光纤光栅赋能交通与机械：智能感知技术的工程实践与突破

在交通设施与机械结构领域，隐形裂纹、微米级损伤、触觉迟滞等隐患如同“工业刺客”，传统传感技术因精度与抗干扰短板，难以及时捕捉风险。

光纤光栅（FBG）技术凭借纳米级灵敏度与多物理场同步感知优势，构建全天候“数字神经网”。

案例一：交通设施

马来西亚玛拉理工大学机械工程学院团队提出了可用于飞机结构监测的智能材料研制过程。

通过嵌入光纤光栅阵列的光学传感器在夹板中，可以测量结构应变和损伤情况，信号差异小于1nm。

西南交通大学和中铁二院工程集团利用FBG传感器研究钢轨伤损监测，通过室内动态加载试验和卷积神经网络进行训练验证，提供超高速铁路的有效解决方案。

案例二：机械结构

将光纤光栅传感器的二维分布式传感阵列嵌入机械手，如下图所示，能够增强对三维力和位移的感知。仿真结果显示在一定范围内，具有较高灵敏度。通过分析不同光纤光栅中心波长漂移，可以判断物体在x轴方向上的滑移方向，为机械手的触摸和滑动提供有效感知信息。

基于FBG的可穿戴传感器，可精确测量呼吸和心跳活动。传感器结构包括弹性弯曲结构、悬浮硅胶模和FBG传感元件。通过拱形结构将加载力转化为拉伸应变，提供精确波形。

齐华团队设计了光纤布拉格光栅的可穿戴触压感知指套，展现良好的灵敏度和线性度，能准确感知触压位置和加载力大小。标准触压波深比作为硬度量化参数，并验证了指套对四种硅胶硬度的感知能力和重复性。这项研究为灵巧机器手的触压感知提供了参考。

结语

光纤光栅纳米级灵敏度与抗干扰韧性，构建了交通与机械领域的全维度感知体系。不仅解决了工业场景中的“不可见风险”难题，更以分布式、智能化的特性，为装备安全与系统可靠性注入了技术内生动力。

随着人工智能与物联网的深度融合，光纤光栅将持续推动工业感知向“预见性。