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光纤传感监测体系建立 实现传感数据采集

—— 访2015年国家技术发明二等奖获得者李宏男教授

人才新闻中国仪表网2016年01月11日 10:43人气:32851

  【中国仪表网 人才新闻】2016年1月8日,2015年国家技术发明奖项目名单公布。李宏男教授团队的技术发明“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。该项目促进了我国光纤传感监测体系的建设,首次真正实现了这些信号的同步采集与解调。
  

  “面对国家重大需求”,“创新”,是采访中大连理工大学李宏男教授的核心话题。14年辛苦打拼,持之以恒。“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。”
  
  满足国家重大需求,是科技创新的内在动力
  
  把创新倾注于科研工作的日日夜夜,是坚守,更是融注于生命中的工作伴随。历经14年科研攻关,其中的甘苦、付出、奉献和追求尽在不言中;要说的就是矢志不渝的信念,坚持创新,是追求,也是超越,更是科研工作者面对国家需求完成使命、履行责任的内在动力。
  
  “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。”
  
  李宏男教授团队的技术发明“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。
  
  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”
  
  这项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。“我现在几个科技研发方向,最早都是从基础理论开始,解决基本科学问题,然后应用工程实际。”李宏男教授出版了很多专著,正式这些丰厚的理论研究基础,使他从事科技发明眼界开阔,视野拓展,把脉领域前沿,抓准问题方向。“解决基本科学问题,然后才能有产品,有工程应用的技术。”“我们成功的地方就在于这么多年铺就的基础,没有这么些年的基础也做不到这个地步。”以理论研究为基础,理论研究和工程应用结合,相互补充、相互促进,最后日臻丰富和完善。
  
  “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。”
  
  交叉研究拓展传统学科是学科创新的发力点
  
  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,李宏男教授的经验就是创新,创新,再创新,而创新的渠道、源头活水来自实践,实际工程需要。
  
  李宏男教授团队的该项技术发明的关键词在于“高灵敏度、精确解调、同步采集”,为此需要多学科的交叉融合、集成创新,它涉及土木、力学、光学、信号、微机电系统等诸多领域。
  
  选准研究方向,明确科研目标,从理论研究开始,脚踏实地,摸索前进,最终收获成果:出版学术专著4部,发表学术论文100余篇,SCI收录72篇。主编完成我国结构安全监测领域第一部国家行业标准和主编安全监测基本术语国家规范各1部。
  
  搭建好团队,培养好人才是关键。教学相长,青年教师伊廷华、李钢、任亮等骨干教师思维活跃,工作踏实,师生间交流讨论,获得启迪、互相促进。“有些问题不是你看出来就能解决的,”营造良好的团队氛围很重要,能培养人,能出成果;“这些学生大多数并不是来自‘985’高校,由于他们自身的努力和实践锻炼,很快成为团队的科研骨干。”
  
  健康身体是高效从事科研工作的保障。飞机上写报告,改论文,而且下飞机马上投入工作,成为工作常态,从来没觉得累。“体育运动已成为我生活的一部分”。李宏男教授常年坚持体育锻炼,健康的身体带来旺盛的精力,还有良好的工作心态:“有目标很重要,有些人投入很多精力,财力和物力,可能短时间没做出很有影响的成果;但是,只要坚持,坚持在做的过程中逐渐发现新问题,你就会取得成绩。”
  
  科技创新是国家赢得发展先机和走出转形式、调结构这个改革大关口的国之利器,李宏男教授作为一名科研工作者,以他30多年的不懈追求为注脚,亲身践行着满足国家需求、为社会经济发展助力的光荣使命,这应该是他最为值得骄傲和最为值得终生奋斗的事业。
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