一、引言
随着经济、科技的快速发展，各种由人为因素、自然因素导致的建筑工程、地质灾害、电力电缆、石油管道等事故频频发生，不仅对造成了大量经济财产损失，也对人民群众的安全造成了很大影响。社会对于大型建筑健康状态监测、地质灾害预警、电力电缆状态监测、管道监测技术越来越重视，要求越来越高。传统的点式人工监测方式已经明显捉襟见肘，无法满足监测及预警工作中越来越高的应变精度需求以及空间分辨率需求。分布式光纤应变传感技术是一种新型的应变监测技术，不仅弥补了点式人工监测方式在应变精度和空间分辨率方面的不足，而且在工程应用中便于施工并大量减少维护和施工成本。
近年来，分布式光纤应变传感技术得到快速发展，并且逐渐从实验研究走向实际应用，目前已成功应用于土木工程、安全防护、军事、交通等领域。与传统的点式应变传感器相比，分布式光纤应变传感器具备以下优势：
（1）分布式：分布式光纤传感技术可以测出光纤沿线上任意一点的应变信息，将光纤纵横交错铺设成网状即可构成具备一定规模的监测网，实现对监测对象的全方位监测，克服传统点式监测漏检的弊端，提高监测成功率；
（2）长距离：现代的大型或超大型结构通常为数千米到数十千米(如地铁)，要通过传统的监测技术实现全方位的监测是相当困难的，而分布式光纤应变传感仪器以光纤作为传感体和传输体，通过铺设光纤就可以较容易的实现几千米到几十千米的长距离监测；
（3）耐久性：传统的应变监测一般采用应变片监测技术，应变片易受潮湿失效,不能适应一些大型工程长期监测的需要。光纤的主要材料是石英玻璃，与金属传感器相比具有更大的耐久性，而且光纤本身也具有结构简单、体积小、质量轻、耗能少等优势；
（4）抗干扰：光纤是非金属、绝缘材料，避免了电磁、雷电等干扰，况且电磁干扰噪声的频率与光频相比很低，对光波无干扰。此外，光波易于屏蔽，外界光的干扰也很难进入光纤。
分布式光纤应变传感技术根据探测光输出方式、信号光检测方法以及探测原理的不同分门别类形成了各种基于分布式光纤传感的应变探测技术，在应变测量精度、测量距离、空间分辨率以及数据刷新速度等方面各具优势。近年来，分布式光纤应变传感器已经成功的应用于桥梁、大坝、隧道、高层建筑等土木工程的健康状态监测、施工状态监测；泥石流、滑坡等地质灾害的预防、维护状态监测；输油管道、天然气管道的形变、泄漏监测；电力电缆、电力高塔的覆冰、变形监测等应用，潜力巨大，因此分布式光纤应变传感器的相应技术以及应用越来越受到国内外专家学者的重视。
二、分布式光纤应变传感技术原理及发展现状
分布式光纤应变传感技术主要包括以下几类：相干光时域反射（Coherent Optical Time Domain Reflectometry，COTDR）技术、偏振光时域反射（Polarization Optical Time Domain Reflectometry，POTDR）技术、布里渊光频域分析（Brillouin Optical Fiber Frequency Domain Analysis，BOFDA）技术、光频域反射（Optical Fiber Frequency Domain Reflectometry，OFDR）技术、布里渊光相关域分析（Brillouin Optical Correlation Domain Analysis，BOCDA）技术、布里渊光相关域反射（Brillouin Optical Correlation Domain Reflectometry，BOCDR）技术、布里渊光时域分析（Brillouin Optical Time Domain Analysis，BOTDA）技术、布里渊光时域反射（Brillouin Optical Time Domain Reflectometry，BOTDR）技术。
1、COTDR技术
COTDR技术利用了后向瑞利散射曲线的可再现性和可恢复性特性。可再现性是指光纤在相同的外界条件（相同的温度和应变）、同一激光频率下测得的OTDR曲线总是呈现完全相同的波形；可恢复性是指光纤的温度或应变发生变化引起的波形变化可通过调整光的频率来还原，COTDR技术正是利用了后向瑞利散射曲线的这种起伏特性，在测量分布式温度和应变方面具有很高的测量分辨率，其系统原理图如图1所示。
