率，隨著COTDR技術(shù)的不斷發(fā)展，其溫度應(yīng)變范圍、空間分辨率、測試距離的不斷提高，相信COTDR也會(huì)出現(xiàn)在市場上并占據(jù)一席之地。

1.2 POTDR技術(shù)

入射光與介質(zhì)中的微觀粒子發(fā)生彈性碰撞時(shí)將引起瑞利散射，且其散射光具有頻率以及在散射點(diǎn)的偏振方向均與入射光相同的特點(diǎn)，因此散射光包含了光纖散射點(diǎn)的偏振信息?；谶@個(gè)物理規(guī)律，1980年，Rogers提出了偏振光時(shí)域反射技術(shù)（POTDR）的思想，其應(yīng)變傳感系統(tǒng)如圖3所示。

自POTDR技術(shù)提出后的30年以來，許多研究人員根據(jù)研究的需要提出了各種POTDR測量方案，國內(nèi)的電子科技大學(xué)與北京交通大學(xué)等單位也在進(jìn)行POTDR的相關(guān)研究。由于磁場、電場、壓力、振動(dòng)、加速度和溫度等物理量都能對在光纖中傳播的光的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制，很難從測量結(jié)果中準(zhǔn)確地分離出是那種調(diào)制效應(yīng)導(dǎo)致的偏振態(tài)變化；同時(shí)POTDR系統(tǒng)的偏振態(tài)對外界環(huán)境非常敏感，很難保持傳輸光纖中偏振態(tài)穩(wěn)定性等原因，對POTDR應(yīng)用的實(shí)施和推廣還存在著很多技術(shù)難點(diǎn)，目前尚未見到有實(shí)際產(chǎn)品與工程應(yīng)用的報(bào)道。

1.3 BOFDA技術(shù)

BOFDA是由德國Garus等人基于OFDR技術(shù)提出來的，BOFDA通過兩個(gè)激光器的頻率差和探測光的幅度調(diào)制頻率來確定溫度和應(yīng)變的大小，通過分析光纖布里淵散射光響應(yīng)函數(shù)的頻譜得到應(yīng)變和溫度變化的空間位置，其基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。該方案采用網(wǎng)絡(luò)分析儀接收探測器輸出信號，再進(jìn)行反傅里葉變換得到系統(tǒng)脈沖響應(yīng)函數(shù)。

Garus等人設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以在1km的光纖上獲得3m的空間分辨率。BOFDA最大的優(yōu)點(diǎn)在于信噪比較高，而且不需要高速的采樣和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，可以降低系統(tǒng)成本，其低噪聲特性使得它非常合適于短程傳感。

德國的薩克森紡織研究所使用該技術(shù)在堤壩監(jiān)測方面做了一些探索性的研究。意大利Bernini R等也在理論方面取得了一些突破，他們在Garus等人的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上利用諧波重建算法對Garus方案中的BOFDA系統(tǒng)進(jìn)行了比較實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，證實(shí)BOFDA系統(tǒng)可以獲得小于1 m的空間分辨率。2009年，Aldo Minardo與Romeo Bernini等人搭建了BOFDA單端測試系統(tǒng)，在5km的光纖上取得了1m的空間分辨率。2011年，Romeo Bernini與Aldo Minardo等人搭建的BOFDA系統(tǒng)得到了29mm的空間分辨率，驗(yàn)證了BOFDA技術(shù)高空間分辨率的可行性。雖然BOFDA技術(shù)與剛提出時(shí)的性能有了很大的改進(jìn)，但是現(xiàn)在還沒有見到基于BOFDA的實(shí)際產(chǎn)品與工程應(yīng)用出現(xiàn)，對于BOFDA的研究與開發(fā)還需更加深入。

1.4 OFDR技術(shù)

光頻域反射計(jì)（OFDR）結(jié)構(gòu)包括線性掃頻光源、邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)、光電探測器和頻譜儀（或信號處理單元）等，基于光外差探測，其原理可用圖4進(jìn)行表示，。2006年，Brian J. Soller與Steven T. Kreger等人利用OFDR系統(tǒng)在70m長的光纖上實(shí)現(xiàn)了2mm的空間分辨率以及±1/0.1℃的應(yīng)變/溫度分辨率；D.K.Gifford與M.E.Froggatt等人搭建的OFDR系統(tǒng)在800米的光纖上取得了9cm的空間分辨率；Jia Song與Wenhai Li等人在2014年搭建的OFDR實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在300m光纖上實(shí)現(xiàn)了7cm的空間分辨率以及2.3/0.7℃的應(yīng)變/溫度分辨率。目前，OFDR的主要生產(chǎn)商是美國LUNA公司，但是OFDR昂貴的價(jià)格以及測試距離的限制等原因，導(dǎo)致其主要應(yīng)用領(lǐng)域被限制在精密加工、實(shí)驗(yàn)室研究等領(lǐng)域，還無法大規(guī)模進(jìn)行工程應(yīng)用。

1.5 BOCDA技術(shù)

布里淵光相關(guān)域分析技術(shù)（BOCDA）基于時(shí)頻混合的連續(xù)光整合技術(shù)，將連續(xù)的探測光與泵浦光進(jìn)行頻率調(diào)制，利用探測光與泵浦光相互作用得到測試結(jié)果。

布里淵光相關(guān)域分析技術(shù)的工作原理如圖5所示，在激光器中加入周期性正弦的頻率調(diào)制，并將其一分為二，分別作為探測光和泵浦光。當(dāng)探測光和泵浦光在傳感光纖中相遇時(shí)，泵浦光和探測光在特定的區(qū)域中產(chǎn)生相關(guān)（correlation），從而只在相關(guān)峰（correlation peak）處產(chǎn)生布里淵效應(yīng)。改變激光器的頻率調(diào)制的周期，就可以改變相關(guān)峰的位置，使其在傳感光纖中掃描，從而實(shí)現(xiàn)分布式的布里淵傳感?？臻g分辨率由激光器光頻率調(diào)制的周期（或頻率）和調(diào)制深度決定。

近年來，BOCDA的相關(guān)研究取得了許多新的研究成果，如今BOCDA已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)2cm~30cm的空間分辨率，且采樣頻率也可達(dá)到1kHz，測試量程最高可達(dá)1km。但是由于BOCDA作用距離較短、系統(tǒng)復(fù)雜等原因，目前尚未發(fā)現(xiàn)BOCDA的產(chǎn)品及其實(shí)際工程應(yīng)用。

1.6 BOCDR技術(shù)

布里淵光相關(guān)域反射技術(shù)（BOCDR）基于自發(fā)布里淵散射信號，將探測光進(jìn)行頻率調(diào)制，利用泵浦光與參考光的相互作用得到測試結(jié)果，其系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示。

BOCDR擁有高速測試、高分辨率以及連續(xù)分布式等特點(diǎn)，可以測量光纖的應(yīng)變分布、溫度分布以及振動(dòng)分布，目前，BOCDR技術(shù)在5m長的光纖上可以得到50Hz的測試速度以及13mm的空間分辨率，在1km長的光纖上可以取得66cm的空間分辨率。由于BOCDR的空間分辨率與最大測試距離存在平衡關(guān)系，明顯的限制了BOCDR的應(yīng)用及發(fā)展，至今為止并未見到實(shí)際尚未見到有實(shí)際產(chǎn)品與工程應(yīng)用的報(bào)道。

1.7 BOTDA技術(shù)

BOTDA利用光纖中的受激布里淵散射信號測量光纖的應(yīng)變分布或溫度分布，其基本系統(tǒng)如圖7所示，首先需要將連續(xù)光和脈沖光分別射入光纖的兩端，當(dāng)連續(xù)光和脈沖光的頻率差與光纖中某處的布里淵頻移相等時(shí)，該位置會(huì)產(chǎn)生受激布里淵放大效應(yīng)，兩束光之間發(fā)生能量轉(zhuǎn)移。

當(dāng)前，對于BOTDA的研究主要集中于在保證其溫度/應(yīng)變測量精度的前提下，改進(jìn)傳感距離、空間分辨率和測試速度。已提出的改進(jìn)技術(shù)包括脈沖編碼、分布式拉曼放大、差分脈沖對BOTDA、脈沖預(yù)泵浦BOTDA、暗脈沖BOTDA、相移脈沖BOTDA、斜率輔助BOTDA等技術(shù)。

在傳感距離方面，BOTDA已經(jīng)可以在超過120km的光纖上實(shí)現(xiàn)了1m的空間分辨率，最長測試距離也已達(dá)到150km以上；在空間分辨率提升方面，BOTDA技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)最高1cm的空間分辨率；BOTDA最高可以實(shí)現(xiàn)100Hz振動(dòng)的測量；

目前，BOTDA產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入商品化以及實(shí)用化階段，日本的Neubrex公司、瑞士Ominisens公司、加拿大OZ公司都已向市場推出成熟產(chǎn)品，產(chǎn)品也已經(jīng)被用于各種分布式工程實(shí)用化研究以及實(shí)驗(yàn)。

1.8 BOTDR技術(shù)

BOTDR利用自發(fā)布里淵散射光信號探測技術(shù)，可以在光纖的一端來測量光纖中軸向應(yīng)力的分布情況。其測量原理如圖8所示，光脈沖注入光纖系統(tǒng)的一端，光纖中的后向散射光作為時(shí)間的函數(shù)，同時(shí)帶有光纖沿線應(yīng)變分布的信息。自發(fā)布里淵散射信號的布里淵頻移量與光纖應(yīng)變和溫度的變化量呈良好的線性關(guān)系。因此通過側(cè)量布里淵散射頻移量即可得到光纖中的應(yīng)變與溫度分布。

當(dāng)前，對于BOTDR的研究主要集中在傳感距離和空間分辨率兩個(gè)指標(biāo)的改進(jìn)上，已提出的傳感距離延伸技術(shù)主要有受激布里淵閾值抑制技術(shù)、脈沖編碼技術(shù)，在提高空間分辨率方面，也有人提出了雙脈沖BOTDR技術(shù)，Yahei Koyamada與Yoshiyuki Sakairi等人利用雙脈沖技術(shù)搭建的DP-BOTDR系統(tǒng)將BOTDR的最高空間分辨率提升到了20cm。

自2001年起，BOTDR技術(shù)就已成功商品化并投入工程應(yīng)用，由于單端測量、易于施工與工程化等優(yōu)勢，許多專家學(xué)者都對BOTDR的工程應(yīng)用研究投入了大量精力，在國內(nèi)外已經(jīng)擁有大量的工程應(yīng)用案例并總結(jié)了各種類型各種要求下的施工方案。目前國際上BOTDR的主要廠商以中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所、日本橫河為主。

2 分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)的工程應(yīng)用研究現(xiàn)狀

2.1 在光纖光纜生產(chǎn)、測試領(lǐng)域的應(yīng)用

分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)可以測量光纖本身的應(yīng)變分布，因此，分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)在光纖光纜生產(chǎn)、測試中有著重要的應(yīng)用，在光纜生產(chǎn)過程中,準(zhǔn)確掌握光纖在光纜中的應(yīng)變分布規(guī)律，對于保證光纜使用的可靠性和延長光纜使用壽命十分重要，傳統(tǒng)做法是用拉伸試驗(yàn)方法測試光纜中光纖的拉伸應(yīng)變，以考察光纖在光纜中的應(yīng)變狀態(tài),而這一狀態(tài)是多個(gè)光纜生產(chǎn)工序過程綜合的結(jié)果，使用拉伸試驗(yàn)法得到的是光纖的平均應(yīng)變狀態(tài)，無法區(qū)分每一工序過程各自對于光纖應(yīng)變的影響，使用分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)即可定量分析光纜生產(chǎn)中每一工序過程對于光纖應(yīng)變分別帶來的影響，這對于光纜生產(chǎn)工藝的改進(jìn)將起到明確的指導(dǎo)作用，程淑玲與劉義霞等人利用BOTDR技術(shù)進(jìn)行了這方面的相關(guān)實(shí)驗(yàn)及研究,研制了使用BOTDR量化分析每一道生產(chǎn)工序?qū)饫w應(yīng)變帶來的影響的可行性，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)局部拉伸試驗(yàn)法的不足。

分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)也可以用于測試光纖環(huán)自身應(yīng)力對光纖陀螺的影響，在光纖陀螺的研制過程中，分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)就被用于測量不同溫度下、不同種類支架下、不同纏繞方式下光纖陀螺中光纖環(huán)的應(yīng)力分布，通過應(yīng)力分布數(shù)據(jù)，可以直接得到光纖環(huán)的纏繞張力均勻性等參數(shù)，了解不同的纏繞方法、不同的支架在不同溫度環(huán)境下對光纖環(huán)應(yīng)力分布的影響，為進(jìn)一步改進(jìn)纏繞工藝提供了直接而有效的依據(jù)。

2.2 在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用

與傳統(tǒng)點(diǎn)式應(yīng)變傳感器相比，分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)具備的分布式、長距離、抗腐蝕、抗干擾等特點(diǎn)更適合于大型土木工程的健康狀態(tài)監(jiān)測，因此，如何更有效的在大型土木工程中發(fā)揮分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)的分布式、長距離等優(yōu)勢，也是國內(nèi)外專家學(xué)者一直專注的熱點(diǎn)，許多專家學(xué)者都在這一領(lǐng)域投入了大量的精力對其進(jìn)行了相關(guān)研究。

2003、2004年，張丹與施斌等人利用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與工程應(yīng)用實(shí)例論證了BOTDR對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分布式應(yīng)變監(jiān)測可可行性。

2005年，高俊啟用BOTDR對各級荷載作用下構(gòu)件混凝土和鋼筋的應(yīng)變分布進(jìn)行了在線監(jiān)測。戴加?xùn)|將BOTDR技術(shù)引入基坑監(jiān)測系統(tǒng)中，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這種方案的可行性。張國炳、黃志懷等人采用BOTDR技術(shù)檢測GFRP錨桿的變形特征。施斌等人將BOTDR應(yīng)用在南京市鼓樓隧道健康診斷中。

2006年，劉杰等人結(jié)合南京市某深基坑進(jìn)行的現(xiàn)場試驗(yàn)，探討了BOTDR應(yīng)用于基坑深部土體水平位移監(jiān)測的具體施工工藝。余小奎利用BOTDR進(jìn)行了PHC管樁和鉆孔灌注樁試樁中樁身軸力分布、側(cè)摩阻力分布及樁端阻力等測試。

2007、2008年，金益桓等人利用BOTDA進(jìn)行了鋼筋銹蝕混凝土梁的荷載實(shí)驗(yàn)。施斌等人利用BOTDR進(jìn)行了基坑、錨桿、灌注樁等工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)變分布監(jiān)測。

2009年，周智等人利用BOTDA實(shí)現(xiàn)鋼絞線應(yīng)力全尺度監(jiān)測。郭彤等人利用BOTDA進(jìn)行了鋼筋錨固性能實(shí)驗(yàn)和混凝土梁受彎加載實(shí)驗(yàn)。軒元等人利用BOTDA技術(shù)監(jiān)測鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)變。廖軍等人在上海世博園浦西綜藝大廳改建工程中利用BOTDA實(shí)現(xiàn)施工全過程監(jiān)測。施斌等人進(jìn)行了灌注樁與預(yù)制樁的應(yīng)變、溫度分布測試。

2010年，甘宇寬等人利用BOTDR技術(shù)對混凝土中鋼筋銹蝕引起的混凝土膨脹進(jìn)行了監(jiān)測。何勇等人提出了一種將分布式應(yīng)變傳感光纖技術(shù)用于鋼筋混凝土中鋼筋應(yīng)力監(jiān)測的方法。劉靜等人證明了BOTDA對裂縫的開展有很好的感知性能。沈圣等人提出一種基于BOTDA的結(jié)構(gòu)變形分布監(jiān)測方法。周智等人研制了支持BOTDR/BOTDA的復(fù)合智能筋，并驗(yàn)證了該系統(tǒng)的有效性。陳麗蓉依托上海虹橋交通樞紐工程，使用BOTDR測試了灌注樁的樁身應(yīng)力。賈喜鴿等人利用BOTDA技術(shù)搭建了打浦路隧道健康監(jiān)測系統(tǒng)。

2011年，張大偉利用BOTDR對高層建筑深基坑中的測斜管進(jìn)行了土體位移測試實(shí)驗(yàn)。楊莉等人利用BOTDR進(jìn)行了混凝土裂縫監(jiān)測實(shí)驗(yàn)。毛江鴻等人提出了一種新型埋入式長距離光纖傳感器，并利用BOTDA進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。路杰等人利用BOTDA對橋面預(yù)應(yīng)力箱形梁進(jìn)行了監(jiān)測。陳炳云等人列舉了嵩待高速公路隧道中BOTDR傳感器的鋪設(shè)方法。曹建梅、Wang Shuai等人對設(shè)計(jì)了一套基于BOTDR的隧道形變監(jiān)測系統(tǒng)。邱海濤等人在西南某隧道搭建了基于BOTDR的隧道監(jiān)測系統(tǒng)。

2012年后，何勇與姜帥等人提出了BOTDA結(jié)合斜交光纖組的裂縫監(jiān)測方法。周柏兵等人以BOTDR技術(shù)為基礎(chǔ)，搭建了基坑型鋼變形監(jiān)測系統(tǒng)。王飛等人針對盾構(gòu)隧道橫斷面變形特點(diǎn)，提出了一種基于分布式傳感技術(shù)的點(diǎn)式固定方法。

目前，國內(nèi)已經(jīng)有很多關(guān)于將分布式光纖應(yīng)變傳感器用于土木工程應(yīng)用的相關(guān)研究，包括不同用途下傳感光纜的鋪設(shè)方法、應(yīng)變數(shù)據(jù)的后期處理方法等問題也有了多種解決方案，分布式光纖應(yīng)變傳感器在土木工程領(lǐng)域中很多方向的應(yīng)用也得到了驗(yàn)證，但是作為一種誕生不久的新型傳感器，分布式光纖應(yīng)變傳感器要想在土木領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用，還需要更多的努力。

2.3 在電力領(lǐng)域的應(yīng)用

電力行業(yè)作為社會(huì)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是國家發(fā)展的命脈產(chǎn)業(yè)之一。電網(wǎng)建設(shè)與國家能源資源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)布局、經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃和相關(guān)政策密切相關(guān)，同時(shí)也與本國的能源資源條件、能源資源輸入可能性以及國家能源戰(zhàn)略安全等密切相關(guān)，“智能電網(wǎng)”是當(dāng)今世界電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新動(dòng)向，并被認(rèn)為是21世紀(jì)世界電力系統(tǒng)的重大科技創(chuàng)新和發(fā)展趨勢。智能電網(wǎng)就是電網(wǎng)的智能化，它是建立在集成、高速、雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，將先進(jìn)的傳感和測量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備和控制方法等有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)，并優(yōu)化電網(wǎng)的運(yùn)行和管理。由于電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分布面廣，網(wǎng)絡(luò)上存在著各種各樣的隱患，對系統(tǒng)內(nèi)各種線路、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分布式監(jiān)測顯得尤為重要。如何實(shí)時(shí)監(jiān)測這些故障隱患，直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的生產(chǎn)安全與運(yùn)行穩(wěn)定。因此，國內(nèi)外許多專家學(xué)者探索用分布光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)與電網(wǎng)相融合建立智能電網(wǎng)，對電網(wǎng)中電纜的應(yīng)變狀態(tài)以及溫度狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制。

2009年，楊黎鵬針對海底電力電纜出現(xiàn)的故障，提出了采用BOTDR技術(shù)檢測電力電纜內(nèi)部溫度及所受外力的方法。李成林等人也提出了利用BOTDR傳感系統(tǒng)通過監(jiān)測電纜沿線應(yīng)力大小測量覆冰重量的輸電線路覆冰監(jiān)測方案。蔣奇與徐于超等人提出基于布里淵散射原理的分布式光纖傳感技術(shù)監(jiān)測電纜所受外力變化和監(jiān)測電纜內(nèi)部溫度變化的方案和方法。

2010~2013年，趙宏波與丁健等人提出了使用BOTDR測量多條光纜路由的方法。胡文侃等人設(shè)計(jì)了基于BOTDA技術(shù)的海底電纜監(jiān)測系統(tǒng)。滕玲等人采用BOTDA監(jiān)測技術(shù)對光纜中光纖的應(yīng)變進(jìn)行了監(jiān)測實(shí)驗(yàn)。吳飛龍與徐杰等人搭建了基于BOTDR技術(shù)的海纜本體狀態(tài)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測系統(tǒng)。

目前，利用分布式光纖應(yīng)變傳感器對電纜進(jìn)行監(jiān)測的研究還在逐漸深入當(dāng)中，隨著研究的不斷深入，分布式光纖應(yīng)變傳感器將在智能電網(wǎng)中發(fā)揮越來越大的作用，既可實(shí)現(xiàn)電纜纜的智能化監(jiān)測，也可以挖掘光纖利用率，便于調(diào)度與運(yùn)行人員實(shí)時(shí)掌握其運(yùn)行情況，為電纜的調(diào)控、維護(hù)、保障提供科學(xué)的依據(jù)，提高電纜的可靠性。

2.4 在石油領(lǐng)域的應(yīng)用

長距離、分布式、本質(zhì)安全的優(yōu)點(diǎn)令分布式光纖應(yīng)變傳感器在石油領(lǐng)域中也有著很大的應(yīng)用潛力，國外很多學(xué)者也對分布式光纖應(yīng)變傳感器在石油領(lǐng)域的研究投入了很多的精力，國內(nèi)一些專家也開始進(jìn)行在該領(lǐng)域的應(yīng)用研究，但總體來說，分布式光纖應(yīng)變傳感器在石油領(lǐng)域的應(yīng)用研究尚處于起步階段，雖然已經(jīng)有一些工程應(yīng)用研究出現(xiàn)，但距離大規(guī)模推廣還存在一定距離。

2009年，魏源利用BOTDR技術(shù)搭建了套管應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)。

2010年，殷鳳磊結(jié)合大慶油田非油層段和油層段的套管損壞形式，搭建了一套基于BOTDR技術(shù)的光纖傳感套損監(jiān)測系統(tǒng)。周智等人針對輸油管道在凍脹融沉作用下易發(fā)生大變形的情況，提出采用BOTDA對輸油管道進(jìn)行長期監(jiān)測的方案。

2011年，李德橋等人應(yīng)用溫度補(bǔ)償?shù)?/span>BOTDA傳感技術(shù)對管道變形開展實(shí)驗(yàn)研究。

2012年，賈振安與王虎等人，提出了一種基于BOTDA技術(shù)的油氣管道應(yīng)力監(jiān)測方法。林發(fā)枝等人基于BOTDR技術(shù)開發(fā)了油水井套管外光纖傳感技術(shù)。賈振安等人設(shè)計(jì)了一應(yīng)變傳感光纜，利用BOTDA技術(shù)檢測漏油位置。

2.5在地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域的應(yīng)用

我國是世界上地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重、受威脅人口最多的國家之一，地質(zhì)條件復(fù)雜，構(gòu)造活動(dòng)頻繁，崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降、地裂縫等災(zāi)害隱患多、分布廣，且隱蔽性、突發(fā)性和破壞性強(qiáng)，防范難度大。與傳統(tǒng)點(diǎn)式傳感技術(shù)相比，分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)具備的長距離、分布式等優(yōu)點(diǎn)更適合用于長距離、大面積的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測，而且還可以更好的克服點(diǎn)式傳感器常出現(xiàn)的漏檢和盲區(qū)問題，如何更好的將分布式光纖應(yīng)變傳感器用于地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警，減少地質(zhì)災(zāi)害造成的人民財(cái)產(chǎn)損失，已經(jīng)成為許多專家學(xué)者非常重視的課題，尤其是分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)在邊坡預(yù)警監(jiān)測中的工程應(yīng)用研究，倍受學(xué)者們的青睞。

2005年，丁勇等人就提出一種利用BOTDR推算邊坡的表面變形的方案。2008年，李煥強(qiáng)等人利用BOTDR與光纖光柵技術(shù)建立了邊坡實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。隋海波等人搭建了基?/span>BOTDR的邊坡分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)。史彥新在巫山殘聯(lián)滑坡上鋪設(shè)監(jiān)測光纖，并利用BOTDR獲得整個(gè)滑坡體的應(yīng)變信息。

2009以后，宋震等人驗(yàn)證了基于BOTDR的錨桿應(yīng)變分布監(jiān)測的可行性。王寶軍等人將光纖傳感器布設(shè)在用于加固邊坡的土工織物中，并利用BOTDR進(jìn)行了室內(nèi)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)。朱鴻鵠等人基于BOTDA及其它技術(shù)建立了邊坡監(jiān)測系統(tǒng)。王寶軍等人利用室內(nèi)小比例尺模型試驗(yàn)，驗(yàn)證了BOTDR應(yīng)用于土質(zhì)邊坡變形監(jiān)測的可行性。劉永莉通過對浙江省諸永高速公路紅巖村I號滑坡抗滑樁BOTDR監(jiān)測結(jié)果，證明了通過BOTDR技術(shù)監(jiān)測抗滑樁的深部變形是可行的。

2.6 在水利領(lǐng)域的應(yīng)用

分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)可用于大壩、河堤、海堤等大型水利工程的健康狀態(tài)監(jiān)測，水利工程利國利民，其重要性不言而喻，但同時(shí)也蘊(yùn)含著潛在的成災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，例如垮壩洪水不僅破壞水庫、水電工程本身，還會(huì)對下游千百萬人民生命和財(cái)產(chǎn)造成慘重災(zāi)難。歷史上垮壩的教訓(xùn)很多，美國Teton土石壩、我國板橋水庫潰決，都是著名的實(shí)例。其主要原因之一就是未設(shè)觀測系統(tǒng)，或觀測系統(tǒng)不完備，無法及時(shí)得到本來可防止這場災(zāi)難的信息。傳統(tǒng)的常規(guī)儀器由于點(diǎn)式測量的原因，難免會(huì)出現(xiàn)漏報(bào)以及盲區(qū)等情況，而分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)具有長距離、分布式的特點(diǎn)，可以很好的克服點(diǎn)式傳感器的缺陷，因此也受到相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者的關(guān)注。

2009年，ZHU Ping-yu等人提出了采用BOTDA技術(shù)的堤壩形變監(jiān)測系統(tǒng)。葛捷利用BOTDR技術(shù)對上海臨港新城海堤兩個(gè)斷面進(jìn)行了長期監(jiān)測，驗(yàn)證了方案的可行性。2010年，曾紅艷針對黃河丁壩的特性，研制、開發(fā)了基于BOTDA技術(shù)的丁壩形變監(jiān)測系統(tǒng)。張清明與周楊等人采用BOTDA系統(tǒng)開展了堤壩形變監(jiān)測試驗(yàn)研究。

3 結(jié)束語

分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)是近年來最受人關(guān)注的傳感技術(shù)之一，該技術(shù)不僅可以為大型建筑健康狀態(tài)監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警、電力電纜狀態(tài)監(jiān)測以及管道監(jiān)測技術(shù)等提供了高性能且便于施工和維護(hù)的現(xiàn)代化解決方案，而且BOTDR和BOTDA產(chǎn)品都已經(jīng)在各種工程應(yīng)用中取得了良好的效果，證明了分布式光纖應(yīng)變傳感儀器的在優(yōu)勢與可行性。

同時(shí)，分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)種類很多，例如可以用于單端長距離探測的BOTDR和雙端長距離探測的BOTDA技術(shù)；適用于單端短距離精細(xì)測量的OFDR、BOCDR、COTDR技術(shù)，雙端短距離快速測試的BOCDA技術(shù)，雙端短距離精確測量的BOFDA技術(shù)等以及對偏振敏感的POTDR技術(shù)等，可以適應(yīng)不同工程不用應(yīng)用的需要，相信隨著分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)工程應(yīng)用研究的不斷進(jìn)步、光學(xué)技術(shù)、光學(xué)元件的發(fā)展，分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)也會(huì)不斷的發(fā)展，并在未來的工程、生活中發(fā)揮更大的作用。