基于OFDR的分布式光纤传感器在混凝土长期变形监测中的应用
一、概述
传统应变片、便携式应变仪及收缩比对仪等监测技术存在易受环境干扰、数据波动性大、无法捕捉全场应变分布等局限，难以实现超高强海砂混凝土长期蠕变与收缩的精准监测。为此本研究采用基于光频域反射（OFDR）技术的分布式光纤传感器（DOFS），使用Sika 30环氧树脂胶将聚酰亚胺（PI）涂层光纤粘贴于试件表面，开展长期间歇监测，并在50%相对湿度、75%相对湿度及密封三种环境条件下，与传统方法进行系统性能对比，验证其监测有效性。
PI光纤实物图以及结构示意图
二、测试方案
1.核心监测设备与传感器
采用武汉昊衡科技OSI-S设备，空间分辨率1.0mm，应变测量范围±12000με，最大测量距离100m；传感器选用聚酰亚胺涂层光纤，通过Sika 30环氧树脂粘贴于试件表面，粘贴前对试件表面进行打磨与乙醇清洗。
传感器布置示意图
2.试件与试验条件
制备超高强海砂混凝土圆柱试件（φ75mm×150mm，用于蠕变试验）和棱柱体试件（75mm×75mm×285mm，用于收缩试验），经90℃蒸汽养护24h；试验设置50%RH、75%RH及密封三种湿度环境，制定间歇测量方案：蠕变试验加载前后各测1次，加载后1-7天日测，后续于第10、14、21等关键节点测量，总周期90天；收缩试验1-7天日测，后续关键节点测量，总周期52天。
蠕变试样光纤布设实物图
收缩试样光纤布设实物图
3.标定与数据处理
采用3个同类型圆柱试件进行压缩标定，基于应变片测量值建立应变-频偏线性关系，确定PI涂层光纤与超高强海砂混凝土的应变-频偏系数为6.847με/GHz；数据处理时剔除光纤脱粘区段数据，对全场应变分布取平均值，并通过温度补偿试件扣除温度应变影响。
应变频率移位关系
三、测试结果
1.测量精度与空间分辨率：OFDR分布式光纤传感技术可实现1.0mm超高空间分辨率，应变测量重复精度达±1.0με，可精准捕捉超高强海砂混凝土的细微时效变形，且能绘制传统方法无法实现的连续应变分布曲线。
不同时间全场应变分布特征
2.稳定性与可靠性：蠕变试验中，OFDR测量的变异系数（CV）均值仅5.60%，较应变片（23.22%）降低76%，较便携式应变仪（16.07%）降低65%；收缩试验中其CV稳定在8.68%-11.60%，曲线增长趋势平稳，数据离散性显著低于传统方法。
分布式光纤、应变片和便携式应变仪的CV值随时间变化情况
收缩比对仪与分布式光纤在测试过程中CV值随时间的变化趋势
3.抗环境干扰能力：OFDR在三种湿度环境下均保持稳定测量，75%RH条件下性能最优，受湿度波动影响远小于应变片，其聚酰亚胺涂层与Sika 30环氧树脂的组合可在1.6%-90%RH范围内稳定工作。
四、结论
1.基于光频域反射技术的分布式光纤传感器（采用武汉昊衡科技OSI-S系列设备），适用于超高强海砂混凝土长期蠕变和收缩应变的间歇测量，具有测量精准、稳定、可靠的特点，同时能够获取传统传感器无法实现的连续空间应变分布数据，弥补了传统监测技术的局限。
2.在本试验条件下，采用聚酰亚胺涂层光纤，通过Sika 30环氧树脂粘贴于超高强海砂混凝土表面时，经3个圆柱试件标定，应变-频偏系数均值为6.847με/GHz，标定结果重复性好、一致性高。
3.蠕变试验中，OFDR分布式光纤传感器的稳定性和可靠性显著优于电阻应变片和便携式应变仪，是超高强海砂混凝土长期压缩蠕变监测的首选测量方法。
4.收缩试验中，OFDR分布式光纤传感器测量曲线平稳、一致性好，虽无法捕捉混凝土早期自生收缩应变，但长期监测性能优异；建议采用“早期传统方法+长期OFDR技术”的组合监测方案，兼顾早期与长期收缩监测需求。
5.OFDR分布式光纤传感器抗环境干扰能力强，在50%相对湿度、75%相对湿度及密封三种环境下均能稳定工作，其中75%相对湿度条件下监测性能最优，其聚酰亚胺涂层与Sika 30环氧树脂的组合可在1.6%-90%相对湿度范围内稳定实现应变传递。
一、概述
传统应变片、便携式应变仪及收缩比对仪等监测技术存在易受环境干扰、数据波动性大、无法捕捉全场应变分布等局限，难以实现超高强海砂混凝土长期蠕变与收缩的精准监测。为此本研究采用基于光频域反射（OFDR）技术的分布式光纤传感器（DOFS），使用Sika 30环氧树脂胶将聚酰亚胺（PI）涂层光纤粘贴于试件表面，开展长期间歇监测，并在50%相对湿度、75%相对湿度及密封三种环境条件下，与传统方法进行系统性能对比，验证其监测有效性。
PI光纤实物图以及结构示意图
二、测试方案
1.核心监测设备与传感器
采用武汉昊衡科技OSI-S设备，空间分辨率1.0mm，应变测量范围±12000με，最大测量距离100m；传感器选用聚酰亚胺涂层光纤，通过Sika 30环氧树脂粘贴于试件表面，粘贴前对试件表面进行打磨与乙醇清洗。
传感器布置示意图
2.试件与试验条件
制备超高强海砂混凝土圆柱试件（φ75mm×150mm，用于蠕变试验）和棱柱体试件（75mm×75mm×285mm，用于收缩试验），经90℃蒸汽养护24h；试验设置50%RH、75%RH及密封三种湿度环境，制定间歇测量方案：蠕变试验加载前后各测1次，加载后1-7天日测，后续于第10、14、21等关键节点测量，总周期90天；收缩试验1-7天日测，后续关键节点测量，总周期52天。
蠕变试样光纤布设实物图
收缩试样光纤布设实物图
3.标定与数据处理
采用3个同类型圆柱试件进行压缩标定，基于应变片测量值建立应变-频偏线性关系，确定PI涂层光纤与超高强海砂混凝土的应变-频偏系数为6.847με/GHz；数据处理时剔除光纤脱粘区段数据，对全场应变分布取平均值，并通过温度补偿试件扣除温度应变影响。
应变频率移位关系
三、测试结果
1.测量精度与空间分辨率：OFDR分布式光纤传感技术可实现1.0mm超高空间分辨率，应变测量重复精度达±1.0με，可精准捕捉超高强海砂混凝土的细微时效变形，且能绘制传统方法无法实现的连续应变分布曲线。
不同时间全场应变分布特征
2.稳定性与可靠性：蠕变试验中，OFDR测量的变异系数（CV）均值仅5.60%，较应变片（23.22%）降低76%，较便携式应变仪（16.07%）降低65%；收缩试验中其CV稳定在8.68%-11.60%，曲线增长趋势平稳，数据离散性显著低于传统方法。
分布式光纤、应变片和便携式应变仪的CV值随时间变化情况
收缩比对仪与分布式光纤在测试过程中CV值随时间的变化趋势
3.抗环境干扰能力：OFDR在三种湿度环境下均保持稳定测量，75%RH条件下性能最优，受湿度波动影响远小于应变片，其聚酰亚胺涂层与Sika 30环氧树脂的组合可在1.6%-90%RH范围内稳定工作。
四、结论
1.基于光频域反射技术的分布式光纤传感器（采用武汉昊衡科技OSI-S系列设备），适用于超高强海砂混凝土长期蠕变和收缩应变的间歇测量，具有测量精准、稳定、可靠的特点，同时能够获取传统传感器无法实现的连续空间应变分布数据，弥补了传统监测技术的局限。
2.在本试验条件下，采用聚酰亚胺涂层光纤，通过Sika 30环氧树脂粘贴于超高强海砂混凝土表面时，经3个圆柱试件标定，应变-频偏系数均值为6.847με/GHz，标定结果重复性好、一致性高。
3.蠕变试验中，OFDR分布式光纤传感器的稳定性和可靠性显著优于电阻应变片和便携式应变仪，是超高强海砂混凝土长期压缩蠕变监测的首选测量方法。
4.收缩试验中，OFDR分布式光纤传感器测量曲线平稳、一致性好，虽无法捕捉混凝土早期自生收缩应变，但长期监测性能优异；建议采用“早期传统方法+长期OFDR技术”的组合监测方案，兼顾早期与长期收缩监测需求。
5.OFDR分布式光纤传感器抗环境干扰能力强，在50%相对湿度、75%相对湿度及密封三种环境下均能稳定工作，其中75%相对湿度条件下监测性能最优，其聚酰亚胺涂层与Sika 30环氧树脂的组合可在1.6%-90%相对湿度范围内稳定实现应变传递。
原文来自：
标题：《Intermittent monitoring of long-term concrete creep and shrinkage using OFDR-based distributed optical fiber sensors》
作者：Yuchao Zhou, Jiayu Wu, Jian-Fei Chen, Chuying Cui, Haoran Wang
期刊：Measurement 258 (2026) 119348