斯坦福团队利用既有光缆实现桥梁振动实时监测

斯坦福大学土木与环境工程系研究人员杰廷·阿加瓦尔与海英·诺教授团队，于2026年8月21日在《自然·通讯》发表研究，证实可将桥梁上既有的通信光纤转化为数千个微型振动传感器。该方案依托分布式声学传感（DAS）技术，结合瑞利后向散射与兰姆波原理，无需在结构表面额外安装专用传感器即可实现微变形捕捉。

测试阶段，研究团队在美国与韩国六座不同桥型（含预应力混凝土梁桥、钢桁架桥及高速铁路高架桥）的既有光缆中接入光信号解调仪。实测数据显示：光学信号计算出的准静态位移与传统接触式传感器及线性可变差动变压器（LVDT）对比，平均误差仅0.1毫米；桥梁一阶弯曲与扭转模态识别结果与三轴压电加速度计及三维有限元模型（FEA）吻合度达87%。数据采集窗口覆盖连续12个月，完整记录季节性温差、日常交通峰值及风暴风致振动，空间采样分辨率保持在1至2米。

系统部署时，解调仪直接架设于桥头控制室或机柜内，利用现网中的闲置光纤进行工作。设备以数十千赫兹重复频率发射相干激光脉冲，通过测量各段光纤的反射相位轮廓建立声学基线。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。

该技术突破了传统目视巡检的局限。以巴西规范ABNT NBR 9452为例，常规桥梁检查依赖工程师现场目测，虽能发现保护层剥落、钢筋锈蚀斑迹或泛碱现象，但无法实时量化动态受力。箱梁内部缺陷或预应力钢束黏结失效（受ABNT NBR 7187规范约束）往往在损伤进入晚期才显现。DAS系统可提供全天候动态应力数据，使结构工程师能够基于实时形变阈值做出维护决策。

基础设施管理部门（如巴西国家公路交通厅DNIT）及高速公路特许经营企业可借此对整网桥梁实施实时监控，在结构性病害不可逆前精准分配加固预算。本文内容仅供技术交流，涉及具体桥梁结构设计与安全评估项目，建议咨询具备资质桥梁工程专家。