麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)與哥倫比亞大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在《自然·通訊》期刊發(fā)表論文，證實(shí)可將已鋪設(shè)于公路橋下的商用互聯(lián)網(wǎng)光纖電纜轉(zhuǎn)化為分布式聲學(xué)傳感器（DAS），用于連續(xù)監(jiān)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)并識(shí)別肉眼不可見的微裂紋與變形。該技術(shù)已在美韓兩國六座運(yùn)營中的公路橋完成實(shí)地驗(yàn)證。

系統(tǒng)基于相位敏感型光時(shí)域反射技術(shù)（Φ-OTDR）。 interrogator設(shè)備向直徑僅9微米的高純度石英單模光纖發(fā)射相干激光脈沖，利用玻璃制造過程中固有的微觀缺陷產(chǎn)生的瑞利后向散射信號(hào)，將每公里通信管線轉(zhuǎn)化為連續(xù)傳感單元。實(shí)地測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，該系統(tǒng)空間測(cè)量分辨率設(shè)定為1至2米，聲學(xué)采樣率維持在1000至2000赫茲/通道，機(jī)械應(yīng)變靈敏度達(dá)4皮應(yīng)變/√赫茲量級(jí)。頻譜動(dòng)態(tài)范圍可追蹤1至10赫茲的結(jié)構(gòu)基頻，準(zhǔn)靜態(tài)頻段（0.1至1赫茲）能精準(zhǔn)隔離重型車隊(duì)引發(fā)的撓度變化，精度達(dá)亞毫米級(jí)。

針對(duì)商用光纜通常松散敷設(shè)于高密度聚乙烯（PEAD）管道內(nèi)、缺乏環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠直接粘接導(dǎo)致的相位失真與頻率衰減問題，研究團(tuán)隊(duì)制定了四步工程校準(zhǔn)流程：首先在地面配電柜或變電站對(duì)閑置暗纖進(jìn)行非侵入式接入，避免高空作業(yè)與交通中斷；其次以1550納米波長持續(xù)發(fā)射激光脈沖，生成每秒數(shù)千次讀數(shù)的時(shí)空數(shù)據(jù)矩陣；隨后應(yīng)用結(jié)構(gòu)意識(shí)有限沖激響應(yīng)（FIR）數(shù)字濾波器，依據(jù)上部結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)變與垂直位移的微分關(guān)系濾除熱脹冷縮引起的低頻漂移；Zui后臨時(shí)布設(shè)參考加速度計(jì)數(shù)小時(shí)，建立管道對(duì)箱梁的實(shí)際力學(xué)響應(yīng)映射，鎖定后續(xù)多年的系統(tǒng)校準(zhǔn)曲線。

現(xiàn)代城市道路下方及橋梁懸掛結(jié)構(gòu)中已埋藏或架設(shè)大量光纖網(wǎng)絡(luò)，即使安裝逾十年且無專項(xiàng)維護(hù)，其光學(xué)完整性仍足以持續(xù)采集地震變形波與道路交通超載數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)橋梁檢測(cè)多遵循ABNT NBR 9452規(guī)范進(jìn)行每兩至五年一次的目視檢查，該方法僅在混凝土表面出現(xiàn)裂縫或保護(hù)層剝落時(shí)方可發(fā)現(xiàn)損傷。連續(xù)光纖傳感數(shù)據(jù)需嚴(yán)格區(qū)分環(huán)境溫度波動(dòng)（晝夜溫差通常導(dǎo)致混凝土彈性模量變化及1%至3%的正常頻率浮動(dòng)）與真實(shí)結(jié)構(gòu)損傷。當(dāng)算法記錄到異常模態(tài)變化或基礎(chǔ)沉降時(shí)，將觸發(fā)結(jié)構(gòu)工程師的強(qiáng)制介入評(píng)估。

本文內(nèi)容僅作技術(shù)交流參考。涉及具體橋梁結(jié)構(gòu)項(xiàng)目時(shí)，建議委托具備橋梁與結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)資質(zhì)的專業(yè)工程師進(jìn)行獨(dú)立評(píng)估，尤其在材料疲勞、地基沉降或特種重載工況下。