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第 97 期
(2017-04-11)
 
【文汇报】用光“听”出山那边的动静
上海光机所“分布式光纤振动传感技术”获市技术发明一等奖
文章来源: 文汇报 许琦敏 发布时间: 2017-04-05

利用新技术,只要振动光纤,控制机器就会接收到信号。赵侃摄

  一根头发丝粗细的光纤,可以变身顺风耳?将光纤一路铺去,就能将沿途动静实时传递回来?如果可以做到,那绵延山区的边境线、遍布全国的高铁网络,就都能轻而易举地做到实时监控了。

  中科院上海光机所的科学家找到了一种独门秘技,将这个诱人的“如果”变成了现实。目前,“分布式光纤振动传感技术”已通过与公司合作,实现产业化,并在中国石油西气东输天然气管道东段、金温高铁、国家电网舟山海底电缆安全监测等工程上得到了应用。日前,该技术获得了上海市技术发明一等奖。

  纳米级光波振动中解读灾变隐患

  时速超过200公里,为确保飞速运行中的高铁安全,必须及时发现铁轨附近的山体滑坡、人为施工破坏等潜在危险。利用光纤振动传感技术,将会是一个很好的选择。

  “简单说,我们可以让光纤像人体的神经系统一样,延伸到哪里,就感知到哪里的动静。”该项目负责人、上海光机所研究员蔡海文说,一般光纤传感器只能听到外界“有无动静”,而他们的光纤却可以对外界扰动进行精确感知和精准定位,即使相隔几百上千公里,也可以实时知晓。

  这独门技术是怎么做到的?上海光机所对于激光的研究,有着几十年的深厚积累。外界的温度、振动等变化,会引起光散射相位和频率的细微改变。“这种改变只有光波长的百万分之一,只要可以测量出来,就能从中解读出更精确的信息。”蔡海文说,凭借深厚的技术积累,课题组发展出了稳定可靠的探测技术。

  在实验室里,记者看到,只要轻轻拍动桌面,光纤就会把振动传回信息中枢,在监视屏上显示出或强或弱的振动曲线。“即使轻轻说句话,或是风吹过,也能探测到信号。”项目骨干成员、上海光机所副研究员叶青说,该技术还可以用来还原语音,“在户外监测中,只要建立合适模型,就能排除落叶、风吹的干扰。”

  现在,课题组已经尝试了海底电缆、高铁沿线、输油管线,以及国境线安检防护等模式,未来还将进一步提高探测精度,争取可以用在海啸、地震的预警上。

  让安全监测随光纤延伸到海底边疆

  由于现在的大型工程都有光缆随行铺就,所以只要利用其中的一根光纤,就能应用这种技术,实现全天候、无间隔、实时监控。

  目前,这一技术的定位精度已经可以准确到1米以下,振动探测毫秒一次,温度和应力变化分钟可探测一次。叶青说,通过大数据分析,这套系统就可以对一些危险进行预警。比如,某处温度在短时间内持续升高,那极有可能发生了故障或火警。

  去年夏天一次台风袭来,有一处发生泥石流。系统收到异常振动信号报警后,铁路局派人查看发现,果然发生了泥石流。“那次泥石流被防护网兜阻拦,但如果万一阻塞了铁路,这及时的报警信息就为排除险情赢得了宝贵的时间。”叶青介绍,团队近年来大力开拓该技术在铁路安全上的应用,与上海铁路局合作,承担了淮南线、金温高铁沿线光纤综合安全监测的工程示范试验系统的研究任务。在试运行期间,系统已经准确预警了多次安全事件。

  让好技术从实验室走到需要它的地方。科研团队和上海波汇科技股份有限公司展开了紧密的合作,共同成立了物联网光纤传感技术联合研发中心,并签订了战略合作协议和产研转化合同,共同实施项目技术的产品化。如今,他们已发展出了商业化产品,实现单机双通道80公里的安全监测,如果每一米等效一个传感器,相当于一根光纤集成了80000个传感器。近三年,该技术共取得直接经济效益1.17亿元,并成功进入国际市场。在铁路安全应用领域,团队与南京派光信息技术有限公司开展合作,共同实施技术在铁路复杂工况条件下的实用化和应用推广。

(原载于《文汇报》 2017-04-05 07版)

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