海洋工程结构在其施工和服役期间往往受到材料老化、环境腐蚀、冲击荷载等不利因素影响，产生类似如刚度锐化的结构整体或部分的性能退化，导致结构的损伤甚至失效。为了确保海洋工程结构的安全施工和正常运营，李宏男教授团队一直致力于海洋工程结构健康监测的关键技术研究，建立起从“应变传感器封装技术->传感器解调及同步采集设备->工程应用”的成套理论与技术体系。

针对恶劣海洋环境导致传感器存活率低、长期稳定性差、测量精度低的问题，李宏男教授团队提出了一种基于等效长度比原理的光纤光栅应变传感器封装方法。该方法消除了胶粘剂对光纤光栅应变传递的影响，避免了栅区粘接不均匀带来的反射波长啁啾现象，通过调整封装构件的尺寸实现了传感器的增敏设计，极大地提升了光纤光栅传感器在海洋结构健康监测中的长期稳定性和耐久性。该项成果在2017年获评“中国专利优秀奖”。 针对海洋工程结构传感器类型多、同步精度高、长期稳定性好、数据分析实时性强的需求，李宏男教授团队自主研发了国际首创的分布式多类型传感器同步采集装备，仅用一台设备实现了对“光纤、电压、电流、IEPE和桥式电路”五类常用监测信号的采集。该设备已通过东北国家计量测试中心（国家四大计量测试中心之一）的检测（证书编号：辽计14070321714号）；并以本设备为核心技术，申请获得了2015年度国家技术发明二等奖和2017年中国国际工业博览会创新银奖。

图1 FBG应变传感器

图2 分布式多类型传感器同步采集设备

依托上述研究成果，李宏男教授团队进一步提出了结构二维静态和动态变形重构方法，为海洋工程结构的变形监测提供了新思路。该方法采用有限元离散变分思想，不需要任何材料属性和荷载信息，仅利用结构形变后表面或内部实测应变数据，即可实现复杂结构的静态和动态变形求解。该项研究不仅拓展了光纤应变传感器的应用范围，也为海洋工程结构的变形监测提供了全新的思路。上述研究成果在2021年发表在ASCE-Journal of Engineering Mechanics上，受到期刊编辑和审稿人的高度评价。

图3 二维变形重构试验

论文链接：https://doi.org/10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0001917