光纤光栅传感器助力金属腐蚀监测 —— 创新技术引领防腐新篇章

金属腐蚀不仅威胁着基础设施和装备的安全，还可能造成巨大的经济损失。近年来，随着工程安全要求的不断提升，如何实现对金属腐蚀的实时监测与预警成为科研与工业界关注的焦点。在这一背景下，因其耐腐蚀、体积小、重量轻、抗电磁干扰和高灵敏度等优势，光纤光栅传感器正逐步走进防腐监测领域，并展现出广阔的应用前景。

一、研究进展一览

1. 早期探索与创新
早在 2015 年，Zhang 等人就在《Optical Sensor for Steel Corrosion Monitoring Based on Etched Fiber Bragg Grating Sputtered With Iron Film》一文中提出利用磁控溅射技术在光纤光栅上制备铁膜，成功构建了针对钢结构腐蚀的传感器。通过监测光纤光栅中心波长的漂移和峰值功率的变化，该方法实现了对腐蚀状态的有效判断，为后续研究奠定了基础。

2. 非破坏性监测技术
2016 年，蔡慧谭团队开发了一种全新的非破坏性监测系统。他们将光纤布拉格光栅传感器固定在钢筋表面，实时捕捉由于腐蚀引发的膨胀应变，并通过波长变化来反映腐蚀进程。更为重要的是，研究对比了裸光栅与涂覆聚二甲基硅氧烷（PDMS）的传感器，结果显示，PDMS 涂层不仅提高了传感灵敏度，还在一定程度上延长了传感器的使用寿命，但过度吸收化学物质可能会影响信号的有效性。

3. 早期腐蚀监测与灵敏度提升
到了 2018 年，唐福建等人进一步探索了基于铁碳涂层的长周期光纤光栅传感器技术。实验表明，在 3.5% NaCl 溶液中，该传感器的波长变化灵敏度为 0.124 mg/nm，而在砂浆环境下则提升至 0.405 mg/nm。虽然这一方法在早期腐蚀监测中展现了较高灵敏度，但目前其主要适用于初期腐蚀，后期复杂腐蚀过程的定量监测仍面临挑战。

二、面临的挑战与未来展望

1. 定量监测难题
目前，多数研究聚焦于利用光纤光栅检测腐蚀状态或由腐蚀引发的结构变化（如膨胀应变、质量损失），但如何建立传感信号与腐蚀程度之间的定量关系仍缺乏系统的理论和实验支持。这一难题的解决，将为工程化应用提供更为精准的监控依据。

2. 传感机理与灵敏度解析
金属腐蚀引起的微观结构变化如何影响光纤光栅的光学参数（如折射率、光栅周期等），进而导致灵敏度变化，目前尚未完全解析。未来需要结合微观机理研究和大数据分析，建立更为完善的理论模型。

3. 长期稳定性与环境适应性
腐蚀环境往往伴随着温度、湿度和化学介质的多重变化。如何保证传感器在复杂环境下长时间稳定工作，并保持高精度监测，是下一步研发的重要方向。改进封装技术、优化材料选择和开发智能数据处理算法，均将助力实现这一目标。

三、工程应用前景

随着研究的不断深入，未来光纤光栅传感器将在以下几个方面取得突破：

• 多参数联合监测：结合新型传感原理和敏感材料，实现对温度、湿度、应变等多参数的联合监测，为复杂环境下的腐蚀监控提供全方位数据支持。
• 数据智能融合：通过引入机器学习与大数据分析技术，建立传感信号与腐蚀程度之间的定量模型，提升监测系统的预测和预警能力。
• 工程化集成：推动传感器与无线组网、云端数据处理系统的深度融合，实现对大范围结构的在线、实时健康监测，保障装备及建筑物的安全运行。

四、结语

光纤光栅传感器以其独特的优势正在引领金属腐蚀监测技术的革新。虽然当前在定量分析、传感机理解析及长期环境适应性方面仍存在不足，但在不断的技术迭代和跨学科合作推动下，未来这一领域必将实现从实验室成果到工程化应用的飞跃。通过新技术的应用，我们有理由相信，光纤光栅传感器将在金属腐蚀监控中发挥越来越重要的作用，为防止安全事故和降低经济损失提供坚实保障。