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(duì)造成了大量經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，也對(duì)人民群眾的安全造成了很大影響。社會(huì)對(duì)于大型建筑健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警、電力電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)、管道監(jiān)測(cè)技術(shù)越來(lái)越重視，要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的點(diǎn)式人工監(jiān)測(cè)方式已經(jīng)明顯捉襟見肘，無(wú)法滿足監(jiān)測(cè)及預(yù)警工作中越來(lái)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(cè)技術(shù)，不僅彌補(bǔ)了點(diǎn)式人工監(jiān)測(cè)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(lái)，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(shì)：

（1）分布式：分布式光纖傳感技術(shù)可以測(cè)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(cè)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的全方位監(jiān)測(cè)，克服傳統(tǒng)點(diǎn)式監(jiān)測(cè)漏檢的弊端，提高監(jiān)測(cè)成功率；

（2）長(zhǎng)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(guò)傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全方位的監(jiān)測(cè)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(guò)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(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)；

（3）耐久性：傳統(tǒng)的應(yīng)變監(jiān)測(cè)一般采用應(yīng)變片監(jiān)測(cè)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(zhǎng)期監(jiān)測(cè)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(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕、耗能少等優(yōu)勢(shì)；

（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(duì)光波無(wú)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(cè)光輸出方式、信號(hào)光檢測(cè)方法以及探測(cè)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(cè)技術(shù)，在應(yīng)變測(cè)量精度、測(cè)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(shì)。近年來(lái)，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(cè)、施工狀態(tài)監(jiān)測(cè)；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(cè)；輸油管道、天然氣管道的形變、泄漏監(jiān)測(cè)；電力電纜、電力高塔的覆冰、變形監(jiān)測(cè)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(lái)越受到國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的重視。

二、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、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。可再現(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(cè)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(guò)調(diào)整光的頻率來(lái)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(cè)量分布式溫度和應(yīng)變方面具有很高的測(cè)量分辨率，其系統(tǒng)原理圖如圖1所示。