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姜德生院士:让国产光纤传感技术守护大国重器安全

发布日期:2024-06-18      来源:光电产业网      作者:苏州市光电产业商会      阅读:224 次

编辑:感知芯视界 Link


中国工程院院士、武汉理工大学战略科学家姜德生是我国光纤传感技术研究的先驱者。他打破国外技术封锁,带领团队研制出我国第一个光纤传感器,研发出光纤传感设备核心器件,编制了光纤传感领域国家标准。


姜德生院士团队开发的光纤传感产品被院士同行评价为“带来监测领域里的一场革命”。他率队攻关研发的新一代大容量光纤传感网络核心技术,首次工业化生产出单纤超过十万个光栅传感器的产品,形成大容量、高密集、高精度的光栅阵列光纤传感网络系统。该技术在智慧地铁、智能高速公路等多个重大工程中实现示范应用。


姜德生院士是不懈的追光者,追逐的是光纤传感技术突破,在三尺讲台和工程科研最前沿,用科学家精神滋养着青年学生,带领他们把论文写在祖国的大地上。他带领团队搏击在光纤传感技术的制高点,指引他们成为各领域的“智能脊梁”,他也是温暖的发光者,照亮的是学子们的前进方向;他尤为重视学生的交叉学科思维的培养,把科学精神和创新种子撒向中小学生,点亮他们科技强国的梦想。

PART 01

为光纤传感设备配上“中国芯”


问:光纤传感设备配上“中国芯”有什么重大意义?


姜德生:光纤传感本质安全,可靠性高,对大国重器意义重大。美国、日本和欧洲发达国家,都将光纤传感列为重点支持的优先发展技术,我国研究被多方掣肘。我国光纤传感的发展和其他很多领域一样经历不同发展阶段,早期主要是引进国外的技术进行消化再创新,但是高精尖技术,国外不可能转让给我们。随着我们国家的高速发展,在很多领域,我们国家不再跟着国外思路走,而是自主进行更高层次的研发创新。


早期,国内做光纤传感器基本仿制国外,但部分参数达不到我们国内行业标准。长期以来,光纤传感很多关键的器件被国外垄断,光栅波长信号解调的一个核心器件大约2万美元一支,一个小指头大小的东西,比黄金还贵!当我国提出以较低的价格批量买他们的产品时,遭到拒绝。这样被别人“卡脖子”的憋屈,让我们下定决心,自己带队研发。经过三年攻坚,我们研制出性能更优,成本更低的核心光器件。后来,美国公司主管,曾三次亲自到中国来,提出按照原价格的1/3把他们的产品卖给我们,企图在中国占领更多的市场,我们当时就婉拒了。


问:光纤传感设备配上“中国芯”带来了哪些改变?


姜德生:油库火灾事关重大,我下决心要开发出光栅火灾报警装置,避免重大火灾的发生。经过几百个日日夜夜的攻关,我们团队终于在全国率先研制出了具有自主知识产权的“光纤光栅感温火灾报警技术与系统”,并投入国家油库工程使用。


再举一个例子,2006年6月,陕西秦岭终南山隧道火灾报警工程进行国际招标,一时成为当时世界瞩目的“擂台”新闻。国外某知名光纤传感企业参与竞争时提供的方案,不仅需要大量的后期维护,报警时间也需要好几分钟。而我们的火灾报警装置,解决了20公里长距离无中继的世界难题,报警反应时间只需不到20秒,而且每公里的建设成本只有国外产品的三分之一。最后,我们团队以技术第一中标。


此后,国外同类产品逐步退出中国市场。截至目前,光栅火灾报警系统装备了我国两万公里隧道、90%的油库火灾安全监测,为国家安全和国民生活提供保障。



PART 02

“万物互联”守护大国重器


问:服务国家需求,尤其是守护重点领域重大工程安全中你们做了哪些持续研究?


姜德生:只要是对国家有利,能保障人民的生命财产安全,我们都义不容辞地进行科研开发,我们团队把自己服务的范围扩大到经济建设的方方面面,推动多行业转型升级。


近年来,针对交通强国战略对光纤传感网络的新需求,我们积极开展新一代大容量光纤传感网络核心技术攻关,取得了世界领先的创新成果,首次工业化生产出单纤超过十万个光栅传感器的产品,形成大容量、高密集、高精度的光栅阵列光纤传感网络系统。


这一技术已在机场智能跑道、智慧地铁、智能高速公路等多个重大工程中实现首次示范应用,为多个行业高质量发展提供关键智能化平台和核心数据支撑,得到行业和相关部门的高度好评。


问:如何评价我国光纤传感产业发展水平和未来发展方向?


姜德生:我们团队持续积极促进光纤传感技术的标准化和产业化,推动了光纤传感领域第一个国家标准的编制与颁布。团队开发了七大类30余种光纤传感器,形成了具有我国完全自主知识产权的光纤传感成套生产技术与装备,破除了国外技术产品垄断,打破了公路隧道等领域进口产品一统天下的局面,极大降低了建设成本。


另外,我们汇聚高校与企业的综合优势,孵化了光纤传感领域首家上市公司——理工光科股份有限公司,促进光纤传感产业的规模化发展。


根据光纤光栅传感技术发展的需求和存在的关键问题,我们开展了大量研究,成功突破了光纤光栅传感技术工程应用的两大瓶颈问题。研制出编码光纤光栅,解决了普通光纤光栅无法大容量多点分布式检测的难题;发明了角调谐波长解调方法,实现了光纤光栅解调技术的自主创新。而且这些创新的技术具有自主知识产权,为我国所独有,从而使我国光纤光栅传感技术在国际上占有重要地位。


在智能化物联网高速发展的现下,我们建议,加快部署新一代“智能传感网络”中的“卡脖子”关键技术的研发及上下游产业链的建设,打破国外技术封锁,形成具有我国自主知识产权的成套生产技术与装备,形成以光纤通信、光纤传感、光器件产业为主导,物联网、大数据、人工智能竞相发展的格局。



PART 03

不懈追光引导光纤人接续奋斗


问:如何回望您的“追光”生涯?


姜德生:最早时候,我利用学校的材料优势研究激光。台风袭来时,高楼会发生多大的位移?高层建筑国家标准的制定离不开这个重要数据。我发现利用光纤抗电磁干扰的优势,不仅能预测台风的来临,还可能开辟一个全新的领域。我把一间石棉瓦盖的库房当成自己的实验室,研制出我国第一个光纤传感器――光纤风压计。一鸣惊人,因为“光纤传感器”这个名词刚从国外传入中国不久。


1981年,我研制的光纤风压计在广州白云宾馆测试成功,成为全国首个光纤风压传感技术的成功案例。这个光纤风压计在台风的强电磁干扰中仍能正常工作,还获取了宝贵的测试数据,为我国高层建筑风荷载设计标准提供依据。


创新永无止境,学科交叉是创新的重中之重。就单个学科而言,比我们研究实力、技术实力强的单位或个人有很多,我们只有在涉及光纤传感技术的各个学科之间做好融合贯通,才能在单个学科条件不如人的情况下,在整体、综合的研究方面形成特色、占据优势、取得成功。没有学科交叉,没有平台,干不出大事。所以,我经常跟学生们讲,最重要的就是要学科交叉。


问:您如何结合自己的科研经历对年轻科研人员阐释“将论文写在祖国大地上”的意义?


姜德生:除了坚持第一课堂育人,我经常带着学生深入隧道、桥梁、港口、水电等系列世界级首创工程一线,开展实践教学,引导学生了解技术需求、讨论技术方案、攻克技术难题,帮助他们成长为创新复合型人才。


我经常用自己科研的亲身经历,鼓励学生用多学科交叉的创新思维解决行业痛点堵点。在解决煤矿安全监测的项目中,我坚持下矿井到工作面实地指导实验。有一次,乘升降罐笼下到200米深矿井,再蹲骑“猴车”乘缆索下行至巷道,继续徒步行走将近2公里才到达工作面,行走途中不时能听到煤岩断裂的声音,还能看得见瓦斯气体涌起的水泡。我坚持奋斗在科研一线。但是在成果和荣誉面前退居幕后,让年轻一代的学者做首席专家、项目负责人。很多项目找上门寻求合作,我都推荐给了团队的年轻老师,帮助年轻学者成长为在工程领域独当一面、带领团队的专家型人才。


另外,我也要多将科学精神、科学思想、科学知识和科学方法传递给青少年,鼓励孩子们讲科学、爱科学、学科学、用科学,点亮孩子们的科技强国梦想。我倡议武汉理工大学附属小学成立“少年科学院”课外实践活动基地,我也担任了科技校外辅导员,与孩子们开展“大手拉小手”交流活动,近距离感受科技创新的魅力,帮助孩子们在心中种下热爱科学、为国争光的种子。


后记:姜德生院士曾写下一首七言诗歌:“历百年峥嵘沧桑,谱华夏雄浑乐章。铸国强民富永盛,成中华复兴梦想。”纸短情长,这首诗里,饱含了他道不尽的家国情怀。


访谈中,这位75岁的老人眼神透彻、声音洪亮、逻辑清晰、语速飞快,饱含着对光纤传感事业的热爱。姜德生院士用光纤传感测量世界,用万物互联守护大国重器,用爱心智慧培育学子。他用远见卓识、辛勤耕耘、低调谦和诠释为师之道,引导无数学子接续奋斗。


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