| 麻省理工学院、斯坦福大学与哥伦比亚大学的研究团队在《自然·通讯》（Nature Communications）发表论文，证实可将已铺设于公路桥下的商用互联网光纤电缆转化为分布式声学传感器（DAS），用于连续监测桥梁结构振动并识别肉眼不可见的微裂纹与变形。该技术已在美韩两国六座运营中的公路桥完成实地验证。 技术原理：让每米光缆成为传感器 系统基于相位敏感型光时域反射技术（Φ-OTDR）。解调设备向直径仅9微米的高纯度石英单模光纤发射相干激光脉冲，利用玻璃制造过程中固有的微观缺陷产生的瑞利后向散射信号，将每公里通信管线转化为连续传感单元。当桥梁承受车辆荷载、风载或地震波动时，光纤内部玻璃密度微观起伏导致的相对间距变化，会实时调制返回光信号，从而量化动态应变。 与传统加速度计、相机、地震检波器等部署成本高、空间分辨率有限的传感器相比，DAS可提供米级空间分辨率和数量级更高的覆盖范围，边际成本显著更低。研究团队将这一方法称为"Telecom as Sensors"（电信光纤即传感器）。 实测指标：亚毫米级精度 在六座桥梁（前三座位于韩国，包括砥岘2桥、美保江大桥等；后三座位于美国加利福尼亚州）的实测中，研究团队建立了精确的数据采集指标： - 空间测量分辨率（gauge length）：1至2米； - 声学采样率：每通道1000至2000赫兹； - 机械应变灵敏度：4皮应变/√赫兹量级； - 频谱动态范围：可追踪1至10赫兹的结构基频，准静态频段（0.1至1赫兹）可精准隔离重型车队引发的挠度变化。 准静态位移估计达到亚毫米级精度（平均0.1毫米）；模态分析结果与传统测量和数值仿真相比，振型识别一致率平均达87%。研究团队还完成了为期一年的桥梁动态响应连续监测，验证了该方法长期部署的潜力。 研究团队还反演出了跨越整个桥梁上部结构的多模式导波场——由于捕捉米级波长所需的超密集传感器阵列成本高昂，这是以往传感方法无法实现的。 工程校准：应对非专用光缆的耦合缺陷 商用光缆通常松散敷设于高密度聚乙烯管道内、缺乏与结构的直接粘接，会导致相位失真与频率衰减。研究团队制定了四步工程校准流程： 1. 在地面配电柜或机柜对闲置暗纤进行非侵入式接入，避免高空作业与交通中断； 2. 以1550纳米波长持续发射激光脉冲，生成每秒数千次读数的时空数据矩阵； 3. 应用结构感知有限冲激响应（FIR）数字滤波器，依据上部结构轴向应变与垂直位移的微分关系滤除热胀冷缩引起的低频漂移； 4. 临时布设参考加速度计数小时，建立管道对箱梁的实际力学响应映射，锁定后续多年的系统校准曲线。 现代城市道路下方及桥梁悬挂结构中已埋藏或架设大量光纤网络，即使安装逾十年且无专项维护，其光学完整性仍足以持续采集结构响应数据。当算法记录到异常模态变化或基础沉降时，将触发结构工程师的强制介入评估。 由于电信光纤广泛部署并与民用基础设施系统共存，这项研究引入了一种新的传感范式：利用现有光纤网络实现大规模、实时结构监测，而无需专用传感器带来的成本和后勤负担，为老化基础设施管理与韧性提升提供了可扩展的低成本方案。 ▶ 来源：生物通（编译自 Nature Communications）/ Nature Communications ▶ 原文标题：Bridge health monitoring using existing telecommunication fiber-optic networks（利用现有电信光纤网络进行桥梁健康监测） ▶ 原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-76935-0 ▶ 转载时间：2026-09-30 |
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