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成都造光纤传感器耐800℃高温创世界纪录

小安 • • 知识 • 阅读 42

光纤传感器如何工作？冉博士做了一个形象的比喻，“就像人体的神经系统具有‘感’和‘传’的功能，微干涉仪好比‘神经元’，铺设的光纤就是一根根的‘神经’，控制中心就是‘大脑’。”当物体或周围环境的温度升高或降低，或者压力变化使物体产生变形时，“神经元”将感受到这些信息，并把信息加载在一束光上，这束光就沿着“神经”跑向“大脑”，“大脑”再把这些强弱、频率等不断变化的光信号转变为人们可以读懂的信息。


    今年南方罕见的冰雪灾害让很多人第一次见识到了这样的景象，高压电线覆冰后有成人大腿般粗，冰层越裹越厚致使线路中断。那么覆冰厚度达到多少时存在断线或倒塌的风险呢？目前，日本等一些国家尝试使用光纤传感器来实时监测输电线路覆冰，而成都的电子科技大学在这一领域已有重大突破，他们已研发出世界上第一个能在-100℃低温和800℃高温下工作的微纳光纤珐珀传感器。昨日，记者探访了该校的宽带光纤传输与通信网技术教育部重点实验室，据悉，“忍受”1600℃高温的更先进的光纤传感器即将在这里诞生。

    “忍受”800℃高温创世界纪录

    “能在800℃高温下工作，我们研发的光纤传感器创造了一个世界纪录，”电子科技大学通信学院院长、实验室主任、国家杰出青年基金获得者饶云江教授告诉记者：“它可以在800℃的高温下精确地测量物体的变形程度，而这个温度国内外的科研机构都尚未达到。”在航空航天、能源工业等环境十分恶劣的极端条件下，发电机、发动机和很多机器的零件都会由于高温产生变形的可能，如何精确测量从而及早地发现结构变形、有没有裂纹产生，光纤传感器可谓责任重大。“能‘忍受’1600℃高温的光纤传感器也即将在这里研发成功，到时除了核反应堆，工业和航天航空的绝大多数的高温情况它都不怕。比如要测试炼钢炉里钢水的温度，只要把这个‘测量计’直接插入钢水里就可以了。”

    饶教授称，这项成果的另一个突破是，与传统手工制作方法相比，利用激光微加工技术制作传感器方法简单、一次成型，大约几秒就可以做出一个，将来的高质量批量制造生产具有很好的应用前景。该技术已被国际光电子学领域著名刊物报道，并申请了美国专利，美国一家公司已明确表示了做全球代理的意向。

    据悉，饶教授领导的光纤技术研究中心在光纤传感领域具有较大的国际影响，电子科技大学将于今年8月在成都发起召开第一届亚太光纤传感器国际会议。

    30微米的“指环”激光刻蚀

    一根头发丝细的石英材料做的透明光纤，肉眼几乎看不出什么特别之处，实验室的光纤技术研究室副主任冉曾令博士指着一端透明细丝说：“传感器就嵌在这里，它叫‘微干涉仪’，是一个三维立体的器件，有圆环形、立方形或者更为复杂的结构。”记者看到这根“细丝”在显微镜下的图片――一根长长的管子，一个指环状物体镶嵌其中。当冉博士表示图片中这一小段其实是1毫米，“细丝”的直径是125微米，而“指环”只有30微米，记者非常惊讶：“这么小的传感器究竟是怎么做出来的？”

    冉博士说：“这个过程有点类似于芯片制作，预先设计好结构，利用激光脉冲在材料上刻蚀出来。困难的地方在于寻找理想的传感器材料，还要判断哪种形式、哪种波长的激光最为合适。”

    “神经元”感受传递光信号

    光纤传感器如何工作？冉博士做了一个形象的比喻，“就像人体的神经系统具有‘感’和‘传’的功能，微干涉仪好比‘神经元’，铺设的光纤就是一根根的‘神经’，控制中心就是‘大脑’。”当物体或周围环境的温度升高或降低，或者压力变化使物体产生变形时，“神经元”将感受到这些信息，并把信息加载在一束光上，这束光就沿着“神经”跑向“大脑”，“大脑”再把这些强弱、频率等不断变化的光信号转变为人们可以读懂的信息。

    监测电缆覆冰情况更准确

    冬天，战斗在雪灾第一线的电力巡线工人，在崇山峻岭之中巡查电缆的覆冰情况，有时要走上三五个小时才能发现输电线路的故障点。如果在电缆里埋入光纤传感器，当覆冰严重时，传感器感受到异常的应力或温度变化，就可以判断出哪段电缆有可能发生损坏，从而及时地告知控制中心具体位置，这显然要比巡线员的人工观察要方便快速准确得多。

    冉博士说：“光纤传感器最大的优点就是电绝缘性好、耐高温、耐腐蚀，抗电磁干扰、抗辐射，而且可以构成分布式光纤传感网络，测量距离可达数十公里，在长距离多点遥测方面具有非常突出的优势。它作为桥梁、大坝等混凝土大型建筑的健康监测系统已在国内外多处工程中广泛应用。此外还用来精确地监测地下油井的出油情况，煤矿的瓦斯浓度，在安全生产领域将发挥重大的作用。”
 

成都造光纤传感器耐800℃高温创世界纪录

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