应变片与分布式光纤传感：核心差异与选型指南

应变测量传感器是目前各种功能传感器中应用最广的一类，在许多领域中都起着至关重要的作用。例如在结构监测领域，应变是最常用的监测量，可以反映结构所承担负荷的直接信息，为结构安全监测提供有力数据支持。

其中，应变片和分布式光纤传感器是两种常见且重要的技术手段。它们各自有着独特的原理、优势与应用场景，今天就让我们来一探究竟，看看它们究竟有何不同。

应变片：传统而可靠的“老将”

结构组成：

应变片通常由敏感栅、基底、覆盖层、胶黏剂以及引线五部分组成。敏感栅是核心部件，一般采用金属箔片制成，常见的材料有康铜等。基底用于固定敏感栅，覆盖层则起到保护敏感栅的作用，防止其受到外界环境的影响，结构如图1所示。

工作原理：

应变片的工作原理基于金属的电阻应变效应。当物体受到外力作用发生形变时，粘贴在物体表面的应变片的电阻值会随之改变。具体来说，如果物体被拉伸，应变片的长度增加、横截面积减小，电阻值增大；反之，若物体被压缩，电阻值则减小。通过测量电阻的变化，我们就能得知物体所受的应变情况。

（1）

R为金属导线的初始阻值，当电阻丝受力后，电阻的变化率与电阻丝产生的应变成正比，如（1）式所示，这就是应变片进行传感测试的原理。K0称为电阻丝的灵敏系数，在电阻丝拉伸的比例极限内其值一般为常数。K0一般用实验的方法确定，康铜的K0通常为1.9-2.1，铬合金的K0通常为2.1-2.3。

优势与局限：

应变片的优点在于其结构简单、成本较低、测量精度较高。它能够直接测量物体表面的应变，对于局部应力集中区域的监测尤为有效。然而，应变片也有其局限性。首先，它是一种“点”式传感器，测量范围有限。对于大型结构或长距离监测，需要布置大量的应变片，这不仅增加了成本，还可能导致测量结果的不连续性。其次，应变片容易受到电磁干扰，尤其在复杂环境下，其测量信号的稳定性可能会受到影响。

分布式光纤传感：新兴的“科技新星

结构组成：

分布式光纤传感器由连续分布的等长度的光纤传感单元组成，相临的传感单元之间没有间距，能获得整根光纤上的应变、温度、压力等信息，可解决目前测量领域的众多难题，是目前最热门的传感器之一。光纤本身具有尺寸小、重量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点，这使得分布式光纤传感在恶劣环境下也能稳定工作。

工作原理：

分布式光纤传感则是基于光纤中的光散射效应来实现测量。当光在光纤中传播时，遇到不均匀介质会发生散射，一部分散射光会返回发射点。通过分析这些返回光的特性变化，如强度、相位、频率等，就可以获取光纤沿线的应变、温度等信息。常见的散射类型包括拉曼散射、布里渊散射和瑞利散射，不同的散射类型适用于不同的测量参数和场景。

优势与局限：

分布式光纤传感的优势在于其能够实现长距离、大面积的连续监测。它解决了传统应变片在大型结构监测中的难题，能够提供更全面、更连续的测量数据。

此外，分布式光纤传感的抗干扰能力强，不受电磁场的影响，测量结果更加稳定可靠。不过，分布式光纤传感也存在一些局限性。例如，光纤传感器尺寸小布设过程中容易产生弯折损耗甚至断裂，因此在布设方面需要一定的技巧。另外选用不同的解调设备其应用场景也会有所不同，例如OTDR设备常用于长距离、低空间分辨率；OFDR设备则用于短距离、高分辨（最高可达0.64mm）的测试场景。

二者对比：各有千秋，各有所长

应变片常采用贴片式布设，适用于精确测量局部应变（如材料测试、机械监测），但大面积监测需大量布设及固定线缆。

分布式光纤传感通常在待测位置铺设光纤传感器并进行调试，一次部署即可实现长距离、大范围连续监测，且维护简单、寿命长，特别适合大型结构（如桥梁、管道、大坝）的应变与温度监测。

应变片和分布式光纤传感在工程监测领域各有各的优点。在实际应用中，我们可以根据具体的监测需求和场景，合理选择适合的技术手段。