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姜德生:大容量低损耗阵列光纤光栅动态制备关键技术取得突破,应用于重大交通基础设施(图)
作者:文/《中国公路》杂志社记者 王洪涛 来源:中国公路网 时间:2022-12-02

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12月2日,在2022世界交通运输大会主旨报告会上,中国工程院院士、武汉理工大学首席教授姜德生,作了题为《超大容量传感网络在重大交通基础设施中的应用与实践》的主旨报告。报告中,他详细阐释了光纤波分时分混合组网的相关难题,并通过相关动画生动演示了超大容量传感网络在重大交通基础设施中的应用。

姜德生表示,交通智能化是交通强国发展中的重要内容之一,交通智能化也是发展“创新、低碳、可持续”交通的重要基础。智能交通建设目前已得到世界各国的高度重视,总体市场需求巨大。多年来,我国交通与信息技术(大数据、物联网、人工智能、5G等)得到了深度融合。

智能交通由获取全域信息的先进传感网络、大数据云计算平台、智能管理系统三大部分组成。光纤传感器因其具有传输距离远、不受电磁干扰等独特的优势,得到世界各国高度重视,特别适合恶劣环境下交通等超长线型领域的智能化信息的获取,目前已在多个领域成功应用。随着智能技术的发展,大容量、长距离、多参量、高可靠的传感网络成为限制智能交通发展的短板,亟需发展新型光纤传感网络。

现有的光纤传感网主要分为两类,一类是时分复用光纤传感网,一类为波分复用光纤传感网。前者的优点在于多点分布式组网测量,但存在信号弱,可测参数少,响应时间慢,精度低的缺点;后者的优点在于信号强,可测参数多,响应快,但存在单纤测量点少,不利于大规模组网的缺点。尽管在20多年前,就有科学家提出光纤波分时分混合组网的设想,但要建立这种网络需要在光纤拉制过程中单脉冲动态制备大容量光栅阵列,技术难度极大,国内外相关领域多年未解决该项难题。

经过10多年的研究,姜德生所率团队成功突破了相关难题,研发出大容量低损耗阵列光纤光栅动态制备关键技术,并研制出全套装备,首次实现了在一根光纤上面可以制备10万个甚至几十万个传输损耗小于0.5dB/km的大容量低损耗光栅阵列传感光纤的工业化生产,为智能交通等领域的信息获取提供了基础核心技术。

同时,为满足相关行业的工程需求,姜德生团队还率先研制成功大容量的温度传感光缆、应变传感光缆、振动传感光缆、湿度传感光缆等。与传统的光纤传感器每一个需要单独自备探头不同,新型传感网络不需要单独的自备探头。它就像光缆和电缆一样,可以大规模地工业化生产,可靠性高,安装便捷,可以直接植入混凝土、沥青等路面材料中,实现道路全域多种参数的智能感知。

此外,姜德生团队还研制成功大容量光栅阵列光纤应变传感缆,为智能交通重要基础设施的智能化提供了新的方法和手段。新型光栅应变光缆,首次实现了重要基础设施长距离连续应变场的测量,由于其具有内置预应力的功能,实现了应变精准传递,测量精度高,监测距离长。目前,在智慧高速公路、智能机场跑道、智慧地铁,以及水下金属结构在线监测网络等多个行业和领域得到应用。

【编辑:任燕】

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