利用现有电信光纤网络进行桥梁健康监测

《Nature Communications》：Bridge health monitoring using existing telecommunication fiber-optic networks

　　

摘要

老化桥梁对公共安全构成重大风险。尽管现有的传感技术为结构健康监测提供了一种潜在的解决方案，但安装和维护传感系统的高成本和复杂性限制了其可扩展性和长期部署。在此，我们提出了一种可扩展且成本效益高的方法，将现有的电信（telecom）光纤电缆转变为密集的动态应变传感器阵列，以连续监测桥梁。利用电信光纤，我们获取了跨越桥梁上部结构的导波场，由于现有传感技术的可扩展性有限，且捕捉米级波长所需的超密集传感器阵列成本高昂，这在以前是不可能的。我们还以毫米级的精度估计准静态位移，并提取模态参数。这些结果表明，我们的方法对光纤与桥梁耦合不完美产生的噪声具有鲁棒性，这是将电信光纤用作传感器时非专用性质所固有的局限性。此外，我们通过在美国和韩国的六座桥梁上的现场评估，证明了该方法的有效性。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，利用现有的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。