分布式光纤传感技术研究和应用的现状及未来

【行业前沿观察】曾经承载海量信息传输的光纤网络，正悄然升级为基础设施健康的“超级感知网”。分布式光纤传感（DOFS）技术凭借复用现网光纤实现全天候、分布式监测的独特优势，正以超高性价比重塑基础设施安全监测格局。近期业界报告揭示了该技术在多个关键领域的突破性应用与广阔前景。

随着我国经济的迅猛发展,大型基础设施的建设总量已经超过世界其他国家的总和。同时,大型基础设施的健康监测也成为了研究和社会关注的热点。分布式光纤传感(DOFS)技术利用光纤作为信号的传输介质和传感单元,通过检测光纤中所传输光幅度、频率、相位和偏振4个参量在外场作用下的变化,实现对光纤沿线外部参量的连续分布式测量,进而成为了目前能源、电力、航空航天、通信、交通和安防等诸多领域内,一种最为理想的大型设施无损健康监测技术。在我国各单位学者及技术人员的共同努力下,中国DOFS设施建设已于2017年跃居世界之首。

全球各国DOFS部署情况：中、德两国遥遥领先

（图源：https://www.securityinfowatch.com/perimeter-security/press-release/12380489/fiber-optic-sensing-association-fiber-optic-sensing-association-releases-new-data-on-global-installations）

传统点式传感器部署受限、成本高昂，难以满足桥梁、隧道、电网等大型基础设施的实时、全域监测需求。DOFS技术巧妙利用光信号在光纤中的微妙变化（如环境应变导致的折射率改变），无需额外传感设备，即可将普通通信光纤转化为绵延数公里的连续“神经末梢”。

​技术落地：从能源命脉到城市血管​

• ​能源安全双支柱：​​ 在煤矿地质监测中，高强度特种传感光缆深入地层，动态捕捉地质体多物理场信息，为矿山安全增设强韧防线；在深层油气勘探领域，DOFS系统（如OptoSeis™海底监测系统）提供远超传统检波器的高分辨率观测能力，精准描绘油藏动态。

OptoSeis海底监测系统

• ​大动脉智能监护：​​ 电网传输系统广泛部署DOFS，实时“把脉”高压线路健康状态；长距离油气管线、输水管道监测依赖其广覆盖、高精度优势，显著提升对泄漏、入侵等风险的早期预警能力。
• ​智慧安防新标杆：​​ 光纤周界安防系统融合“传输”与“感知”，入侵事件发生时精确定位扰动源头，高效保卫城市公共安全与居民财产安全。

基于DOFS 系统的周界安防测量示意图

• ​交通与天空的守护者：​​ DOFS技术助力提升交通枢纽、路网设施的风险评估与防护能力；作为航空航天装备核心监测部件，其提供的结构状态实时反馈成为飞行安全的可靠基石。

未来图景：多技术融合驱动性能跃升​

• ​智能升级：​​ 人工智能与机器学习（AI/ML）深度赋能信号处理，有望突破性提升系统空间分辨率、监测距离与复杂场景识别能力，解锁传统技术难以企及的新高度。
• ​融合感知：​​ “多机理融合”与“通信-传感一体化”成为关键方向，推动单根光纤实现温度、应变、振动、形状等多参量协同测量。
• ​专用化与拓展性：​​ 面向恶劣环境的特种传感光缆不断涌现；形状传感技术崛起，引领精准医疗、柔性机器人和航天器健康管理革新；基于海底光缆的海洋环境大范围监测展现出巨大应用潜力。

​标准化攻坚：成本与技术双轮驱动规模化​
尽管我国在DOFS系统设计、制造与应用方面已跻身国际前列，专家指出，传感光缆性能优化、长期可靠性验证、成本控制以及多场景应用标准化集成，仍是技术大规模普及应用前必须跨越的关键障碍。随着光电芯片、集成工艺与AI技术的持续发展，业界预期这些挑战将加速破解。

“DOFS技术的本质是将基础设施变为可感知的‘生命体’，”业内权威专家表示，“当传感网络如同血液循环般密布城市与能源命脉，低成本、高可靠的‘预防性维护’将成为常态，智慧城市的安全基石由此筑牢。”随着技术融合创新与成本瓶颈的突破，分布式光纤传感这张庞大的“感知网”，正在成为支撑未来智慧社会不可或缺的隐形守护者。