对于桥梁、建筑等大型土木结构而言，其内部钢筋的腐蚀无疑是一个潜藏的巨大隐患。与其它结构腐蚀不同，钢筋混凝土的修复工程浩大且成本高昂，使其腐蚀问题显得尤为棘手。当钢筋发生锈蚀，其体积会膨胀至原始状态的五倍之多，这种内应力足以导致保护层混凝土开裂、剥落，从而为外界侵蚀物（如水、氯离子）打开新的通道，进一步加速腐蚀进程，最终可能引发构件的严重损伤甚至结构失效。
传统的目视检测方法只能在损伤已经显现后介入，往往为时已晚。因此，工程界迫切需要一种能够在腐蚀初期、在损伤尚未肉眼可见时，就能进行原位、无损预警的监测手段。在众多探索中，光纤传感技术以其独特的优势脱颖而出：其尺寸微小、质地柔韧、可适应复杂外形、自重轻，并且天然具备抗电磁干扰、耐腐蚀、耐易燃环境的特性。加之其带宽高、灵敏度高的优点，非常适合构建分布式传感网络，对大型结构进行长期健康监测。
本技术的核心思路是利用腐蚀过程中材料表面颜色的变化来量化腐蚀程度。其检测系统构建相当精巧，如图1所示，主要依赖一个光纤Y型波导。
图1 在位纤维光腐蚀传感器的试验表面图
系统工作时，一束白光通过Y型波导的一个臂（输入臂）被引导并投射到待检测的构件表面。光线在表面发生反射，携带了表面颜色信息的反射光由Y型波导的另一个臂（输出臂）收集，并传输至一个高灵敏度的光功率计进行信号探测。
这里的关键在于如何将“颜色变化”精确地转换为可测量的“光功率变化”。其物理基础是光的吸收与互补色原理。当试样表面因腐蚀产生锈迹（通常为红褐色）时，它会选择性地吸收白光中的某些色光（如蓝绿色光）。因此，反射光的颜色实际上是白光中未被吸收的部分，即腐蚀产物颜色的互补色。
为了放大这种变化，在光功率计前端巧妙地设置了一枚互补色滤光片。该滤光片的设计目标是最大程度地通过腐蚀产物所吸收的色光。这样一来，随着腐蚀加剧、表面锈色变深，被吸收的特定色光就越多，能够通过滤光片到达探测器的光强度就越弱。反射光信号的功率便与试样表面的腐蚀程度建立了直接的负相关关系。显然，这种方法的测量准确性高度依赖于互补滤光片与腐蚀产物颜色光谱的匹配程度。要获得信噪比高、结果可靠的腐蚀数据，对光学元件的选型和系统标定有极高要求。这正是专业检测实验室的核心价值所在。
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为验证该方法的可行性与灵敏度，研究人员进行了一系列试验。
首先，在中碳钢试样的加速腐蚀试验中，将试样分别浸泡在不同浓度的NaCl水溶液中，模拟不同程度的腐蚀环境。试验采用一台由12V直流稳压电源供电的50W石英卤素灯作为光源。如图2所示，随着腐蚀时间的推移，反射光功率呈现出明显的下降趋势。并且，NaCl溶液浓度越高，腐蚀速率越快，光功率下降的斜率也越大。这清晰地表明，该系统能够有效地区分并量化不同的腐蚀速率。
图2 不同浓度NaCl水溶液对中碳钢试样做不同时间腐蚀所得的结果
为了进一步模拟真实工况，研究人员将一块25 mm × 25 mm × 2 mm的中碳钢薄片预埋进含有少量NaCl的水泥混凝土厚板中。通过光纤探头对这块被完全包裹的钢片进行长期监测。如图3所示，随着埋入时间的增加，反射光功率同样表现出持续下降的规律。这一结果极具价值，它证明了该技术具备穿透混凝土保护层、对内部钢筋腐蚀进行“非接触式”在位监测的潜力。
图3 埋入混凝土的中碳钢试样埋入期限与反射光功率的关系
综合来看，这种基于简单光纤法的腐蚀检测技术，凭借其灵敏、原位、无损的特点，为土木结构，特别是钢筋混凝土结构的早期健康诊断和寿命预测提供了一种富有前景的新工具。
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