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【科学创新】:光纤传感器解决结构安全性监测问题

字号+ 作者:winsensor 来源:winsen传感王 2016-01-19 10:19 我要评论( )

2015年度国家科学技术奖励大会上,经过14年辛苦打拼的大连理工大学李宏男教授主持完成的“大型结构光纤传感监测关键技术及其同步采集装备” 获得国家技术发明二等奖。

       “我不管兼任什么行政职务,都以科研教学为主,所以,除了培养人才以外,我平时想的就是怎样多一些创新工作,这已经成为习惯……”
                                                                                                                                                         ——2015年国家技术发明二等奖获得者大连理工大学李宏男教授


 
      
       满足国家重大需求,是科技创新的内在动力

       “大型结构光纤传感监测关键技术及其同步采集装备”,解决了我国大量兴建基础设施中的结构安全性监测问题,以结构安全监测首选的传感元件即光纤传感器为研究载体,建立起了光纤传感监测体系:从应变传递机制到新型封装技术,到阵列感测技术,到同步采集装备,到状态机架构的一整套技术体系。

       “实际上我们搞的这些仪器,从专业来说不是我们的本行。如果没有实际重大工程的需求和驱动,我们也不会搞这个东西。”李宏男如是说。

       基于什么想法从事这项科技发明?李宏男教授说,“搞仪器的人不知道我们土木需要解决的问题,不懂我们的结构。专门开发仪器的人一般是针对特定传感器制作特定的解调仪,比如加速传感器有加速解调仪,光纤传感器有光纤解调仪。这些仪器采集数据彼此不相关,也就是不同步。但是我们对重大工程安全监测时需要有能够同步的采集仪器;所以,我们就针对这个问题进行研发。我们发明的仪器能够同时采集多种传感器数据,也就是同步采集仪,仅用一台设备就能对光纤、电压、电流、GPS和数字I/O五类监测信号的同时控制、同步采集、高速解调、即时分析,在国际上结构安全监测领域,首次真正实现了这些信号的同步采集与解调”

       获奖成果是多项技术发明的集成

       光纤传感器应变传递机制与新型封装技术:发现了光纤传感器中间应变与基体应变不相等的事实,纠正了国际智能基础设施健康监测学会原主席Ansari教授基本假定的错误,率先揭示了任意方向力下光纤传感器的应变传递规律,统一了目前国际上的计算公式,成果被纳入国家行业标准《结构健康监测系统设计标准》;以上述新理论为基础,建立了完善的光纤传感器封装工艺,发明了自主知识产权的七类光纤光栅传感器和三类光纤法珀腔传感器系列新产品。

       光纤传感器准分布式阵列感测及解调技术:解决了光纤传感器准分布式阵列感测中的多种波分、频分和时分复用技术,均优于美国ptiphase公司技术;成果被集成发明为超宽带可调谐环形腔掺铒光纤激光器。

       多类型传感器同步采集装备与状态机架构:研制出了基于PAC平台的分布式多类型传感器同步采集仪,该设备已通过东北国家计量测试中心权威机构检验,性能完全超过国际著名MOI公司的主打产品。

       李宏男教授团队的此项科技发明完成了从核心技术到硬件设备到软件集成到工程应用的系列创新,技术装备已得到批量化应用,包括世界最高等级深水港——天津港,世界最大跨度弦支穹顶结构——大连市体育馆,我国第一座单立柱海洋石油平台——胜利油田平台,非洲最大跨度悬索桥——莫桑比克Maputo大桥等几十项重大工程。共获国家授权发明专利12项,实用新型专利6项,软件著作权2项。



       后植基础理论研究是创新的沃土

       李宏男教授团队的获奖项目主要技术产品为结构安全监测领域国内外首创,谈及经验,他总结,注重基础理论研究,用理论研究指导工程实践。“确定了一个方向之后,我们在理论研究过程中发现了工程需求,我们就去解决技术难题。这是一个过程,从无到有,发明了相关技术,形成了科技产品,解决了国家需求。”

       “比如土木工程中输电塔结构有很多没有解决的问题,其原因是搞电力的人不懂土木工程,搞土木工程的人不懂电力,所以,我开始从理论上研究,尝试是两个方向融合。当我的研究取得突破性进展后,国家电网公司,华东电力实验研究院等一些电力部门找到我,要和我合作,所以不论什么,为工程服务,你从基础理论开始搞,搞出创新的东西,肯定会有用武之地。”李宏男表示。

       土木工程是传统学科,如何使老学科焕发新活力,需要为传统学科注入新动力、开辟新方向、赋予新内容,如何才能找到发力点和突破口,李宏男的经验就是创新,创新,再创新。



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