当民用工程或能源资产产生损失时，由此产生的成本是天文数字。难怪这些领域的工程师一直在最大限度地提高安全系数，运营商在光纤形状传感等连续健康监测解决方案上投入巨资，以及不断改进监测其工具和流程。
光纤形状传感技术正在这些领域找到应用，并突破了传统技术的界限。
    实验室和施工现场正在利用光纤形状传感来监测地下隧道开挖引起的土壤位移，从而更好地了解地表结构可能受到的影响。
      石油和天然气公司将光纤形状传感技术嵌入他们的钻削头中，以了解他们正在挖掘的位置和方向。核电站定期验证棒束是否保持其最佳直线形状，以确保安全运行。
    光纤形状传感能够跟踪远程操作车辆的位置情况，现阶段GPS、视线和编码器是根本无法完成这个任务的。
    无论是风能、石油和天然气、核能、采矿还是任何数量的民用建筑工程，光纤形状传感的独特功能正在解决曾经被认为无法克服的挑战性问题。



  1导言
    世界范围内，地下基础设施的建设正在飞速增长。地铁和地铁网络正在扩大，采矿、钻探和水力压裂勘探正在加速，我们脚下的广阔土地正日益被用作安全的储存空间。这些工程项目和许多其他的地下工程项目，都需要钻孔和清除泥土和岩石，从而在地壳中形成巨大的挖掘空隙。也因此，会导致地壳结构的应力重新分布和周围土壤的沉降。了解土壤沉降的性质，对于确认地下工程的短期和长期完整性、确定加固要求以及确保附近地下和地面结构的安全至关重要。

2 实验装置和说明     实验使用约3米长的光纤形状传感器进行测试。光纤形状传感器由一根薄而柔韧的管子构成，管子的顶面或底面与一根或多根光纤相连。根据光纤传感器的长度，每根光纤传感器相当于集成了数百至数千个光纤应变计。当管子弯曲时，测量的弯曲应变分布用于获得管子的弯曲半径的空间连续测量值。使用这些值，沿管子的整个长度可以导出二维位移轮廓。光纤传感器被设计和生产成固有温度自补偿功能，即使外界存在沿光纤传感器长度方向存在温度梯度，光纤传感器也可以避免温度梯度对形态测量的干扰。同时，在管子周围涂上一层热缩层，以保护光纤装置免受损坏。左图显示了形状感应解决方案的核心功能。
    为了模拟钻孔后的沉降过程，在丙烯酸容器中以真是土壤的近似比例，填充沙子、土壤和岩石混合物，用以模拟土层。丙烯酸容器高度中点位置附近，设置有一个圆柱孔，以便插入一个直径可变的圆柱体。在圆柱体周围填充土壤混合物，形成钻孔隧道。一旦容器完全填满，圆柱体的直径将缓慢减小并移除，从而形成圆柱形空隙。研究小组利用该设备获得了位于模拟隧道上方12 cm水平线上的土壤位移。为了实现这一点，2D光纤传感器被埋入土壤内，并定位在圆柱体插件上方的所需高度。右图显示了实验装置。
    在图中，我们可以看到丙烯酸容器的壁、一个用于圆柱形插入件的孔、带径向调节的圆柱形插入件，以及位于土壤混合物顶部的2D光束传感器。这张图像是在光纤传感器安装到位后拍摄的。一旦剩余体积充满土壤，在移除圆柱形插入件以诱导沉降之前，将初始测量值作为参考。一旦移除圆柱体插入件，并经过足够的时间使沉降达到平衡，则获得第二次位移测量，以与原始状态进行比较。
在这个实验中，研究人员对从原始状态到最终状态的绝对位移感兴趣。其计算如下：     弯曲应变分布和数据通过以太网实时传输到实验室PC，该PC计算二维形状。在整个实验过程中，记录并可视化二维位移剖面。最终2D绝对位移测量如下图所示。

3 总结
    光纤形状传感技术能够以任何其他技术都无法实现的方式测量因“隧道掘进”作业而引起的土壤沉降。由于视线限制，在无法使用数字图像相关（DIC）的空间内测量形状和位移。光纤形状传感技术还提供了空间上连续的信息，填补了LVDT和其他传统技术之间的巨大差距。此外，该技术还提供了多维度的信息，而不是仅在垂直或水平平面上的位移信息。本实验过程中，光纤形状传感系统测得的位移分布与研究人员的土壤沉降模型结果一致，并验证了这些模型，为研究人员在未来工作中使用这些模型提供了信心。

    光纤形状传感技术可应用于形状发生变化的各种介质或结构。飞机、汽车框架、船桅、表面（如板或壳）、沙子、土壤、混凝土或许多其他结构和材料都可以使用这些传感器进行检测，用以了解它们在测试过

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