一种新的高性能长寿命光纤传感技术及其结构健康监测理论和系统
基于光纤传感技术的结构监测与健康评估
基于光纤传感技术的结构监测与健康评估光纤传感技术（Fiber-optic Sensing Technology）是一种基于光纤传输原理的先进监测技术，其通过光纤布设在结构体内，利用光信号的传输特性实时监测结构的变形、应力、温度等物理量，并实现对结构体的健康评估。
本文将从基本原理、应用领域、技术发展和前景等方面进行探讨。
第一章基本原理光纤传感技术基于光纤的传输特性和光-物理量的相互作用实现结构监测和健康评估。
在光纤传感系统中，光源发出的光经过光纤传输到监测点，根据被监测物理量的变化，光信号会发生不同程度和方式的改变。
通过对光信号的解析和处理，可获得结构体在时间和空间上的变化情况，从而实现结构的监测和健康评估。
第二章应用领域光纤传感技术在结构监测和健康评估领域具有广泛的应用。
首先，它被广泛应用于土木工程领域，如桥梁、隧道、建筑物等结构的监测与评估。
其次，光纤传感技术在能源行业也得到了广泛应用，如电力设备、风电场、油气管道等的结构健康评估。
此外，光纤传感技术还可以应用于交通运输行业的道路、铁路等的监测与维护。
第三章技术发展随着科技的不断进步，光纤传感技术在近年来取得了显著的发展。
首先，传感光纤的制备技术不断改进，传感器的灵敏度和可靠性得到了显著提高。
其次，光纤传感器的封装和连接技术不断创新，提高了系统的耐久性和稳定性。
同时，光学信号处理技术和数据分析算法的不断完善，为光纤传感技术的应用提供了更全面和准确的数据支持。
第四章前景与挑战光纤传感技术在结构监测和健康评估领域具有巨大的前景，但也面临一些挑战。
首先，光纤传感器的成本仍然较高，需要进一步降低成本，以满足广泛应用的需求。
其次，光纤传感技术在复杂环境下的应用仍存在一定的技术难点，如高温、高压、湿度等环境对传感器性能的影响。
最后，光纤传感技术在大规模结构监测和数据处理方面还需要进一步完善。
结语光纤传感技术作为一种基于光纤传输原理的先进监测技术，可实现对结构体的实时监测和健康评估。
2020年度机械结构力学及控制国家重点实验室开放课题申请
2020年度机械结构力学及控制国家重点实验室开放课题申请指南（优先资助研究领域）机械结构力学及控制国家重点实验室的使命是以先进飞行器为主要研究载体，以结构动力学与控制、结构强度、结构智能化等方面的技术科学问题研究为核心，发展力学、航空宇航科学与技术、机械工程等领域的新理论、新方法、新技术和新应用，推动学科发展，服务国家航空航天等战略需求。
重点实验室开放课题面向境内外高等院校、科研院所和重要企业，用于支持上述单位中从事机械结构力学及控制研究的科研人员，在开放基金课题指南范围内选择研究主题，合作开展创新性的基础与应用基础研究。
重点实验室开放课题分为重点课题、面上课题、青年课题三类，执行时间一般为2年。
开放课题资助工作遵循公开、公平、公正的原则，实行依靠专家、择优资助、鼓励创新、支持重点的方针。
申请和审批程序为自由申请、专家评审、学术委员会审批、重点实验室主任组织实施。
针对重点实验室结构动力学与控制、机械结构强度、振动利用与精密驱动、微纳系统力学、智能材料与结构等五个研究方向，2019年度开放课题申请指南具体内容如下：1.结构动力学与控制方向1.1 飞行器结构动力学研究先进飞行器结构和系统的动力学建模、分析、计算、实验等方法，以满足复杂动力学环境下的可靠性设计与控制的要求。
1.2 非线性动力学与控制发展先进机械结构和系统中非线性动力学建模、分析、计算、实验等方法，揭示非线性动力学现象，为航空、航天、机械产品适应动力学与控制的苛刻要求提供重要指导和科学依据。
1.3 振动控制与运动稳定性研究先进结构和系统的振动控制及运动稳定性问题，发展基于现代智能技术的结构系统振动和运动控制，以及非线性振动抑制的理论和方法。
1.4 随机动力学发展航空航天领域中随机系统动力学行为、分岔、混沌及混沌控制与同步的研究，开展随机时滞系统、复动力系统、逼近方法、数值等方法的研究。
2.机械结构强度方向2.1先进材料（轻质结构材料，智能材料，复合材料等）的力学行为及其强度理论研究研究先进材料的力学特性、破坏行为、宏-细-微观本构关系、失效模式与强度理论、损伤演变与破坏准则等，探索先进材料失效机理，发展多尺度失效理论、建立强度失效准则。
基于光纤传感器的桥梁结构健康监测研究
基于光纤传感器的桥梁结构健康监测研究桥梁作为现代交通运输的基础设施之一，其安全和稳定性对于社会经济的发展具有重要意义。
然而，长期以来，由于桥梁受到环境和使用的影响，其结构健康状况容易产生变化，长期使用容易造成疲劳、老化和损伤等问题，从而对桥梁的安全和使用寿命产生潜在威胁。
为了及时发现和解决这些问题，研究人员开始着手开发各种桥梁结构健康监测技术。
光纤传感技术作为近年来发展迅猛的一种技术手段，被广泛应用于桥梁结构健康监测领域。
光纤传感器具有体积小、重量轻、不易受外界干扰、高灵敏度、快速响应等优点，可用于实时监测桥梁结构的变形、振动、温度、湿度等参数，检测桥梁结构的健康状况。
光纤传感器在桥梁结构健康监测中主要分为两类：点式光纤传感器和连续式光纤传感器。
点式光纤传感器通过铺设在桥梁结构上的传感光纤，实现对单个点进行监测。
这种传感器具有响应速度快、测量精度高等特点，适用于测量桥梁结构的振动和变形等参数。
研究人员可以通过点式光纤传感器获取到桥梁在使用过程中的某一时刻的结构变化情况，从而及时发现和解决存在的问题。
连续式光纤传感器则通过在整个桥梁结构中布置光纤，实现对整个结构进行连续监测。
这种传感器可用于测量桥梁结构的应力、温度、湿度等参数，能够提供整体结构的健康状态信息。
连续式光纤传感器的安装简单，可以实现对桥梁结构的实时监测，并根据监测数据进行预测分析。
在基于光纤传感器的桥梁结构健康监测研究中，数据采集和分析是关键环节。
通过光纤传感器采集到的大量数据需要经过处理和分析，才能得出结构的健康状况以及潜在问题。
研究人员借助于物联网、大数据和人工智能等技术手段，对采集到的数据进行整理、分析和建模，提供可靠的健康评估和预测。
除了数据采集和分析外，桥梁结构健康监测研究还涉及到传感器的布设和光纤传感器的性能提升等问题。
研究人员需要合理布置传感器，确保监测数据的全面性和准确性。
同时，光纤传感器的性能也需要不断提升，以满足对桥梁结构健康监测的高要求。
李炜 向光而行
李炜向光而行作者：王碧清来源：《中华儿女》2024年第01期2023年11月15日，全球专业信息与分析服务机构科睿唯安发布2023年度全球“高被引科学家”名单。
全国青联委员、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（简称“长春光机所”）研究员李炜以其所研究领域的贡献与产生的学术影响力入选其列。
在更早些的2022年，他已入选《麻省理工科技评论》亚太地区“35岁以下科技创新35人”名单。
自2011年起，李炜赴美留学，开始光学领域的探索与研究。
2020年底，他回到祖国，建立实验团队，深耕光子学与热科学交叉领域，不断带领团队在光子学特性调控、规模化制备及应用、热力学理论等领域取得创新突破。
同时，他还担负起建设吉林省国际科技合作重点实验室——微纳光子学与材料国际实验室的重任，推动实验室向更高学术水平发展。
2023年11月18日上午，“中国青年科技工作者日”全国活动月·吉林站暨中国青年科学家助力吉林创新发展论坛在长春光机所召开。
李炜作为青年科技工作者代表进行了主旨演讲。
采访时，李炜表示：“很有幸，作为青联委员参与其中。
我们国家要实现高水平科技自立自强，基础研究高质量发展是必由之路。
正是通过这样一系列活动，可以激发更多青年投身科学研究领域，这对我们国家长期的科技创新发展非常重要。
当下国家非常重视基础科研的发展，虽然我还没有达到前辈科学家们的高度，但也是深受老一辈科学家的激励和影响，投入到科研事业。
大家通过多方面、多维度的分享，让青年对科研产生兴趣，让青年科技工作者能够立志在科研这条道路上走得更远，很有意义。
”1989年，李炜出生于西安，后就读于西安高新第一中学。
入读重点高中重点班、曾获得多项数理化竞赛荣誉的他否认了“别人家孩子”的说法，坦言“身边的同学都很优秀”。
在中学阶段，李炜尚未设想将来从事何种行业，甚至对科研也没有明确的感知。
不过，那时的他的确对自然科学更有兴趣，他总能从科普读物中感受新奇与快乐。
光纤传感技术在土木工程结构健康监测中的应用
光纤传感技术在土木工程结构健康监测中的应用随着科技的不断发展，光纤传感技术作为一种新兴的传感技术，逐渐应用于土木工程结构的健康监测中。
光纤传感技术是利用光纤作为传感元件，通过对光的传输和变化进行测量和分析，实现对土木工程结构健康状况的监测和预警。
本文将介绍光纤传感技术在土木工程结构健康监测中的应用，并重点探讨其优势和挑战。
光纤传感技术是一种非侵入性的监测技术，在土木工程结构健康监测中具有广泛的应用价值。
首先，光纤传感技术可以实时监测结构的变形、振动和温度等物理参数，为土木工程的设计、建设和后续维护提供重要的数据支持。
其次，光纤传感技术具有高灵敏度、高精度的特点，能够对微小变化进行准确测量，提前发现结构的隐患和病害，为及时采取措施提供依据。
此外，光纤传感技术的数据采集和处理都可以实现自动化，大大提高了监测效率和准确性。
在土木工程结构健康监测中，光纤传感技术主要应用于以下几个方面。
首先，光纤传感技术可以用于地基和桩基的监测。
地基和桩基是土木工程结构的基础，其稳定性对整个结构的安全性和可靠性至关重要。
光纤传感技术可以实时监测地基和桩基的变形和沉降情况，及时发现地基和桩基的异常变化，防止地基沉降引起的地震、塌陷等灾害。
其次，光纤传感技术可应用于混凝土结构的监测。
混凝土结构是土木工程最常见的结构形式，其在使用过程中会受到荷载、温度和湿度等环境因素的影响，导致结构变形和损坏。
光纤传感技术可以实时监测混凝土结构的应变和变形情况，提供结构的健康状态信息，帮助工程师预测结构的寿命和维护周期。
此外，光纤传感技术还可以应用于桥梁和隧道等特殊工程的监测。
桥梁和隧道作为土木工程的重要组成部分，其结构的健康状况对交通安全和公众生活至关重要。
光纤传感技术可以实时监测桥梁和隧道的变形、振动和温度等数据，及时发现结构的变化和病害，为工程师采取修复措施提供依据，保障交通运行的安全性和可靠性。
然而，光纤传感技术在土木工程结构健康监测中也面临一些挑战。
结构健康监测系统及其光纤传感技术的应用
结 构 健 康 监测 系统 及 其 光纤 传 感 技 术 的应 用
闫志 刚 杜 立峰
０ ０４ ） ５０１ （ 家庄铁路职业技术 学院 河北石 家庄 石
摘要 ：光纤传 感技术 ，是近几年才发展成熟的一项尖端技术，由于其有着 普通 电学传 感技所
不具备的许多优势，应用范围在逐渐扩大。着重介绍光纤传 感技术在结构健康 监测系统 中的应用。 关键字：光纤传感 结构健康监测 光纤光栅
及其 相 应 的 高性能 新 型智 能传 感器 的 出现 ，如光 纤 、压 电材 料 、形状 记 忆合 金 、碳 纤 维 、 电阻应 变 丝 、疲 劳 寿命丝 ，为土 木工 程 结构 的健 康监 测提 供 了崭新 的途径 。这 些 不 同类 型 的传 感 器 与其 测 试
技 术 ，在 一 定程 度 上存 在技 术 的互 补性 ，适 应 于不 同 的监测 领域 ：（ ） 电阻应变 丝 是土 木 工程 结 构 １ 短 期检测 的理想 的材 料 ，其 技术 成熟 、外部 设备 要求 较少 ，但 存在 性 能不 稳 、易 受干 扰等 问题 ；（ ） ２
相 融合 的智 能发 展阶 段 。
结构 健康 监 测 系统一 般包 括传 感器 系统 、数据采 集 和分 析系 统 、监 控 中心 以及 实现 诊 断 功能 的
收 稿 日期 ：２ ０ — ６ ２ ０７０—８ 作者简介 ：闫志刚 （ ９ ０ ） １８ 一 ，男，汉，河北石家庄人 ，学 士，研究方 向地下工程 。
为 了保障结构 的安全性、适用性与耐久性，世界各 国特别是发达国家都在积极探 索可用于重大工
程 结 构 的行 之 有 效 的 结构 健 康监 测 方 法与 系 统 。结构 健 康监 测 已经 成 为世 界 范 围 内土 木 工 程 领域
光纤传感在飞机结构健康监测中的应用进展和展望
光纤传感在飞机结构健康监测中的应用进展和展望作者：王文娟薛景锋张梦杰来源：《航空科学技术》2020年第07期摘要：由于波分复用可实现多点测量特点，光纤传感被期望用于飞机结构的实时监测。
飞机对重量（质量）极为敏感，光纤传感的应用可以极大程度上减少测量导线而达到减重的目的。
同时，光纤传感还具有抗电磁干扰、耐高温、抗疲劳、抗环境腐蚀的显著优势。
随着智能飞机结构的广泛应用，要求光纤传感更密集、更快、更小型。
基于飞行测试和相关应用经验，本文对当前研究进展进行回顾，并对未来发展进行展望。
关键词：光纤传感；结构健康监测；飞机；应用；展望中图分类号：V219文献标识码：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2020.07.013结构维修占飞机维修60%以上的时间，结构寿命也决定了飞机的寿命，而且结构损伤呈现分布式、偶发性和难监测的特点，因此结构健康监测成为飞机预测与健康管理的重要方面[1]。
美国和欧盟持续发展了飞机结构健康监测技术，F-35飞机发展了预测与健康管理（PHM）系统，更引起国际上对于结构健康监测技术的关注和重视[2]。
飞机结构健康监测可以分为整机疲劳寿命监测和关键部位损伤监测两部分。
整机疲劳寿命监测将载荷监控与疲劳寿命分析结合以实现疲劳寿命监控，掌握每一架飞机的实际使用情况，有利于控制剩余寿命，提高飞机在飞行中的安全性；关键结构损伤监测通过监测关键结构部位应力或损伤参数，与正常指标进行对比分析，从而判断出飞机重要结构的受损程度以及损伤的具体位置[3]。
结构状态主要通过应变、载荷和振动等信息反映。
由于飛机的高机动性、结构复杂性以及环境严酷性，需进行多点状态监测，使用传统应变片的方法已很难满足需要，主要原因是引线多、增重多、寿命不能与机体同寿，亟须研究采用新的应变测量技术。
光纤光栅（FBG）传感技术作为一种新兴的应变测量技术，具有结构灵巧、布线简洁、高效、长寿命、抗电磁干扰等诸多优点，在航空航天等尖端装备领域具有重大应用前景。
大连理工大学科技成果——大型结构光纤传感监测关键技术及其同步采集装备
青岛东盛花园施工及运营期 振动监测
四、系统运用情况-典型工程2
近海工程结构
胜利油田渤海NB35-2WHPB海洋平台 安全监测
大连港30万吨原油泊位工程 靠船墩沉箱监测
大连市体育馆施工及服役期 安全监测
大连体育中心体育场长期 沉降监测
大连船舶重工特大型厂房施 工形变监测
首期考核优秀 2015年连续支持
五、社会效益和市场前景-市场前景
平安中国建设需求 ：
❖提高施工安全等级 ❖提升运营管理水平 ❖延长工程结构寿命
其他 市场需求巨大！ 7% 我国刚刚起步！
欧洲 25%
美国 43%
亚洲 25% 光纤传感器市场分布图
✓ 光纤光栅传感器是结构 安全监测首选传感元件，誉 为智能结构集成光学神经！
4mW 8mW
50dB 145nm 0.03nm
30dB 80nm 0.1nm
3. 分布式多类型传感器同步采集仪
技术亮点
同时控制 同步测量 高速解调 即时分析
桥式电路 IEPE信号 电压信号 电流信号
15路同步光纤信号通道 波长实时校准模块 同步增益调理板
二、技术原创性和先进性-技术优势3
实时 同步 精准 集成
0
-5
-10
F1
F2