Comparative Analysis and Optimization of Sensitivity Enhancement Methods for Fiber-Optic Strain Sensors in Structural Monitoring

2026

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.3390/fib14030031
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

In recent decades, the reliability and safety of large engineering structures have become a critical issue due to failures caused by undetected micro-level deformations. Fiber-optic strain sensors, especially Fiber Bragg Grating (FBG) and interferometric systems, are widely used in structural health monitoring (SHM); however, their standard sensitivity is often insufficient for early detection of nano-strain level damage. This paper presents a comparative analysis and system-level optimization of the main sensitivity enhancement methods, including mechanical amplification, functional coatings and composite embedding, interferometric schemes, and advanced spectral signal processing. Analytical modeling and numerical simulations were performed. It is shown that flexure-beam amplifiers provide a stable sensitivity gain of 2.1–4.8, whereas lever-type mechanisms achieve higher amplification (5.6–9.3) at the cost of dynamic degradation. Functional coatings increase the strain transfer coefficient from 0.62 to 0.68 to 0.91–0.97, but introduce temperature-induced errors up to 1.5–2.0 µε. Interferometric systems can detect strains at the 10−8 level but exhibit high temperature cross-sensitivity. Advanced spectral processing reduces the Bragg wavelength estimation error by 8–15 times, improving the equivalent strain resolution to (2–5) × 10−8. Based on these results, an optimized integrated approach combining moderate mechanical amplification (2.5–3.5), improved strain transfer (η ≈ 0.85–0.92), and efficient spectral processing is proposed. This improves the equivalent strain resolution from 1 × 10−6 to (1.5–3.0) × 10−8 while keeping temperature-induced errors within 15–25% and limiting the computational load increase to 2–3 times. The proposed solution is suitable for long-term monitoring of large engineering structures.